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JP2015040793A - Gas sensor - Google Patents

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JP2015040793A JP2013172635A JP2013172635A JP2015040793A JP 2015040793 A JP2015040793 A JP 2015040793A JP 2013172635 A JP2013172635 A JP 2013172635A JP 2013172635 A JP2013172635 A JP 2013172635A JP 2015040793 A JP2015040793 A JP 2015040793A
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organic compound
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直規 白石
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Abstract

【課題】吸着部材を別途設ける必要がないガスセンサを提供すること。【解決手段】少なくとも一端が固定されて、振動源に共振して振動する梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とするガスセンサである。また、振動源はガスセンサが有している場合と、ガスセンサとは別に設けられている場合とのいずれの場合も含む。【選択図】図1A gas sensor that does not require a separate adsorbing member is provided. A beam member having at least one end fixed to resonate and vibrate with a vibration source, a support portion that supports the beam member, and a vibration detection element that is fixed to the beam member and detects vibration of the beam member. In this gas sensor, the beam member is formed of a polymer material, and at least a part of the surface of the beam member is an adsorption region that adsorbs a volatile organic compound. The vibration source includes both the case where the gas sensor is provided and the case where the vibration source is provided separately from the gas sensor. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、ガスセンサに関するものである。   The present invention relates to a gas sensor.

揮発性有機化合物を検出するセンサとして、揮発性有機化合物の分子を含む気体中で振動子を振動させ、分子が振動子の表面に吸着された際の振動子の質量変化を振動子のたわみ量又は共振周波数の変化として検出する振動式センサが用いられている。   As a sensor for detecting volatile organic compounds, the vibrator is vibrated in a gas containing molecules of volatile organic compounds, and the mass change of the vibrator when the molecules are adsorbed on the surface of the vibrator is measured. Alternatively, a vibration type sensor that detects a change in resonance frequency is used.

振動式センサは、低消費電力化や小型化の面において優れているので、幅広く使用されている。振動子の材料としては、シリコンや水晶等のヤング率の高い材料が用いられる。 例えば、そのようなセンサとして、下記の特許文献1に開示された構成が知られている。この構成では、梁部材の変形に対する共振周波数の変化量を大きくする振動子が用いられている。そして、ガスセンサは、互いに連結されて、振動駆動される第1梁部材及び第2梁部材を備えている。第1梁部材には、形状の変化が可能であるガス感応膜が設けられている。第1梁部材は、ガス感応膜の変形によって、第2梁部材とは異なる態様で変形する。特許文献1に記載の構成では、第1梁部材及び第2梁部材の梁本体の材料として、シリコンが用いられる(例えば、特許文献1の段落[0021]−[0022]参照)   Vibration sensors are widely used because they are excellent in terms of low power consumption and miniaturization. As a material of the vibrator, a material having a high Young's modulus such as silicon or quartz is used. For example, a configuration disclosed in Patent Document 1 below is known as such a sensor. In this configuration, a vibrator that increases the amount of change in the resonance frequency with respect to the deformation of the beam member is used. The gas sensor includes a first beam member and a second beam member that are coupled to each other and driven to vibrate. The first beam member is provided with a gas sensitive film whose shape can be changed. The first beam member is deformed in a different manner from the second beam member due to the deformation of the gas sensitive film. In the configuration described in Patent Document 1, silicon is used as the material of the beam body of the first beam member and the second beam member (see, for example, paragraphs [0021]-[0022] of Patent Document 1).

特開2012−83338号公報JP 2012-83338 A

上記特許文献1では、揮発性有機化合物を吸着しないシリコンを梁部材に用いている。このため、梁部材(シリコン)の他に吸着部材を必ず設ける必要がある。   In the said patent document 1, the silicon | silicone which does not adsorb | suck a volatile organic compound is used for a beam member. For this reason, an adsorbing member must be provided in addition to the beam member (silicon).

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸着部材を別途設ける必要がないガスセンサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a gas sensor that does not require a separate adsorbing member.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のガスセンサは、少なくとも一端が固定されて、振動源に共振して振動する梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a gas sensor according to the present invention includes a beam member that is fixed at least at one end and resonates and vibrates with a vibration source, a support portion that supports the beam member, and a beam member. A gas sensor comprising a vibration detection element that is fixed to a beam and detects a vibration of a beam member, wherein the beam member is formed of a polymer material, and at least a part of the surface of the beam member is adsorbed to adsorb a volatile organic compound. It is a region.

また、本発明の他の側面に従うガスセンサは、少なくとも一端が固定されている梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材が共振するように振動を印加する駆動部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とする。   A gas sensor according to another aspect of the present invention includes a beam member having at least one end fixed thereto, a support unit that supports the beam member, a drive unit that applies vibration so that the beam member resonates, and a beam member. A gas sensor comprising a vibration detection element that is fixed and detects vibration of a beam member, wherein the beam member is formed of a polymer material, and at least a part of the surface of the beam member adsorbs a volatile organic compound It is characterized by.

また、本発明の他の側面に従うガスセンサは、少なくとも一端が固定されて、外部の振動源に共振して振動する梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とする。   A gas sensor according to another aspect of the present invention includes a beam member having at least one end fixed, resonating and vibrating with an external vibration source, a support portion supporting the beam member, and a beam member fixed to the beam member. A gas sensor comprising a vibration detecting element for detecting vibration of a beam, wherein the beam member is formed of a polymer material, and at least a part of the surface of the beam member is an adsorption region that adsorbs a volatile organic compound. And

本発明は、吸着部材を別途設ける必要がないガスセンサを提供できるという効果を奏する。   The present invention has an effect of providing a gas sensor that does not require a separate adsorbing member.

本発明の第1実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。It is a figure which shows the isometric view structure of the gas sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。It is a figure which shows the isometric view structure of the gas sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。It is a figure which shows the isometric view structure of the gas sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。It is a figure which shows the isometric view structure of the gas sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係るガスセンサの斜視構成を示す図である。It is a figure which shows the isometric view structure of the gas sensor which concerns on 5th Embodiment of this invention.

本実施形態のガスセンサの構成による作用効果を説明する。なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えない。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。   The effect by the structure of the gas sensor of this embodiment is demonstrated. In addition, this invention is not limited by this embodiment. That is, in describing the embodiment, a lot of specific details are included for the purpose of illustration, but various variations and modifications may be added to these details without exceeding the scope of the present invention. Accordingly, the exemplary embodiments of the present invention described below are set forth without loss of generality or limitation to the claimed invention.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のガスセンサ100の斜視構成を示す図である。まず、構成について説明する。
本実施形態のガスセンサ100は、少なくとも一端が固定されて、振動源に共振して振動する梁部材11と、梁部材11を支持する支持部13と、梁部材11に固定されて梁部材11の振動を検出する振動検出素子12とからなるガスセンサ100であって、梁部材11を高分子材料で形成し、梁部材11の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域10とする構成である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a perspective configuration of a gas sensor 100 according to the first embodiment. First, the configuration will be described.
The gas sensor 100 according to the present embodiment includes at least one end fixed, a beam member 11 that resonates and vibrates with a vibration source, a support portion 13 that supports the beam member 11, and a beam member 11 that is fixed to the beam member 11. A gas sensor 100 including a vibration detection element 12 for detecting vibration, in which a beam member 11 is formed of a polymer material, and at least a part of the surface of the beam member 11 is adsorbed with an adsorption region 10 that adsorbs a volatile organic compound. It is the structure to do.

さらに、具体的に構成を説明する。梁部材11は、その一端が支持部13に支持されている。梁部材11と支持部13とにわたって振動検出素子12とが設けられている。振動検出素子12は梁部材11の上面に、例えばPZT、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。   Further, the configuration will be specifically described. One end of the beam member 11 is supported by the support portion 13. A vibration detection element 12 is provided across the beam member 11 and the support portion 13. The vibration detection element 12 is provided on the upper surface of the beam member 11 by laminating a piezoelectric material such as PZT or polyvinylidene fluoride (PVDF).

揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる梁部材11は、上述したように一端が支持部13に固定されている。支持部13は駆動部14に接続されている。したがって、本実施形態のガスセンサ100は、梁部材11が駆動部14により印加される振動に共振して振動するように構成されている。   One end of the beam member 11 made of a polymer material that adsorbs a volatile organic compound is fixed to the support portion 13 as described above. The support unit 13 is connected to the drive unit 14. Therefore, the gas sensor 100 of the present embodiment is configured such that the beam member 11 vibrates in resonance with the vibration applied by the driving unit 14.

さらに、本実施形態のガスセンサ100は、振動検出素子12が梁部材11に積層されているため、梁部材11の振動が振動検出素子12によって検出される構成となっている。なお、図示していないが、振動検出素子12から電気信号を検出するための配線は信号処理部に電気的に接続されている。   Furthermore, since the vibration detection element 12 is laminated on the beam member 11 in the gas sensor 100 of the present embodiment, the vibration detection element 12 detects the vibration of the beam member 11. Although not shown, wiring for detecting an electrical signal from the vibration detection element 12 is electrically connected to the signal processing unit.

次に、本実施形態の駆動方法について説明する。図1に示すように、梁部材11は一端が支持部13に固定されている。支持部13は駆動部14に接続されている。駆動部14が振動すると、梁部材11は共振周波数で振動する。   Next, the driving method of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, one end of the beam member 11 is fixed to the support portion 13. The support unit 13 is connected to the drive unit 14. When the drive unit 14 vibrates, the beam member 11 vibrates at a resonance frequency.

梁部材11が揮発性有機化合物に暴露されると、梁部材11の一部に揮発性有機化合物が吸着される。このため、梁部材11の質量が増える。従って、梁部材11に吸着された揮発性有機化合物の質量の影響により、梁部材11の共振周波数が低下する。   When the beam member 11 is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is adsorbed to a part of the beam member 11. For this reason, the mass of the beam member 11 increases. Therefore, the resonance frequency of the beam member 11 decreases due to the influence of the mass of the volatile organic compound adsorbed on the beam member 11.

また、図1に示すように、梁部材11の上面に振動検出素子12が形成されている。梁部材11が振動すると、振動検出素子12に応力が伝わる。振動検出素子12は圧電性を有する材料のため、印加された応力によって電圧を発生する。従って、振動検出素子12の電圧を測定することにより、梁部材11の共振周波数を検出できる。   Further, as shown in FIG. 1, a vibration detection element 12 is formed on the upper surface of the beam member 11. When the beam member 11 vibrates, stress is transmitted to the vibration detecting element 12. Since the vibration detecting element 12 is a material having piezoelectricity, a voltage is generated by an applied stress. Therefore, the resonance frequency of the beam member 11 can be detected by measuring the voltage of the vibration detection element 12.

例えば、梁部材11の長さは1000μm〜2500μm、幅は200μm〜500μm、高さは20μm〜250μmである。   For example, the length of the beam member 11 is 1000 μm to 2500 μm, the width is 200 μm to 500 μm, and the height is 20 μm to 250 μm.

次に、本実施形態の作用について説明する。本実施形態のガスセンサ100の梁部材11は、駆動部14によって印加される振動に共振して振動する。振動検出素子12は、梁部材11の振動を検出する。駆動部14が梁部材11を共振周波数で振動させている際に、梁部材11が揮発性有機化合物を吸着すると、梁部材11の質量が増加する。このため、梁部材11の共振周波数が低下する。共振周波数の変化を振動検出素子12により検出することで、揮発性有機化合物の濃度を測定することができる。   Next, the operation of this embodiment will be described. The beam member 11 of the gas sensor 100 of this embodiment vibrates in resonance with the vibration applied by the drive unit 14. The vibration detection element 12 detects the vibration of the beam member 11. When the beam member 11 adsorbs a volatile organic compound while the driving unit 14 vibrates the beam member 11 at the resonance frequency, the mass of the beam member 11 increases. For this reason, the resonant frequency of the beam member 11 falls. By detecting the change in the resonance frequency by the vibration detecting element 12, the concentration of the volatile organic compound can be measured.

また、本実施形態のガスセンサ100の梁部材11は、ヤング率が低い高分子材料で形成されている。本実施形態において、好ましくは、高分子材料のヤング率は、1GPa以上で、10GPa以下であることが望ましい。一般に、揮発性有機化合物を検出するガスセンサにおいては、感度と共振周波数とは比例関係にある。また、梁部材11の共振周波数は、ヤング率の平方根に比例し、梁部材11の長さの2乗に反比例する。
高分子材料のヤング率は、従来例のシリコンのヤング率よりも低い。このため、本実施形態では上述のヤング率の範囲に設定することで、同じ共振周波数の梁部材と比較して、小型化することができる。
Further, the beam member 11 of the gas sensor 100 of the present embodiment is formed of a polymer material having a low Young's modulus. In the present embodiment, preferably, the Young's modulus of the polymer material is 1 GPa or more and 10 GPa or less. In general, in a gas sensor that detects a volatile organic compound, the sensitivity and the resonance frequency are in a proportional relationship. The resonance frequency of the beam member 11 is proportional to the square root of the Young's modulus and inversely proportional to the square of the length of the beam member 11.
The Young's modulus of the polymer material is lower than the Young's modulus of the conventional silicon. For this reason, in this embodiment, by setting in the range of the above-mentioned Young's modulus, it can reduce in size compared with the beam member of the same resonance frequency.

参考として、シリコンのヤング率は、結晶方位により異なるが、おおよそ70GPa〜170GPa程度である。   As a reference, the Young's modulus of silicon is approximately 70 GPa to 170 GPa although it varies depending on the crystal orientation.

さらに、説明すると、片持ち梁においては振動モードが高次になるに従い共振周波数が高くなる。また、振動式のガスセンサにおいては、共振周波数が高い方が、検出感度が高くなる、即ち、感度は共振周波数に比例することが知られている。
従って、片持ち梁の振動式のガスセンサにおいて高いセンサ性能を得るためには高次の振動モードに対応したセンシングが望ましい。
To explain further, in the cantilever beam, the resonance frequency increases as the vibration mode becomes higher. Further, it is known that in a vibration type gas sensor, the detection sensitivity is higher when the resonance frequency is higher, that is, the sensitivity is proportional to the resonance frequency.
Therefore, in order to obtain high sensor performance in a cantilever vibration type gas sensor, sensing corresponding to a higher-order vibration mode is desirable.

本実施形態では、高分子材料として、例えば、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)を用いることが望ましい。   In this embodiment, it is desirable to use, for example, polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, or polymethyl methacrylate resin (PMMA) as the polymer material.

以上の説明したように、本実施形態のガスセンサ100は振動子における梁部材11の材料として、シリコンではなく高分子材料を用いている。高分子材料の梁部材11は、梁部材11そのものが揮発性有機化合物を吸着する。このため、吸着部材を別途設ける必要がある従来の構成に比較して、梁部材11を有効に活用することができる。この結果、ガスセンサ100の検出機能の更なる向上につなげることが可能となるという格別の効果を奏する。   As described above, the gas sensor 100 of the present embodiment uses a polymer material instead of silicon as the material of the beam member 11 in the vibrator. The beam member 11 made of a polymer material adsorbs volatile organic compounds. For this reason, compared with the conventional structure which needs to provide an adsorption member separately, the beam member 11 can be utilized effectively. As a result, there is an extraordinary effect that the detection function of the gas sensor 100 can be further improved.

また、梁部材11の材料をヤング率の低い材料にすることにより、ガスセンサ100を小型化できるという効果を奏する。   Further, by using a material having a low Young's modulus for the beam member 11, the gas sensor 100 can be reduced in size.

次に変型例について説明する。図1に示すように、本実施形態においては、支持部13は駆動部14に接続されている。しかしながら、これに限られず、例えば機械装置など、振動している装置に取り付けられる構成でも良い。この構成に関しては後述する。また、梁部材11の一部の領域に、複数の微細孔を形成しても良い。あるいは、梁部材の一部の領域に、微細な凹凸を形成しても良い。   Next, a modified example will be described. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the support portion 13 is connected to the drive portion 14. However, the present invention is not limited to this, and may be configured to be attached to a vibrating device such as a mechanical device. This configuration will be described later. A plurality of fine holes may be formed in a partial region of the beam member 11. Or you may form a fine unevenness | corrugation in the one part area | region of a beam member.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態のガスセンサについて説明する。
図2は、本実施形態のガスセンサ200を示す斜視図である。図2に示すように、梁部材21の一部に固定され、揮発性有機化合物を吸着する吸着部材25を具備している。さらに、具体的には、ガスセンサ200は、梁部材21と、振動検出素子22と、支持部23と、吸着部材25を備えている。振動検出素子22は、梁部材21の上面に、例えばPZT、PVDF等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。
(Second Embodiment)
Next, the gas sensor of 2nd Embodiment is demonstrated.
FIG. 2 is a perspective view showing the gas sensor 200 of the present embodiment. As shown in FIG. 2, an adsorbing member 25 that is fixed to a part of the beam member 21 and adsorbs a volatile organic compound is provided. More specifically, the gas sensor 200 includes a beam member 21, a vibration detection element 22, a support portion 23, and an adsorption member 25. The vibration detection element 22 is provided on the upper surface of the beam member 21 by laminating a piezoelectric material such as PZT or PVDF.

揮発性有機化合物を吸着する吸着部材25は、梁部材21の上面に例えばポリブタジエン(PBD)、酸化チタン、酸化亜鉛等の揮発性有機化合物を吸着する材料を成膜することで設けられている。吸着部材25と梁部材21は異なる材料で形成されている。揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる梁部材21は、一端が支持部23に固定されている。   The adsorbing member 25 that adsorbs a volatile organic compound is provided on the upper surface of the beam member 21 by forming a film that adsorbs a volatile organic compound such as polybutadiene (PBD), titanium oxide, or zinc oxide. The adsorption member 25 and the beam member 21 are formed of different materials. One end of the beam member 21 made of a polymer material that adsorbs a volatile organic compound is fixed to the support portion 23.

支持部23は駆動部24に接続されている。これにより、ガスセンサ200は、吸着部材25が成膜された梁部材21が駆動部24により印加される振動に共振して振動する構成となっている。さらに、本実施形態のガスセンサ200は、振動検出素子22が梁部材21に積層されている。このため、梁部材21の振動が振動検出素子22によって検出される構成となっている。なお、図示していないが、振動検出素子22から電気信号を検出するための配線は信号処理部に電気的に接続されている。   The support part 23 is connected to the drive part 24. Accordingly, the gas sensor 200 is configured to vibrate in resonance with the vibration applied by the drive unit 24 of the beam member 21 on which the adsorption member 25 is formed. Furthermore, in the gas sensor 200 of the present embodiment, the vibration detection element 22 is laminated on the beam member 21. Therefore, the vibration of the beam member 21 is detected by the vibration detection element 22. Although not shown, wiring for detecting an electrical signal from the vibration detection element 22 is electrically connected to the signal processing unit.

次に、本実施形態の駆動方法について説明する。
図2に示すように、梁部材21は一端が支持部23に固定されている。支持部23は駆動部24に接続されている。駆動部24が振動すると、梁部材21は共振周波数で振動する。梁部材21が揮発性有機化合物に暴露されると、梁部材21の一部に揮発性有機化合物が吸着される。このため、梁部材21の質量が増える。
Next, the driving method of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 2, one end of the beam member 21 is fixed to the support portion 23. The support part 23 is connected to the drive part 24. When the drive unit 24 vibrates, the beam member 21 vibrates at a resonance frequency. When the beam member 21 is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is adsorbed to a part of the beam member 21. For this reason, the mass of the beam member 21 increases.

さらに、吸着部材25が揮発性有機化合物に暴露されると、吸着部材25の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、梁部材21の質量が増える。この結果、梁部材21もしくは吸着部材25に吸着された揮発性有機化合物の質量により、梁部材21の共振周波数が低下する。   Further, when the adsorbing member 25 is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is adsorbed to a part of the adsorbing member 25. Thereby, the mass of the beam member 21 increases. As a result, the resonance frequency of the beam member 21 decreases due to the mass of the volatile organic compound adsorbed on the beam member 21 or the adsorption member 25.

また、図2に示すように、梁部材21の上面に振動検出素子22が形成されている。梁部材21が振動すると、振動検出素子22に応力が伝わる。振動検出素子22は圧電性を有する材料のため、印加された応力によって電圧を発生する。したがって、振動検出素子22の電圧を測定することにより、梁部材21の共振周波数を検出できる。   Further, as shown in FIG. 2, a vibration detection element 22 is formed on the upper surface of the beam member 21. When the beam member 21 vibrates, stress is transmitted to the vibration detecting element 22. Since the vibration detecting element 22 is a material having piezoelectricity, a voltage is generated by an applied stress. Therefore, the resonance frequency of the beam member 21 can be detected by measuring the voltage of the vibration detection element 22.

次に、本実施形態の作用を説明する。本実施形態のガスセンサ200の梁部材21は、駆動部24によって印加される振動に共振して振動する。振動検出素子22は、梁部材21の振動を検出する。駆動部24が梁部材21を共振周波数で振動させている際に、梁部材21と吸着部材25の少なくとも一つが揮発性有機化合物を吸着すると、梁部材21の質量が増加する。これにより、梁部材21の共振周波数が低下する。共振周波数の変化を振動検出素子22で検出することにより、揮発性有機化合物の濃度を測定することができる。   Next, the operation of this embodiment will be described. The beam member 21 of the gas sensor 200 of this embodiment vibrates in resonance with the vibration applied by the drive unit 24. The vibration detection element 22 detects the vibration of the beam member 21. When at least one of the beam member 21 and the adsorbing member 25 adsorbs the volatile organic compound when the driving unit 24 vibrates the beam member 21 at the resonance frequency, the mass of the beam member 21 increases. Thereby, the resonant frequency of the beam member 21 falls. By detecting the change in the resonance frequency with the vibration detection element 22, the concentration of the volatile organic compound can be measured.

また、本実施形態のガスセンサ200の梁部材21は、ヤング率が低い高分子材料で形成されている。一般に、揮発性有機化合物を検出するガスセンサにおいては、感度と共振周波数とは比例関係にある。また、梁部材21の共振周波数はヤング率の平方根に比例し、梁部材の長さの2乗に反比例する。高分子材料のヤング率は従来例のシリコンのヤング率よりも低い。これにより、同じ共振周波数の梁部材を小型化することができる。   Further, the beam member 21 of the gas sensor 200 of the present embodiment is formed of a polymer material having a low Young's modulus. In general, in a gas sensor that detects a volatile organic compound, the sensitivity and the resonance frequency are in a proportional relationship. The resonance frequency of the beam member 21 is proportional to the square root of the Young's modulus and inversely proportional to the square of the length of the beam member. The Young's modulus of the polymer material is lower than that of the conventional silicon. Thereby, the beam member of the same resonance frequency can be reduced in size.

以上の説明したように、本実施形態のガスセンサ200は、振動子における梁部材21の材料として、シリコンではなく高分子材料が用いられている。高分子材料の梁部材21は、梁部材21そのものが揮発性有機化合物を吸着する。なお且つ梁部材21に固定された吸着部材25は、梁部材21とは異なる揮発性有機化合物を吸着する。これにより、1つのセンサで2種類の揮発性有機化合物を検出できるという効果を奏する。   As described above, the gas sensor 200 of the present embodiment uses a polymer material instead of silicon as the material of the beam member 21 in the vibrator. The beam member 21 made of a polymer material adsorbs volatile organic compounds. The adsorbing member 25 fixed to the beam member 21 adsorbs a volatile organic compound different from that of the beam member 21. Thereby, there exists an effect that two types of volatile organic compounds can be detected with one sensor.

また、梁部材21の材料をヤング率の低い材料、例えば1GPa以上で、10GPa以下に設定することにより、ガスセンサ200の小型化ができるという効果を奏する。
なお、図2に示すように、本実施形態においては、支持部23は、駆動部24に接続されている。しかしながら、これに限られず、後述するように、例えば機械装置など、振動している装置に取り付けられる構成でも良い。
Further, by setting the material of the beam member 21 to a material having a low Young's modulus, for example, 1 GPa or more and 10 GPa or less, the gas sensor 200 can be reduced in size.
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the support portion 23 is connected to the drive portion 24. However, the present invention is not limited to this, and may be configured to be attached to a vibrating device such as a mechanical device, as will be described later.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態のガスセンサ300について説明する。図3は、ガスセンサ300の斜視図である。図3に示すように、ガスセンサ300は、梁部材31の一部に固定され、揮発性有機化合物を吸着する少なくとも2つ以上の吸着部材を具備する。さらに、具体的に説明すると、ガスセンサ300は、梁部材31と、振動検出素子32と、支持部33と、第1の吸着部材35と、第2の吸着部材36とを備えている。
(Third embodiment)
Next, the gas sensor 300 of 3rd Embodiment is demonstrated. FIG. 3 is a perspective view of the gas sensor 300. As shown in FIG. 3, the gas sensor 300 includes at least two adsorbing members that are fixed to a part of the beam member 31 and adsorb volatile organic compounds. More specifically, the gas sensor 300 includes a beam member 31, a vibration detection element 32, a support portion 33, a first adsorption member 35, and a second adsorption member 36.

振動検出素子32は、梁部材31の上面に、例えばPZT、PVDF等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。揮発性有機化合物を吸着する第1の吸着部材35と第2の吸着部材36は、梁部材31の上面に、例えばポリブタジエン(PBD)等の揮発性有機化合物を吸着する材料を成膜することで設けられている。   The vibration detection element 32 is provided on the upper surface of the beam member 31 by laminating a piezoelectric material such as PZT or PVDF. The first adsorbing member 35 and the second adsorbing member 36 that adsorb volatile organic compounds are formed by depositing a material that adsorbs volatile organic compounds such as polybutadiene (PBD) on the upper surface of the beam member 31. Is provided.

第1の吸着部材35と、第2の吸着部材36と、梁部材31とは異なる材料で形成されている。揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる梁部材31は、一端が支持部33に固定されている。支持部33は、駆動部34に接続されている。これにより、ガスセンサ300は、第1の吸着部材35と第2の吸着部材36とが成膜された梁部材31が、駆動部34により印加される振動に共振して振動するように構成されている。   The first suction member 35, the second suction member 36, and the beam member 31 are formed of different materials. One end of the beam member 31 made of a polymer material that adsorbs a volatile organic compound is fixed to the support portion 33. The support part 33 is connected to the drive part 34. Thereby, the gas sensor 300 is configured such that the beam member 31 on which the first adsorption member 35 and the second adsorption member 36 are formed resonates with the vibration applied by the drive unit 34 and vibrates. Yes.

さらに、ガスセンサ300は、振動検出素子32が梁部材31に積層されている。これにより、梁部材31の振動が振動検出素子32によって検出される構成となっている。なお、図示していないが、振動検出素子32から電気信号を検出するための配線は信号処理部に電気的に接続されている。   Further, in the gas sensor 300, the vibration detection element 32 is laminated on the beam member 31. Thereby, the vibration of the beam member 31 is detected by the vibration detection element 32. Although not shown, wiring for detecting an electrical signal from the vibration detection element 32 is electrically connected to the signal processing unit.

次に、ガスセンサ300の駆動原理を説明する。図3に示すように、梁部材31は一端が支持部33に固定されている。支持部33は駆動部34に接続されている。駆動部34が振動すると、梁部材31は共振周波数で振動する。   Next, the driving principle of the gas sensor 300 will be described. As shown in FIG. 3, one end of the beam member 31 is fixed to the support portion 33. The support part 33 is connected to the drive part 34. When the drive unit 34 vibrates, the beam member 31 vibrates at the resonance frequency.

梁部材31が揮発性有機化合物に暴露されると、梁部材31の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、梁部材31の質量が増える。さらに、第1の吸着部材35が揮発性有機化合物に暴露されると、第1の吸着部材35の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、梁部材31の質量が増える。   When the beam member 31 is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is adsorbed to a part of the beam member 31. Thereby, the mass of the beam member 31 increases. Further, when the first adsorbing member 35 is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is adsorbed on a part of the first adsorbing member 35. Thereby, the mass of the beam member 31 increases.

また、第2の吸着部材36が揮発性有機化合物に暴露されると、第2の吸着部材36の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、梁部材31の質量が増える。この結果、梁部材31と第1の吸着部材35と第2の吸着部材36の少なくとも一つに吸着された揮発性有機化合物の質量により、梁部材31の共振周波数が低下する。   Further, when the second adsorbing member 36 is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is adsorbed on a part of the second adsorbing member 36. Thereby, the mass of the beam member 31 increases. As a result, the resonance frequency of the beam member 31 is reduced by the mass of the volatile organic compound adsorbed on at least one of the beam member 31, the first adsorption member 35, and the second adsorption member 36.

また、図3に示すように、梁部材31の上面に振動検出素子32が形成されている。梁部材31が振動すると、振動検出素子32に応力が伝わる。振動検出素子32は圧電性を有する材料である。このため、振動検出素子32は印加された応力によって電圧を発生する。この結果、振動検出素子32の電圧を測定することにより、梁部材31の共振周波数が検出される。   As shown in FIG. 3, a vibration detection element 32 is formed on the upper surface of the beam member 31. When the beam member 31 vibrates, stress is transmitted to the vibration detecting element 32. The vibration detection element 32 is a piezoelectric material. For this reason, the vibration detection element 32 generates a voltage by the applied stress. As a result, the resonance frequency of the beam member 31 is detected by measuring the voltage of the vibration detection element 32.

次に、本実施形態の作用を説明する。ガスセンサ300の梁部材31は、駆動部34によって印加される振動に共振して振動する。振動検出素子32は、梁部材31の振動を検出する。駆動部34が梁部材31を共振周波数で振動させている際に、梁部材31と第1の吸着部材35と第2の吸着部材36の少なくとも一つが揮発性有機化合物を吸着すると、梁部材31の質量が増加する。これにより、梁部材31の共振周波数が低下する。共振周波数の変化を振動検出素子32で検出する。この結果、揮発性有機化合物の濃度を測定することができる。   Next, the operation of this embodiment will be described. The beam member 31 of the gas sensor 300 vibrates in resonance with the vibration applied by the drive unit 34. The vibration detection element 32 detects the vibration of the beam member 31. When at least one of the beam member 31, the first adsorbing member 35, and the second adsorbing member 36 adsorbs the volatile organic compound when the drive unit 34 vibrates the beam member 31 at the resonance frequency, the beam member 31. The mass of increases. Thereby, the resonant frequency of the beam member 31 falls. A change in resonance frequency is detected by the vibration detection element 32. As a result, the concentration of the volatile organic compound can be measured.

また、本実施形態のガスセンサ300の梁部材31は、ヤング率が低い高分子材料で形成されている。一般に、揮発性有機化合物を検出するガスセンサにおいては、上述したように、感度と共振周波数とは比例関係にある。また、梁部材31の共振周波数はヤング率の平方根に比例し、梁部材の長さの2乗に反比例する。本実施形態の梁部材31の高分子材料のヤング率、例えば1GPa以上で、10GPa以下は、従来例のシリコンのヤング率よりも低い。これにより、同じ共振周波数の梁部材を小型化することができる。   Further, the beam member 31 of the gas sensor 300 of the present embodiment is formed of a polymer material having a low Young's modulus. Generally, in a gas sensor that detects a volatile organic compound, as described above, the sensitivity and the resonance frequency are in a proportional relationship. The resonance frequency of the beam member 31 is proportional to the square root of the Young's modulus and inversely proportional to the square of the length of the beam member. The Young's modulus of the polymer material of the beam member 31 of this embodiment, for example, 1 GPa or more and 10 GPa or less is lower than the Young's modulus of silicon of the conventional example. Thereby, the beam member of the same resonance frequency can be reduced in size.

以上の説明したように、本実施形態のセンサは振動子における梁部材31の材料として、シリコンではなく高分子材料が用いられる。高分子材料の梁部材31は、梁部材31そのものが揮発性有機化合物を吸着する。また、梁部材31に固定された第1の吸着部材35は、梁部材31とは異なる揮発性有機化合物を吸着する。   As described above, the sensor of this embodiment uses a polymer material instead of silicon as the material of the beam member 31 in the vibrator. The beam member 31 of the polymer material adsorbs a volatile organic compound. The first adsorbing member 35 fixed to the beam member 31 adsorbs a volatile organic compound different from that of the beam member 31.

なお且つ、第2の吸着部材36は梁部材31と第1の吸着部材35とは異なる揮発性有機化合物を吸着する。これにより、1つのガスセンサで3種類の揮発性有機化合物を検出できるという効果を奏する。
また、梁部材31の材料をヤング率の低い材料(例えば1GPa以上で、10GPa以下が望ましい。)にすることにより、ガスセンサの小型化ができるという効果を奏する。
なお、図3に示すように、本実施形態においては、支持部33が駆動部34に接続されているが、後述するように、例えば機械装置など、振動している装置に取り付けられる構成でも良い。
The second adsorbing member 36 adsorbs a volatile organic compound different from that of the beam member 31 and the first adsorbing member 35. Thereby, there exists an effect that three types of volatile organic compounds can be detected with one gas sensor.
Further, by making the material of the beam member 31 a material having a low Young's modulus (for example, 1 GPa or more and preferably 10 GPa or less), the gas sensor can be reduced in size.
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the support portion 33 is connected to the drive portion 34. However, as will be described later, the support portion 33 may be attached to a vibrating device such as a mechanical device. .

(第4実施形態)
次に、第4実施形態のガスセンサ400について説明する。図4は、ガスセンサ400を示す斜視図である。図4に示すように、ガスセンサ400は、第1の梁部材411と第1の振動検出素子412とを有する第1のセンサ部410と、第2の梁部材421と第2の振動検出素子422とを有する第2のセンサ部420と、第1のセンサ部410からの第1の振動検出素子412の出力信号と、第2のセンサ部420からの第2の振動検出素子422の出力信号とが入力され、印加される振動に共振して振動する第1の梁部材411と第2の梁部材421との第1のセンサ部410の第1の共振周波数及び第2のセンサ部420の第2の共振周波数を抽出して、第1の共振周波数と第2の共振周波数との差分を算出する信号処理部47と有している。
(Fourth embodiment)
Next, the gas sensor 400 of 4th Embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a perspective view showing the gas sensor 400. As shown in FIG. 4, the gas sensor 400 includes a first sensor unit 410 having a first beam member 411 and a first vibration detection element 412, a second beam member 421, and a second vibration detection element 422. A second sensor unit 420 including: an output signal of the first vibration detection element 412 from the first sensor unit 410; and an output signal of the second vibration detection element 422 from the second sensor unit 420. The first resonance frequency of the first sensor unit 410 of the first beam member 411 and the second beam member 421 oscillating in resonance with the applied vibration and the second of the second sensor unit 420. The signal processing unit 47 extracts two resonance frequencies and calculates a difference between the first resonance frequency and the second resonance frequency.

さらに、具体的に説明を続ける。ガスセンサ400は、第1のセンサ部410と、第2のセンサ部420と、信号処理部47を備えている。第1のセンサ部410は、第1の梁部材411と、第1の振動検出素子412と、支持部43と、吸着部材45を有する。第1の振動検出素子412は、第1の梁部材411の上面に、例えばPZT、PVDF等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。   Furthermore, the explanation will be continued specifically. The gas sensor 400 includes a first sensor unit 410, a second sensor unit 420, and a signal processing unit 47. The first sensor unit 410 includes a first beam member 411, a first vibration detection element 412, a support unit 43, and an adsorption member 45. The first vibration detection element 412 is provided by laminating a piezoelectric material such as PZT or PVDF on the upper surface of the first beam member 411.

揮発性有機化合物を吸着する吸着部材45は第1の梁部材411の上面に例えばポリブタジエン(PBD)等の揮発性有機化合物を吸着する材料を成膜することで設けられている。吸着部材45と第1の梁部材411は異なる材料で形成されている。   The adsorbing member 45 that adsorbs a volatile organic compound is provided by forming a film that adsorbs a volatile organic compound such as polybutadiene (PBD) on the upper surface of the first beam member 411. The adsorption member 45 and the first beam member 411 are formed of different materials.

揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる第1の梁部材411は、一端が支持部43に固定されている。支持部43は駆動部44に接続されている。これにより、本実施形態の第1のセンサ部410は、吸着部材45の成膜された第1の梁部材411が駆動部44により印加される振動に共振して振動する。   One end of the first beam member 411 made of a polymer material that adsorbs a volatile organic compound is fixed to the support portion 43. The support part 43 is connected to the drive part 44. Thereby, the first sensor unit 410 of the present embodiment vibrates in resonance with the vibration applied by the driving unit 44 to the first beam member 411 on which the adsorption member 45 is formed.

さらに、本実施形態の第1のセンサ部410は、第1の振動検出素子412が第1の梁部材411に積層されている。これにより、第1の梁部材411の振動が第1の振動検出素子412によって検出される。   Further, in the first sensor unit 410 of the present embodiment, the first vibration detection element 412 is laminated on the first beam member 411. Thereby, the vibration of the first beam member 411 is detected by the first vibration detection element 412.

一方、第2のセンサ部420は、第2の梁部材421と、第2の振動検出素子422と、支持部43を備えている。第2の梁部材421と第1の梁部材411は、同一の材料で形成されている。第2の振動検出素子422は第2の梁部材421の上面に、例えばPZT、PVDF等の圧電性を有する材料を積層することで設けられている。   On the other hand, the second sensor unit 420 includes a second beam member 421, a second vibration detection element 422, and a support unit 43. The second beam member 421 and the first beam member 411 are formed of the same material. The second vibration detecting element 422 is provided on the upper surface of the second beam member 421 by laminating a piezoelectric material such as PZT or PVDF.

揮発性有機化合物を吸着する高分子材料からなる第2の梁部材421は、一端が支持部43に固定されている。支持部43は駆動部44に接続されている。これにより、本実施形態の第2のセンサ部420は、第2の梁部材421が駆動部44により印加される振動に共振して振動する構成となっている。   One end of the second beam member 421 made of a polymer material that adsorbs a volatile organic compound is fixed to the support portion 43. The support part 43 is connected to the drive part 44. Thus, the second sensor unit 420 of the present embodiment is configured to vibrate in resonance with the vibration applied by the drive unit 44 of the second beam member 421.

さらに、第2のセンサ部420は、第2の振動検出素子422が第2の梁部材421に積層されている。これにより、第2の梁部材421の振動が第2の振動検出素子422によって検出される。本実施形態では、第1のセンサ部410と第2のセンサ部420との間隔は500μm以上程度である。   Further, in the second sensor unit 420, the second vibration detection element 422 is laminated on the second beam member 421. Thereby, the vibration of the second beam member 421 is detected by the second vibration detection element 422. In the present embodiment, the distance between the first sensor unit 410 and the second sensor unit 420 is about 500 μm or more.

また、信号処理部47は、第1のセンサ部410の第1の振動検出素子412と、第2のセンサ部420の第2の振動検出素子422とに接続される。これにより、第1の振動検出素子412によって検出された第1の梁部材411の振動と、第2の振動検出素子422によって検出された第2の梁部材421の振動とが信号処理部47に入力される。   The signal processing unit 47 is connected to the first vibration detection element 412 of the first sensor unit 410 and the second vibration detection element 422 of the second sensor unit 420. Thereby, the vibration of the first beam member 411 detected by the first vibration detection element 412 and the vibration of the second beam member 421 detected by the second vibration detection element 422 are transmitted to the signal processing unit 47. Entered.

次に、駆動原理を説明する。図4に示すように、第1のセンサ部410の第1の梁部材411は、一端が支持部43に固定されている。支持部43は駆動部44に接続されている。駆動部44が振動すると、第1の梁部材411は共振周波数で振動する。   Next, the driving principle will be described. As shown in FIG. 4, one end of the first beam member 411 of the first sensor unit 410 is fixed to the support unit 43. The support part 43 is connected to the drive part 44. When the drive unit 44 vibrates, the first beam member 411 vibrates at the resonance frequency.

第1の梁部材411が揮発性有機化合物に暴露されると、第1の梁部材411の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、第1の梁部材411の質量が増える。さらに、吸着部材45が揮発性有機化合物に暴露されると、吸着部材45の一部に揮発性有機化合物が吸着される。これにより、第1の梁部材411の質量が増える。   When the first beam member 411 is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is adsorbed on a part of the first beam member 411. Thereby, the mass of the 1st beam member 411 increases. Further, when the adsorbing member 45 is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is adsorbed to a part of the adsorbing member 45. Thereby, the mass of the 1st beam member 411 increases.

この結果、第1の梁部材411もしくは吸着部材45に吸着された揮発性有機化合物の質量により、第1の梁部材411の第1の共振周波数が低下する。また、図4に示すように、第1の梁部材411の上面に第1の振動検出素子412が形成されている。第1の梁部材411が振動すると、第1の振動検出素子412に応力が伝わる。第1の振動検出素子412は圧電性を有する材料のため、印加された応力によって電圧を発生する。   As a result, the first resonance frequency of the first beam member 411 decreases due to the mass of the volatile organic compound adsorbed on the first beam member 411 or the adsorption member 45. Further, as shown in FIG. 4, a first vibration detection element 412 is formed on the upper surface of the first beam member 411. When the first beam member 411 vibrates, stress is transmitted to the first vibration detection element 412. Since the first vibration detection element 412 is a material having piezoelectricity, a voltage is generated by an applied stress.

一方、第2のセンサ部420の第2の梁部材421は一端が支持部43に固定されている。支持部43は、駆動部44に接続されている。駆動部44が振動すると、第2の梁部材421は、共振周波数で振動する。第2の梁部材421が揮発性有機化合物に暴露されると、第2の梁部材421の一部に揮発性有機化合物が吸着される。   On the other hand, one end of the second beam member 421 of the second sensor unit 420 is fixed to the support unit 43. The support part 43 is connected to the drive part 44. When the drive unit 44 vibrates, the second beam member 421 vibrates at the resonance frequency. When the second beam member 421 is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is adsorbed on a part of the second beam member 421.

従って、第2の梁部材421の質量が増える。この結果、第2の梁部材421に吸着された揮発性有機化合物の質量により、第2の梁部材421の第2の共振周波数が低下する。また、図4に示すように、第2の梁部材421の上面に、第2の振動検出素子422が形成されている。第2の梁部材421が振動すると、第2の振動検出素子422に応力が伝わる。第2の振動検出素子422は圧電性を有する材料のため、印加された応力によって電圧を発生する。   Accordingly, the mass of the second beam member 421 increases. As a result, the second resonance frequency of the second beam member 421 decreases due to the mass of the volatile organic compound adsorbed on the second beam member 421. Further, as shown in FIG. 4, a second vibration detection element 422 is formed on the upper surface of the second beam member 421. When the second beam member 421 vibrates, stress is transmitted to the second vibration detecting element 422. Since the second vibration detecting element 422 is a material having piezoelectricity, a voltage is generated by an applied stress.

また、信号処理部47は、駆動部44によって印加される振動に共振して振動する第1の梁部材411と、第2の梁部材421の振動を第1の振動検出素子412及び第2の振動検出素子422の出力電圧として抽出する。さらに、信号処理部47は第1の振動検出素子412及び第2の振動検出素子422の出力電圧を第1の梁部材411の第1の共振周波数及び第2の梁部材421の第2の共振周波数に変換する。また、信号処理部47は第1の共振周波数と第2の共振周波数との差分を算出する。   Further, the signal processing unit 47 detects the vibrations of the first beam member 411 and the second beam member 421 that resonate with the vibration applied by the driving unit 44, and the first vibration detection element 412 and the second beam member 421. Extracted as the output voltage of the vibration detection element 422. Further, the signal processing unit 47 outputs the output voltages of the first vibration detection element 412 and the second vibration detection element 422 to the first resonance frequency of the first beam member 411 and the second resonance of the second beam member 421. Convert to frequency. Further, the signal processing unit 47 calculates a difference between the first resonance frequency and the second resonance frequency.

ガスセンサ400は、第1の梁部材411の第1の共振周波数と、第2の梁部材421の第2の共振周波数を抽出して差分を算出する。これにより、第1のセンサ部410の第1の共振周波数と、第2のセンサ部420の第2の共振周波数との変化量の相違が測定できる。   The gas sensor 400 calculates the difference by extracting the first resonance frequency of the first beam member 411 and the second resonance frequency of the second beam member 421. Thereby, the difference in the amount of change between the first resonance frequency of the first sensor unit 410 and the second resonance frequency of the second sensor unit 420 can be measured.

次に、本実施形態の作用を説明する。第1のセンサ部410の第1の梁部材411と、第2のセンサ部420の第2の梁部材421とは、駆動部44によって印加される振動に共振して振動する。第1の振動検出素子412は、第1の梁部材411の振動を検出する。第2の振動検出素子422は、第2の梁部材421の振動を検出する。第1の梁部材411と吸着部材45は異なる材料で形成されている。   Next, the operation of this embodiment will be described. The first beam member 411 of the first sensor unit 410 and the second beam member 421 of the second sensor unit 420 vibrate in resonance with the vibration applied by the drive unit 44. The first vibration detection element 412 detects the vibration of the first beam member 411. The second vibration detection element 422 detects the vibration of the second beam member 421. The first beam member 411 and the suction member 45 are formed of different materials.

第1の梁部材411と第2の梁部材421は同一の高分子材料で形成されている。揮発性有機化合物は材料により吸着種と吸着量が異なる。例えば、吸着部材45のみに吸着する揮発性有機化合物の雰囲気中において、駆動部44が第1の梁部材411と第2の梁部材421を共振周波数で振動させている際に、第1のセンサ部410の吸着部材45が揮発性有機化合物を吸着すると第1のセンサ部410の第1の梁部材411の質量が増加するので、第1のセンサ部410の第1の梁部材411の共振周波数が低下する。一方、第2のセンサ部420の第2の梁部材421は揮発性有機化合物を吸着しないため、第2のセンサ部420の第2の梁部材421の共振周波数は変化しない。   The first beam member 411 and the second beam member 421 are made of the same polymer material. Volatile organic compounds differ in adsorption species and adsorption amount depending on the material. For example, when the drive unit 44 vibrates the first beam member 411 and the second beam member 421 at the resonance frequency in an atmosphere of a volatile organic compound adsorbed only by the adsorption member 45, the first sensor Since the mass of the first beam member 411 of the first sensor unit 410 increases when the adsorption member 45 of the unit 410 adsorbs the volatile organic compound, the resonance frequency of the first beam member 411 of the first sensor unit 410 is increased. Decreases. On the other hand, since the second beam member 421 of the second sensor unit 420 does not adsorb a volatile organic compound, the resonance frequency of the second beam member 421 of the second sensor unit 420 does not change.

さらに、第1の梁部材411と第2の梁部材421は同一の高分子材料で形成されていると、同一部材の温度変化による共振周波数のふらつきを相殺することができる。   Further, if the first beam member 411 and the second beam member 421 are formed of the same polymer material, it is possible to cancel the fluctuation of the resonance frequency due to the temperature change of the same member.

本実施形態のガスセンサ400は、第1のセンサ部410と第2のセンサ部420との高分子材料で形成された梁部材は揮発性有機化合物を吸着する。また、第1のセンサ部410の第1の梁部材411に固定された吸着部材45は、第1の梁部材411とは異なる揮発性有機化合物を吸着する。   In the gas sensor 400 of this embodiment, a beam member formed of a polymer material of the first sensor unit 410 and the second sensor unit 420 adsorbs a volatile organic compound. Further, the adsorbing member 45 fixed to the first beam member 411 of the first sensor unit 410 adsorbs a volatile organic compound different from the first beam member 411.

信号処理部47は、吸着する揮発性有機化合物の異なる第1のセンサ部410と第2のセンサ部420の共振周波数を抽出して差分を算出する。これにより、第1の梁部材411と第2の梁部材421とを有効に活用することにより、揮発性有機化合物の種類を特定できるという効果を奏する。   The signal processing unit 47 calculates the difference by extracting the resonance frequencies of the first sensor unit 410 and the second sensor unit 420 that have different volatile organic compounds to be adsorbed. Thereby, there exists an effect that the kind of volatile organic compound can be specified by utilizing the 1st beam member 411 and the 2nd beam member 421 effectively.

なお、図4に示すように、第1のセンサ部410と第2のセンサ部420の梁部材は同一の材料でもよい。あるいは、第1のセンサ部410と第2のセンサ部420の梁部材を異なる材料とすることにより、別途吸着部材を形成する必要がなくなる。さらに、第3のセンサ部、第4のセンサ部を加えてもよい。また、図4に示すように、本実施形態においては支持部が駆動部に接続されているが、後述するように、例えば機械装置など、振動している装置に取り付けられる構成でも良い。   In addition, as shown in FIG. 4, the beam member of the 1st sensor part 410 and the 2nd sensor part 420 may be the same material. Alternatively, by using different materials for the beam members of the first sensor unit 410 and the second sensor unit 420, there is no need to separately form a suction member. Furthermore, a third sensor unit and a fourth sensor unit may be added. As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the support unit is connected to the drive unit. However, as will be described later, the support unit may be attached to a vibrating device such as a mechanical device.

上述した第1実施形態〜第4実施形態は、駆動部14、24、34、44を有している。即ち、少なくとも一端が固定されている梁部材と、梁部材を支持する支持部と、梁部材が共振するように振動を印加する駆動部と、梁部材に固定されて梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、梁部材を高分子材料で形成し、その表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域としている。   The first to fourth embodiments described above have the drive units 14, 24, 34, 44. That is, a beam member having at least one end fixed thereto, a support unit that supports the beam member, a drive unit that applies vibration so that the beam member resonates, and a vibration of the beam member that is fixed to the beam member is detected. In the gas sensor including the vibration detection element, the beam member is formed of a polymer material, and at least a part of the surface thereof is an adsorption region that adsorbs a volatile organic compound.

(第5実施形態)
第1実施形態〜第4実施形態のガスセンサの構成は、これに限られない。すでに、上述しているように、外部に駆動部(振動源)が存在しても良い。
(Fifth embodiment)
The structure of the gas sensor of 1st Embodiment-4th Embodiment is not restricted to this. As described above, a drive unit (vibration source) may exist outside.

図5は、第5実施形態のガスセンサ500の斜視構成を示す図である。梁部材511と、振動検出素子512と、支持部513とは、例えば、第1実施形態と同じ構成であるため、重複する説明は、省略する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a perspective configuration of a gas sensor 500 according to the fifth embodiment. Since the beam member 511, the vibration detection element 512, and the support part 513 are the same structures as 1st Embodiment, the overlapping description is abbreviate | omitted, for example.

本実施形態のガスセンサ500は、少なくとも一端が固定されて、外部の駆動部(振動源)514(図中、点線で示す)に共振して振動する梁部材511と、梁部材511を支持する支持部513と、梁部材511に固定されて梁部材511の振動を検出する振動検出素子512とからなるガスセンサであって、梁部材511を高分子材料で形成し、梁部材511の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域510とするガスセンサでも良い。外部の駆動部(振動源)514としては、例えば、工場内の振動源、自動車内の振動源を用いることができる。梁部材511は、その振動源より共振する形状にすることが望ましい。   The gas sensor 500 of this embodiment has a beam member 511 that is fixed at least at one end and resonates and vibrates with an external drive unit (vibration source) 514 (indicated by a dotted line in the figure), and a support that supports the beam member 511. A gas sensor including a portion 513 and a vibration detecting element 512 that is fixed to the beam member 511 and detects the vibration of the beam member 511, wherein the beam member 511 is formed of a polymer material, and at least one of the surfaces of the beam member 511 The gas sensor may be an adsorption region 510 that adsorbs a volatile organic compound. As the external drive unit (vibration source) 514, for example, a vibration source in a factory or a vibration source in an automobile can be used. It is desirable that the beam member 511 has a shape that resonates with its vibration source.

このように、本実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。   As described above, the present embodiment can take various modifications without departing from the spirit of the present embodiment.

以上のように、本発明にかかるガスセンサは、小型なセンサに適している。   As described above, the gas sensor according to the present invention is suitable for a small sensor.

100 ガスセンサ
10 吸着領域
11 梁部材
12 振動検出素子
13 支持部
14 駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Gas sensor 10 Adsorption area | region 11 Beam member 12 Vibration detection element 13 Support part 14 Drive part

Claims (6)

少なくとも一端が固定されて、振動源に共振して振動する梁部材と、
前記梁部材を支持する支持部と、
前記梁部材に固定されて前記梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、
前記梁部材を高分子材料で形成し、
前記梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とするガスセンサ。
A beam member having at least one end fixed and resonating with a vibration source to vibrate;
A support portion for supporting the beam member;
A gas sensor comprising a vibration detecting element fixed to the beam member and detecting the vibration of the beam member;
The beam member is formed of a polymer material;
A gas sensor, wherein at least a part of a surface of the beam member is an adsorption region that adsorbs a volatile organic compound.
前記梁部材の一部に固定され、揮発性有機化合物を吸着する吸着部材を具備することを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, further comprising an adsorbing member fixed to a part of the beam member and adsorbing a volatile organic compound. 前記梁部材の一部に固定され、揮発性有機化合物を吸着する少なくとも2つ以上の吸着部材を具備することを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, further comprising at least two adsorbing members that are fixed to a part of the beam member and adsorb a volatile organic compound. 第1の前記梁部材と第1の前記振動検出素子とを有する第1のセンサ部と、
第2の前記梁部材と第2の前記振動検出素子とを有する第2のセンサ部と、
前記第1のセンサ部からの第1の前記振動検出素子の出力信号と、前記第2のセンサ部からの第2の前記振動検出素子の出力信号とが入力され、印加される振動に共振して振動する第1の前記梁部材と第2の前記梁部材との前記第1のセンサ部の第1の共振周波数及び前記第2のセンサ部の第2の共振周波数を抽出して、前記第1の共振周波数と前記第2の共振周波数との差分を算出する信号処理部とを有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のガスセンサ。
A first sensor unit having the first beam member and the first vibration detection element;
A second sensor unit having the second beam member and the second vibration detection element;
The output signal of the first vibration detection element from the first sensor unit and the output signal of the second vibration detection element from the second sensor unit are input and resonate with the applied vibration. Extracting the first resonance frequency of the first sensor portion and the second resonance frequency of the second sensor portion of the first beam member and the second beam member that vibrate in response to the second beam member; The gas sensor according to claim 1, further comprising a signal processing unit that calculates a difference between the resonance frequency of 1 and the second resonance frequency.
少なくとも一端が固定されている梁部材と、
前記梁部材を支持する支持部と、
前記梁部材が共振するように振動を印加する駆動部と、
前記梁部材に固定されて前記梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、
前記梁部材を高分子材料で形成し、
前記梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とするガスセンサ。
A beam member having at least one end fixed thereto;
A support portion for supporting the beam member;
A drive unit that applies vibration so that the beam member resonates;
A gas sensor comprising a vibration detecting element fixed to the beam member and detecting the vibration of the beam member;
The beam member is formed of a polymer material;
A gas sensor, wherein at least a part of a surface of the beam member is an adsorption region that adsorbs a volatile organic compound.
少なくとも一端が固定されて、外部の振動源に共振して振動する梁部材と、
前記梁部材を支持する支持部と、
前記梁部材に固定されて前記梁部材の振動を検出する振動検出素子とからなるガスセンサであって、
前記梁部材を高分子材料で形成し、
前記梁部材の表面の少なくとも一部を、揮発性有機化合物を吸着する吸着領域とすることを特徴とするガスセンサ。
A beam member having at least one end fixed and resonating with an external vibration source;
A support portion for supporting the beam member;
A gas sensor comprising a vibration detecting element fixed to the beam member and detecting the vibration of the beam member;
The beam member is formed of a polymer material;
A gas sensor, wherein at least a part of a surface of the beam member is an adsorption region that adsorbs a volatile organic compound.
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