2010 Fiscal Year Annual Research Report
エバネセント波超音波振動を用いた新しい液面レベル精密センシング手法の開発
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22560340
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| Research Institution | Tohoku Gakuin University |
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Principal Investigator |
山田 顕 東北学院大学, 工学部, 教授 (80134021)
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| Keywords | 計測工学 / 先端機能デバイス / 電子デバイス・機器 / 超音波センサ / エバネセント波 / エネルギー閉じ込め振動子 / 厚みたて振動 / 厚みすべり振動 |
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| Research Abstract |
1. エネルギー閉じ込めの形態によるセンシング特性の違いについての検討
エネルギー閉じ込めには、利用する振動モードのしゃ断周波数付近における分散曲線の形態によって通常の周波数低下型と周波数上昇型の2つのタイプがある。周波数低下型では共振点付近での特性に優れ、一方周波数上昇型では反共振周波数付近での特性に優れる特徴がある。そこで、PZT系およびチタン酸鉛系の圧電セラミクスを用いてそれぞれのタイプの振動子を作製し、センシング特性の比較を行った。その結果、予想されたように低下型では共振の利用が、また、上昇型では反共振の利用が適当であることが確かめられた。なお、上昇型では供試液体に挿入される圧電板のエバネセント波領域部分にも表面短絡電極があるため、液体の電気的性質の影響を受けにくいことがわかった。
2. 基本モードと非調和振動モードによるセンシング特性の違いついての検討
周波数低下型エネルギー閉じ込め振動では振動子の厚さHと電極幅(電極径)lの比l/Hの値がある値以上になると基本モードに加え電極幅方向の定在波である非調和高次振動モードが発生する。一方、周波数上昇型エネルギー閉じ込めでは振動子の厚さHと無電極のギャップ部分の幅l'の比l'/Hがある値以上になると非調和低次振動モードが発生する。基本モードと非調和振動モードではエバネセント領域の拡がり具合が異なるため、両者ではセンシング特性が異なると予想される。これを確かめるため、非調和振動モードが発生する振動子を作製して実験を行った。その結果、予想通り非調和振動を利用した場合の方が液面レベル変化に対するQ値の変化が穏やかになることが確かめられた。
3. 厚みたて振動と厚みすべり振動利用時の違いについての検討
前記までの項目では厚みたて振動を利用したが、理想的な液体では液体負荷の影響を受けない厚みすべり振動の利用についても検討した。その結果、厚みすべり振動でも液面レベルに対するQ値の変化が観測された。ただし、厚みたて振動の場合に比べQ値の変化は穏やかであり、粘性の高い液体に適用すれば効果的であると思われる。
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