2012 Fiscal Year Annual Research Report
表面弾性波の周期性を用いた直線・曲面変位および回転角度計測用デジタル式エンコーダ
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23656059
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
大岩 孝彰 静岡大学, 工学部, 教授 (00223727)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
朝間 淳一 静岡大学, 工学部, 准教授 (70447522)
近藤 淳 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (10293606)
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| Keywords | 変位計測 / 弾性表面波 / 櫛歯形電極 / 超音波振動 |
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| Research Abstract |
基板表面に弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）を伝搬させ，この周期性を用いて変位計測を行う原理の変位センサ（ディジタル式エンコーダ）を開発する．基板上に弾性表面波発生用トランスデューサを設置するだけで弾性表面波が生成されるため，基板上に等間隔ピッチの目盛線や磁気パターンを作成するなどの加工が一切不要であり，また弾性表面波は曲面形状の基板表面上も伝搬するため，このような面に沿った変位計測が可能となる．準備段階では波長λ=4mmの予備実験を行い，50mmの測定距離に亘って変位の計測が可能であることを確認している．本研究計画では，まず高分解能化に取り組んだ．使用するSAWデバイスの材料として圧電材料（二オブ酸リチウム）を用いるが，伝搬速度は3980m/sであり，波長を従来のものの1/25程度を設計するためにλ=160μｍとすると，加振周波数は約25MHzとなる．対数20の櫛歯電極パターンをCADを用いて設計し，マスク作成したのち，t0.5×18×20mmの圧電基板上に櫛歯電極を作成した電極の材質はアルミ，厚さは0.56μｍとした．次に，作成したSAWデバイスからSAWが励振されているかを確認するためにネットワークアナライザを用いてＳパラメータを計測し，約25MHzで弾性表面波が最も効率良く励振されていることを確認した．次に，２つのSAWデバイスを接触させて片側の送信用デバイスを正弦波信号で励振した．もう片方の受信用デバイスからは同じ周波数を持つ正弦波信号が適正な遅延時間後に検出されたことから，弾性表面波が圧電基板上を伝搬していることが確認できた．さらに送信用と受信用のデバイス間の距離を変化させたところ，受信側の正弦波信号の振幅が周期的に増減したことから，櫛歯電極の波長を短くしたデバイスにおいても距離の計測が可能であることが確認できた．
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