LB膜技術によるマルチ型弾性表面波センサとその多機能化に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560363
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: 野村 徹 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50052858)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古川 昌司 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (30199426) ; 斉藤 敦史 芝浦工業大学, 工学部, 講師 (30280994)
• Keywords: 弾性表面波センサ / SH-SAW / 反射型遅延線 / センサアレイ / 無給電センサ / ワイヤレス / 層状構造 / 集積化センサ

Research Abstract

弾性表面波(Surface acoustic wave:SAW)を用いた、さまざまなセンサ(SAWセンサ)が研究され、実用化されている。SAWセンサには、デバイスの特徴を生かし、様々な型のセンサが考えられる。例えば、SAWデバイスは平面的に構成され、しかも高周波化により小型化できるため、幾つかのセンサを同一基板に組み込んだ集積化センサ(センサアレイ)は、その一つである。また、一般にSAWデバイスに使われる波は、いわゆるレイリー波であるが、LiTaO3等の圧電基板では、SH(Shear horizontal)モードの表面波(SH-SAW)が伝搬する。このSH-SAWは、表面に水平で、伝搬方向に垂直な粒子変位成分のみを有する単一の粒子変位成分を持つ表面波である。このためSH-SAWは、直角の端面に垂直に入射すると完全反射を生じる。
本研究では、SH-SAWの端面における反射現象を用いた効率のよい反射型遅延線センサを開発した。一つの基板表面に、長さの異なる反射型遅延線SAWセンサにより、センサアレイ(マルチチャネル化センサ)を作り、歪、温度等の物理量の測定を行った。また完全反射であるため、挿入損が小さいことを利用して無給電センサ(パッシブセンサ)が実現出来ることを示した。SAWセンサシステムの開発においては、これらセンサアレイを有効に動作させるためと、パッシブセンサのための電子システムの開発を行った。
センサ用の弾性表面波基板の探索(役割分担古川担当)では、水/LiNbO3/サファイヤ構造を伝搬するSAWの伝搬特性と電気機械結合係数について理論的に検討した。計算においては、LiNbO3の成長層の膜厚を変えた場合と水を他の液体に変えた場合の伝搬特性を求めた。その結果、LiNbO3の膜厚は伝搬速度に一様な影響を及ぼすが、損失に対しては、ある膜厚でピークをもつことが分った。しかも、このピークは液体の物性値と膜厚により異なり、液体の識別に有効なデータとなる事が分った。

Research Products

• [Publications] T.Nomura, A.Saitoh, T.Miyazaki: "Liquid sensor probe using reflecting SH-SAW delay line"Sensors and Actuators, B.. B91. 298-302 (2003)
• [Publications] T.Nomura, A.Saitoh, H.Tokuyama: "Wireless sensor system using surface acoustic wave device"Proceeding of the 20th Sensors Symposium. 191-194 (2003)
• [Publications] T.Nomura, A.Saitoh, H.Tokuyama: "Wireless sensor using surface acoustic wave"Ultrasonics world congress 2003 proceedings. 935-938 (2003)