特許 7545904 感知センサ、及び感知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】感知センサ、及び感知装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20240829BHJP

【ＦＩ】

G01N5/02 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021011072

(22)【出願日】2021-01-27

(65)【公開番号】P2022114684

(43)【公開日】2022-08-08

【審査請求日】2023-06-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】茎田 啓行

【審査官】寺田 祥子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１７４２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０３９５３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ５／００－５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を脱離させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知するための感知センサにおいて、
共通の圧電片を挟んで、その一面側及び他面側に対向するように形成された２組の励振電極を互いに離間して設けてなる第１の振動領域及び第２の振動領域を備えると共にセンサ基板に保持された前記圧電振動子と、
前記センサ基板側からの伝熱により前記圧電振動子の温度を調節する温調機構と、
前記圧電振動子を前記一面側から覆うカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、前記圧電振動子の一面から離間して対向するように配置された対向面と、前記第１の振動領域を構成する前記一面側の励振電極が外部に向けて露出するように前記対向面に開口すると共に、前記一面から遠ざかるに従い開口径が次第に拡大する環状のテーパー面が形成されたガイドを有する開口部と、を備えることと、
前記カバー部材の前記対向面には、前記第２の振動領域を構成する前記一面側の励振電極と対向する領域に、黒色加工された黒体面が形成されていることと、
前記ガイドのテーパー面の上端と下端とを結んだ直線と、前記圧電振動子の一面と直交する軸線とのなす角度が４０°以上であることと、を特徴とする感知センサ。

【請求項2】

気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を脱離させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知するための感知センサにおいて、
共通の圧電片を挟んで、その一面側及び他面側に対向するように形成された２組の励振電極を互いに離間して設けてなる第１の振動領域及び第２の振動領域を備える前記圧電振動子と、
前記圧電振動子の温度を調節する温調機構と、
前記圧電振動子を前記一面側から覆うカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、前記圧電振動子の一面から離間して対向するように配置された対向面と、前記第１の振動領域を構成する前記一面側の励振電極が外部に向けて露出するように前記対向面に開口すると共に、前記一面から遠ざかるに従い開口径が次第に拡大する環状のテーパー面が形成されたガイドを有する開口部と、を備えることと、
前記カバー部材の前記対向面には、前記第２の振動領域を構成する前記一面側の励振電極と対向する領域に、黒色加工された黒体面が形成されていることと、
前記ガイドのテーパー面の上端と下端とを結んだ直線と、前記圧電振動子の一面と直交する軸線とのなす角度が４０°以上であることと、
前記黒体面が形成されている領域の周縁部から、前記第２の振動領域を構成する励振電極を囲み、前記圧電振動子の一面に近接する高さ位置へ向けて下方側に突出して形成された筒状の壁部が設けられていることと、を特徴とする感知センサ。

【請求項3】

前記壁部の内周面は黒色加工された黒体面となっていることを特徴とする請求項２に記載の感知センサ。

【請求項4】

気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を脱離させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知するための感知センサにおいて、
共通の圧電片を挟んで、その一面側及び他面側に対向するように形成された２組の励振電極を互いに離間して設けてなる第１の振動領域及び第２の振動領域を備える前記圧電振動子と、
前記圧電振動子の温度を調節する温調機構と、
前記圧電振動子を前記一面側から覆うカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、前記圧電振動子の一面から離間して対向するように配置された対向面と、前記第１の振動領域を構成する前記一面側の励振電極が外部に向けて露出するように前記対向面に開口すると共に、前記一面から遠ざかるに従い開口径が次第に拡大する環状のテーパー面が形成されたガイドを有する開口部と、を備えることと、
前記カバー部材の前記対向面には、前記第２の振動領域を構成する前記一面側の励振電極と対向する領域に、黒色加工された黒体面が形成されていることと、
前記ガイドのテーパー面の上端と下端とを結んだ直線と、前記圧電振動子の一面と直交する軸線とのなす角度が４０°以上であることと、
前記黒体面が形成された領域の前記対向面は、前記黒体面が形成されていない領域の前記対向面よりも前記圧電振動子の一面からの離間距離が大きいことと、を特徴とする感知センサ。

【請求項5】

前記ガイドは、前記テーパー面の下端部に接続され、当該テーパー面よりも傾きが大きい環状の急傾斜面を備え、前記急傾斜面の上端と下端とを結んだ直線と、前記軸線とのなす角度が４０°以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の感知センサ。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか一項に記載の感知センサと、
前記第１の振動領域及び前記第２の振動領域を発振させる発振回路と、
前記発振回路の発振周波数を取得する周波数取得部と、を備えた感知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電振動子の周波数変化により被感知物質を感知する感知センサ、及び感知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガス中に含まれる物質を感知する感知センサとして、水晶振動子を用いたＱＣＭ（Quartz crystal microbalance）が知られている。このようなＱＣＭを利用した感知手法の一つとして、水晶振動子に被感知物質の検出が行われるガスを吸着させた後、当該水晶振動子の温度を低温の状態から徐々に上げて、当該水晶振動子に吸着したガスを脱離させる手法が知られている。

【0003】

当該手法においては、このガス脱離前後の周波数変化量を測定することでガスの吸着量が測定され、ガスが脱離する際の温度を検出することでガスの成分が特定される。上記の水晶振動子の温度変更を能動的に行うために熱電素子であるペルチェ素子を内蔵したものが知られている。ＱＣＭからガスを離脱させるための温度調節手段として、熱電素子を採用した感知装置は、ＴＱＣＭ（Thermoelectric QCM）とも呼ばれる。

【0004】

このようなＴＱＣＭにおいて、近年では、測定感度の向上のため水晶振動子にガスを吸着させる励振電極である検出電極と、参照となる周波数を取得する励振電極である参照電極と、を設けた構成が知られている（例えば特許文献１）。このＴＱＣＭにおいては、被感知物質を吸着させた検出電極の発振周波数と、参照電極の発振周波数と、の周波数差分値を取得することで、被感知物質の吸着による質量変化以外の外来ノイズをキャンセルした周波数変化量を取得することができる。このようなＴＱＣＭにおいては、外来ノイズを確実にキャンセルし被感知物質の吸着による質量変化に基づく周波数変化量を、より正確に取得する要請がある。

【0005】

なお特許文献２には、水中の油、ガス漏洩検知装置において、検知すべき物質をプリズムの検知面に収集するにあたって、検知孔を装置本体の外部から内部に向かってテーパー状に形成した構成が記載されている。しかしながら特許文献１は検出電極と参照電極とを備えた圧電振動子を用いて被感知物質を感知する技術の記載はなく、本発明の課題を解決する構成は開示されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１９－１７４２６９号公報

【文献】特開平２－４９８８９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、被感知物質を検出用の励振電極に確実に吸着させると共に、圧電振動子を加熱したとき参照用の励振電極に加わる誤差の要因を抑制した感知センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第一の発明の感知センサは、気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を脱離させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知するための感知センサにおいて、
共通の圧電片を挟んで、その一面側及び他面側に対向するように形成された２組の励振電極を互いに離間して設けてなる第１の振動領域及び第２の振動領域を備えると共にセンサ基板に保持された前記圧電振動子と、
前記センサ基板側からの伝熱により前記圧電振動子の温度を調節する温調機構と、
前記圧電振動子を前記一面側から覆うカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、前記圧電振動子の一面から離間して対向するように配置された対向面と、前記第１の振動領域を構成する前記一面側の励振電極が外部に向けて露出するように前記対向面に開口すると共に、前記一面から遠ざかるに従い開口径が次第に拡大する環状のテーパー面が形成されたガイドを有する開口部と、を備えることと、
前記カバー部材の前記対向面には、前記第２の振動領域を構成する前記一面側の励振電極と対向する領域に、黒色加工された黒体面が形成されていることと、
前記ガイドのテーパー面の上端と下端とを結んだ直線と、前記圧電振動子の一面と直交する軸線とのなす角度が４０°以上であることと、を特徴とする。
第二の発明の感知センサは、気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を脱離させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知するための感知センサにおいて、
共通の圧電片を挟んで、その一面側及び他面側に対向するように形成された２組の励振電極を互いに離間して設けてなる第１の振動領域及び第２の振動領域を備える前記圧電振動子と、
前記圧電振動子の温度を調節する温調機構と、
前記圧電振動子を前記一面側から覆うカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、前記圧電振動子の一面から離間して対向するように配置された対向面と、前記第１の振動領域を構成する前記一面側の励振電極が外部に向けて露出するように前記対向面に開口すると共に、前記一面から遠ざかるに従い開口径が次第に拡大する環状のテーパー面が形成されたガイドを有する開口部と、を備えることと、
前記カバー部材の前記対向面には、前記第２の振動領域を構成する前記一面側の励振電極と対向する領域に、黒色加工された黒体面が形成されていることと、
前記ガイドのテーパー面の上端と下端とを結んだ直線と、前記圧電振動子の一面と直交する軸線とのなす角度が４０°以上であることと、
前記黒体面が形成されている領域の周縁部から、前記第２の振動領域を構成する励振電極を囲み、前記圧電振動子の一面に近接する高さ位置へ向けて下方側に突出して形成された筒状の壁部が設けられていることと、を特徴とする。
第三の発明の感知センサは、気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を脱離させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知するための感知センサにおいて、
共通の圧電片を挟んで、その一面側及び他面側に対向するように形成された２組の励振電極を互いに離間して設けてなる第１の振動領域及び第２の振動領域を備える前記圧電振動子と、
前記圧電振動子の温度を調節する温調機構と、
前記圧電振動子を前記一面側から覆うカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、前記圧電振動子の一面から離間して対向するように配置された対向面と、前記第１の振動領域を構成する前記一面側の励振電極が外部に向けて露出するように前記対向面に開口すると共に、前記一面から遠ざかるに従い開口径が次第に拡大する環状のテーパー面が形成されたガイドを有する開口部と、を備えることと、
前記カバー部材の前記対向面には、前記第２の振動領域を構成する前記一面側の励振電極と対向する領域に、黒色加工された黒体面が形成されていることと、
前記ガイドのテーパー面の上端と下端とを結んだ直線と、前記圧電振動子の一面と直交する軸線とのなす角度が４０°以上であることと、
前記黒体面が形成された領域の前記対向面は、前記黒体面が形成されていない領域の前記対向面よりも前記圧電振動子の一面からの離間距離が大きいことと、を特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本感知センサは、被感知物質を吸着させる励振電極を有する第１の振動領域が外部に向けて露出するように開口する開口部を備えたカバー部材を用いて圧電振動子を覆う。この開口部は、電振動子の一面と直交する軸線とのなす角度が４０°以上のテーパー面が形成されたガイドを有しているので、外部環境の広い範囲からより確実に被感知物質を第１の振動領域に吸着させることができる。また参照用の励振電極を有する第２の振動領域と対向するカバー部材の対向面には、黒色加工された黒体面が形成されている。このように構成することで、カバー部材からの熱放射に伴う第２の振動領域の温度上昇を抑制し、安定した参照用の周波数信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る感知装置の縦断側面図である。

【図2】前記感知装置の一部を拡大した縦断側面図である。

【図3】水晶振動子の平面図である。

【図4】感知センサを本体部に接続した感知装置を示すブロック図である。

【図5】前記感知装置を用いてガス中の被感知物質を検出する実験装置の縦断側面図である。

【図6】実施例及び比較例における昇温温度に対する周波数差分値の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態であるＴＱＣＭを利用した感知センサ１について、図１の縦断側面図を参照して説明する。感知センサ１は、ベース部２の上方に、回路収納部３、スペーサ６１、ペルチェ素子部６が積層され、ペルチェ素子部６の上方に水晶振動子４を支持するセンサ基板５が設けられている。以下明細書中では、ベース部２側を下方側、センサ基板５側を上方側として説明する。ただしこの方向については説明の便宜上設定したものであり、ここで示す方向となるように使用時の感知センサ１の配置方向が限定されるものでは無い。そしてこれら回路収納部３、スペーサ６１及びペルチェ素子部６、センサ基板５の上方を覆うようにカバー部材（以下、単に「カバー」という）１０が設けられている。

【0012】

この感知センサ１は、ペルチェ素子部６によって、水晶振動子４の温度を例えば－８０℃～＋１２５℃の範囲内で変更できるように構成されている。ペルチェ素子部６は、温調機構に相当する。回路収納部３は水晶振動子４の発振周波数を感知センサ１の外部の装置へ取り出すための後述の発振回路９１、９２が収容される。またベース部２は、ペルチェ素子部６から放出される熱を外部へ排熱するための冷却部７１に接続できるように構成されている。

【0013】

ベース部２は、例えばニッケル鍍金がされた銅により構成されている。ベース部２は平面視円形なブロックとして構成されており、高い伝熱性が得られるように成形されている。
回路収納部３は、ベース部２の上方にＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などからなる集積回路３１を収納する密閉された収納空間３０形成する。集積回路３１はシリコン製の半導体素子によって構成されており、水晶振動子４に接続されて当該水晶振動子４を発振させる発振回路を含む。

【0014】

ペルチェ素子部６は、その上面及び下面のうちの一方の面が放熱面（加熱面）、他方の面が冷却面となる。本例においては、ペルチェ素子部６へ供給される電流の方向が切り替えられることによって放熱面と冷却面とが互いに切り替えられて、水晶振動子４の冷却と加熱とを行うことができる。水晶振動子４を冷却する際にはペルチェ素子部６の上面が冷却面となり、その下面が放熱面となる。水晶振動子４を加熱する際にはペルチェ素子部６の上面が放熱面となり、その下面が冷却面となる。

【0015】

図１に示すようにセンサ基板５は、凹部５１を備え、後述する水晶振動子４の第１及び第２の振動領域４５、４６の下面側が凹部５１に臨むように、水晶振動子４の周縁部を下面側から支え、且つ水平姿勢で保持できるように構成されている。またセンサ基板５は、その下面側中央がペルチェ素子部６の一面と接触した状態で保持されている。

【0016】

図１に示すように、水晶振動子４は、例えばＡＴカットの圧電片である円形の水晶片４０を備えている。この水晶片４０の一面側（上面側）及び他面側（下面側）には、夫々例えば金（Ａｕ）などからなり、各々円形に形成された一対の第１の励振電極（検出電極）４１、４３と、一対の第２の励振電極（参照電極）４２、４４とが互いに離間して配置されている。水晶振動子４における第１の励振電極４１、４３に挟まれた領域は、第１の振動領域４５を構成し、第２の励振電極４２、４４に挟まれた領域は第２の振動領域４６を構成する。なお第１及び第２の励振電極４１～４４は、水晶片４０と比較して極めて薄い膜厚であるが、図１、図２では膜厚を誇張して記載している。従って水晶振動子４における水晶片４０の上面の高さ位置と、上面側の第１の励振電極４１、第２の励振電極４２の一面の高さ位置とは実際にはほぼ面一となっている。

【0017】

続いてカバー１０について、図２、図３も参照して説明する。カバー１０は例えば銅やアルミニウムで構成され、天板１０ａによって上面が覆われた円筒として構成されている。当該カバー１０の下面は開口しており、既述の回路収納部３からセンサ基板５に至る積層体を収容した状態で、ベース部２上に配置される。このときカバー１０の天板１０ａは水平に配置され、センサ基板５に支持された水晶振動子４の一面（上面）と、当該一面に対向する天板１０ａの下面（対向面）とが隙間を開けて離間して配置される。

【0018】

そして、カバー１０の天板１０ａには、水晶振動子４の上面側に設けられた検出電極である第１の励振電極４１が外部へ向けて露出するように、円形の開口部１１開口している。さらに開口部１１には、上記の水晶振動子４の上面側の第１の振動領域４５を構成する第１の励振電極４１に被感知物質であるガスを第１の振動領域４５の一面に案内するための、ガイド１２が形成されている。ガイド１２の上面側には、カバー９の上面から下方へと延伸されると共に、水晶片４０の上面から遠ざかるに従い開口径が次第に拡大する環状のテーパー面１２ｂが形成されている。ガイド１２の下端は、水晶振動子４の上面からわずかに離間し（例えば離間間隔が０．５ｍｍ）、第１の振動領域４５の周縁を囲むように配置されている。

【0019】

また水晶振動子４の上面に対して鉛直に伸びる軸線Ｌとの間に形成される角度に着目したとき、ガイド１２には、既述のテーパー面１２ｂの下端部に、当該テーパー面１２ｂよりも傾きが大きい急傾斜面１２ａが接続されている。
この例では軸線Ｌに対して急傾斜面１２ａのなす角度は、２０°、テーパー面１２ｂのなす角度が６０°に設定されている。

【0020】

また図２、図３に示すように、カバー１０の天板１０ａの下面には、筒状の壁部１３が設けられている。壁部１３は、天板１０ａの下面、即ち、水晶振動子４の上面と対向する対向面から、水晶振動子４の上面に近接する高さ位置へ向けて下方側に突出して形成されている。壁部１３の下端は、水晶振動子４の上面からわずかに離間し（例えば離間間隔が０．５ｍｍ）、参照電極側の第２の励振電極４２の周縁を囲むように配置されている。

【0021】

また壁部１３で囲まれた領域は、壁部１３の外側の領域と比較して天板１０ａが薄くなっている。従って、図２に示すように、壁部１３の内側における天板１０ａの下面は、壁部１３の外側の領域における天板１０ａの下面と比較して、水晶振動子４の上面からの離間距離が大きくなっている。ここでは壁部１３の内側における離間距離ｈ１は、４ｍｍ、外側における離間距離ｈ２は２ｍｍとする場合を例示できる。
そしてカバー９の内面には、全面に亘って黒色メッキ１４の層を形成することにより黒色加工が成されている。

【0022】

図４は、感知センサ１を感知装置の本体部１００に接続したときに形成される電気的構成を示している。感知センサ１の第１及び第２の励振電極４１～４４は、集積回路３１に設けられた第１及び第２の発振回路９１、９２に接続されている。そして感知センサ１を感知装置の本体部１００に接続すると第１及び第２の発振回路９１、９２は、スイッチ９０を介して周波数取得部であるデータ処理部９３に接続される。データ処理部９３は、第１及び第２の発振回路９１、９２から入力された周波数信号の周波数データのディジタル値を取得する。この結果、経時的出力される周波数信号につき、第１の発振回路９１より出力される第１の発振周波数「Ｆ１」の時系列データと、第２の発振回路９２より出力される第２の発振周波数「Ｆ２」の時系列データとが得られる。

【0023】

本例の感知装置では、スイッチ９０により、第１の発振回路９１とデータ処理部９３とを接続するチャンネル１と、第２の発振回路９２とデータ処理部９３とを接続するチャンネル２とを交互に切り替えた間欠発振を行う。この手法により、感知センサ１の検出電極である第１の励振電極４１、４３と、参照電極である第２の励振電極４２、４４と、間の干渉を避け、安定した周波数信号を取得できるようにしている。そしてこれらの周波数信号は、例えば時分割されて、データ処理部９３に取り込まれる。データ処理部９３では、周ディジタル値の時分割データに基づいて、演算処理を行い、第１の発振回路９１の発振周波数と、第２の発振回路９２の発振周波数との周波数差分値を取得する。

【0024】

図５は、上述の感知センサ１を備えた感知装置を用いて、ガス中の被感知物質を検出する実験装置の一例を示している。実験装置は、真空容器７０を備え、この真空容器７０の一面（図５に示す例では側面）は、感知センサ１を冷却するための冷却部７１として構成されている。そして図５に示す例において、感知センサ１は、冷却部７１にベース部２が固定され、開口部１１が側方を向くように取り付けられる。冷却部７１は例えば冷媒が流通する流路７１ａを備えたチラーにより構成され、ベース部２を冷却できるように構成されている。これにより感知センサ１は、ベース部２を介して、その全体が冷却される。これを言い替えると、感知センサ１内のペルチェ素子部６から放出された熱は、ベース部２に排出される。反対に、ペルチェ素子部６が、水晶振動子４を冷却部７１よりも低温に冷却している場合には、冷却部７１からペルチェ素子部６へ向けて給熱が行われる。

【0025】

真空容器７０の内部には、感知センサ１の開口部１１と対向する位置に試料７７を支持するための台部７３が設けられている。この台部７３は、加熱機構７４により試料７７を所定の温度に加熱できるようになっている。真空容器７０は、排気路７５を介して真空排気機構７６に接続され、所定の真空度に真空排気されるように構成されている。そしてまた感知センサ１を冷却部７１に取り付けたときに、集積回路３１と本体部１００とが互いに接続され、水晶振動子４の発振周波数を取得できるように構成されている。

【0026】

この実験装置においては、台部７３に試料７７を支持させた後、真空容器７０を閉じ、真空容器７０内を所定の真空度に真空排気すると共に、台部７３を加熱機構７４により例えば１２５℃に加熱する。これにより、試料７７に含まれる被感知物質であるガスが昇華し、真空容器７０内に放出される。一方、冷却部７１に冷却媒体を供給すると共に、ペルチェ素子部６により温度を調整し、水晶振動子４を、例えば－８０℃に冷却する。これにより、試料７７の加熱により発生したガスが開口部１１を介して感知センサ１内に進入し一面側の第１の励振電極４１に吸着する。これにより質量負荷効果により、第１の振動領域４５側の発振周波数が変化する。

【0027】

このように、第１の振動領域４５においては、ガスが吸着して発振周波数が変化する一方で、第２の振動領域４６においては、ガスは吸着しない。このことから第１の振動領域４５と第２の振動領域４６との間で発振周波数の差が発生する。そこでこれらの発振周波数の差分値を得ることにより、温度変化などの外来ノイズをキャンセルし、ガスの吸着量の差に基づく発振周波数の変化量を取得することができる。

【0028】

次いで、周波数差分値の取得を行いながらペルチェ素子部６により温度を調節し、水晶振動子４を例えば１℃／分の速度で昇温させる。この昇温により、第１の振動領域４５に吸着した被感知物質が次第に昇華して脱離していく。この結果、第１、第２の振動領域４５、４６間の周波数差分値が小さくなる。圧力を一定にした条件下（本例では真空雰囲気）では、各物質の昇華温度が相違するので、水晶振動子４の温度と、周波数差分値の変化との対応関係から、被感知物質の特定し、各被感知物質の吸着量を求めることができる。

【0029】

図５に示す実験装置において、感知センサ１の開口部１１のガイド１２のテーパー面１２ｂの角度を大きくすると開口径が大きくなり被感知物質が開口部１１に進入しやすくなる。この結果、第１の振動領域４５に被感知物質を確実に吸着させることができる。

【0030】

しかしながら、テーパー面１２ｂの角度を大きくしていくと、水晶振動子４に対してカバー１０の天板１０ａが近づく。
このように天板１０ａと水晶振動子４との距離が近くなると、例えば加熱されている水晶振動子４から放射された熱が、天板１０ａの下面にて反射し、水晶振動子４に到達し、水晶振動子４の温度制御に影響を及ぼしやすくなるおそれが生じる。

【0031】

一方、第１の振動領域４５は、開口部１１に臨むように配置され、天板１０ａとは対向していないため、既述の熱反射の影響を受けにくい。
そのため共通の水晶片４０に形成された第２の振動領域４６の温度が第１の振動領域４５の温度よりも高くなることがある。このように第１の振動領域４５と第２の振動領域４６との間で温度差が生じると、温度差の影響をキャンセルすることができず、被感知物質の吸着に基づく周波数差分値を正確に取得できなくなり、検出精度が低下してしまうおそれが生じる。

【0032】

本例の感知センサ１は、既述の軸線Ｌに対してガイド１２のテーパー面１２ｂがなす角度を６０°に設定している（図２の角度ｂ）。このようにガイド１２の角度を比較的大きくすることで、被感知物質を確実に第１の振動領域４５に吸着させることができる。一方で、感知センサ１のカバー１０の内面に黒色メッキ１４の層を設ける黒色加工を行っている。この結果、水晶振動子４に対向する天板１０ａの下面（対向面）が黒体面となり、熱の反射を抑えることができる。そのため、水晶振動子４の加熱に伴う第１、第２の振動領域４５、４６間の温度差の発生を抑制し、被感知物質の検出精度の低下を抑えることができる。

【0033】

特に第２の振動領域４６に対向する領域に黒色メッキ１４の層を設けることで、第２の振動領域４６の温度の上昇を効果的に抑制し、検出精度の低下を抑えることができる。
さらに本例の感知センサ１は、第２の振動領域４６の周囲を囲むようにカバー１０の内面に壁部１３を設けている。この構成により、開口部１１から侵入した被感知物質を含むガスが第２の振動領域４６に表面に流れ込むことを抑制することができる。またこの壁部１３にも黒色メッキ１４の層を設けることでも第２の振動領域４６に対する熱反射の影響を抑えることができる。

【0034】

ここでカバー１０の内部に壁部１３を設けた構成の場合、黒色メッキ１４の層は、少なくとも壁部１３の内周面を含む、壁部１３で囲まれた領域に設ければよい。
また一般に、ガイド１２のテーパー面１２ｂ開口角度が大きくなると、天板１０ａと水晶振動子４が近くなり反射した熱の影響を受けやすくなる。この点、軸線Ｌに対し、テーパー面１２ｂの上端と下端とを結んだ直線がなす角度が４０°以上の場合には、天板１０ａの下面に黒色メッキ１４の層を設けるなどの黒色加工を行うことが好ましい。なお、黒色加工の手法は、黒色メッキ１４に限定されず、黒色塗装であってもよい。

【0035】

一方で、本例のガイド１２においては、テーパー面１２ｂの下端部に、軸線Ｌとのなす角度が４０°以下の急傾斜面１２ａを接続している。このように構成することでガイド１２の上端の開口径が大きくなりすぎることを抑制している。また、急傾斜面１２ａを設けることにより、ガイド１２の上端から下端までの高さ寸法（軸線Ｌに沿った方向の寸法）を大きくすることができ、天板１０ａと水晶振動子４との離間距離が小さくなりすぎることを抑えることができる。

【0036】

また図２を用いて説明したように、壁部１３で囲まれた領域における第２の振動領域４６と天板１０ａの下面との離間距離ｈ１が、その外部の領域における離間距離ｈ２よりも大きくなるように構成してもよい。この構成により天板１０ａの下面にて入射し、反射する熱エネルギーの減衰量を大きくすることができる。この構成によっても、水晶振動子４の加熱に伴う第１、第２の振動領域４５、４６間の温度差の発生を抑制することができる。
さらにここで、第１及び第２の発振回路９１、９２は、感知センサ１内に設けられていることは必須の要件ではない。例えば感知装置の本体部１００にこれらの発振回路９１、９２を設けてもよい。

【0037】

［実施例］
天板１０ａの下面を黒色加工する効果を検証するため以下の試験を行った。
［実施例］
図１～図５を用いて説明した実施の形態に係る感知センサ１を用い実験を行った例を実施例とした。
［比較例］
カバー１０の内面に黒色メッキ１４の層を設けないことを除いて実施例１と同様に構成した感知センサを用いて実験を行った例を比較例とした。
［参照例］
またガイド１２の斜面部分を軸線Ｌに対して２０°の角度に設定したことを除いて比較例と同様に構成した感知センサを用いて実験を行った例を参照例とした。

【0038】

実施例、比較例、及び参照例について各々基準温度から温度を昇温させたときの周波数差分値を測定した。図６は実施例、比較例、及び参照例の感知センサ１を用いて測定を行ったときに水晶振動子４の基準温度（－８０℃）から昇温した温度ごとに検出された周波数差分値を示す。

【0039】

図６に示すように温度を５０℃上昇させたときに比較例と参照例の間で周波数差分値に差が生じ、８０℃上昇させたときに１．３ｐｐｍ程度の差が生じていた。これに対して実施例１にて取得された周波数差分値は、参照例とほぼ値が得られていた。
この結果によれば開口部１１に設置するガイド１２の開口角度を大きくすることで周波数差分値の誤差が出やすくなるが、カバー１０の内面に黒色メッキ１４の層を設けることで周波数差分値の誤差を抑制できると言える。

【符号の説明】

【0040】

１ 感知センサ
６ ペルチェ素子部
１０ カバー
１１ 開口部
１２ ガイド
１４ 黒色メッキ
４５ 第１の振動領域
４６ 第２の振動領域
４０ 水晶片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】