JP7665381B2

JP7665381B2 - Odor detection device and odor detection method

Info

Publication number: JP7665381B2
Application number: JP2021060566A
Authority: JP
Inventors: 陽介恩田
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2025-04-21
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: JP2022156729A

Description

本発明は、におい成分を検出するにおい検出装置及びにおい検出方法に関する。 The present invention relates to an odor detection device and an odor detection method for detecting odor components.

従来、所定の共振周波数で振動する振動子と、気体中のにおい成分が吸着する感応膜を備えるにおいセンサが知られている。このにおいセンサでは、振動子を所定の共振周波数で振動させ、におい成分の吸着による共振周波数の変動を観測することでにおい成分を検出することができる。振動子は、ＱＣＭ(Quartz Crystal Microbalance)、ＳＡＷ(Surface acoustic wave)共振器、ＦＢＡＲ(Film bulk acoustic resonator)といった圧電共振器によって構成される。 Conventionally, odor sensors have been known that have an oscillator that vibrates at a specific resonant frequency and a sensitive membrane that adsorbs odor components in a gas. In this odor sensor, the oscillator is vibrated at a specific resonant frequency, and odor components can be detected by observing the fluctuation in the resonant frequency due to the adsorption of the odor components. The oscillator is composed of a piezoelectric resonator such as a QCM (Quartz Crystal Microbalance), a SAW (Surface acoustic wave) resonator, or an FBAR (Film bulk acoustic resonator).

ここで、においセンサが検出対象とする気体が湿度を含む場合、振動子の共振周波数が湿度によって変動するおそれがある。また、においセンサの温度によっても振動子の共振周波数が変動するおそれがある。このため、におい成分を正確に検出するためには湿度及び温度による共振周波数の変動を除外する補正が必要となる。 Here, if the gas to be detected by the odor sensor contains humidity, the resonant frequency of the oscillator may vary depending on the humidity. The resonant frequency of the oscillator may also vary depending on the temperature of the odor sensor. For this reason, in order to accurately detect odor components, a correction is required to eliminate the variation in resonant frequency due to humidity and temperature.

例えば、特許文献１には、ＱＣＭの電極腐食性を利用した湿度の補正方法について開示されている。また、特許文献２にはＱＣＭを湿度参照素子及び温度参照素子とし、これらの参照素子を用いて補正係数を算出し、その補正係数を利用して補正を行う方法について開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a humidity correction method that utilizes the electrode corrosiveness of a QCM. Patent Document 2 discloses a method in which a QCM is used as a humidity reference element and a temperature reference element, and a correction coefficient is calculated using these reference elements, and the correction coefficient is used to perform correction.

特開２０１４－１４５６０８号公報JP 2014-145608 A 特開２０１８－４８９３０号公報JP 2018-48930 A

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、一定時間の共振周波数の変化量を求め、その間の電極腐食量に基づいて、共振周波数の変化量を補正するものであり、におい成分の補正をリアルタイムに行うものではない。毒ガス検知や火災検知等の用途においては、高いリアルタイム性が必要とされる。また、特許文献２に記載の方法は、線形補正を前提としているため、共振周波数の温湿度依存性が線形から逸脱するような広い温湿度範囲では使用することができない。 However, the method described in Patent Document 1 calculates the amount of change in the resonant frequency over a certain period of time and corrects the amount of change in the resonant frequency based on the amount of electrode corrosion during that period, and does not correct odor components in real time. High real-time performance is required for applications such as toxic gas detection and fire detection. In addition, the method described in Patent Document 2 is based on linear correction, and therefore cannot be used in a wide temperature and humidity range where the temperature and humidity dependence of the resonant frequency deviates from linearity.

さらに、温湿度センサにより温度及び湿度を検出し、それによって温度及び湿度による影響を補正する方法もあるが、センサや制御回路が別途必要になる。また、この方法では、複雑な演算も必要であるためリアルタイム性も低い。 In addition, there is a method of detecting temperature and humidity using a temperature and humidity sensor and correcting the effects of temperature and humidity using that, but this requires a separate sensor and control circuit. This method also requires complex calculations, so it has poor real-time capabilities.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、リアルタイム性に優れ、高精度ににおい成分を検出することが可能なにおい検出装置及びにおい検出方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, the object of the present invention is to provide an odor detection device and an odor detection method that are excellent in real-time performance and capable of detecting odor components with high accuracy.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るにおい検出装置は、第１の検出素子と、第２の検出素子と、演算部とを具備する。
上記第１の検出素子は、弾性波共振器である第１の振動子と、上記第１の振動子上に形成された第１の感応膜とを備える。
上記第２の検出素子は、弾性波共振器である第２の振動子を備える。
上記演算部は、上記第１の検出素子から出力された上記第１の振動子の共振周波数の変動量から上記第２の検出素子から出力された上記第２の振動子の共振周波数の変動量を減じることにより上記第１の振動子の共振周波数の変動量を補正する。 In order to achieve the above object, an odor detection device according to one embodiment of the present invention includes a first detection element, a second detection element, and a calculation unit.
The first detection element includes a first vibrator which is an acoustic wave resonator, and a first sensitive film formed on the first vibrator.
The second sensing element includes a second oscillator which is an acoustic wave resonator.
The calculation unit corrects the amount of fluctuation in the resonant frequency of the first oscillator by subtracting the amount of fluctuation in the resonant frequency of the second oscillator output from the second detection element from the amount of fluctuation in the resonant frequency of the first oscillator output from the first detection element.

上記におい検出装置は、弾性波共振器である第３の振動子と、上記第３の振動子上に形成された第２の感応膜とを備え、上記第３の振動子及び上記第２の感応膜が外気から遮蔽されている第３の検出素子をさらに具備し、
上記演算部は、上記第１の振動子の共振周波数の変動量から上記第２の振動子の共振周波数の変動量と、上記第３の検出素子から出力された上記第３の振動子の共振周波数の変動量を減じることにより、上記補正を行ってもよい。 The odor detection device further includes a third detection element including a third oscillator that is an elastic wave resonator and a second sensitive film formed on the third oscillator, the third oscillator and the second sensitive film being shielded from outside air;
The calculation unit may perform the correction by subtracting an amount of fluctuation in the resonant frequency of the second oscillator and an amount of fluctuation in the resonant frequency of the third oscillator output from the third detection element from an amount of fluctuation in the resonant frequency of the first oscillator.

上記第２の振動子は、上記第１の振動子と同等の特性を有してもよい。 The second vibrator may have characteristics equivalent to those of the first vibrator.

上記第３の振動子は、上記第１の振動子と同等の特性を有し、上記第２の感応膜は上記第１の感応膜と同等の特性を有してもよい。 The third vibrator may have characteristics equivalent to those of the first vibrator, and the second sensitive membrane may have characteristics equivalent to those of the first sensitive membrane.

上記弾性波共振器はＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）であってもよい。 The elastic wave resonator may be a film bulk acoustic resonator (FBAR).

上記弾性波共振器はＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振器であってもよい。 The acoustic wave resonator may be a SAW (Surface Acoustic Wave) resonator.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るにおい検出方法は、弾性波共振器である第１の振動子と、上記第１の振動子上に形成された第１の感応膜とを備える第１の検出素子から出力された上記第１の振動子の共振周波数の変動量から、弾性波共振器である第２の振動子を備える第２の検出素子から出力された上記第２の振動子の共振周波数の変動量を減じることにより上記第１の振動子の共振周波数の変動量を補正する。 In order to achieve the above object, an odor detection method according to one embodiment of the present invention corrects the amount of variation in the resonant frequency of the first oscillator by subtracting the amount of variation in the resonant frequency of the second oscillator output from a second detection element having a second oscillator, which is an elastic wave resonator, from the amount of variation in the resonant frequency of the first oscillator output from a first detection element having a first oscillator, which is an elastic wave resonator, and a first sensitive film formed on the first oscillator.

以上のように本発明によれば、リアルタイム性に優れ、高精度ににおい成分を検出することが可能なにおい検出装置及びにおい検出方法を提供することが可能である。 As described above, the present invention makes it possible to provide an odor detection device and an odor detection method that are excellent in real-time performance and can detect odor components with high accuracy.

本発明の実施形態に係るにおい検出装置のブロック図である。1 is a block diagram of an odor detection device according to an embodiment of the present invention. 上記におい検出装置が備える第１検出素子（ＦＢＡＲ）の模式図である。2 is a schematic diagram of a first detection element (FBAR) included in the odor detection device. FIG. 上記におい検出装置が備える第２検出素子（ＦＢＡＲ）の模式図である。3 is a schematic diagram of a second detection element (FBAR) included in the odor detection device. FIG. 上記におい検出装置が備える第３検出素子（ＦＢＡＲ）の模式図である。4 is a schematic diagram of a third detection element (FBAR) included in the odor detection device. FIG. 上記におい検出装置の実装構造１を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a mounting structure 1 of the odor detection device. 上記におい検出装置の実装構造２を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a mounting structure 2 of the odor detection device. 上記第２の実装構造における第１検出素子の断面図である。4 is a cross-sectional view of a first detection element in the second mounting structure. FIG. 上記第２の実装構造における第３検出素子の断面図である。11 is a cross-sectional view of a third detection element in the second mounting structure. FIG. 上記におい検出装置が備える第１検出素子（ＳＡＷ共振器）の模式図である。3 is a schematic diagram of a first detection element (SAW resonator) included in the odor detection device. FIG. 上記におい検出装置が備える第２検出素子（ＳＡＷ共振器）の模式図である。3 is a schematic diagram of a second detection element (SAW resonator) included in the odor detection device. FIG. 上記におい検出装置が備える第３検出素子（ＳＡＷ共振器）の模式図である。4 is a schematic diagram of a third detection element (SAW resonator) included in the odor detection device. FIG. 本発明の変形例１に係るにおい検出装置のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of an odor detection device according to a first modified example of the present invention. 本発明の変形例２に係るにおい検出装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of an odor detection device according to a second modified example of the present invention. 本発明の実施例１に係る測定結果のグラフである。1 is a graph showing measurement results according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例２に係る測定結果のグラフである。11 is a graph showing the measurement results according to Example 2 of the present invention. 図１５の一部を拡大したグラフである。16 is a graph showing an enlarged portion of FIG. 15. 本発明の実施例３に係る測定結果のグラフである。11 is a graph showing the measurement results according to Example 3 of the present invention. 本発明の実施例３に係る測定結果のグラフである。11 is a graph showing the measurement results according to Example 3 of the present invention.

本発明の実施形態に係るにおい検出装置について説明する。以下の各図において相互に
直交する３方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向とする。 An odor detection device according to an embodiment of the present invention will be described below. In the following drawings, three mutually orthogonal directions are defined as an X direction, a Y direction, and a Z direction, respectively.

［におい検出装置の構成］
図１は本実施形態に係るにおい検出装置１００の構成を示すブロック図である。同図に示すようににおい検出装置１００は、第１検出素子１１１、第１発振回路１１２，第２検出素子１１３、第２発振回路１１４、第３検出素子１１５、第３発振回路１１６、接続部１１７、演算部１１８及び通信部１１９を備える。 [Configuration of odor detection device]
1 is a block diagram showing the configuration of an odor detection device 100 according to this embodiment. As shown in the figure, the odor detection device 100 includes a first detection element 111, a first oscillation circuit 112, a second detection element 113, a second oscillation circuit 114, a third detection element 115, a third oscillation circuit 116, a connection unit 117, a calculation unit 118, and a communication unit 119.

第１検出素子１１１は、におい検出素子として機能する。図２（ａ）は第１検出素子１１１の断面図、図２（ｂ）は第１検出素子１１１の感応膜１３２を描いた平面図である。同図に示すように第１検出素子１１１は第１振動子１３１及び第１感応膜１３２を備える。第１振動子１３１は、弾性波共振器であり、ＦＢＡＲ(Film bulk acoustic resonator)である。 The first detection element 111 functions as an odor detection element. FIG. 2(a) is a cross-sectional view of the first detection element 111, and FIG. 2(b) is a plan view of the sensitive film 132 of the first detection element 111. As shown in the figure, the first detection element 111 includes a first vibrator 131 and a first sensitive film 132. The first vibrator 131 is an elastic wave resonator, and is an FBAR (Film bulk acoustic resonator).

具体的には第１振動子１３１は、支持基板１４１、圧電膜１４２、下部電極１４３及び上部電極１４４を具備する。支持基板１４１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板やガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板等の半導体基板のほか、石英基板、ガラス基板、またはアルミナ基板などのセラミック基板を用いることができる。 Specifically, the first oscillator 131 includes a support substrate 141, a piezoelectric film 142, a lower electrode 143, and an upper electrode 144. The support substrate 141 may be, for example, a semiconductor substrate such as a silicon (Si) substrate or a gallium arsenide (GaAs) substrate, or a ceramic substrate such as a quartz substrate, a glass substrate, or an alumina substrate.

圧電膜１４２は圧電体からなる膜であり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる。また、圧電膜１４２は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の他の圧電体であってもよい。圧電膜１４２の厚みは例えば５００ｎｍである。 The piezoelectric film 142 is a film made of a piezoelectric material, for example, aluminum nitride (AlN). The piezoelectric film 142 may also be made of other piezoelectric materials, such as zinc oxide (ZnO). The thickness of the piezoelectric film 142 is, for example, 500 nm.

下部電極１４３は支持基板１４１上設けられ、第１振動子１３１の一方の電極として機能する。下部電極１４３はアルミニウム（Ａｌ）等の導電性材料からなり、厚さは例えば２４０ｎｍである。上部電極１４４は圧電膜１４２上に設けられ、下部電極１４３と共に圧電膜１４２を挟み、第１振動子１３１の他方の電極として機能する。上部電極１４４はアルミニウム（Ａｌ）等の導電性材料からなり、厚さは例えば２４０ｎｍである。上部電極１４４の表面にはＳｉＯ_Ｘ等からなる保護膜が設けられていてもよい。 The lower electrode 143 is provided on the support substrate 141, and functions as one electrode of the first oscillator 131. The lower electrode 143 is made of a conductive material such as aluminum (Al) and has a thickness of, for example, 240 nm. The upper electrode 144 is provided on the piezoelectric film 142, and sandwiches the piezoelectric film 142 together with the lower electrode 143, and functions as the other electrode of the first oscillator 131. The upper electrode 144 is made of a conductive material such as aluminum (Al) and has a thickness of, for example, 240 nm. A protective film made of _SiOx or the like may be provided on the surface of the upper electrode 144.

第１振動子１３１は、下部電極１４３と上部電極１４４が圧電膜１４２挟んで対向する共振領域Ｒを有する。共振領域Ｒにおいて、支持基板１４１と下部電極１４３の間には空隙Kが設けられる。共振領域Ｒは、下部電極１４３と上部電極１４４の間に共振周波数の交流電圧が入力されたときに、厚み縦振動モードで共振する領域である。共振領域Ｒの共振周波数は特に限定されず、例えば２．４ＧＨｚである。 The first vibrator 131 has a resonance region R where the lower electrode 143 and the upper electrode 144 face each other with the piezoelectric film 142 sandwiched between them. In the resonance region R, a gap K is provided between the support substrate 141 and the lower electrode 143. The resonance region R is a region that resonates in a thickness-extensional vibration mode when an AC voltage of a resonance frequency is input between the lower electrode 143 and the upper electrode 144. The resonance frequency of the resonance region R is not particularly limited, and is, for example, 2.4 GHz.

第１感応膜１３２は第１振動子１３１の共振領域Ｒ上に設けられ、所定のにおい成分を吸着する。第１感応膜１３２を構成する材料は、吸着対象のにおい成分の種類によって任意に選択でき、例えば、有機高分子膜、有機色素膜または無機膜等である。図１に示すようににおい検出装置１００は複数の第１検出素子１１１を備え、例えば８個の第１検出素子１１１を備える。各第１検出素子１１１が備える第１感応膜１３２は異なるにおい成分を吸着可能なものとすることができ、各第１検出素子１１１の出力をチャンネル１～チャンネル８（以下、ｃｈ１～ｃｈ８）とする。なお、第１検出素子１１１の数は８個に限られず、１個以上であればよい。 The first sensitive film 132 is provided on the resonance region R of the first oscillator 131 and adsorbs a specific odor component. The material constituting the first sensitive film 132 can be selected arbitrarily depending on the type of odor component to be adsorbed, and is, for example, an organic polymer film, an organic dye film, or an inorganic film. As shown in FIG. 1, the odor detection device 100 includes a plurality of first detection elements 111, for example, eight first detection elements 111. The first sensitive film 132 included in each first detection element 111 can be capable of adsorbing different odor components, and the output of each first detection element 111 is defined as channel 1 to channel 8 (hereinafter, ch1 to ch8). The number of first detection elements 111 is not limited to eight, and may be one or more.

第１発振回路１１２は第１検出素子１１１に接続され、第１振動子１３１の下部電極１４３と上部電極１４４の間に交流電圧を印加し、第１振動子１３１を駆動する。この交流電圧により第１振動子１３１が所定の共振周波数で振動する。第１発振回路１１２は、第１振動子１３１の共振周波数を接続部１１７に出力する。第１発振回路１１２は共振周波数のカウント値をデジタル信号として接続部１１７に出力することができる。第１発振回路１１２は第１振動子１３１に交流電圧を供給できるものであればよく、例えばＩＣ(Integrated Circuit)である。なお、１つの第１発振回路１１２で複数の第１振動子１３１を駆動してもよい。 The first oscillator circuit 112 is connected to the first detection element 111, and applies an AC voltage between the lower electrode 143 and the upper electrode 144 of the first oscillator 131 to drive the first oscillator 131. This AC voltage causes the first oscillator 131 to vibrate at a predetermined resonant frequency. The first oscillator circuit 112 outputs the resonant frequency of the first oscillator 131 to the connection unit 117. The first oscillator circuit 112 can output the count value of the resonant frequency as a digital signal to the connection unit 117. The first oscillator circuit 112 may be anything that can supply an AC voltage to the first oscillator 131, such as an IC (Integrated Circuit). Note that one first oscillator circuit 112 may drive multiple first oscillators 131.

図３に於いて、第２検出素子１１３は、湿度補正用素子として機能する。図３は第２検出素子１１３の断面図である。第２検出素子１１３は第２振動子１３３を備える。第２振動子１３３は、弾性波共振器であり、例えばＦＢＡＲである。第２振動子１３３は、第１振動子１３１と同等の特性が好適である。第２検出素子１１３は第１感応膜１３２を有しない第１検出素子１１１と同等の特性である。 In FIG. 3, the second detection element 113 functions as a humidity correction element. FIG. 3 is a cross-sectional view of the second detection element 113. The second detection element 113 includes a second oscillator 133. The second oscillator 133 is an elastic wave resonator, such as an FBAR. The second oscillator 133 preferably has characteristics equivalent to those of the first oscillator 131. The second detection element 113 has characteristics equivalent to those of the first detection element 111 that does not have the first sensitive film 132.

具体的には第２振動子１３３は、第１振動子１３１と同様に支持基板１４１、圧電膜１４２、下部電極１４３及び上部電極１４４を備え、共振領域Ｒを有する。図１に示すブロック図に示す様に、におい検出装置１００は１つの第２検出素子１１３を備える。しかし、複数の第２検出素子１１３を備えてもよい。 Specifically, the second oscillator 133, like the first oscillator 131, has a support substrate 141, a piezoelectric film 142, a lower electrode 143, and an upper electrode 144, and has a resonance region R. As shown in the block diagram in FIG. 1, the odor detection device 100 has one second detection element 113. However, multiple second detection elements 113 may be provided.

第２発振回路１１４は第２検出素子１１３に接続され、第２振動子１３３の下部電極１４３と上部電極１４４の間に交流電圧を印加し、第２振動子１３３を駆動する。この交流電圧により第２振動子１３３が所定の共振周波数で振動する。第２発振回路１１４は、第２振動子１３３の共振周波数を接続部１１７に出力する。第２発振回路１１４は共振周波数のカウント値をデジタル信号として接続部１１７に出力することができる。第２発振回路１１４は第２振動子１３３に交流電圧を供給できるものであればよく、例えば、ここではＩＣである。なお、１つの第２発振回路１１４で複数の第２振動子１３３を駆動してもよい。 The second oscillator circuit 114 is connected to the second detection element 113, and applies an AC voltage between the lower electrode 143 and the upper electrode 144 of the second oscillator 133 to drive the second oscillator 133. This AC voltage causes the second oscillator 133 to vibrate at a predetermined resonant frequency. The second oscillator circuit 114 outputs the resonant frequency of the second oscillator 133 to the connection unit 117. The second oscillator circuit 114 can output the count value of the resonant frequency as a digital signal to the connection unit 117. The second oscillator circuit 114 may be any circuit capable of supplying an AC voltage to the second oscillator 133, and is, for example, an IC in this case. Note that one second oscillator circuit 114 may drive multiple second oscillators 133.

第３検出素子１１５は、温度補正用素子として機能する。図４は第３検出素子１１５の断面図である。第３検出素子１１５は第３振動子１３４及び第２感応膜１３５を備える。第３振動子１３４は、弾性波共振器であり、ＦＢＡＲである。第３振動子１３４は、第１振動子１３１と同等の特性が好適である。具体的には第３振動子１３４は、第１振動子１３１と同様に支持基板１４１、圧電膜１４２、下部電極１４３及び上部電極１４４を備え、共振領域Ｒを有する。 The third detection element 115 functions as a temperature compensation element. FIG. 4 is a cross-sectional view of the third detection element 115. The third detection element 115 includes a third vibrator 134 and a second sensitive film 135. The third vibrator 134 is an elastic wave resonator, an FBAR. The third vibrator 134 preferably has the same characteristics as the first vibrator 131. Specifically, the third vibrator 134 includes a support substrate 141, a piezoelectric film 142, a lower electrode 143, and an upper electrode 144, similar to the first vibrator 131, and has a resonance region R.

第２感応膜１３５は第３振動子１３４の共振領域Ｒ上に設けられ、所定のにおい成分を吸着する。第２感応膜１３５は、第１感応膜１３２と同じ材料からなり、第１感応膜１３２と同じ膜厚を有するものが好適である。第３検出素子１１５は、図４に示すように封止体１３６によって封止され、第３振動子１３４及び第２感応膜１３５は封止体１３６によって外気から遮蔽されている。 The second sensitive film 135 is provided on the resonance region R of the third vibrator 134 and adsorbs a specific odor component. The second sensitive film 135 is preferably made of the same material as the first sensitive film 132 and has the same film thickness as the first sensitive film 132. The third detection element 115 is sealed by a sealant 136 as shown in FIG. 4, and the third vibrator 134 and the second sensitive film 135 are shielded from the outside air by the sealant 136.

図１に示すようににおい検出装置１００は複数の第３検出素子１１５を備え、各第３検出素子１１５は、各第１検出素子１１１にそれぞれ対応し、第１検出素子１１１の数だけ第３検出素子１１５が用意される。具体的には、各第３検出素子１１５は、封止体１３６によって封止されている他は、各ｃｈの第１検出素子１１１と同等の特性を有し、各ｃｈの第１検出素子１１１の第１感応膜１３２と同一の第２感応膜１３５を備える。以下、ｃｈ１の第１検出素子１１１と同等の特性を有する第３検出素子１１５をｃｈ１の第３検出素子１１５とする。以下同様に、各ｃｈの第１検出素子１１１と同等の特性を有する第３検出素子１１５を各ｃｈの第３検出素子１１５とする。 1, the odor detection device 100 includes a plurality of third detection elements 115, each of which corresponds to a first detection element 111, and the same number of third detection elements 115 are provided as the number of first detection elements 111. Specifically, each third detection element 115 has the same characteristics as the first detection element 111 of each ch, except that it is sealed by a sealant 136, and includes a second sensitive film 135 that is the same as the first sensitive film 132 of the first detection element 111 of each ch. Hereinafter, the third detection element 115 having the same characteristics as the first detection element 111 of ch1 will be referred to as the third detection element 115 of ch1. Similarly, the third detection element 115 having the same characteristics as the first detection element 111 of each ch will be referred to as the third detection element 115 of each ch.

第３発振回路１１６は第３検出素子１１５に接続され、第３振動子１３４の下部電極１４３と上部電極１４４の間に交流電圧を印加し、第３振動子１３４を駆動する。この交流電圧により第３振動子１３４が所定の共振周波数で振動する。第３発振回路１１６は、第３振動子１３４の共振周波数を接続部１１７に出力する。第３発振回路１１６は共振周波数のカウント値をデジタル信号として接続部１１７に出力する。第３発振回路１１６は第３振動子１３４に交流電圧を供給できるものであればよく、例えば、ここではＩＣである。なお、１つの第３発振回路１１６で複数の第３振動子１３４を駆動してもよい。 The third oscillator circuit 116 is connected to the third detection element 115, and applies an AC voltage between the lower electrode 143 and the upper electrode 144 of the third oscillator 134 to drive the third oscillator 134. This AC voltage causes the third oscillator 134 to vibrate at a predetermined resonant frequency. The third oscillator circuit 116 outputs the resonant frequency of the third oscillator 134 to the connection unit 117. The third oscillator circuit 116 outputs the count value of the resonant frequency as a digital signal to the connection unit 117. The third oscillator circuit 116 may be any circuit capable of supplying an AC voltage to the third oscillator 134, and is, for example, an IC in this case. Note that one third oscillator circuit 116 may drive multiple third oscillators 134.

図４に於いて、封止体１３６は上記のように第３検出素子１１５を封止し、第３振動子１３４及び第２感応膜１３５を外気から遮蔽する。例えば、第３振動子１３４及び第２感応膜１３５の周囲を囲む壁状構造体である。例えば、金属のキャンタイプ、樹脂のＢＯＸタイプで、壁状構造体の内部には窒素等の不活性ガスを充填してもよい。封止体１３６は、１つの封止体１３６が全部の第３検出素子１１５を封止する構成であってもよく、複数の封止体１３６が１つ又は複数の第３検出素子１１５をそれぞれ封止する構成であってもよい。 In FIG. 4, the sealing body 136 seals the third detection element 115 as described above, and shields the third vibrator 134 and the second sensitive film 135 from the outside air. For example, it is a wall-like structure that surrounds the third vibrator 134 and the second sensitive film 135. For example, it may be a metal can type or a resin box type, and the inside of the wall-like structure may be filled with an inert gas such as nitrogen. The sealing body 136 may be configured such that one sealing body 136 seals all of the third detection elements 115, or multiple sealing bodies 136 may each seal one or multiple third detection elements 115.

接続部１１７は、第１検出素子１１１、第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５と演算部１１８を接続し、第１振動子１３１、第２振動子１３３及び第３振動子１３４のそれぞれの共振周波数を演算部１１８に供給する。接続部１１７は、演算部１１８と各検出素子の接続を切り替え可能なマルチプレクサを採用できる。 The connection unit 117 connects the first detection element 111, the second detection element 113, and the third detection element 115 to the calculation unit 118, and supplies the resonant frequencies of the first oscillator 131, the second oscillator 133, and the third oscillator 134 to the calculation unit 118. The connection unit 117 can be a multiplexer that can switch the connection between the calculation unit 118 and each detection element.

演算部１１８は、第１検出素子１１１の共振周波数変動量を、第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５の共振周波数変動量に基づいて補正する。この詳細については後述する。演算部１１８は、例えばＦＰＧＡ（field-programmable gate array）により構成される。演算部１１８は、補正した共振周波数変動量を通信部１１９に供給する。なお、ＦＰＧＡは、再構成可能な半導体装置、例えばＭＰＬＤ（登録商標）、ＭＲＬＤであってもよい。 The calculation unit 118 corrects the resonant frequency variation of the first detection element 111 based on the resonant frequency variation of the second detection element 113 and the third detection element 115. This will be described in detail later. The calculation unit 118 is configured, for example, by an FPGA (field-programmable gate array). The calculation unit 118 supplies the corrected resonant frequency variation to the communication unit 119. The FPGA may be a reconfigurable semiconductor device, for example, an MPLD (registered trademark) or an MRLD.

通信部１１９は、演算部１１８によって補正された共振周波数変動量をＰＣやタブレット端末等の他の情報処理装置に転送する。ユーザは、他の情報処理装置において補正された共振周波数変動量を確認することができる。また、通信部１１９は補正された共振周波数変動量を、ゲートウェイを経由してクラウドに転送してもよい。これにより、クラウトにおいてデータの蓄積やＡＩ（artificial intelligence）でのにおいの種類判定が可能となる。通信部１１９はＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）等の無線通信又は有線通信が可能なモジュールである。 The communication unit 119 transfers the amount of resonance frequency variation corrected by the calculation unit 118 to another information processing device such as a PC or tablet terminal. The user can check the amount of resonance frequency variation corrected on the other information processing device. The communication unit 119 may also transfer the amount of resonance frequency variation corrected to the cloud via a gateway. This allows data to be accumulated in the cloud and odor types to be determined using AI (artificial intelligence). The communication unit 119 is a module capable of wireless communication such as BLE (Bluetooth (registered trademark) Low Energy) or wired communication.

におい検出装置１００は以上のような構成を有する。なお、演算部１１８はにおい検出装置１００とは別の情報処理装置に搭載され、上記動作を実行するものとしてもよい。また、演算部１１８に替えてユーザが演算部１１８の動作を実行することも可能である。 The odor detection device 100 has the above-described configuration. The calculation unit 118 may be mounted on an information processing device separate from the odor detection device 100 and may execute the above-described operations. Also, it is possible for a user to execute the operations of the calculation unit 118 instead of the calculation unit 118.

［演算部による補正について］
演算部１１８は、上記のように、第１検出素子１１１の共振周波数変動量を第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５の共振周波数変動量に基づいて補正する。 [Correction by the calculation unit]
As described above, the calculation unit 118 corrects the amount of variation in the resonant frequency of the first detection element 111 based on the amount of variation in the resonant frequency of the second detection element 113 and the third detection element 115 .

第１検出素子１１１の共振周波数は、第１感応膜１３２の重量、即ち第１感応膜１３２へのにおい成分の吸着量によって変動する。さらに、第１検出素子１１１の共振周波数は、湿度と温度の影響によっても変動する。したがって、第ｎｃｈの第１検出素子１１１の共振周波数変動量をΔＦｎ（total）、におい成分吸着による共振周波数変動量をΔＦｎ（gas）、湿度による共振周波数変動量をΔＦｎ（hum.）、温度による共振周波数変動量をΔＦｎ（tem.）とすると、以下の（式１）が成り立つ。 The resonant frequency of the first detection element 111 varies depending on the weight of the first sensitive film 132, i.e., the amount of odor components adsorbed to the first sensitive film 132. Furthermore, the resonant frequency of the first detection element 111 also varies depending on the influence of humidity and temperature. Therefore, if the resonant frequency variation of the n-th channel first detection element 111 is ΔFn (total), the resonant frequency variation due to odor component adsorption is ΔFn (gas), the resonant frequency variation due to humidity is ΔFn (hum.), and the resonant frequency variation due to temperature is ΔFn (tem.), the following (Equation 1) holds.

ΔＦｎ（total）＝ΔＦｎ（gas）＋ΔＦｎ（hum.）＋ΔＦｎ（tem.）（式１） ΔFn (total) = ΔFn (gas) + ΔFn (hum.) + ΔFn (tem.) (Formula 1)

上記（式１）に示すように、第ｎｃｈの第１検出素子１１１から出力される共振周波数変動量ΔＦｎ（total）は、におい成分の吸着よる共振周波数変動量ΔＦｎ（gas）に加え、湿度による共振周波数変動量ΔＦｎ（hum.）と温度による共振周波数変動量ΔＦｎ（tem.）を含むものである。このため、演算部１１８は、におい成分の吸着よる共振周波数変動量ΔＦｎ（gas）が得られるように以下の補正を行う。 As shown in the above (Equation 1), the resonant frequency fluctuation ΔFn (total) output from the first detection element 111 of the n-th channel includes the resonant frequency fluctuation ΔFn (gas) due to the adsorption of odor components, as well as the resonant frequency fluctuation ΔFn (hum.) due to humidity and the resonant frequency fluctuation ΔFn (tem.). Therefore, the calculation unit 118 performs the following correction so that the resonant frequency fluctuation ΔFn (gas) due to the adsorption of odor components can be obtained.

ここで、第２検出素子１１３は第１振動子１３１と同等の特性を有する第２振動子１３３を備える。また、第２検出素子１１３は、感応膜を有しない。ＦＢＡＲ振動子を用いたにおい検出素子において湿度による影響の主な原因はＦＢＡＲ振動子自体の吸湿性であり、感応膜の吸湿による影響は小さい。特にＦＢＡＲ振動子は一般的に多層の薄膜からなり、圧電膜のＡｌＮや保護膜のＳｉＯ_Ｘはスパッタ成膜により形成されるため、吸湿性が大きい。 Here, the second detection element 113 includes a second oscillator 133 having the same characteristics as the first oscillator 131. The second detection element 113 does not have a sensitive film. In an odor detection element using an FBAR oscillator, the main cause of the effect of humidity is the hygroscopicity of the FBAR oscillator itself, and the effect of moisture absorption of the sensitive film is small. In particular, an FBAR oscillator is generally made of multi-layer thin films, and the AlN piezoelectric film and the _SiOx protective film are formed by sputtering deposition, so they are highly hygroscopic.

したがって、第２検出素子１１３の共振周波数変動量は湿度によるものとみなせる。このため、第２検出素子１１３の共振周波数変動量をΔＦref1とすると、湿度による共振周波数変動量ΔＦｎ（hum.）は共振周波数変動量ΔＦref1とみなすことができる。 Therefore, the resonant frequency variation of the second detection element 113 can be considered to be due to humidity. Therefore, if the resonant frequency variation of the second detection element 113 is ΔFref1, the resonant frequency variation ΔFn(hum.) due to humidity can be considered to be the resonant frequency variation ΔFref1.

さらに、第３検出素子１１５は第１振動子１３１と同等の特性を有する第３振動子１３４を備え、第１感応膜１３２と同等の特性を有する第２感応膜１３５を備える。また、第３振動子１３４及び第２感応膜１３５は封止体１３６によって外気から遮蔽されている。このため、におい成分や水分子は封止体１３６によって第３振動子１３４及び第２感応膜１３５への到達が防止されている。 The third detection element 115 further includes a third oscillator 134 having characteristics equivalent to those of the first oscillator 131, and a second sensitive film 135 having characteristics equivalent to those of the first sensitive film 132. The third oscillator 134 and the second sensitive film 135 are also shielded from the outside air by a sealant 136. Therefore, the sealant 136 prevents odor components and water molecules from reaching the third oscillator 134 and the second sensitive film 135.

ＦＢＡＲ振動子を用いたにおい検出素子において温度による影響の主な原因は振動子及び感応膜を構成する各材料の弾性定数の変化によるものである。このため、第１検出素子１１１と同等の特性を有し、封止体１３６によって遮蔽された第３検出素子１１５の共振周波数変動量は温度によるものとみなせる。したがって、第ｎｃｈの第３検出素子１１５の共振周波数変動量をΔＦref2nとすると、温度による共振周波数変動量ΔＦｎ（tem.）は共振周波数変動量ΔＦref2nとみなすことができる。 In an odor detection element using an FBAR vibrator, the main cause of the effect of temperature is the change in the elastic constant of each material that constitutes the vibrator and the sensitive membrane. For this reason, the resonant frequency variation of the third detection element 115, which has characteristics equivalent to those of the first detection element 111 and is shielded by the sealing body 136, can be considered to be due to temperature. Therefore, if the resonant frequency variation of the n-th third detection element 115 is ΔFref2n, the resonant frequency variation ΔFn(tem.) due to temperature can be considered to be the resonant frequency variation ΔFref2n.

したがって、上記（式１）は下記（式２）に変形することができる。 Therefore, the above (Equation 1) can be transformed into the following (Equation 2).

ΔＦｎ（total）＝ΔＦｎ（gas）＋ΔＦref1＋ΔＦref2n （式２） ΔFn (total) = ΔFn (gas) + ΔFref1 + ΔFref2n (Formula 2)

さらに、上記（式２）は下記（式３）に変形することができる。 Furthermore, the above (Equation 2) can be transformed into the following (Equation 3).

ΔＦｎ（gas）＝ΔＦｎ（total）－ΔＦref1－ΔＦref2n （式３） ΔFn (gas) = ΔFn (total) - ΔFref1 - ΔFref2n (Formula 3)

このように演算部１１８は、第１検出素子１１１から出力される共振周波数変動量ΔＦｎ（total）から、第２検出素子１１３から出力される共振周波数変動量ΔＦref1及び第３検出素子１１５から出力される共振周波数変動量ΔＦref2nを減じることにより、におい成分による共振周波数変動量ΔＦｎ（gas）を求めることができる。 In this way, the calculation unit 118 can obtain the resonant frequency fluctuation ΔFn(gas) due to odor components by subtracting the resonant frequency fluctuation ΔFref1 output from the second detection element 113 and the resonant frequency fluctuation ΔFref2n output from the third detection element 115 from the resonant frequency fluctuation ΔFn(total) output from the first detection element 111.

［におい検出装置による効果］
におい検出装置１００は以上のように、演算部１１８が第１検出素子１１１、第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５の共振周波数変動量に基づいて、第１感応膜１３２に吸着したにおい成分による共振周波数変動量ΔＦｎ（gas）を算出する。演算部１１８は、第１検出素子１１１の共振周波数変動量から第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５の共振周波数変動量を減じることで共振周波数変動量ΔＦｎ（gas）を算出できるため、測定時間の経過と共に上記算出を行うことができ、リアルタイム性に優れる。一方、上記特許文献２に記載のような補正方法では、事前に参照素子の係数を算出し、補正時に係数を呼び出す必要があり、事前に参照素子の係数を算出することが手間を要する。 [Effects of odor detection device]
As described above, in the odor detection device 100, the calculation unit 118 calculates the resonant frequency fluctuation amount ΔFn(gas) due to the odor component adsorbed on the first sensitive film 132 based on the resonant frequency fluctuation amount of the first detection element 111, the second detection element 113, and the third detection element 115. The calculation unit 118 can calculate the resonant frequency fluctuation amount ΔFn(gas) by subtracting the resonant frequency fluctuation amount of the second detection element 113 and the third detection element 115 from the resonant frequency fluctuation amount of the first detection element 111, so that the calculation can be performed as the measurement time elapses, and is excellent in real-time performance. On the other hand, in the correction method as described in the above Patent Document 2, it is necessary to calculate the coefficient of the reference element in advance and call up the coefficient at the time of correction, and it is time-consuming to calculate the coefficient of the reference element in advance.

また、におい検出装置１００では、事前に第１検出素子１１１の温度依存性や湿度依存性を評価する必要がなく、線形補正のように精度よく補正可能な温湿度範囲が限られるようなこともないため、広い温湿度範囲で高精度な検出結果を得ることができる。さらに、におい検出装置１００では、第１検出素子１１１に温度補償膜等の温湿度補正用の構造を設ける必要がないため、第１検出素子１１１の振動特性を低下させることなく温湿度補正が可能である。 In addition, with the odor detection device 100, there is no need to evaluate the temperature dependency or humidity dependency of the first detection element 111 in advance, and the temperature and humidity range in which accurate correction can be performed is not limited as in linear correction, so highly accurate detection results can be obtained over a wide temperature and humidity range. Furthermore, with the odor detection device 100, there is no need to provide the first detection element 111 with a structure for temperature and humidity correction, such as a temperature compensation film, so temperature and humidity correction is possible without degrading the vibration characteristics of the first detection element 111.

［実装構造１］
におい検出装置１００の具体的実装構造について説明する。図５はにおい検出装置１００の実装構造を示す模式図である。尚、マウンティング装置やワイヤボンディング装置などの実装技術により実現される。同図に示すようににおい検出装置１００は、主基板１５１、第１センサ基板１５２、第２センサ基板１５３、第３センサ基板１５４、第１検出素子１１１、第１発振回路１１２、第２検出素子１１３、第２発振回路１１４、第３検出素子１１５、第３発振回路１１６、カンパッケージ１５５、マルチプレクサ１５６、ＦＰＧＡ１５７及びＢＬＥモジュール１５８から構成される。 [Mounting structure 1]
A specific mounting structure of the odor detection device 100 will be described. Fig. 5 is a schematic diagram showing the mounting structure of the odor detection device 100. The mounting structure is realized by mounting techniques such as a mounting device and a wire bonding device. As shown in the figure, the odor detection device 100 is composed of a main board 151, a first sensor board 152, a second sensor board 153, a third sensor board 154, a first detection element 111, a first oscillation circuit 112, a second detection element 113, a second oscillation circuit 114, a third detection element 115, a third oscillation circuit 116, a can package 155, a multiplexer 156, an FPGA 157, and a BLE module 158.

主基板１５１やセンサ基板は、各部品が実装される基板であり、一般的な配線基板を用いている。第１センサ基板１５２には、２つの第１検出素子１１１と、これらの第１検出素子１１１を駆動する１つの第１発振回路１１２がマウティング装置などにより実装される。そして電気的な接続は、ピンヘッダ、ハンダまたはボンディングワイヤにより主基板１５１に接続されている。主基板１５１には、４枚の第１センサ基板１５２が実装されるが、第１センサ基板１５２の枚数は特に限定されない。 The main board 151 and the sensor board are boards on which each component is mounted, and are made of a general wiring board. Two first detection elements 111 and one first oscillation circuit 112 that drives these first detection elements 111 are mounted on the first sensor board 152 by a mounting device or the like. Electrical connection is made to the main board 151 by a pin header, solder or bonding wire. Four first sensor boards 152 are mounted on the main board 151, but the number of first sensor boards 152 is not particularly limited.

第２センサ基板１５３は、２つの第２検出素子１１３と、これらの第２検出素子１１３を駆動する１つの第２発振回路１１４が実装され、ボンディングワイヤ等で電気的に接続される。ピンヘッダ又はハンダリフローにより主基板１５１に接続されている。主基板１５１には、１枚の第２センサ基板１５３が実装されるが、第２センサ基板１５３の枚数は特に限定されない。 The second sensor board 153 is mounted with two second detection elements 113 and one second oscillation circuit 114 that drives these second detection elements 113, and is electrically connected by bonding wires or the like. It is connected to the main board 151 by a pin header or solder reflow. One second sensor board 153 is mounted on the main board 151, but the number of second sensor boards 153 is not particularly limited.

第３センサ基板１５４は、２つの第３検出素子１１５と、これらの第３検出素子１１５を駆動する１つの第３発振回路１１６が実装された基板であり、ピンヘッダ、ハンダリフローまたはワイヤボンディングにより主基板１５１に電気的に接続され、実装されている。主基板１５１には、４枚の第３センサ基板１５４が実装されているが、第３センサ基板１５４の枚数は特に限定されない。 The third sensor board 154 is a board on which two third detection elements 115 and one third oscillation circuit 116 that drives these third detection elements 115 are mounted, and is electrically connected and mounted on the main board 151 by a pin header, solder reflow, or wire bonding. Four third sensor boards 154 are mounted on the main board 151, but the number of third sensor boards 154 is not particularly limited.

カンパッケージ１５５は、第３センサ基板１５４を覆い、各第３センサ基板１５４上の第３検出素子１１５を封止する。カンパッケージ１５５内には窒素ガス等の不活性ガスが充填されている。カンパッケージ１５５は第３振動子１３４及び第２感応膜１３５を外気から遮蔽する封止体１３６（図４参照）として機能する。 The can package 155 covers the third sensor substrates 154 and seals the third detection elements 115 on each third sensor substrate 154. The can package 155 is filled with an inert gas such as nitrogen gas. The can package 155 functions as a sealant 136 (see FIG. 4) that shields the third oscillator 134 and the second sensitive membrane 135 from the outside air.

マルチプレクサ１５６は主基板１５１に実装され、接続部１１７（図１参照）として機能する。ＦＰＧＡ１５７は主基板１５１に実装され、演算部１１８（図１参照）として機能する。ＢＬＥモジュール１５８は主基板１５１に実装され、通信部１１９（図１参照）として機能する。なお、マルチプレクサ１５６、ＦＰＧＡ１５７及びＢＬＥモジュール１５８は主基板１５１のうち第１センサ基板１５２等が実装されている面の裏側の面に実装され、主基板１５１の基板の配線を介して各発振回路等と接続されてもよい。 The multiplexer 156 is mounted on the main board 151 and functions as the connection unit 117 (see FIG. 1). The FPGA 157 is mounted on the main board 151 and functions as the calculation unit 118 (see FIG. 1). The BLE module 158 is mounted on the main board 151 and functions as the communication unit 119 (see FIG. 1). The multiplexer 156, FPGA 157, and BLE module 158 may be mounted on the surface of the main board 151 opposite the surface on which the first sensor board 152, etc. are mounted, and may be connected to each oscillation circuit, etc. via wiring on the main board 151.

におい検出装置１００は以上のような実装構造によって実現することができる。この構成では、第１検出素子１１１、第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５を主基板１５１とは別のセンサ基板にそれぞれ実装することにより、これらの検出素子をセンサ基板毎に交換することが可能である。 The odor detection device 100 can be realized by the above-mentioned mounting structure. In this configuration, the first detection element 111, the second detection element 113, and the third detection element 115 are mounted on a sensor board separate from the main board 151, so that these detection elements can be replaced for each sensor board.

［実装構造２］
におい検出装置１００の他の具体的実装構造について説明する。におい検出装置１００はフェイスダウン表面実装により作製することができる。図６はにおい検出装置１００のフェイスダウンで表面実装した実装構造を示す模式図であり、図７及び図８はその断面図である。 [Mounting structure 2]
Another specific mounting structure of the odor detection device 100 will now be described. The odor detection device 100 can be manufactured by face-down surface mounting. Fig. 6 is a schematic diagram showing a mounting structure of the odor detection device 100 in which the odor detection device 100 is surface-mounted in a face-down manner, and Figs. 7 and 8 are cross-sectional views thereof.

図６（ａ）に示すようににおい検出装置１００は、主基板１６１、第１マルチチップ１９１、第２マルチチップ１９２、第２発振回路１１４、第４発振回路１６２、マルチプレクサ１６３、ＦＰＧＡ１６４及びＢＬＥモジュール１６５から構成される。図６（ｂ）は第１マルチチップ１９１の拡大図である。同図に示すように第１マルチチップ１９１には第１検出素子１１１及び第２検出素子１１３が搭載されている。図６（ｃ）は第２マルチチップ１９２の拡大図である。同図に示すように第２マルチチップ１９２には第３検出素子１１５が搭載されている。 As shown in FIG. 6(a), the odor detection device 100 is composed of a main board 161, a first multi-chip 191, a second multi-chip 192, a second oscillator circuit 114, a fourth oscillator circuit 162, a multiplexer 163, an FPGA 164, and a BLE module 165. FIG. 6(b) is an enlarged view of the first multi-chip 191. As shown in the figure, the first multi-chip 191 is equipped with a first detection element 111 and a second detection element 113. FIG. 6(c) is an enlarged view of the second multi-chip 192. As shown in the figure, the second multi-chip 192 is equipped with a third detection element 115.

主基板１６１は、各部品が実装される基板である。主基板１６１の一面には２本の第１溝１６１ａと２本の第２溝１６１ｂが設けられている。第１溝１６１ａは図示しないポンプにより外気が供給され、流路として機能する。一方、第２溝１６１ｂは充填体１６６（図８参照）が充填され、封止されている。充填体１６６は窒素等の不活性ガスである。 The main board 161 is a board on which each component is mounted. Two first grooves 161a and two second grooves 161b are provided on one surface of the main board 161. The first grooves 161a are supplied with outside air by a pump (not shown) and function as a flow path. On the other hand, the second grooves 161b are filled with a filler 166 (see Figure 8) and sealed. The filler 166 is an inert gas such as nitrogen.

第１検出素子１１１は、図７に示すようにフリップチップ実装により主基板１６１に実装され、接合部１６７により主基板１６１の電極１６８と接続されている。接合部１６７はハンダバンプ、金バンプ又は異方性導電フィルム等である。第１検出素子１１１は、第１感応膜１３２が第１溝１６１ａに対向するように配置される。 The first detection element 111 is mounted on the main board 161 by flip-chip mounting as shown in FIG. 7, and is connected to an electrode 168 of the main board 161 by a joint 167. The joint 167 is a solder bump, a gold bump, an anisotropic conductive film, or the like. The first detection element 111 is positioned so that the first sensitive film 132 faces the first groove 161a.

第２検出素子１１３は、フリップチップ実装により主基板１６１に実装され、ハンダバンプ、金バンプ又は異方性導電フィルム等の接合部により主基板１６１の電極と接続されている。第２検出素子１１１は、共振領域Ｒ（図３参照）が第１溝１６１ａに対向するように配置される。 The second detection element 113 is mounted on the main board 161 by flip-chip mounting and is connected to an electrode of the main board 161 by a joint such as a solder bump, a gold bump, or an anisotropic conductive film. The second detection element 111 is positioned so that the resonance region R (see FIG. 3) faces the first groove 161a.

第３検出素子１１５は、図８に示すようにフリップチップ実装により主基板１６１に実装され、接合部１６７により主基板１６１の電極１６８と接続されている。接合部１７１はハンダバンプ、金バンプ又は異方性導電フィルム等である。第３検出素子１１５は、第２感応膜１３５が第２溝１６１ｂに対向するように配置される。 The third detection element 115 is mounted on the main board 161 by flip-chip mounting as shown in FIG. 8, and is connected to an electrode 168 of the main board 161 by a joint 167. The joint 171 is a solder bump, a gold bump, an anisotropic conductive film, or the like. The third detection element 115 is positioned so that the second sensitive film 135 faces the second groove 161b.

このような配置により、第１検出素子１１１は第１溝１６１ａを介して感応膜１３２に外気が供給され、第２検出素子１１３は第１溝１６１ａを介して共振領域Ｒに外気が供給される。一方、第３検出素子１１５は、第２溝１６１ｂが充填体１６６によって封止されており、外気が第３振動子１３４及び第２感応膜１３５に到達されない。即ち、充填体１６６は封止体１３６（図４参照）として機能する。 With this arrangement, the first detection element 111 receives outside air through the first groove 161a to the sensitive membrane 132, and the second detection element 113 receives outside air through the first groove 161a to the resonance region R. On the other hand, the third detection element 115 has the second groove 161b sealed by the filler 166, so that the outside air does not reach the third vibrator 134 and the second sensitive membrane 135. In other words, the filler 166 functions as the sealant 136 (see FIG. 4).

第１発振回路１１２及び第３発振回路１１６はこれらを兼ねる１つの第４発振回路１６２としてフリップチップ実装により主基板１６１に実装されている。第４発振回路１６２が、第４発振回路１６２を挟む第１検出素子１１１及び第３検出素子１１５を駆動することにより第１検出素子１１１及び第３検出素子１１５に供給される電圧条件を同等とすることができる。また、第２発振回路１１４もフリップチップ実装により主基板１６１に実装されている。 The first oscillator circuit 112 and the third oscillator circuit 116 are mounted on the main board 161 by flip-chip mounting as a single fourth oscillator circuit 162 that combines these functions. The fourth oscillator circuit 162 drives the first detector element 111 and the third detector element 115 that are sandwiched between the fourth oscillator circuit 162, so that the voltage conditions supplied to the first detector element 111 and the third detector element 115 can be made equal. The second oscillator circuit 114 is also mounted on the main board 161 by flip-chip mounting.

マルチプレクサ１６３は主基板１６１に実装され、接続部１１７（図１参照）として機能する。ＦＰＧＡ１６４は主基板１５１に実装され、演算部１１８（図１参照）として機能する。ＢＬＥモジュール１６５は主基板１５１に実装され、通信部１１９（図１参照）として機能する。なお、マルチプレクサ１６３、ＦＰＧＡ１６４及びＢＬＥモジュール１６５は主基板１６１のうち第１検出素子１１１等が実装されている面の裏側の面に実装され、主基板１６１の基板内配線を介して各発振回路等と接続されてもよい。 The multiplexer 163 is mounted on the main board 161 and functions as the connection unit 117 (see FIG. 1). The FPGA 164 is mounted on the main board 151 and functions as the calculation unit 118 (see FIG. 1). The BLE module 165 is mounted on the main board 151 and functions as the communication unit 119 (see FIG. 1). The multiplexer 163, FPGA 164, and BLE module 165 may be mounted on the surface of the main board 161 opposite the surface on which the first detection element 111, etc. are mounted, and may be connected to each oscillation circuit, etc. via the internal wiring of the main board 161.

におい検出装置１００は以上のような実装構造によって実現することができる。この構成では、第１溝１６１ａの全体を第１マルチチップ１９１によって覆い、第２溝１６１ｂの全体を第２マルチチップ１９１によって覆うことができる。第１検出素子１１１及び第３検出素子１１５を一つの第１マルチチップ１９１上に搭載することができるため、差分動作の精度を向上させることが可能である。 The odor detection device 100 can be realized by the above-described mounting structure. In this configuration, the first groove 161a can be entirely covered by the first multi-chip 191, and the second groove 161b can be entirely covered by the second multi-chip 191. Since the first detection element 111 and the third detection element 115 can be mounted on a single first multi-chip 191, it is possible to improve the accuracy of the differential operation.

［検出素子について］
上記説明において、第１検出素子１１１、第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５は、ＦＢＡＲである振動子を備えるものとしたが、振動子はＦＢＡＲに限られず他の弾性波共振器であってもよい。具体的には第１検出素子１１１、第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５は、ＳＡＷ（Surface acoustic wave）共振器である振動子を備えるものとすることもできる。 [Detection element]
In the above description, the first detection element 111, the second detection element 113, and the third detection element 115 are each provided with an oscillator that is an FBAR, but the oscillator is not limited to an FBAR and may be another type of elastic wave resonator. Specifically, the first detection element 111, the second detection element 113, and the third detection element 115 may each be provided with an oscillator that is a SAW (Surface Acoustic Wave) resonator.

図９は、ＳＡＷ共振器である振動子を備える第１検出素子１１１の平面図である。同図に示すように、第１検出素子１１１は第１振動子１３１及び第１感応膜１３２を備える。第１振動子１３１はＳＡＷ共振器である。 Figure 9 is a plan view of a first detection element 111 that includes a vibrator that is a SAW resonator. As shown in the figure, the first detection element 111 includes a first vibrator 131 and a first sensitive film 132. The first vibrator 131 is a SAW resonator.

具体的には第１振動子１３１は、圧電基板１８１、第１電極１８２、第２電極１８３及び反射器１８４を具備する。圧電基板１８１は、ＬｉＴａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３等の圧電材料からなる基板である。第１電極１８２及び第２電極１８３は圧電基板１８１上に設けられた櫛型電極（ＩＤＴ；Interdigital Transducer）であり、櫛型にパターニングされた任意の導電性材料からなる。反射器１８４は、圧電基板１８１上に、第１電極１８２及び第２電極１８３を挟むように１対が設けられ、格子状にパターニングされた任意の導電性材料からなる。 Specifically, the first vibrator 131 includes a piezoelectric substrate 181, a first electrode 182, a second electrode 183, and a reflector 184. The piezoelectric substrate 181 is a substrate made of a piezoelectric material such as _LiTaO3 or _LiNbO3 . The first electrode 182 and the second electrode 183 are comb-shaped electrodes (IDTs; Interdigital Transducers) provided on the piezoelectric substrate 181, and are made of any conductive material patterned into a comb shape. The reflector 184 is provided in a pair on the piezoelectric substrate 181 so as to sandwich the first electrode 182 and the second electrode 183, and is made of any conductive material patterned into a lattice shape.

第１振動子１３１は、１対の反射器１８４の間に共振領域Ｒを有する。共振領域Ｒは、第１電極１８２及び第２電極１８３の間に共振周波数の交流電圧が入力されたときに、圧電基板１８１の表面に表面弾性波が生じる領域である。表面弾性波は反射器１８４に入射すると反射器１８４によって共振領域Ｒに向けて反射される。共振領域Ｒの共振周波数は特に限定されず、例えば７００ＭＨｚである。第１感応膜１３２は第１振動子１３１の共振領域Ｒ上に設けられ、所定のにおい成分を吸着する。 The first oscillator 131 has a resonance region R between a pair of reflectors 184. The resonance region R is a region where surface acoustic waves are generated on the surface of the piezoelectric substrate 181 when an AC voltage of a resonance frequency is input between the first electrode 182 and the second electrode 183. When the surface acoustic waves are incident on the reflector 184, they are reflected by the reflector 184 toward the resonance region R. The resonance frequency of the resonance region R is not particularly limited, and is, for example, 700 MHz. The first sensitive film 132 is provided on the resonance region R of the first oscillator 131, and adsorbs a predetermined odor component.

図１０は、ＳＡＷ共振器である振動子を備える第２検出素子１１３の平面図である。同図に示すように、第２検出素子１１３はＳＡＷ共振器である第２振動子１３３を備える。第２振動子１３３は、第１振動子１３１と同等の特性を有するものが好適であり、即ち第２検出素子１１３は第１感応膜１３２を有しない第１検出素子１１１と同等の特性を有する。具体的には第２検出素子１１３は、第１振動子１３１と同様に圧電基板１８１、第１電極１８２、第２電極１８３及び反射器１８４を備え、共振領域Ｒを有する。 Figure 10 is a plan view of the second detection element 113 having an oscillator that is a SAW resonator. As shown in the figure, the second detection element 113 has a second oscillator 133 that is a SAW resonator. The second oscillator 133 preferably has characteristics equivalent to those of the first oscillator 131, that is, the second detection element 113 has characteristics equivalent to those of the first detection element 111 that does not have the first sensitive film 132. Specifically, the second detection element 113 has a piezoelectric substrate 181, a first electrode 182, a second electrode 183, and a reflector 184, similar to the first oscillator 131, and has a resonance region R.

図１１は、ＳＡＷ共振器である振動子を備える第３検出素子１１５の平面図である。同図に示すように、第３検出素子１１５はＳＡＷ共振器である第３振動子１３４及び第２感応膜１３５を備える。第３振動子１３４は、第１振動子１３１と同等の特性を有するものが好適である。具体的には第３検出素子１１５は、第１振動子１３１と同様に圧電基板１８１、第１電極１８２、第２電極１８３及び反射器１８４を備え、共振領域Ｒを有する。 Figure 11 is a plan view of the third detection element 115, which includes a vibrator that is a SAW resonator. As shown in the figure, the third detection element 115 includes a third vibrator 134 that is a SAW resonator, and a second sensitive film 135. The third vibrator 134 preferably has characteristics similar to those of the first vibrator 131. Specifically, the third detection element 115 includes a piezoelectric substrate 181, a first electrode 182, a second electrode 183, and a reflector 184, similar to the first vibrator 131, and has a resonance region R.

第２感応膜１３５は、第３振動子１３４の共振領域Ｒ上に設けられ、所定のにおい成分を吸着する。第３検出素子１１５は、図１１に示すように封止体１３６によって封止され、第３振動子１３４及び第２感応膜１３５は封止体１３６によって外気から遮蔽されている。 The second sensitive film 135 is provided on the resonance region R of the third vibrator 134 and adsorbs a specific odor component. The third detection element 115 is sealed by a sealant 136 as shown in FIG. 11, and the third vibrator 134 and the second sensitive film 135 are shielded from the outside air by the sealant 136.

振動子がＳＡＷ共振器である場合もにおい検出装置１００は同様に動作する。即ち演算部１１８は、上記（式３）に示すように、第１検出素子１１１から出力される共振周波数変動量ΔＦｎ（total）から、第２検出素子１１３から出力される共振周波数変動量ΔＦref1及び第３検出素子１１５から出力される共振周波数変動量ΔＦref2nを減じることにより、におい成分による共振周波数変動量ΔＦｎ（gas）を求めることができる。 The odor detection device 100 operates in the same manner when the transducer is a SAW resonator. That is, as shown in the above (Equation 3), the calculation unit 118 can obtain the resonant frequency fluctuation ΔFn(gas) due to odor components by subtracting the resonant frequency fluctuation ΔFref1 output from the second detection element 113 and the resonant frequency fluctuation ΔFref2n output from the third detection element 115 from the resonant frequency fluctuation ΔFn(total) output from the first detection element 111.

ＳＡＷ共振器である振動子を用いたにおい検出素子においても湿度による影響の主な原因はＳＡＷ共振器自体の吸湿性であり、感応膜の吸湿による影響は小さい。特にＳＡＷ共振器は一般的に多層の薄膜からなり、特に共振周波数調整膜や保護膜のＳｉＯ_Ｘはスパッタ成膜により形成されるため、吸湿性が大きい。したがって、第２検出素子１１３の共振周波数変動量は湿度によるものとみなせる。このため、第２検出素子１１３の共振周波数変動量をΔＦref1とすると、湿度による共振周波数変動量ΔＦｎ（hum.）は共振周波数変動量ΔＦref1とみなすことができる。 Even in odor detection elements using an oscillator that is a SAW resonator, the main cause of the effect of humidity is the hygroscopicity of the SAW resonator itself, and the effect of moisture absorption of the sensitive film is small. In particular, SAW resonators are generally made of multi-layer thin films, and the _SiOx of the resonance frequency adjustment film and protective film are particularly hygroscopic because they are formed by sputtering deposition. Therefore, the amount of variation in the resonance frequency of the second detection element 113 can be considered to be due to humidity. Therefore, if the amount of variation in the resonance frequency of the second detection element 113 is ΔFref1, the amount of variation in the resonance frequency ΔFn(hum.) due to humidity can be considered to be the amount of variation in the resonance frequency ΔFref1.

さらに、ＳＡＷ共振器である振動子を用いたにおい検出素子においても温度による影響の主な原因は振動子及び感応膜を構成する各材料の弾性定数の変化によるものである。このため、第１検出素子１１１と同等の特性を有し、封止体１３６によって遮蔽された第３検出素子１１５の共振周波数変動量は温度によるものとみなせる。このため、第ｎｃｈの第３検出素子１１５の共振周波数変動量をΔＦref2nとすると、温度による共振周波数変動量ΔＦｎ（tem.）は共振周波数変動量ΔＦref2nとみなすことができる。 Furthermore, even in odor detection elements that use an oscillator that is a SAW resonator, the main cause of the effect of temperature is the change in the elastic constant of each material that constitutes the oscillator and the sensitive membrane. For this reason, the resonant frequency variation of the third detection element 115, which has characteristics equivalent to those of the first detection element 111 and is shielded by the sealing body 136, can be considered to be due to temperature. For this reason, if the resonant frequency variation of the n-th third detection element 115 is ΔFref2n, the resonant frequency variation ΔFn(tem.) due to temperature can be considered to be the resonant frequency variation ΔFref2n.

したがって、振動子がＳＡＷ共振器である場合も、演算部１１８は上記（式３）を用いてにおい成分による共振周波数変動量ΔＦｎ（gas）を求めることができる。 Therefore, even if the transducer is a SAW resonator, the calculation unit 118 can use the above (Equation 3) to determine the amount of resonance frequency variation ΔFn(gas) due to odor components.

なお、第１検出素子１１１、第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５は、ＦＢＡＲ及びＳＡＷ共振器の他にもＱＣＭ(Quartz Crystal Microbalance)である振動子を備えるものであってもよい。 The first detection element 111, the second detection element 113, and the third detection element 115 may each include a QCM (Quartz Crystal Microbalance) oscillator in addition to an FBAR or SAW resonator.

［変形例］
におい検出装置１００の変形例について説明する。 [Modification]
A modification of the odor detection device 100 will now be described.

（変形例１）
図１２は変形例１に係るにおい検出装置１００の構成を示すブロック図である。上記のようににおい検出装置１００は１つの第２検出素子１１３を備える（図１参照）ものとしたが、図１２に示すようにｎｃｈの第１検出素子１１１に対応するｎｃｈの第２検出素子１１３を備えるものとしてもよい。具体的には、ｎｃｈの第１検出素子１１１の間で第１振動子１３１の構造が異なる場合、におい検出装置１００はそれぞれの第１振動子１３１と同一構造の第２振動子１３３を有するｎｃｈの第２検出素子１１３を備える。 (Variation 1)
Fig. 12 is a block diagram showing the configuration of an odor detection device 100 according to Modification 1. As described above, the odor detection device 100 includes one second detection element 113 (see Fig. 1), but may include an nch second detection element 113 corresponding to the nch first detection element 111 as shown in Fig. 12. Specifically, when the structures of the first oscillators 131 differ between the nch first detection elements 111, the odor detection device 100 includes an nch second detection element 113 having a second oscillator 133 having the same structure as the respective first oscillators 131.

この場合、第ｎｃｈの第２検出素子１１３の共振周波数変動量をΔＦref１nとすると、
上記（式１）における湿度による共振周波数変動量ΔＦｎ（hum.）は共振周波数変動量ΔＦref1nとみなすことができる。 In this case, if the amount of change in the resonant frequency of the second detection element 113 of the n-th channel is ΔFref1n, then
The amount of resonance frequency variation ΔFn(hum.) due to humidity in the above (Equation 1) can be regarded as the amount of resonance frequency variation ΔFref1n.

したがって、上記（式１）は下記（式4）に変形することができる。 Therefore, the above (Equation 1) can be transformed into the following (Equation 4).

ΔＦｎ（total）＝ΔＦｎ（gas）＋ΔＦref1n＋ΔＦref2n （式４） ΔFn (total) = ΔFn (gas) + ΔFref1n + ΔFref2n (Formula 4)

さらに、上記（式４）は下記（式５）に変形することができる。 Furthermore, the above (Equation 4) can be transformed into the following (Equation 5).

ΔＦｎ（gas）＝ΔＦｎ（total）－ΔＦref1n－ΔＦref2n （式５） ΔFn (gas) = ΔFn (total) - ΔFref1n - ΔFref2n (Formula 5)

以上から演算部１１８は、におい検出装置１００がｎｃｈの第２検出素子１１３を有する場合も第１検出素子１１１から出力される共振周波数変動量ΔＦｎ（total）から、第２検出素子１１３から出力される共振周波数変動量ΔＦref1n及び第３検出素子１１５から出力される共振周波数変動量ΔＦref2nを減じることにより、におい成分による共振周波数変動量ΔＦｎ（gas）を求めることができる。 From the above, even when the odor detection device 100 has an n-channel second detection element 113, the calculation unit 118 can calculate the resonant frequency fluctuation ΔFn(gas) due to odor components by subtracting the resonant frequency fluctuation ΔFref1n output from the second detection element 113 and the resonant frequency fluctuation ΔFref2n output from the third detection element 115 from the resonant frequency fluctuation ΔFn(total) output from the first detection element 111.

（変形例２）
図１３は変形例１に係るにおい検出装置１００の構成を示すブロック図である。上記のようににおい検出装置１００は、第１検出素子１１１、第２検出素子１１３及び第３検出素子１１５を備えるものとしたが、図１３に示すように第３検出素子１１５を備えず、第１検出素子１１１と第２検出素子１１３のみを備えるものとすることも可能である。 (Variation 2)
Fig. 13 is a block diagram showing the configuration of the odor detection device 100 according to Modification 1. As described above, the odor detection device 100 includes the first detection element 111, the second detection element 113, and the third detection element 115. However, as shown in Fig. 13, it is also possible to include only the first detection element 111 and the second detection element 113 without including the third detection element 115.

この場合、演算部１１８は、第１検出素子１１１から出力される共振周波数変動量ΔＦｎ（total）から、第２検出素子１１３から出力される共振周波数変動量ΔＦref1を減じることにより、湿度による影響が補正されたにおい成分による共振周波数変動量ΔＦｎ（gas）を求めることができる。におい検出装置１００が備える感応膜が温度による影響を受けにくい場合等には、このように第２検出素子１１３を利用して湿度による影響のみを補正してもよい。また、このにおい検出装置１００は、変形例１（図１２参照）に示すようにｎｃｈの第２検出素子１１３を備えるものであってもよい。 In this case, the calculation unit 118 can obtain the resonant frequency fluctuation ΔFn(gas) due to the odor component with the influence of humidity corrected by subtracting the resonant frequency fluctuation ΔFref1 output from the second detection element 113 from the resonant frequency fluctuation ΔFn(total) output from the first detection element 111. In cases where the sensitive membrane of the odor detection device 100 is not easily affected by temperature, the second detection element 113 may be used in this manner to correct only the influence of humidity. In addition, the odor detection device 100 may be equipped with n-channel second detection elements 113 as shown in Modification 1 (see FIG. 12).

（実施例１）
上記実施形態に係るにおい検出装置を作成し、測定を実施した。におい検出装置はＦＢＡＲである第１振動子及び感応膜を有する第１検出素子と、ＦＢＡＲである第２振動子を有し、感応膜を有しない第２検出素子を備えるものとした。第１振動子と第２振動子は同等の特性を有し、共振周波数２．４ＧＨｚの振動子である。第１検出素子の感応膜は疎水性感応膜（厚み２５０ｎｍ）とした。第１検出素子及び第２検出素子はピアーズ型発振回路と接続し、周波数カウンターでその発振周波数を計測した。 Example 1
An odor detection device according to the above embodiment was created and measurements were performed. The odor detection device had a first oscillator that was an FBAR and a first detection element having a sensitive film, and a second oscillator that was an FBAR and had no sensitive film. The first and second oscillators had the same characteristics and were oscillators with a resonant frequency of 2.4 GHz. The sensitive film of the first detection element was a hydrophobic sensitive film (thickness 250 nm). The first detection element and the second detection element were connected to a Pierce type oscillation circuit, and the oscillation frequency was measured by a frequency counter.

図１４は、測定結果を示すグラフである。上記におい検出装置をチャンバに収容し、チャンバ内にガスＧ１及びガスＧ２を２０分間毎に交互に流入させた。ガスＧ１はトルエン１０ｐｐｍのガスであり、ガスＧ２はトルエン０ｐｐｍのガスである。図１４において、第１検出素子の周波数変動量を「ΔＦ（total）」、第２検出素子の周波数変動量を「ΔＦref1」、第１検出素子と第２検出素子の周波数変動量の差分（ΔＦ（total）－ΔＦref1）を「差分」、チャンバ内の湿度（ＲＨ）を「湿度」として示す。チャンバ内の湿度は静電容量型湿度センサにより測定したものである。 Figure 14 is a graph showing the measurement results. The odor detection device was housed in a chamber, and gases G1 and G2 were alternately flowed into the chamber every 20 minutes. Gas G1 is a gas containing 10 ppm toluene, and gas G2 is a gas containing 0 ppm toluene. In Figure 14, the frequency fluctuation of the first detection element is shown as "ΔF (total)", the frequency fluctuation of the second detection element is shown as "ΔFref1", the difference between the frequency fluctuations of the first detection element and the second detection element (ΔF (total) - ΔFref1) is shown as "difference", and the humidity (RH) inside the chamber is shown as "humidity". The humidity inside the chamber was measured using a capacitance-type humidity sensor.

図１４に示すように、ガスＧ１の供給中は、周波数変動量ΔＦ（total）が上昇している。本来であれば、トルエンの感応膜への吸着により周波数変動量は減少するはずであるが、湿度が７％から５％に減少し、共振周波数が上昇している。湿度の減少により感応膜に付着した水分量が減少し、共振周波数が上昇したと考えられる。一方、「差分」（ΔＦ（total）－ΔＦref1）はガスＧ１の供給中は減少しており、湿度による影響が除外され、トルエンの感応膜への吸着による周波数変動が検出されていることがわかる。 As shown in Figure 14, the frequency fluctuation ΔF (total) increases while gas G1 is being supplied. Normally, the frequency fluctuation should decrease due to the adsorption of toluene to the sensitive film, but the humidity has decreased from 7% to 5%, and the resonant frequency has increased. It is believed that the decrease in humidity reduces the amount of moisture adhering to the sensitive film, causing the resonant frequency to increase. On the other hand, the "difference" (ΔF (total) - ΔFref1) decreases while gas G1 is being supplied, which shows that the effect of humidity is eliminated and frequency fluctuation due to the adsorption of toluene to the sensitive film is detected.

（実施例２）
上記実施形態に係るにおい検出装置を作成し、測定を実施した。におい検出装置はＳＡＷ共振器である第１振動子及び感応膜を有する第１検出素子と、ＳＡＷ共振器である第２振動子を有し、感応膜を有しない第２検出素子を備えるものとした。第１振動子と第２振動子は同等の特性を有し、共振周波数７００ＭＨｚの振動子である。第１検出素子の感応膜は疎水性感応膜（厚み２５０ｎｍ）とした。第１検出素子及び第２検出素子はピアーズ型発振回路と接続し、周波数カウンターでその発振周波数を計測した。 Example 2
An odor detection device according to the above embodiment was created and measurements were performed. The odor detection device had a first transducer, which was a SAW resonator, and a first detection element having a sensitive film, and a second transducer, which was a SAW resonator, and a second detection element having no sensitive film. The first and second transducers had the same characteristics and were transducers with a resonant frequency of 700 MHz. The sensitive film of the first detection element was a hydrophobic sensitive film (thickness 250 nm). The first detection element and the second detection element were connected to a Pierce type oscillation circuit, and the oscillation frequency was measured by a frequency counter.

図１５は、測定結果を示すグラフであり、図１６は図１５の一部を拡大したグラフである。上記におい検出装置をチャンバに収容し、チャンバ内にガスＧ３及びガスＧ４を２０分間毎に交互に流入させた。ガスＧ３はアセトン１０ｐｐｍのガスであり、ガスＧ４はアセトン０ｐｐｍのガスである。図１５及び図１６において、第１検出素子の周波数変動量を「ΔＦ（total）」、第２検出素子の周波数変動量を「ΔＦref1」、第１検出素子と第２検出素子の周波数変動量の差分（ΔＦ（total）－ΔＦref1）を「差分」、チャンバ内の湿度（ＲＨ）を「湿度」として示す。チャンバ内の湿度は静電容量型湿度センサにより測定したものである。 Figure 15 is a graph showing the measurement results, and Figure 16 is a graph showing an enlarged portion of Figure 15. The odor detection device was housed in a chamber, and gas G3 and gas G4 were alternately flowed into the chamber every 20 minutes. Gas G3 is a gas containing 10 ppm acetone, and gas G4 is a gas containing 0 ppm acetone. In Figures 15 and 16, the frequency fluctuation of the first detection element is shown as "ΔF (total)", the frequency fluctuation of the second detection element is shown as "ΔFref1", the difference between the frequency fluctuations of the first detection element and the second detection element (ΔF (total) - ΔFref1) is shown as "difference", and the humidity (RH) inside the chamber is shown as "humidity". The humidity inside the chamber was measured using a capacitance type humidity sensor.

図１５及び図１６に示すように、ガスＧ３の供給中は、周波数変動量ΔＦ（total）がわずかに減少している。これは、アセトンの感応膜への吸着による共振周波数の低下と、湿度の減少（６％→５．５％）により感応膜に付着した水分量が減少したことによる振周波数の上昇が合算されたことによるものと考えられる。一方、「差分」（ΔＦ（total）－ΔＦref1）はガスＧ３の供給中は顕著に減少しており、湿度による影響が除外され、アセトンの感応膜への吸着による周波数変動が検出されていることがわかる。 As shown in Figures 15 and 16, the frequency fluctuation ΔF (total) decreases slightly while gas G3 is being supplied. This is thought to be due to the combination of a decrease in the resonant frequency due to the adsorption of acetone to the sensitive film and an increase in the resonant frequency due to a decrease in the amount of moisture adhering to the sensitive film as a result of a decrease in humidity (6% to 5.5%). On the other hand, the "difference" (ΔF (total) - ΔFref1) decreases significantly while gas G3 is being supplied, which indicates that the effect of humidity is eliminated and that the frequency fluctuation due to the adsorption of acetone to the sensitive film is detected.

（実施例３）
上記実施形態に係るにおい検出装置を作成し、測定を実施した。におい検出装置はＦＢＡＲである第１振動子及び感応膜を有する第１検出素子と、第１検出素子と同等の特性を有する検出素子が封止体によって封止された第３検出素子を備えるものとした。第１検出素子及び第３検出素子はピアーズ型発振回路と接続し、周波数カウンターでその発振周波数を計測した。 Example 3
An odor detection device according to the above embodiment was created and measurements were performed. The odor detection device was equipped with a first detection element having a first oscillator and a sensitive film, which was an FBAR, and a third detection element in which a detection element having the same characteristics as the first detection element was sealed with a sealer. The first detection element and the third detection element were connected to a Pierce-type oscillation circuit, and the oscillation frequency was measured with a frequency counter.

図１７は、測定結果を示すグラフである。上記におい検出装置をチャンバに収容し、チャンバ内にガスＧ５及びガスＧ６を交互に流入させた。ガスＧ５はエタノール１０ｐｐｍのガスであり、ガスＧ６はエタノール０ｐｐｍのガスである。図１７において、第１検出素子の周波数変動量を「ΔＦ（total）」、第３検出素子の周波数変動量を「ΔＦref２」として示す。 Figure 17 is a graph showing the measurement results. The odor detection device was placed in a chamber, and gas G5 and gas G6 were alternately flowed into the chamber. Gas G5 is a gas containing 10 ppm ethanol, and gas G6 is a gas containing 0 ppm ethanol. In Figure 17, the frequency fluctuation of the first detection element is shown as "ΔF (total)", and the frequency fluctuation of the third detection element is shown as "ΔFref2".

図１８は第１検出素子と第３検出素子の周波数変動量の差分（ΔＦ（total）－ΔＦref２）を示すグラフである。同図に示すように温度による影響が除外され、エタノールの感応膜への吸着による周波数変動が検出されていることがわかる。 Figure 18 is a graph showing the difference in frequency variation between the first and third detection elements (ΔF(total) - ΔFref2). As shown in the figure, the effect of temperature is eliminated, and it can be seen that the frequency variation due to the adsorption of ethanol to the sensitive membrane is detected.

１００…におい検出装置
１１１…第１検出素子
１１２…第１発振回路
１１３…第２検出素子
１１４…第２発振回路
１１５…第３検出素子
１１６…第３発振回路
１１７…接続部
１１８…演算部
１１９…通信部
１３１…第１振動子
１３２…第１感応膜
１３３…第２振動子
１３４…第３振動子
１３５…第２感応膜
１３６…封止体 REFERENCE SIGNS LIST 100 odor detection device 111 first detection element 112 first oscillation circuit 113 second detection element 114 second oscillation circuit 115 third detection element 116 third oscillation circuit 117 connection section 118 calculation section 119 communication section 131 first oscillator 132 first sensitive film 133 second oscillator 134 third oscillator 135 second sensitive film 136 sealing body

Claims

A first detection element including a first vibrator that is an acoustic wave resonator and a first sensitive film formed on the first vibrator;
A second detection element including a second oscillator that is an acoustic wave resonator;
a third detection element including a third vibrator that is an elastic wave resonator and a second sensitive film formed on the third vibrator, the third vibrator and the second sensitive film being shielded from the outside air;
a calculation unit that corrects an amount of variation in the resonance frequency of the first oscillator by subtracting an amount of variation in the resonance frequency of the second oscillator output from the second detection element and an amount of variation in the resonance frequency of the third oscillator output from the third detection element from an amount of variation in the resonance frequency of the first oscillator output from the first detection element;
Equipped with
The second oscillator and the third oscillator have the same characteristics as the first oscillator in terms of resonance frequency.
Odor detection device.

The odor detection device according to claim 1 ,
The second sensitive film is made of the same material as the first sensitive film and has the same film thickness as the first sensitive film .

The odor detection device according to claim 1 or 2 ,
The odor detection device, wherein the elastic wave resonator is a Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR).

The odor detection device according to any one of claims 1 to 3 ,
The odor detection device, wherein the elastic wave resonator is a SAW (Surface Acoustic Wave) resonator.

The odor detection device according to any one of claims 1 to 4,
A sealant that seals the third detection element is provided.
Odor detection device.

correcting the amount of variation in the resonance frequency of the first oscillator by subtracting, from the amount of variation in the resonance frequency of the first oscillator outputted from a first detection element having a first oscillator which is an elastic wave resonator and a first sensitive film formed on the first oscillator, the amount of variation in the resonance frequency of the second oscillator outputted from a second detection element having a second oscillator which is an elastic wave resonator and the amount of variation in the resonance frequency of the third oscillator outputted from a third detection element which has a third oscillator which is an elastic wave resonator and a second sensitive film formed on the third oscillator, the third oscillator and the second sensitive film being shielded from the outside air ;
The second oscillator and the third oscillator have the same characteristics as the first oscillator in terms of resonance frequency.
Odor detection methods.