水晶振動子のスプリアスモードを利用した微量質量センサの質量位置決定のFEM解析とエージング特性

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水晶振動子の質量付加効果を利用した微量質量センサ, いわゆるQCM(Quartz Crystal Microbalance)はその高い感度特性によリ, 種々の微量質量測定に応用されている. これらの応用では主として基本厚みすべリモードにおける質量付加効果が利用されている 1)-2). しかし, これらを室外で使用するような場合には, 環境変化仁伴う振動子の周波数ドリフトにより, 長期間に渡る測定結果に十分な信頼性を期待することは難しい. そこで既に筆者らは質量負荷効果による共振周波数変化の感度が異なる2種類のモードを利用する方法を提案している 3)-4). その際応力感度分布, 変位分布の違いから質量付加感度差が最大となる質量付加位置を決定したが, その位置決定の理論的解析はなされていなかった. また2つのモードの周波数差を利用してエージング等の影響が少なくなることを実際に測定していない. そこで本報告では, 2種類のモードについて, 局所的に質量付加した場合の各共振周波数変化をFEMにより計算した. その結果から各モードについての変位分布を測定することによって最適位置を決定できることが確認される. また長期測定を行い各モードのエージング特性から, 2つのモードの共振周波数の差を用いることによって実際にエージングの影響を除去できることが示される.
1997-03-06

水晶振動子のスプリアスモードを利用した微量質量センサの質量位置決定のFEM解析とエージング特性

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