將石英晶體以特定角度切割成薄片,就可以製作出共振頻率對溫度變化極為穩定的共振器。大阪大學與大賽璐所組成的研究團隊將此種「石英微型共振器」,應用在感測器的用途。對石英施加振盪電場,石英就會產生相同週期的機械振動。只要電磁波頻率與石英微型共振器的共振頻率一致,也可以利用電磁波施加振盪電場,從遠端誘發共振。電磁波中斷後,石英微型共振器仍會繼續振動約1/1,000秒,並釋放與機械共振相同頻率的電磁波。接收此種電磁波並測量其頻率,就可以遠端檢測石英微型共振器的共振頻率。
研究團隊利用自行開發的無線檢測裝置與石英微型共振感測器,在距離超過50公尺的條件下,成功實現了0.0001%以下的高精度共振頻率檢測,檢測頻率可達每秒約500次。另外,也利用鈀合金會吸收氫,導致體積膨脹的特性,成功地完成對氫氣的檢測。在石英微型共振器的表面形成鈀合金薄膜,一旦鈀合金吸收氫氣,就會使石英微型共振器產生彎曲,導致共振頻率隨之改變,依據此一共振頻率變化量,即可得知氫氣吸收量,藉此檢測環境中的氫氣濃度。目前已經確認可以測量數十公尺外環境中的氫氣濃度。
運用此方式可以持續監測基礎設施的狀況,而結合感測器持續傳送的資料與AI分析,還有可能獲取檢測對象以外的資訊。此種感測器使用價格低廉的石英即可製作,不需要電池供電,可以半永久性運作,且能在數十公尺的距離外,進行氣體濃度或結構應變的無線檢測。此研究成果有望成為實現結構物持續監測的創新技術,為國土強韌化計畫作出貢獻。