JP2005092490A - 無給電ｓａｗセンサを用いた無線遠隔センシングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、ＳＡＷセンサとセンシング装置との送受信を無線で行う無線遠隔センシングシステムの構築は十分には行われておらず、例があったとしても、従来は、センサ側に有電源の送受信部を設けており、また送受信の周波数帯はＭＨｚ帯を利用しているため、アンテナを含めてセンサ側の小形化が困難であると共に、設置に自由度が少なかった。
【解決手段】 そこで本発明では、このような課題を解決するために測定対象のセンサ機能を有するＳＡＷデバイス２のＩＤＴ３にアンテナ４を接続して構成した無給電ＳＡＷセンサ１と、この無給電ＳＡＷセンサに対するアンテナ４と送受信部を設けたセンシング装置１３とから構成した無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステムを提案している。
【選択図】 図１

Description

本発明は無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステムに関するものである。

近来、圧電基板上に、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic
Wave)を励振するための櫛形電極（ＩＤＴ：InterDigital Transducer)を形成したものを基本構成とするＳＡＷデバイスを、通信機器におけるフィルタとして利用する他、上記圧電基板上にセンサ部を形成してセンサ機能を持たせた、いわゆるＳＡＷセンサが各種の測定対象に対して開発されている。

例えば特許文献１では被測定物の膨張、収縮、曲げ等の、変形した変位を測定するものにおいて、ＳＡＷデバイスに温度補償回路を設けた歪みセンサが提案されている。この場合、測定対象は歪みである。
また特許文献２では、ＳＡＷデバイスを構成する圧電板を片持ち梁として支持して、その歪みによる周波数の変化を検出することにより、外力を検出するようにした外力センサが提案されており、また特許文献３では、原子間力顕微鏡に用いられるカンチレバーの検出部に、ＳＡＷデバイスを取り付けた力変位センサが提案されている。これらの場合、測定対象は外力である。
また特許文献４では、ＳＡＷデバイスによる遅延線発振器を用いて温度変化に対する発信周波数の変化率を大きくした温度センサが提案されている。この場合、測定対象は温度である。
さらに特許文献５では、ＳＡＷデバイスを用いて湿度や匂いを検出するセンサが提案されている。この場合、測定対象は湿度又は匂いである。

これらのＳＡＷセンサは、ＩＤＴにより励振された表面弾性波が圧電基板表面を伝播する際、測定対象の変化による伝播速度の変化を周波数の変化等として検出して、測定対象の物理量の変化を測定するものであり、構成としては、入出力共用のＩＤＴを有する反射型遅延線タイプのものや、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴを有する遅延線タイプのものがある。

特開平５−１１８９３３号公報 特開平８−１６６３０２号公報 特開平９−１３３６９１号公報 特開平５−３４２１０号公報 特開平８−６８７８０号公報

以上に示すように、ＳＡＷセンサ自体の開発は従来から多数行われており、また、ＳＡＷセンサとセンシング装置とを配線で接続してセンシングシステムを構成することも多数行われているが、ＳＡＷセンサとセンシング装置との送受信を無線で行う無線遠隔センシングシステムの構築は十分には行われていない。

即ち、従来の無線通信による無線遠隔センシングシステムでは、センサ側に有電源の送受信部を設けており、また送受信の周波数帯はＭＨｚ帯を利用しているため、アンテナを含めてセンサ側の小形化が困難であると共に、設置に自由度が少なかった。

本発明はＳＡＷセンサとセンシング装置との送受信を無線で行う無線遠隔センシングシステムを構築することを目的とするものであり、特に、本発明はＳＡＷデバイスにより無給電センサを構成することによって、ＳＡＷセンサ側を小型化し、以て、設置が容易で、使用しやすい無線遠隔センシングシステムを構築することを目的とするものである。

以上の課題を解決するために、本発明では、まず請求項１において、測定対象のセンサ機能を有するＳＡＷデバイスのＩＤＴにアンテナを接続して構成した無給電ＳＡＷセンサと、この無給電ＳＡＷセンサに対するアンテナと送受信部を設けたセンシング装置とから構成した無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステムを提案する。

また請求項２では、上記無線遠隔センシングシステムにおいて、ＳＡＷデバイスは、入出力兼用のＩＤＴを有する構成とし、このＩＤＴに送受信兼用のアンテナを接続することを提案する。

また請求項３では、上記無線遠隔センシングシステムにおいて、ＳＡＷデバイスは、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴを有する構成とすると共に、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴを短絡して送受信兼用のアンテナを接続することを提案する。

また請求項４では、以上の無線遠隔センシングシステムにおいて、アンテナを、ＳＡＷデバイス自体に形成することを提案する。

また請求項５では、以上の無線遠隔センシングシステムにおいて、送受信部は、搬送波発生手段と、パルス発生手段と、パルス変調手段とを備えた送信部と、搬送波発生手段の信号の位相シフト手段を有する同期検波手段とを備えた受信部とから構成することを提案する。

また請求項６では、以上の無線遠隔センシングシステムにおいて、送受信部は、第１のパルス発生手段と、第１のパルス発生手段による第１のパルスの発生時点から設定時間経過後に第２のパルスを発生させる第２のパルス発生手段と、上記第１、第２のパルスにより変調される搬送波発生手段とを備えた送信部と、上記第１のパルスにより送信されたパルス変調波に起因する受信信号と、第２のパルスによるパルス変調波との同期検波手段を構成することを提案する。

また請求項７では、以上の無線遠隔センシングシステムにおいて、送受信部は、設定時間間隔毎にパルスを継続的に発生するパルス発生手段と、このパルスにより変調される搬送波発生手段とを備えた送信部と、上記パルス毎に送信されるパルス変調波に起因して継続的に受信される受信信号とパルス変調波との同期検波手段を構成することを提案する。

また請求項８では、以上の無線遠隔センシングシステムにおいて、ＳＡＷデバイスにおける表面弾性波の伝播路を複数チャンネル構成し、夫々のチャンネルの伝播路における伝播遅延時間を異ならせて識別のためのコード化を行った複数の無給電ＳＡＷセンサと、受信部において無給電ＳＡＷセンサのコードを復号化して識別する構成のセンシング装置とから構成した無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステムを提案する。

また請求項９では、以上の無線遠隔センシングシステムにおいて、伝播遅延時間を異ならせた複数の無給電ＳＡＷセンサと、送信パルスの送信から受信パルスの受信までの時間により無給電ＳＡＷセンサを識別する手段を備えたセンシング装置とから構成した無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステムを提案する。

また請求項１０では、以上の無線遠隔センシングシステムにおいて、ＳＡＷデバイスにおける表面弾性波の伝播路を複数チャンネル構成し、夫々の伝播路に対応してＩＤＴを構成すると共に、夫々のＩＤＴは電極間隔により応答周波数を異ならせて構成した無給電ＳＡＷセンサと、夫々の周波数の送信パルスを送信すると共に受信パルスを受信し、それらの周波数により無給電ＳＡＷセンサの伝播路を識別する構成のセンシング装置とから構成した無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステムを提案する。

また請求項１１では、以上の無線遠隔センシングシステムにおいて、電極間隔により応答周波数を異ならせた複数の無給電ＳＡＷセンサと、それらの周波数の送信パルスを送信すると共に受信パルスを受信し、それらの周波数により無給電ＳＡＷセンサを識別する構成のセンシング装置とから構成した無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステムを提案する。

また請求項１２では、以上の無線遠隔センシングシステムにおいて、送受信に使用する周波数は、２．４ＧＨｚ帯とすることを提案する。

本発明の無線遠隔センシングシステムでは、センシング装置のアンテナから送信されたＲＦ信号は、ＳＡＷセンサのアンテナで受信され、入力側ＩＤＴにより表面弾性波に変換される。変換された表面弾性波は、圧電基板の表面を伝播して、ある遅延時間経過後に出力側ＩＤＴに到達して、再び、ＲＦ信号に変換される。そして変換されたＲＦ信号はセンシング装置のアンテナにより受信され、発せられたＲＦ信号との比較により、ＳＡＷセンサ側の測定対象の物理量を測定することができる。

ＳＡＷセンサは無給電として、電源回路を含む電子回路を使用していないので、その分だけ、センサ側の大きさをコンパクト化することができる。

ＳＡＷデバイスは、入出力兼用のＩＤＴを有する構成のものを使用しても良いし、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴを有する構成のものを使用しても良く、後者の場合には、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴを短絡することにより、前者と同様に、送受信兼用のアンテナを接続することができ、この場合には、ＳＡＷセンサ側とセンシング装置側の２つのアンテナでシステムを構成することができる。

送受信アンテナを、ＳＡＷデバイス自体に形成すれば、アンテナに使用する基板や、それとＳＡＷデバイスのＩＤＴとの接続用スペースの相当分だけ、更にコンパクト化が可能となる。

センシング装置の送受信部においては、搬送波をパルスで変調したパルス変調波を送信信号とし、遅延時間経過後に受信された受信信号を、搬送波を用いて同期検波（位相検波）することにより、安定した測定信号（検波出力信号）を得ることができる。

この場合、時間間隔を調整可能とした第１と第２のパルス発生手段により搬送波発生手段を変調してパルス変調波を発生させ、第１のパルスにより形成されたパルス変調波に起因してＳＡＷセンサに励振された表面弾性波による受信信号を、第２のパルスにより形成されたパルス変調波を用いて同期検波する構成とすることができ、この構成では、第１と第２のパルス変調波の強度を独立して調節可能とし、第２のパルス変調波の強度を低くすることにより、同期検波における信号強度レベルを揃えて、安定した測定信号を得ることができる。

また設定時間間隔毎にパルスを継続的に発生させ、これらのパルス毎に継続的に受信される受信信号と、送信信号のパルス変調波との同期検波手段を構成すれば、所定時間毎に継続的に受信される受信パルス毎に、測定対象の物理量を継続的に検出することができる。

ＳＡＷデバイスにおける表面弾性波の伝播路を複数チャンネル構成し、夫々のチャンネルの伝播路における伝播遅延時間を異ならせて識別のためのコード化を行った複数の無給電ＳＡＷセンサと、受信部において無給電ＳＡＷセンサのコードを復号化して識別する構成のセンシング装置とから構成した無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステムにおいては、共通のセンシング装置において、複数の無給電ＳＡＷセンサにより複数の物理量の測定を行うように構成することができる。

伝播遅延時間を異ならせた複数の無給電ＳＡＷセンサと、送信パルスの送信から受信パルスの受信までの時間により無給電ＳＡＷセンサを識別する手段を備えたセンシング装置とから構成した場合においても、共通のセンシング装置において、複数の無給電ＳＡＷセンサにより複数の物理量の測定を行うように構成することができる。

更に、ＳＡＷデバイスにおける表面弾性波の伝播路を複数チャンネル構成し、夫々の伝播路に対応してＩＤＴを構成すると共に、夫々のＩＤＴは電極間隔により応答周波数を異ならせて構成した無給電ＳＡＷセンサと、夫々の周波数の送信パルスを送信すると共に受信パルスを受信し、それらの周波数により無給電ＳＡＷセンサの伝播路を識別する構成のセンシング装置とから構成した場合には、共通のセンシング装置において、無給電ＳＡＷセンサの複数の伝播路に対応する複数の物理量の測定を行うように構成することができる。

また電極間隔により応答周波数を異ならせた複数の無給電ＳＡＷセンサと、それらの周波数の送信パルスを送信すると共に受信パルスを受信し、それらの周波数により無給電ＳＡＷセンサを識別する構成のセンシング装置とから構成した場合においては、上述と同様に共通のセンシング装置において、複数の無給電ＳＡＷセンサにより複数の物理量の測定を行うように構成することができる。

以上のセンシング装置とＳＡＷセンサとの送受信に使用する周波数は、ＩＳＭ（Industrial,
Science and Medical）機器や小電力データ通信システム等に用いられている２．４ＧＨｚ帯を利用すれば、センシング装置とＳＡＷセンサ間の伝送距離が長く取れると共に、アンテナの小型化を図ることができる。

次に本発明の詳細を実施例と共に添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の無線遠隔センシングシステムの第１の実施例の構成を概念的に示すものである。
符号１は無給電ＳＡＷセンサを示すものであり、この無給電ＳＡＷセンサ１は、測定対象のセンサ機能を有するＳＡＷデバイス２のＩＤＴ３にアンテナ４を接続して構成している。この無給電ＳＡＷセンサ１を構成するＳＡＷデバイス２は、上述した特許文献１〜５にも記載されているように、測定対象に応じて従来技術により適宜に構成することができる。

この場合、ＳＡＷデバイス２は、図中の右側に示しているように、入出力兼用ＩＤＴ３ioを有する反射型遅延線タイプのものを適用しても良いし、図中の左側に示しているように、入力側ＩＤＴ３iと出力側ＩＤＴ３oを有する遅延線タイプのもののいずれか適用することもできる。

図２は遅延線タイプのＳＡＷデバイス２の一例を示すものであり、このＳＡＷデバイス２は、圧電基板５上に、入力側ＩＤＴ３iと出力側ＩＤＴ３oの組を３組設けた３チャンネルの構成としており、３チャンネルの夫々の入力側ＩＤＴ３i(1)，３i(2)，３i(3)は共通の入力端子６iに接続すると共に、夫々の出力側ＩＤＴ３o(1)，３o(2)，３o(3)は、夫々独立して出力端子６o(1)〜６o(3)に接続している。

そして圧電基板５上には、夫々のチャンネルの入力側ＩＤＴ３iに対して、出力側ＩＤＴ３oとは反対側に、夫々構成の異なる表面弾性波の反射部を形成していて、表面弾性波の伝播遅延時間を異ならせている。
即ち、表面弾性波の反射部として、１チャンネルの入力側ＩＤＴ３i(1)に対してはグレーティング７、２チャンネルの入力側ＩＤＴ３i(2)に対しては導体膜８を形成して、いわゆる短絡の反射部を構成すると共に、３チャンネルの入力側ＩＤＴ３i(1)に対しては何も形成せず、いわゆる開放の反射部を構成している。

ここで、再び図１に戻ると、ＳＡＷデバイス２として、図中の左側に示しているように、入力側ＩＤＴ３iと出力側ＩＤＴ３oを有する遅延線タイプのものを適用する場合には、これらの入力側ＩＤＴ３iと出力側ＩＤＴ３oを短絡線９により短絡して上記アンテナ４を接続する構成とすることにより、このアンテナ４を送受信兼用とすることができる。

次に、アンテナ４は、図１の概念図では、ＳＡＷデバイス２とは独立して構成して、相互に接続するように表しているが、このアンテナ４は、ＳＡＷデバイス２自体に形成することができる。

図３はアンテナ４を一体に形成したＳＡＷデバイス２の一例を示すもので、このＳＡＷデバイス２は入出力兼用ＩＤＴ３ioを有する反射型遅延線タイプのもののである。このＳＡＷデバイス２を構成する圧電基板５の表面側にアンテナ４の構成要素である導体パターン１０を形成し、これを入出力兼用ＩＤＴ３ioの一方側のくし歯パターン１１ａに接続すると共に、他方側のくし歯パターン１１ｂは、圧電基板５の裏面側に形成した接地導体パターン（図示省略）に接続する構成としている。

以上のアンテナ４は、後述するように、本発明のシステムにおいて使用するＲＦ信号の搬送波の周波数を２．４ＧＨｚ帯とする場合等においては、例えば、Bluetooth（商標）用として使用されている、いわゆるパッチアンテナとして構成する他、マイクロストリップ・アンテナの各種のタイプを適用することができる。

図１に示すように、本発明の無線遠隔センシングシステムは、以上に説明した無給電ＳＡＷセンサ１と、この無給電ＳＡＷセンサ１に対するアンテナ１２と送受信部を設けたセンシング装置１３とから構成するものであり、次に図１に示すセンシング装置１３の具体例を説明する。

符号１４は搬送波発生手段であり、この搬送波発生手段１４は、いわゆるＩＳＭ（Industrial,
Science and Medical）機器や、例えば小電力データ通信システム（無線ＬＡＮ）等に用いられている２．４ＧＨｚ帯の連続波を発生する構成である。一方、符号１５はパルス信号を発生する変調信号発生手段であり、この変調信号発生手段１５は、変調手段としてのミキサ１６により、上記搬送波をパルス変調する構成である。

以上の構成において、パルス変調された搬送波は、増幅器１７において、適宜増幅されて、センシング用のＲＦ信号として、アンテナ１２から発せられる。即ち、以上の要素が送信部を構成している。

こうして、センシング装置１３のアンテナ１２から送信されたセンシング用のＲＦ信号は、無給電ＳＡＷセンサ１のアンテナ４で受信され、入力側ＩＤＴ（３io，３i又は３o）により表面弾性波に変換される。変換された表面弾性波は、圧電基板５の表面を伝播して、ある遅延時間経過後に出力側ＩＤＴ（３io，３o又は３i）に到達してＲＦ信号に変換され、アンテナ４から発せられる。

無給電ＳＡＷセンサ１のアンテナ４から発せられたＲＦ信号はセンシング装置１３のアンテナ１２を介して受信されて測定対象の物理量の検出が行われる。そこで、次に、センシング装置１３の受信部の構成と動作を説明する。

図１において、アンテナ１２で受信された受信信号は、まず増幅器や減衰器によるレベル調整手段１８と自動利得調整手段１９を経て所定のレベルに調整された後、検波手段としてのミキサ２０の一方側の入力信号として入力される。

一方、上記搬送波発生手段１４において発生した搬送波は、増幅器や減衰器によるレベル調整手段２１と自動利得調整手段２２を経て所定のレベルに調整された後、位相シフタ２３において位相を９０°シフトした後、上記ミキサ２０の他方側の入力信号として入力される。

これらの入力信号はミキサ２０により乗算処理された後、低域通過フィルタ２４により積分処理されて、受信信号の検波出力が得られる。この検波出力は、無給電ＳＡＷセンサ１において表面弾性波が伝播する部分の物理量の変化に相当しており、この検波出力を増幅器２５により所定レベルに調整した後、オシロスコープ等の出力手段２６に出力することにより、測定対象の物理量の測定を行うことができる。

以上のとおり、この実施例では、搬送波をパルスで変調したパルス変調波を送信信号とし、遅延時間経過後に受信された受信信号を、搬送波を用いて同期検波（位相検波）することにより、安定した測定信号（検波出力信号）を得ることができる。

尚、以上の実施例では、ミキサ２０における同期検波の参照信号は、搬送波の位相を位相シフタ２３により９０°位相したものとしており、いわゆる直交検波手法を適用しているが、位相シフタ２３における位相シフト量を可変として検波を行うこともできる。

また上述したとおり、図１は本発明に係る無線遠隔センシングシステムの構成を概念的に示しているものであり、実際のシステムを構築する場合には、例えば、アンテナと送信部及び受信部との間に方向性結合器を設置する等、適宜の要素を付加しても良いことは勿論である。

次に、図４は本発明の無線遠隔センシングシステムの第２の実施例を概念的に示すものである。この実施例における無給電ＳＡＷセンサは、第１の実施例におけるものと同様のものを適用できるので、図において、第１の実施例と対応する構成要素に同一の符号を付して重複する説明は省略する。そこで、次にこの第２の実施例におけるセンシング装置１３の具体例を説明する。

符号２７は第１のパルス発生手段、２８は第２のパルス発生手段であり、第１のパルス発生手段２７から出力される第１のパルスＳ1で第２のパルス発生手段２８をトリガーすることにより、第１のパルス発生手段２７による第１のパルスの発生時点ｔ1から設定時間Δｔ経過後の時点ｔ2に第２のパルスＳ2を発生させる構成としている。

符号２９は搬送波発生手段であり、上記第１、第２のパルスにより変調された搬送波、即ちパルス変調波は、増幅器３０により適宜増幅されて、センシング用のＲＦ信号として、アンテナ３１から発せられる。即ち、以上の要素が送信部を構成している。

こうして、センシング装置１３のアンテナ３１から送信されたセンシング用のＲＦ信号は、上述と同様に無給電ＳＡＷセンサ１のアンテナ４で受信され、入力側ＩＤＴ（３io，３i又は３o）により表面弾性波に変換される。変換された表面弾性波は、圧電基板５の表面を伝播して、ある遅延時間τ経過後に出力側ＩＤＴ（３io，３o又は３i）に到達してＲＦ信号に変換され、アンテナ４から発せられる。このようにアンテナ４から発せられるＲＦ信号は、上記第１のパルスと第２のパルスの夫々に対応した信号である。

こうして無給電ＳＡＷセンサ１のアンテナ４から発せられたＲＦ信号はセンシング装置１３のアンテナ３１を介して受信されて測定対象の物理量の検出が行われる。そこで、次に、第２の実施例のセンシング装置１３の受信部の構成と動作を説明する。

図４において、アンテナ３１で受信される受信信号は、上記第１のパルスが発せられた時点ｔ1から上記遅延時間τが経過した時点ｔ1＋τの、第１のパルスに起因するパルスと、上記第２のパルスが発せられた時点ｔ2から上記遅延時間τが経過した時点ｔ2＋τの、第２のパルスに起因するパルスとから成る。

これらのパルスから成る受信信号は、自動利得調整手段３２を経て所定のレベルに調整された後、検波手段としてのミキサ３３の一方側の入力信号として入力される。

一方、上記搬送波発生手段２９の出力である、上記第１、第２のパルスにより変調された搬送波は、増幅器又は減衰器によるレベル調整手段３４と自動利得調整手段３５を経て所定のレベルに調整された後、上記ミキサ３３の他方側の入力信号として入力される。

ここで、上記第１のパルスと第２のパルス間の上記設定時間Δｔを、上記送信信号と受信信号間の遅延時間τと等しく設定すると、第１のパルスに起因する受信パルスＳ1´は、時点ｔ2において、第２のパルスＳ2と同時にミキサ３３に入力される。

従ってこれらの入力信号はミキサ３３により乗算処理された後、低域通過フィルタ３６により積分処理されて、受信信号の検波出力が得られる。上述したとおり、この検波出力は、無給電ＳＡＷセンサ１において表面弾性波が伝播する部分の物理量の変化に相当しており、この検波出力を増幅器３７により所定レベルに調整した後、オシロスコープ等の出力手段３８に出力することにより、測定対象の物理量の測定を行うことができる。

以上のとおり、この第２の実施例においては、第１のパルスが発せられた時点から遅延時間経過後に受信された受信信号を、第２のパルスで変調された搬送波を用いて同期検波（位相検波）することにより、安定した測定信号（検波出力信号）を得ることができる。

尚、以上説明した第２の実施例の受信部においては、自動利得調整手段３５とミキサ３３間に位相シフタを設置することができる。

次に、図５は本発明の無線遠隔センシングシステムの第３の実施例を概念的に示すものである。この第３の実施例は、第２の実施例と比較して、センシング装置１３の送信部の構成のみ異なり、その他は同様であるので、対応する構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
即ち、この第３の実施例では、第２の実施例における第１，第２のパルス発生手段２７，２８に代えて、パルス幅のパルスを時間間隔Δｔで継続的に発生させるパルス発生手段３９を構成し、このパルス発生手段３９から所定時間間隔Δｔで継続的に発せられるパルス（Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，…）により、搬送波発生手段２９で発生させる搬送波を変調して送信信号を発生させ、この送信信号としての変調パルスを継続的にアンテナ３１を介して送信するものである。

このような構成においては、センシング装置１３では、アンテナ３１を介して、第１のパルスが発せられた時点ｔ1から上記遅延時間τが経過した時点ｔ1＋τの、第１のパルスに起因するパルスＳ1´に続き、上記設定時間Δｔ経過毎に、第２，３…のパルスＳ2，Ｓ3，…に起因するパルスＳ2´，Ｓ3´，…が継続的に受信される。

そこで、上述と同様に、上記設定時間Δｔを、上記遅延時間τと等しく設定すると、受信パルスＳ1´，Ｓ2´，Ｓ3´，…と、送信パルスＳ2，Ｓ3，Ｓ4，…とが同時にミキサ３３に入力され、こうして所定時間（Δｔ＝τ）毎に継続的に受信される受信パルス毎に、測定対象の物理量を検出することができる。

以上の第１〜第３の実施例の説明では、センシング装置１３と無給電ＳＡＷセンサ１は一対一に対応させて、一つの無給電ＳＡＷセンサ１により測定対象の物理量の計測を行っているが、以下に示すような構成を採用することにより、一つのセンシング装置１３を、複数の無給電ＳＡＷセンサ１に対応させて、複数の無給電ＳＡＷセンサ１により複数の物理量の測定を行うように構成することができる。

図６は、例えば上記図２に示すように、ＳＡＷデバイス２における表面弾性波の伝播路を複数、この場合３チャンネル構成し、夫々のチャンネルの伝播路における伝播遅延時間を異ならせた場合の、送信部における送信パルスと、受信部において受信される受信パルスの例を示すものである。

この例では、チャンネル１，２，３の伝播遅延時間は、夫々Δｔだけ異ならせており、従って受信部においては、送信パルスの送信時から時間Ｔ経過後にチャンネル１の伝播路を伝播した表面弾性波によるパルスが受信された後、順次Δｔ，２Δｔ経過後にチャンネル２，３の伝播路を伝播した表面弾性波によるパルスが受信される。

そこで、例えば、ある無給電ＳＡＷセンサでは図６のようにチャンネル１，２，３の伝播遅延時間は、夫々Δｔだけ異ならせるが、他の一つの無給電ＳＡＷセンサにおいては、チャンネル２の伝播遅延時間を（１／３）Δだけ短くして、図７に示すようなパルス列が受信されるように構成し、更に他の一つの無給電ＳＡＷセンサにおいては、チャンネル２の伝播遅延時間を（１／３）Δだけ長くして、図８に示すようなパルス列が受信されるように構成すれば、受信部において、これらのパルス列間の時間間隔を検出することにより、複数の無給電ＳＡＷセンサの中から特定のものを識別することができる。

このようにして、無給電ＳＡＷセンサ１は、ＳＡＷデバイス２における表面弾性波の伝播路を複数チャンネル構成し、夫々のチャンネルの伝播路における伝播遅延時間を異ならせることにより、識別のためのコード化を行うことができ、このような識別のためのコードを受信部において復号化して識別することにより、共通のセンシング装置において、複数の無給電ＳＡＷセンサにより複数の物理量の測定を行うように構成することができる。尚、このような復号化は、周知の手段を用いて行うことができる。

このように一つのセンシング装置１３を複数の無給電ＳＡＷセンサ１に対応させて、複数の物理量の測定を行うようにするためのこの他の方法としては、１チャンネルの伝播路のみを構成した複数の無給電ＳＡＷセンサにおいても、それらの伝播路を伝播する伝播遅延時間を、無給電ＳＡＷセンサ毎に異ならせれば、送信パルスの送信から受信パルスの受信までの時間により無給電ＳＡＷセンサを識別することができ、こうして、この場合においても、共通のセンシング装置において、複数の無給電ＳＡＷセンサにより複数の物理量の測定を行うように構成することができる。

図９は共通のセンシング装置により複数の物理量の測定を行うようにするための更に他の例を示すものである。
この例では、無給電ＳＡＷセンサ１は、ＳＡＷデバイス２における表面弾性波の伝播路を複数チャンネル構成し、夫々の伝播路に対応してＩＤＴ３io(a)，ＩＤＴ３io(b)，ＩＤＴ３io(c)を構成すると共に、夫々のＩＤＴ３io(a)，ＩＤＴ３io(b)，ＩＤＴ３io(c)は電極間隔ａ，ｂ，ｃにより応答周波数を異ならせて構成している。

すなわちＩＤＴ３io(a)，ＩＤＴ３io(b)，ＩＤＴ３io(c)の夫々の電極間隔ａ，ｂ，ｃは、ａ＜ｂ＜ｃとなるように構成しており、このような構成においては、夫々の応答周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3は、ｆ1＞ｆ2＞ｆ3となる。

一方、センシング装置１３は、対象とする上記複数の周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3の送信パルスを送信すると共にそれらの受信パルスを受信し、それらの周波数により無給電ＳＡＷセンサ２の伝播路を識別する構成としている。

このような構成とすることにより、共通のセンシング装置１３において、無給電ＳＡＷセンサ１の複数の伝播路に対応する複数の物理量、すなわち同一個所又は近接個所における複数の物理量の測定を行うことができる。

図１０は共通のセンシング装置により複数の物理量の測定を行うようにするための更に他の例を示すものである。
この例では、ＩＤＴの電極間隔ａ，ｂ，ｃにより応答周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3を異ならせた複数の無給電ＳＡＷセンサ１ａ，１ｂ，１ｃと、それらの周波数の送信パルスを送信すると共に受信パルスを受信し、それらの周波数により無給電ＳＡＷセンサ１ａ，１ｂ，１ｃを識別する構成のセンシング装置１３とから構成している。

前例と同様に、これらの電極間隔ａ，ｂ，ｃは、ａ＜ｂ＜ｃとなるように構成しており、夫々の応答周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3は、ｆ1＞ｆ2＞ｆ3である。

このような構成では、共通のセンシング装置において、複数の無給電ＳＡＷセンサ１ａ，１ｂ，１ｃにより異なった個所における複数の物理量の測定を行うように構成することができる。

こうして本発明においては、一つのセンシング装置１３により、複数の無給電ＳＡＷセンサ１により、同一個所、近接個所又は異なった個所における複数の物理量の測定を行うように構成することができる。

例えば測定対象の構築物等に無給電ＳＡＷセンサを２つ設置し、一方側の無給電ＳＡＷセンサは、歪みと温度の両方の変化に応じた信号を発するように構成すると共に、他方側の無給電ＳＡＷセンサは、温度の変化に応じた信号のみを発するように構成して、これらの無給電ＳＡＷセンサからの夫々の信号を一つのセンシング装置１３により受信するように構成することができる。

このような構成では、２つの無給電ＳＡＷセンサの信号を演算して、歪み量を分離することにより、温度と歪みの両方を測定することができる。そして、このことから本発明の無線遠隔センシングシステムにより、温度補償機能を備えた歪みセンサを提供することができる。

本発明は、以上のとおり、ＳＡＷデバイスにより無給電センサを構成することによって、ＳＡＷセンサ側を小型化し、以て、設置が容易で、使用しやすい無線遠隔センシングシステムを構築することができる。

本発明は例えば航空機等の乗り物やビルや橋梁その他の構築物等の歪みを測定して、その健全性の管理を行うシステム等に利用することができる。

本発明の無線遠隔センシングシステムの第１の実施例の構成を概念的に示す系統説明図である。 遅延線タイプのＳＡＷデバイスの一例を示す斜視図である。 アンテナを一体に形成したＳＡＷデバイスの一例を示す要部斜視図である。 本発明の無線遠隔センシングシステムの第２の実施例の構成を概念的に示す系統説明図である。 本発明の無線遠隔センシングシステムの第３の実施例の構成を概念的に示す系統説明図である。 本発明において、伝播遅延時間が夫々異なる３チャンネルの伝播路を設けた無給電ＳＡＷセンサを用いた場合の送信パルスと受信パルスの例を示す説明図である。 図６のような動作を示す無給電ＳＡＷセンサから識別するするために各チャンネルの伝播遅延時間を異ならせてコード化した例を示す説明図である。 図６、図７のような動作を示す無給電ＳＡＷセンサから識別するするために各チャンネルの伝播遅延時間を異ならせてコード化した例を示す説明図である。 共通のセンシング装置により複数の物理量の測定を行うように構成したセンシングシステムの他の例を示すものである。 共通のセンシング装置により複数の物理量の測定を行うように構成したセンシングシステムの更に他の例を示すものである。

符号の説明

１（１ａ，１ｂ，１ｃ） 無給電ＳＡＷセンサ
２ ＳＡＷデバイス
３ ＩＤＴ
３io 入出力兼用ＩＤＴ
３i 入力側（又は出力側）ＩＤＴ
３o 出力側（又は入力側）ＩＤＴ
４ アンテナ
５ 圧電基板
６i 入力端子
６o 出力端子
７ グレーティング
８ 導体膜
９ 短絡線
１０ 導体パターン
１１ａ，１１ｂ くし歯パターン
１２ アンテナ
１３ センシング装置
１４ 搬送波発生手段
１５ パルス発生手段
１６ ミキサ
１７，２５ 増幅器
１８，２１ レベル調整手段
１９，２２ 自動利得調整手段
２０ ミキサ
２３ 位相シフタ
２４ 低域通過フィルタ
２６ 出力手段（オシロスコープ）
２７ 第１のパルス発生手段
２８ 第２のパルス発生手段
２９ 搬送波発生手段
３０，３７ 増幅器
３１ アンテナ
３２，３５ 自動利得調整手段
３３ ミキサ
３４ レベル調整手段
３６ 低域通過フィルタ
３８ 出力手段（オシロスコープ）
３９ パルス変調信号発生手段

Claims (12)

1. 測定対象のセンサ機能を有するＳＡＷデバイスのＩＤＴにアンテナを接続して構成した無給電ＳＡＷセンサと、この無給電ＳＡＷセンサに対するアンテナと送受信部を設けたセンシング装置とから構成したことを特徴とする無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
2. ＳＡＷデバイスは、入出力兼用のＩＤＴを有する構成とし、このＩＤＴに送受信兼用のアンテナを接続したことを特徴とする請求項１に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
3. ＳＡＷデバイスは、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴを有する構成とすると共に、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴを短絡して送受信兼用のアンテナを接続したことを特徴とする請求項１に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
4. 送受信アンテナを、ＳＡＷデバイス自体に形成したことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
5. 送受信部は、搬送波発生手段と、パルス発生手段と、パルス変調手段とを備えた送信部と、搬送波発生手段の信号の位相シフト手段を有する同期検波手段とを備えた受信部とから構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
6. 送受信部は、第１のパルス発生手段と、第１のパルス発生手段による第１のパルスの発生時点から設定時間経過後に第２のパルスを発生させる第２のパルス発生手段と、上記第１、第２のパルスにより変調される搬送波発生手段とを備えた送信部と、上記第１のパルスにより送信されたパルス変調波に起因する受信信号と、第２のパルスによるパルス変調波との同期検波手段を構成したことを特徴とする請求項１〜４までのいずれか１項に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
7. 送受信部は、設定時間間隔毎にパルスを継続的に発生するパルス発生手段と、このパルスにより変調される搬送波発生手段とを備えた送信部と、上記パルス毎に送信されるパルス変調波に起因して継続的に受信される受信信号とパルス変調波との同期検波手段を構成したことを特徴とする請求項１〜４までのいずれか１項に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
8. ＳＡＷデバイスにおける表面弾性波の伝播路を複数チャンネル構成し、夫々のチャンネルの伝播路における伝播遅延時間を異ならせて識別のためのコード化を行った複数の無給電ＳＡＷセンサと、受信部において無給電ＳＡＷセンサのコードを復号化して識別する構成のセンシング装置とから構成したことを特徴とする請求項１〜７までのいずれか１項に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
9. 伝播遅延時間を異ならせた複数の無給電ＳＡＷセンサと、送信パルスの送信から受信パルスの受信までの時間により無給電ＳＡＷセンサを識別する手段を備えたセンシング装置とから構成したことを特徴とする請求項１〜７までのいずれか１項に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
10. ＳＡＷデバイスにおける表面弾性波の伝播路を複数チャンネル構成し、夫々の伝播路に対応してＩＤＴを構成すると共に、夫々のＩＤＴは電極間隔により応答周波数を異ならせて構成した無給電ＳＡＷセンサと、夫々の周波数の送信パルスを送信すると共に受信パルスを受信し、それらの周波数により無給電ＳＡＷセンサの伝播路を識別する構成のセンシング装置とから構成したことを特徴とする請求項１〜７までのいずれか１項に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
11. 電極間隔により応答周波数を異ならせた複数の無給電ＳＡＷセンサと、それらの周波数の送信パルスを送信すると共に受信パルスを受信し、それらの周波数により無給電ＳＡＷセンサを識別する構成のセンシング装置とから構成したことを特徴とする請求項１〜７までのいずれか１項に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
12. 送受信に使用する周波数は、２．４ＧＨｚ帯であることを特徴とする請求項１〜１１までのいずれか１項に記載の無給電ＳＡＷセンサを用いた無線遠隔センシングシステム
    

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