JP2008175678A - Dynamic quantity sensor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面弾性波(SAW)を利用した無線通信可能なパッシブ型力学量センサを用いた力学量センサシステムに関し、特に連続的に監視が必要な力学量センサを常時モニタリング可能な力学量センサシステムに関する。 The present invention relates to a mechanical quantity sensor system using a passive mechanical quantity sensor capable of wireless communication using surface acoustic waves (SAW), and in particular, a mechanical quantity sensor capable of constantly monitoring a mechanical quantity sensor that needs to be continuously monitored. About the system.
圧電基板上に櫛歯電極及び反射器を形成して得られる表面弾性波共振子の共振周波数などが温度や圧力、加速度、振動などの外部からの力学量によって変化することを利用したセンサが多く開発されており、特許文献1などに示されている。 Many sensors use the fact that the resonance frequency of surface acoustic wave resonators obtained by forming comb electrodes and reflectors on a piezoelectric substrate changes depending on external mechanical quantities such as temperature, pressure, acceleration, and vibration. It has been developed and is disclosed in Patent Document 1 and the like.
また、特許文献2には上記センサ素子にアンテナを設置し、外部からの無線電波のエネルギー供給によってセンサの駆動とセンシング結果の受信を可能にした装置が示されている。この装置ではセンサ素子ごとに反射器の設置位置を変化させ、その遅延時間からセンサ素子の識別を行っている。 Patent Document 2 discloses an apparatus in which an antenna is installed on the sensor element and the sensor can be driven and sensing results can be received by supplying energy from a wireless radio wave from the outside. In this apparatus, the reflector installation position is changed for each sensor element, and the sensor element is identified from the delay time.
特許文献3には具体的応用として車のタイヤ空気圧センサが示され、標準圧力空洞との差を測定して出力されるように構成され、さらに個別の反射識別パルス列が発生するように構成されてセンサ素子の識別が可能となっている。 Patent Document 3 shows a car tire pressure sensor as a specific application, which is configured to measure and output a difference from a standard pressure cavity, and further configured to generate an individual reflection identification pulse train. The sensor element can be identified.
しかし、上記の特許文献2および3のセンサ素子では、アコースティックエミッション(AE)波と呼ばれ、可聴領域よりも高い周波数で持続時間が非常に短い構造物のクラックによる振動などをとらえることを目的としたセンサとしては十分な性能は得られない。 However, the sensor elements of Patent Documents 2 and 3 above are called acoustic emission (AE) waves, and are intended to capture vibrations caused by cracks in structures at a frequency higher than the audible range and a very short duration. As a sensor, sufficient performance cannot be obtained.
そこで先に、本願の発明者らは、小型化でAE波に対しても十分な感度を有するセンサを目的とした振動検知システムを発明し、特許出願(特願2006−197678)を行った。 Therefore, the inventors of the present application invented a vibration detection system aiming at a sensor that is small in size and sufficiently sensitive to AE waves, and filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2006-197678).
この先の出願の振動検知システムの構成を図6に示し、このシステムに使用するセンサ素子の断面構造を図7に、そのセンサ素子内の圧電基板上に形成されたSAW共振子の櫛歯電極及び反射器の配置図を図8にそれぞれ示す。 The configuration of the vibration detection system of this earlier application is shown in FIG. 6, the cross-sectional structure of the sensor element used in this system is shown in FIG. 7, the comb-tooth electrode of the SAW resonator formed on the piezoelectric substrate in the sensor element, and The arrangement of the reflectors is shown in FIG.
図6に示されるように、この振動検知システムは、アンテナ10およびセンサ素子20を備えた振動センサ100と、この振動センサ100を無線電波により駆動し、センシング結果を受信する質問器200からなる。振動センサ100はRFID(Radio Frequency Identification)技術を応用した小型化を可能とするパッシブ型力学量センサである。
As shown in FIG. 6, the vibration detection system includes a
図7に示されるように、センサ素子20内のSAW共振子30は、板状の圧電体基板32と、該圧電体基板32上に形成された櫛歯電極34及びそのSAW伝搬方向の両側に近接して設けられた反射器37及び38とを備えて、支持基板22及び蓋部材23から構成される筐体内で振動可能となるように支持基板22により圧電体基板32の一端を支持されている。すなわち、SAW共振子30の圧電体基板32は、図7に示されるように、支持基板22により片持ち梁状に支持され、その支持部の根元に近いところに櫛歯電極34が位置しているので、圧電体基板32の振動部の振動を櫛歯電極34近傍に効率よく集中させることができる。
As shown in FIG. 7, the
SAW共振子30の櫛歯電極34から引き出された接続部35,36(図8)は、半田バンプ25,26を介して支持基板22上のパターン(図示せず)に接続され、更に支持基板22内に形成されたビアホール(図示せず)を介して端子27に接続されている。端子27はアンテナ部に接続される。
The connecting
以上説明した電気的経路により、アンテナ10にて受信した受信波は、センサ素子20内部の櫛歯電極34まで供給される。なお、アンテナ10と櫛歯電極34は、その間の経路を含めて、インピーダンスマッチングが図られているので、アンテナ10で受信された受信波はすべて櫛歯電極34に供給される。ここで反射器37及び38は、アンテナ部10を介して受信した受信波を櫛歯電極34内及び櫛歯電極34の近傍に閉じ込めるための受信波閉じ込め手段を構成するものである。反射器37及び38はエネルギー効率を上げるためのものであり、反射波の強度に余裕がある場合には、いずれか一方または両方とも省略することができる。
The received wave received by the
受信電波の周波数が上記SAW共振子の共振周波数に一致したときは受信波はSAW共振子30にエネルギーが閉じ込められるので反射されて再びアンテナ10に戻る反射量は少ないが、周波数がずれた場合はその分だけ反射強度が増大して反射され、アンテナ部10から反射波として振動センサ100の外部に反射されることとなる。圧電体基板32に振動が加わるとSAW共振子30の共振周波数が変化することにより、反射波にはその振動周波数に対応したサイドローブが発生し、その反射波中のサイドローブを質問器200で検出することにより、振動が検出される。
When the frequency of the received radio wave coincides with the resonance frequency of the SAW resonator, energy is confined in the
圧電体基板32は、検知対象である対象物の機械振動における特徴的な周波数帯域に共振周波数が属するようにして選択された振動子形状を有している。例えば、一定の厚みを有する圧電体基板32の場合には、片持ち梁の振動部の長さを適当な値に選択して、圧電体基板32の共振周波数を上記「特徴的な周波数帯域」に合わせることができる。これにより検知対象物の振動が圧電体基板32で増幅され継続される。例えばガラスの破壊現象などに伴う振動検出に適用するような場合、ガラスの破壊現象に伴う振動自体は2ms程度の間しか持続しないのに対して、ガラス破壊に伴う振動に特徴的な周波数帯域に属するような周波数と圧電体基板32における共振周波数とを合わせることで、ガラス破壊に伴う振動自体が止まったあとであっても、圧電体基板32の振動を2msよりも長めに持続させることができ、振動検知の確度が向上する。
The
更には、複数の振動センサ100を用い、各振動センサ100のSAW共振子30の共振周波数を互いに異ならせておけば、振動センサの固体識別をすることができる。即ち、質問器200にて振動検知の判定処理をする際に、いずれの振動センサ100で振動を検知したのか、周波数特性の違いにより特定することができる。
Furthermore, if a plurality of
以上のように、先の出願の振動検出システムは優れた機能を有するが以下のような問題点も有している。 As described above, the vibration detection system of the previous application has an excellent function, but also has the following problems.
上記のようにセンサを構造物のクラックによる振動などをとらえるセンサとして使用した場合、その波は持続時間が非常に短い振動を検出する必要がある。よって、一定時間おきにモニタリングすると取りこぼしが多く発生しかねないことから、連続波でのモニタリングを行っている。しかし、上述のように先の出願の検出システムでは一定周波数の連続波を送信し、検知対象物の振動が発生したときの反射波のサイドローブを検出しているので、振動が起きていないときのセンサの有無、センサの識別や故障診断を行うことができない。また、SAWを利用した力学量センサは一般的に温度によって共振周波数が変化する。その補償方法として、センサ素子の近くに置いた温度センサにより温度を測定して搬送波周波数を補正する方法が行われているが、センサが複雑になる。また、センサの固体識別のため複数の連続波を送信する場合は反射波が互いに干渉してしまうという問題がある。 As described above, when the sensor is used as a sensor that detects vibrations caused by cracks in the structure, the waves need to detect vibrations having a very short duration. Therefore, since monitoring may occur frequently if monitoring is performed at regular intervals, monitoring is performed using continuous waves. However, as described above, the detection system of the previous application transmits a continuous wave of a constant frequency and detects the side lobe of the reflected wave when the vibration of the detection target occurs, so when the vibration does not occur The presence / absence of the sensor, sensor identification, and failure diagnosis cannot be performed. In addition, the resonance frequency of a mechanical quantity sensor using SAW generally varies depending on temperature. As a compensation method, a method of correcting the carrier wave frequency by measuring the temperature with a temperature sensor placed near the sensor element is performed, but the sensor becomes complicated. In addition, when transmitting a plurality of continuous waves for sensor identification, there is a problem that reflected waves interfere with each other.
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、連続的にセンシングが必要な力学量センサシステムにおいて、そのセンサの有無や個体識別や正常動作診断、温度変化に対する補償、複数個のセンサ管理を可能とする力学量センサシステムを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its technical problem is that in a mechanical quantity sensor system that requires continuous sensing, the presence / absence of the sensor, individual identification, normal operation diagnosis, and temperature change It is an object of the present invention to provide a mechanical quantity sensor system that enables compensation and management of a plurality of sensors.
上記課題を解決するため、本発明の力学量センサシステムは、圧電基板上に形成された櫛歯電極を有する表面弾性波共振子とアンテナからなり測定領域内の被測定物に設置された少なくとも1つのパッシブ型力学量センサと、当該パッシブ型力学量センサに搬送波信号を無線送信して当該センサからの反射波を監視する質問器とからなる力学量センサシステムにおいて、前記搬送波信号は基準の周波数を中心に連続的かつ周期的に周波数を変化させた信号であり、前記質問器は前記反射波から前記パッシブ型力学量センサの情報を検出することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a mechanical quantity sensor system of the present invention includes at least one surface acoustic wave resonator having a comb-shaped electrode formed on a piezoelectric substrate and an antenna, and is installed on an object to be measured in a measurement region. In a mechanical quantity sensor system comprising two passive mechanical quantity sensors and an interrogator that wirelessly transmits a carrier wave signal to the passive mechanical quantity sensor and monitors a reflected wave from the sensor, the carrier signal has a reference frequency. The interrogator detects the information of the passive mechanical quantity sensor from the reflected wave. The interrogator detects the information of the passive mechanical quantity sensor from the reflected wave.
ここで、前記パッシブ型力学量センサの情報には、前記測定領域内における前記パッシブ型力学量センサの有無、または前記パッシブ型力学量センサの故障の有無、または前記表面弾性波共振子の共振周波数、または前記表面弾性波共振子の温度変化、または前記表面弾性波共振子に印加される荷重のうち、いずれか1つ以上の情報を含んでもよい。 Here, the information of the passive mechanical quantity sensor includes the presence or absence of the passive mechanical quantity sensor in the measurement region, the presence or absence of failure of the passive mechanical quantity sensor, or the resonance frequency of the surface acoustic wave resonator. Alternatively, one or more pieces of information may be included among a temperature change of the surface acoustic wave resonator or a load applied to the surface acoustic wave resonator.
また、複数個のパッシブ型力学量センサを有し、該複数個のパッシブ型力学量センサの情報を個々に分別して検出してもよい。 Further, a plurality of passive mechanical quantity sensors may be provided, and information of the plurality of passive mechanical quantity sensors may be separately classified and detected.
上述のように、本発明においては、質問器からの搬送波信号を基準の周波数を中心に連続的かつ周期的に周波数を変化させた信号とすることで、広い周波数範囲内でのセンサの反射特性に応じた出力信号を質問器で受信し解析することによって、検知対象であるセンサへ加わる力学量の有無にかかわらずセンサの状態を常時モニタリングできる。すなわち、質問器がカバーするエリア内にセンサが存在するか、正常作動しているか、センサの共振周波数などの情報を常時モニタリングできる。また、温度や荷重によってセンサの共振周波数が変わる場合は、温度や荷重を常時モニタリングできる。センサ個数は複数である場合にもその反射波の周波数特性からセンサの個体識別が可能である。 As described above, in the present invention, the reflection characteristic of the sensor within a wide frequency range is obtained by making the carrier signal from the interrogator a signal whose frequency is changed continuously and periodically around the reference frequency. By receiving and analyzing the output signal according to the interrogator, the state of the sensor can be constantly monitored regardless of the presence or absence of a mechanical quantity applied to the sensor that is the detection target. That is, it is possible to constantly monitor information such as whether the sensor is present in the area covered by the interrogator, whether it is operating normally, and the resonance frequency of the sensor. In addition, when the resonance frequency of the sensor changes depending on the temperature and load, the temperature and load can be constantly monitored. Even when there are a plurality of sensors, individual identification of the sensors is possible from the frequency characteristics of the reflected waves.
以上のように、本発明によれば、連続的にセンシングが必要な力学量センサにおいて、そのセンサの有無や個体識別や正常動作診断、温度変化に対する補償、複数個のセンサ管理を可能とする力学量センサシステムが得られる。 As described above, according to the present invention, in a mechanical quantity sensor that requires continuous sensing, the presence / absence of the sensor, individual identification, normal operation diagnosis, compensation for temperature change, and management of a plurality of sensors can be performed. A quantity sensor system is obtained.
以下、図面を参照して本発明による力学量センサシステムの実施例を説明する。 Embodiments of a mechanical quantity sensor system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明による力学量センサシステムの第一の実施例である振動検知システムの構成図である。図1において、図7のSAW共振子30と同様な圧電基板上に形成された櫛歯電極を有する表面弾性波共振子とからなるセンサ素子101とアンテナ120からなる振動センサ102が測定領域内の被測定物に設置されており、さらに振動センサ102に搬送波信号を無線送信して振動センサ102からの反射波を監視する質問器103が設置されている。質問器103は基準となる搬送波周波数の信号を発生する基準信号発生部104、その搬送波信号の基準の周波数を中心に連続的かつ周期的に周波数を変化させた信号を発生させる周波数変調部105、それを増幅して出力する送信出力部106、送受信信号を分離するサーキュレータ107、およびアンテナ108、アンテナ108で検出された信号を受信する信号受信部109、その受信信号を処理する信号処理部110、その処理結果から振動検出の判定を行いその結果を出力する判定出力部111からなっている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a vibration detection system which is a first embodiment of a mechanical quantity sensor system according to the present invention. In FIG. 1, a
図2は、質問器103より送信される基準の周波数を中心に連続的かつ周期的に周波数を変化させた信号の例を示す図であり、横軸が時間、縦軸が周波数であり、図2(a)は三角関数的に周波数を変化させた場合、図2(b)はのこぎり波的に周波数を変化させた場合の例を示す。この場合、中心周波数はSAW共振子の共振周波数に近い2450MHz、周波数の変化幅Δfは±数MHz、その時間的な繰返し周期は観測すべき振動時間が2ms程度であることから数KHz程度以上とすることが可能である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a signal whose frequency is continuously and periodically changed around the reference frequency transmitted from the
図3(a)は本実施例において質問器103(図1)のアンテナ108から送信される搬送波信号と振動センサ102より反射されアンテナ120から送出される反射信号の時間波形を模式的に示す図であり、図3(b)は振動センサ102の反射出力特性を示す図である。図3(a)において、質問器103より送出される搬送波信号11は周波数f1より周波数f3まで変化させたときの信号であり、振動センサ102の反射出力特性、すなわち一定の入力電力に対して反射波として出力される電力は図3(b)に示すようにその共振周波数である周波数f2で最小となるので、その振幅は図3(a)の反射信号13のように周波数f2成分が最小となる。このような反射波の信号を質問器103で受信して解析することによって、振動センサ102が共振状態にあり反射出力が小さく、かつ振動センサ102の振動が無くサイドローブが発生していない場合でも振動センサ102からの応答を常にモニタリングすることが可能となる。
FIG. 3A schematically shows a time waveform of a carrier signal transmitted from the
このモニタリングによって、質問器103がモニタリングできる空間に振動センサがあるかどうかの判断ができる。また、正常に振動センサが作動している状態の記録と、モニタリングしたときの振動センサの受信信号を比較することで振動センサが故障していないかを判断することができる。また、故意に振動センサ以外からの信号の妨害を受けた場合もアラームを出すことができる。
This monitoring makes it possible to determine whether or not there is a vibration sensor in the space that can be monitored by the
また、振動センサの共振周波数が温度によって変化する場合、それぞれの温度における共振周波数をあらかじめ測定しておくことにより、共振周波数の変化を温度に換算することができる。圧電基板などに荷重を加えた場合も、あらかじめ荷重と共振周波数の関係を把握しておくことにより同様に荷重を検知できる。 When the resonance frequency of the vibration sensor changes with temperature, the change in resonance frequency can be converted into temperature by measuring the resonance frequency at each temperature in advance. Even when a load is applied to a piezoelectric substrate or the like, the load can be similarly detected by grasping the relationship between the load and the resonance frequency in advance.
本実施例の効果を確認するため、実際に図1の振動検知システムを構成し、振動検知を行った。センサ素子101としてはタンタル酸リチウム単結晶基板上にアルミ製の歯電極及び反射器を作成しSAW共振子を作成した。反射出力特性を測定したところ共振周波数は2450MHz付近であった。上記単結晶基板は50kHzの振動を検知する形状に加工されており、アンテナを取り付けて振動センサ102を構成した。振動センサ102は50kHzの加振器にとりつけた。質問器103から2450MHzの基準搬送波信号に1MHzのFM変調信号を印加して連続的かつ周期的に周波数を変化させた図3の搬送波信号11のような信号を発生させて送信し、振動センサ102からの受信信号をスペクトルアナライザで測定した。振動がないときの受信信号の波形は図3の反射信号13のような変調波形が確認できた。また、質問器103からの搬送波信号の周波数スペクトルは中心周波数2450Hzを中心に左右対称だったのに対して、振動センサ102からの受信信号の周波数スペクトルは左右非対称であった。これはSAW共振子の実際の共振周波数が2450MHzから若干ずれていたためである。
In order to confirm the effect of this example, the vibration detection system of FIG. 1 was actually configured and vibration detection was performed. As the
次に、振動センサ102を50kHzで加振したところ、受信信号には加振による50kHzの変調信号を確認でき、また、周波数スペクトルにも50kHzのサイドローブが確認できた。さらに、振動センサ102の中の配線を切断した場合や、振動センサ102を除いた場合には上記50kHzの信号は得られないことも確認した。
Next, when the
次に、温度によるセンサ素子101の共振周波数の変化を測定した。あらかじめこのセンサ素子101の−20℃〜80℃までの温度特性を測定したところ、温度に対して線形に共振周波数が減少し−35ppm/℃であった。室温にて温度センサを温度測定物にとりつけ、質問器から2450MHzの基準搬送波信号に10MHzのFM変調信号を印加して連続的に送信し、センサからの出力信号をスペクトルアナライザに取り込んだ。次に、センサ素子101を65℃に加熱したところ、受信信号の周波数特性から2447MHzへの共振周波数の変化が確認でき、対応する温度が測定できた。
Next, the change in the resonance frequency of the
図4は、本発明による力学量センサシステムの第二の実施例である振動検知システムの構成図である。本実施例は、基本的構成は図1の実施例1と同様であるが、2つの振動センサ201、202を有することのみが異なっている。
FIG. 4 is a configuration diagram of a vibration detection system which is a second embodiment of the mechanical quantity sensor system according to the present invention. The basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the two
図5(a)は、本実施例において質問器103のアンテナ108から送信される搬送波信号と振動センサ201および202より反射されアンテナから送出される反射信号の時間波形を模式的に示す図であり、図5(b)は振動センサ201および202の反射出力特性を示す図である。図5(a)において、質問器103より送出される搬送波信号131は周波数f1より周波数f3まで変化させたときの信号である。振動センサ201の反射出力特性135は図5(b)に示すようにその共振周波数である周波数f3で最小となるので、振動センサ201からの反射波は図5(a)の反射信号133のようにその振幅はf3成分が最小となる。一方、振動センサ202の反射出力特性136は図5(b)に示すようにその共振周波数である周波数f2で最小となるので、振動センサ202からの反射波は図5(a)の反射信号134のようにその振幅はf2成分が最小となる。
FIG. 5A is a diagram schematically showing a time waveform of a carrier signal transmitted from the
質問器3で受信される信号は反射信号133と134の合成波となり、その周波数スペクトルは図5(b)の反射出力特性135と136を重ね合わせた包絡線状となる。このように受信信号の周波数を分析することにより、受信範囲にある振動センサの共振周波数を検出でき、その共振周波数の違いにより複数個のセンサの識別が可能となる。各振動センサに振動が印加されたときにはその共振振動周波数に振動周波数に相当するサイドローブが生ずることにより、振動がどの振動センサに発生したかを検出できる。
The signal received by the interrogator 3 is a composite wave of the reflected
また、実施例1と同様に、各振動センサの共振周波数の変化より温度や荷重、故障の有無などを検出することができる。 Similarly to the first embodiment, the temperature, load, presence / absence of failure, etc. can be detected from the change in the resonance frequency of each vibration sensor.
本実施例の効果を確認するため、実際に図4の振動検知システムを構成し、振動検知を行った。センサ素子203、204としてタンタル酸リチウム単結晶基板上にアルミ製の歯電極及び反射器を作成し2種類のSAW共振子を作成した。反射出力特性を測定したところそれぞれの共振周波数は2450MHzと2451MHzであった。上記単結晶基板は共に50kHzの振動を検知する形状に加工されており、アンテナを取り付けて振動センサ201および202を構成し、50kHzの加振器にとりつけた。
In order to confirm the effect of this example, the vibration detection system of FIG. 4 was actually configured and vibration detection was performed. As the
質問器103から2450MHzの基準搬送波信号に2MHzのFM変調信号を印加して連続的かつ周期的に周波数を変化させた図5の搬送波信号131のような信号を発生させて送信し、振動センサ201および202からの受信信号をスペクトルアナライザで測定した。上記2つの振動センサに対応する図5(b)のような2つの共振周波数が測定でき、かつ、それぞれの振動センサに50KHzで振動を加えたとき、それぞれの共振周波数に50kHzのサイドローブが発生することを確認できた。
The
次に、本発明による力学量センサシステムの第3の実施例である荷重センサシステムについて説明する。本実施例の質問器は実施例1と同様であるが、センサに使用するセンサ素子の構造が異なっている。本実施例においては、SAW共振子が設置される圧電基板の形状は均一に荷重がかかるようダイヤフラム構造としている。このセンサ素子にアンテナを取り付けて荷重センサを作製した。SAW共振子の共振周波数は2450MHzである。あらかじめこのセンサの荷重による共振周波数変化を測定したところ、荷重に対して線形に共振周波数が減少し−50ppm/kgfであった。室温にて荷重センサを測定物にとりつけ、質問器から2450MHzの搬送波信号に10MHzのFM変調信号を印加して連続的に送信し、センサからの出力信号をスペクトルアナライザに取り込んだ。2450MHzの共振による受信信号が得られた。次に、測定物に10kgfの荷重を加えたところ受信信号の共振周波数は2449MHzとなり荷重の検出が確認できた。 Next, a load sensor system which is a third embodiment of the mechanical quantity sensor system according to the present invention will be described. The interrogator of this embodiment is the same as that of Embodiment 1, but the structure of the sensor element used for the sensor is different. In this embodiment, the piezoelectric substrate on which the SAW resonator is installed has a diaphragm structure so that a load is applied uniformly. An antenna was attached to this sensor element to produce a load sensor. The resonance frequency of the SAW resonator is 2450 MHz. When the resonance frequency change due to the load of this sensor was measured in advance, the resonance frequency decreased linearly with respect to the load and was −50 ppm / kgf. A load sensor was attached to a measurement object at room temperature, and an FM modulation signal of 10 MHz was applied to a carrier wave signal of 2450 MHz from the interrogator and continuously transmitted, and an output signal from the sensor was taken into a spectrum analyzer. A reception signal due to resonance at 2450 MHz was obtained. Next, when a load of 10 kgf was applied to the measurement object, the resonance frequency of the received signal was 2449 MHz, and the detection of the load could be confirmed.
以上のように、本発明によれば、連続的にセンシングが必要な振動センサや荷重センサなどの力学量センサシステムにおいて、そのセンサの有無や個体識別や正常動作診断、温度変化に対する補償、複数個のセンサ管理を可能とする力学量センサシステムが得られる。 As described above, according to the present invention, in a mechanical quantity sensor system such as a vibration sensor or a load sensor that requires continuous sensing, the presence / absence of the sensor, individual identification, normal operation diagnosis, compensation for temperature change, multiple A mechanical quantity sensor system capable of managing the sensors can be obtained.
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではないことは言うまでもなく、例えば検出対象としては弾性表面波によるセンサ素子の特性に影響を与えるものであれば可能であり、加速度、衝撃などの力学量の検出も可能である。SAW共振子の共振周波数、質問器からの搬送波信号の周波数変調幅などは目的に応じて設計可能である。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the detection target may be any object that affects the characteristics of the sensor element due to the surface acoustic wave, such as acceleration and impact. It is also possible to detect the mechanical quantity. The resonance frequency of the SAW resonator, the frequency modulation width of the carrier signal from the interrogator, and the like can be designed according to the purpose.
10、108、120 アンテナ
11、131 搬送波信号
13、133、134 反射信号
20、101、203、204 センサ素子
22 支持基板
23 蓋部材
25、26 半田バンプ
27 端子
30 SAW共振子
32 圧電体基板
34 櫛歯電極
35、36 接続部
37、38 反射器
100、102、201、202 振動センサ
104 基準信号発生部
105 周波数変調部
106 送信出力部
107 サーキュレータ
109 信号受信部
110 信号処理部
111 判定出力部
135,136 反射出力特性
200、103 質問器
10, 108, 120
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010096558A (en) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Japan Radio Co Ltd | Temperature measurement device |
| WO2011162148A1 (en) * | 2010-06-24 | 2011-12-29 | 株式会社村田製作所 | Passive sensor, wireless type sensor system, and measurement method using wireless type sensor system |
| KR101157051B1 (en) | 2009-07-06 | 2012-06-21 | (주)코아칩스 | Apparatus and method for wireless sensing with self generation |
| JP2012185129A (en) * | 2011-03-08 | 2012-09-27 | Seiko Instruments Inc | Sensor |
| WO2014002416A1 (en) * | 2012-06-25 | 2014-01-03 | パナソニック株式会社 | Strain sensor |
| CN107521294A (en) * | 2017-08-31 | 2017-12-29 | 江苏大学 | A kind of TRT of Tire Pressure Monitor System |
| KR101904254B1 (en) | 2016-05-26 | 2018-10-05 | 한국표준과학연구원 | Wireless temperature measument system |
| JP2020201134A (en) * | 2019-06-11 | 2020-12-17 | 新日本無線株式会社 | Elastic surface wave sensor and measurement system using the same |
| WO2021028981A1 (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-18 | 三菱電機エンジニアリング株式会社 | Device for measuring state of equipment |
| CN113759147A (en) * | 2020-06-03 | 2021-12-07 | 嘉兴宏蓝电子技术有限公司 | Resonant accelerometer monitoring system |
-
2007
- 2007-01-18 JP JP2007008967A patent/JP2008175678A/en active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010096558A (en) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Japan Radio Co Ltd | Temperature measurement device |
| KR101157051B1 (en) | 2009-07-06 | 2012-06-21 | (주)코아칩스 | Apparatus and method for wireless sensing with self generation |
| WO2011162148A1 (en) * | 2010-06-24 | 2011-12-29 | 株式会社村田製作所 | Passive sensor, wireless type sensor system, and measurement method using wireless type sensor system |
| JP5387771B2 (en) * | 2010-06-24 | 2014-01-15 | 株式会社村田製作所 | Passive sensor, wireless sensor system, and measurement method using wireless sensor system |
| JP2012185129A (en) * | 2011-03-08 | 2012-09-27 | Seiko Instruments Inc | Sensor |
| WO2014002416A1 (en) * | 2012-06-25 | 2014-01-03 | パナソニック株式会社 | Strain sensor |
| KR101904254B1 (en) | 2016-05-26 | 2018-10-05 | 한국표준과학연구원 | Wireless temperature measument system |
| CN107521294A (en) * | 2017-08-31 | 2017-12-29 | 江苏大学 | A kind of TRT of Tire Pressure Monitor System |
| JP2020201134A (en) * | 2019-06-11 | 2020-12-17 | 新日本無線株式会社 | Elastic surface wave sensor and measurement system using the same |
| JP7235378B2 (en) | 2019-06-11 | 2023-03-08 | 日清紡マイクロデバイス株式会社 | Surface acoustic wave sensor and measurement system using it |
| WO2021028981A1 (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-18 | 三菱電機エンジニアリング株式会社 | Device for measuring state of equipment |
| JPWO2021028981A1 (en) * | 2019-08-09 | 2021-12-23 | 三菱電機エンジニアリング株式会社 | Equipment condition measuring device |
| JP7162742B2 (en) | 2019-08-09 | 2022-10-28 | 三菱電機エンジニアリング株式会社 | Equipment condition measuring device |
| CN113759147A (en) * | 2020-06-03 | 2021-12-07 | 嘉兴宏蓝电子技术有限公司 | Resonant accelerometer monitoring system |
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