CN113167607A - 无线传感器 - Google Patents

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Abstract

无线传感器具备：天线(10)，其构成为经由电磁波接收电力；阻抗变更电路(20)，其与所述天线连接；以及测量部(40)，其构成为与所述阻抗变更电路连接，并对测量对象进行测量，在所述天线(10)接收到规定值以上的电力的情况下，阻抗变更电路(20)变更阻抗变更电路(20)的输入阻抗，以使天线(10)的输出阻抗与所述阻抗变更电路(20)的输入阻抗之差变大。

Description

无线传感器
技术领域
本发明涉及一种无线传感器。
背景技术
以往，传感器通过有线方式供电，通过有线方式进行数据收发。但是近年来通过无线方式进行数据收发的无线传感器正在普及。无线传感器具有不需要布线作业、能够配置在物理上难以布线的位置、并且不会产生因布线与物体的接触等而产生的布线不良等优点。特别是在需要配置多个传感器的情况下，不需要复杂的布线被视为一大优点。
在无线传感器中，供电有有线供电、电池驱动供电、通过无线方式供电。有线供电不能有效利用无线传感器不需要布线这一优点。电池例如在温度、压力变化较大的场所有损坏的危险。因此，供电也通过无线的无线传感器备受瞩目。
但是，有线供电能够稳定地供给电力，在传感器中通常不会产生供给电力高于或低于消耗电力的情况。与此相对，无线供电由于输电天线的输电状态、被输送的电磁波与物体的干涉、以及无线传感器的空间配置等，有时难以稳定地供给电力。因此，产生无线传感器接收的电力不固定的情况，在无线传感器中可能产生供给电力高于或低于消耗电力的情况。
通常如果向电气装置的电路中提供过剩的电力，则有时会破坏电路(例如，参照专利文献1。)。因此，提出了在电气装置中设置过电流保护电路或过电压保护电路，针对过剩电力保护纤细的电路(例如，参照专利文献2、3。)的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008-3998号公报
专利文献2：日本专利特开2001-268823号公报
专利文献3：日本专利特开2018-78699号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，以往的过电流保护电路或过电压保护电路由于它们自身消耗过电力来保护其他电路，因此在过电流保护电路或过电压保护电路中产生发热。在无线传感器中，如果在内部产生发热，则可能产生无法稳定地对计量对象进行计量的情况。因此，本发明的目的之一在于提供一种能够稳定动作的无线传感器。
解决问题的手段
根据本发明的一个方面，提供了一种无线传感器，该无线传感器具备：天线，其构成为经由电磁波接收电力；阻抗变更电路，其与所述天线连接；以及测量部，其构成为与所述阻抗变更电路连接，以对测量对象进行测量，该无线传感器构成为，在所述天线接收到规定值以上的所述电力的情况下，所述阻抗变更电路变更所述阻抗变更电路的输入阻抗，以使所述天线的输出阻抗与所述阻抗变更电路的输入阻抗之差变大。
在上述无线传感器中，阻抗变更电路还可以具备二极管，该二极管构成为在天线接收到规定值以上的电力的情况下导通。
在上述无线传感器中，二极管还可以与从连接天线和测量部的布线分支的分支布线连接。
在上述无线传感器中，阻抗变更电路还可以具备PIN二极管，该PIN二极管构成为当天线接收到规定值以上的电力时电阻或电容发生变化。
在上述无线传感器中，PIN二极管还可以与从连接天线和测量部的布线分支的分支布线连接。
上述无线传感器还可以具备控制部，该控制部构成为根据天线接收到的电力的大小，向PIN二极管提供偏置电流或偏置电压。
在上述无线传感器中，阻抗变更电路还可以具备变容二极管，该变容二极管构成为在天线接收到规定值以上的电力的情况下电容发生变化。
在上述无线传感器中，变容二极管还可以与从连接天线和测量部的布线分支的分支布线连接。
上述无线传感器还可以具备控制部，该控制部构成为根据天线接收到的电力的大小，向变容二极管提供偏置电压。
在上述无线传感器中，阻抗变更电路还可以具备开关，该开关构成为在天线接收到规定值以上的电力的情况下，切断从天线向所述测量部的通电。
上述无线传感器还可以具备控制部，该控制部构成为根据通过了阻抗变更电路的电流的大小来控制开关的开闭。
上述无线传感器还可以具备整流电路，该整流电路被构成为从阻抗变更电路接收交流电流，并转换为直流电流。
在上述无线传感器中，整流电路可以从阻抗变更电路接收交流电流，并向测量部供给直流电流。
在上述无线传感器中，测量对象还可以是温度。
在上述的无线传感器中，测量部还可以具备测温电阻体。
在上述的无线传感器中，测量部还可以具备向测温电阻体供给恒定电流的恒流电路。恒流电路还可以由整流电路供给直流电流。
在上述的无线传感器中，测量部还可以具备将测温电阻体的电压转换为数字信号的模拟/数字转换电路。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够稳定动作的无线传感器。
附图说明
图1是表示第一实施方式的无线传感器的示意图。
图2是表示第一实施方式的无线传感器的示意图。
图3是表示第一实施方式的无线传感器中的电力以及电压的时间变化的曲线图。
图4是表示第二实施方式的无线传感器的示意图。
图5是表示第二实施方式的无线传感器中的电力以及电压的时间变化的曲线图。
图6是表示第二实施方式的无线传感器的示意图。
图7是表示第三实施方式的无线传感器的示意图。
图8是表示第四实施方式的无线传感器的示意图。
图9是表示第四实施方式的无线传感器中的电力以及电压的时间变化的曲线图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下附图的记载中，相同或类似的部分用相同或类似的符号表示。但是附图是示意性的。因此，具体的尺寸等应该对照以下的说明来判断。另外，在附图相互间当然也包含相互的尺寸关系、比例不同的部分。
(第一实施方式)
如图1所示，第一实施方式的无线传感器具备：天线10，其构成为经由电磁波接收电力；阻抗变更电路20，其与天线10相连接；以及测量部40，其构成为与阻抗变更电路20相连接并对测量对象进行测量。在本申请中，连接不仅包括直接连接，还包括经由其他电路、电子部件等连接。
构成为在天线10接收到规定值以上的电力的情况下，阻抗变更电路20变更阻抗变更电路20的输入阻抗，以使天线10的输出阻抗与阻抗变更电路20的输入阻抗之差变大。天线10的输出阻抗例如为50Ω或75Ω，但不特别限定。
第一实施方式的无线传感器的测量对象是任意的，例如是无线传感器周围的温度、湿度、干度、压力、流速以及流量。或者，测量对象还可以是物体。无线传感器例如配置在房间等封闭空间内，但不特别限定，还可以配置在开放的空间内。无线传感器通过从输电天线照射的微波等电磁波被无线供电。天线10接收从输电天线输送的电磁波。
阻抗变更电路20的输入阻抗被设置成在天线10接收到小于规定值的电力期间，与天线10的输出阻抗相同或近似。由此，使向测量部40的电力供给效率化。在天线10接收到规定值以上的电力的情况下，阻抗变更电路20的输入阻抗可以变化为比天线10的输出阻抗小，还可以变化为比天线10的输出阻抗大。
在阻抗变更电路20上例如连接有整流电路30，该整流电路30构成为从阻抗变更电路20接收交流电流，并整流(转换)为直流电流。测量部40从整流电路30接收直流电流。如图2所示，阻抗变更电路20例如具备：连接天线10和整流电路30的布线21、从布线21分支的分支布线22、与分支布线22连接的限幅二极管等二极管23。例如，二极管23的阳极与分支布线22连接，二极管23的阴极与地连接。二极管23构成为在天线10接收到规定值以上的电力的情况下导通。
如图3所示，如果天线10接收到规定值以上的电力，对二极管23施加规定值的电压VF以上的正向电压，则在二极管23中流过与正向电压对应的电流，阻抗变更电路20的输入阻抗发生变化。因此，根据天线10的接收电力，天线10的输出阻抗与阻抗变更电路20的输入阻抗的差变大，天线10的接收特性劣化。因此，由于天线10难以接收电力，所以提供给整流电路30的电力比规定值小，能够抑制在测量部40中流过过剩的电流，能够抑制测量部40中的过剩的发热、测量部40的破坏。
图1所示的测量部40使用由于阻抗变更电路20而变得比规定值小的电力，对测量对象进行测量。假设测量部40被供给过大的电力而发热，则测量部40测量的测量值可能变动。但是，由于阻抗变更电路20不向测量部40供给过大的电力，发热被抑制，因此能够精密地对测量对象进行测量。
例如，在测量对象为温度的情况下，测量部40具备从整流电路30供给直流电流的恒流电路和从恒流电路供给恒定电流的测温电阻体。由于测温电阻体的电阻随环境温度而变化，因此在测温电阻体中流过由恒流电路固定的电流，通过测量测温电阻体中的电压的变化，能够测量与测温电阻体接触的空气等介质的温度。假设如果测量部40的恒流电路从天线10被供给过大的电力而发热，则供给到测温电阻体的电流变得不固定，可能产生变动的情况。在这种情况下，无法由测量部40的测温电阻体正确地测量温度。但是，通过阻抗变更电路20，测量部40的恒流电路不被从天线10供给过大的电力，发热被抑制，因此能够将恒流电路供给的电流保持为固定，能够进行精密的温度测量。
另外，为了通过微型计算机等对测温电阻体中的电压变化进行测量，有时将模拟-数字(A/D)转换电路与测温电阻体连接。在A/D转换电路中，根据基准电压(也称为参照电压。)将模拟输入电压转换为数字输出电压。因此，假设测量部40所具备的电路从天线10被供给过大的电力而发热，基准电压变动，则无法将测温电阻体的电压的变化正确地转换为数字信号，无法正确地评价测温电阻体的电压的变化。但是，通过阻抗变更电路20，测量部40所具备的电路不被从天线10供给过大的电力，发热被抑制，因此能够将A/D转换电路的基准电压保持为固定，能够进行精密的温度测量。
第二实施方式
在第二实施方式的无线传感器中，如图4所示，阻抗变更电路20例如具备：连接天线10和整流电路30的布线21、从布线21分支的分支布线22、与分支布线22连接的PIN二极管24。PIN二极管24构成为在天线10接收到规定值以上的电力的情况下电阻或电容发生变化。另外，第二实施方式的无线传感器具备配置在整流电路30与测量部40之间的控制部50。控制部50构成为根据天线10接收到的电力的大小向PIN二极管24提供偏置电流或偏置电压。
例如，PIN二极管24的阳极与分支布线22连接。另外，PIN二极管24的阴极接地。在不向PIN二极管24提供正向偏置电流的状态下，阻抗变更电路20的输入阻抗被设置为与天线10的输出阻抗相同或近似。控制部50监视提供给测量部40的电力。另外，控制部50监视测量部40所需的电力。测量部40所需的电力能够根据测量部40是处于待机状态、处于测量中、还是处于通信中等而变化。在提供给测量部40的电力超过测量部40所需的电力的情况下，控制部50向PIN二极管24提供正向偏置电流，以使得不向测量部40提供比测量部40所需的电力大的电力。PIN二极管24的电阻随着正向偏置电流的增加而减小。因此，如图5所示，根据控制单元50提供给PIN二极管24的正向偏置电流，天线10的输出阻抗与阻抗变更电路20的输入阻抗之差变大，天线10的接收特性劣化。由此，抑制提供给测量部40的电力超过测量部40所需的电力。
或者，控制部50还可以在向测量部40供给的电力低于测量部40所需的电力的期间，向PIN二极管24供给规定的正向偏置电流。此时，在向PIN二极管24供给规定的正向偏置电流的状态下，阻抗变更电路20的输入阻抗被设定为与天线10的输出阻抗相同或近似。当提供给测量单元40的电力超过测量单元40所需的电力时，控制部50改变提供给PIN二极管24的正向偏置电流。正向偏置电流的变化既可以增加，也可以减少。PIN二极管24的电阻随着正向偏置电流的增大而减小，并随着正向偏置电流的减小而增大。由此，天线10的输出阻抗与阻抗变更电路20的输入阻抗的差变大，天线10的接收特性劣化。
如图6所示，PIN二极管24的阴极可以连接到分支布线22，PIN二极管24的阳极可以接地。在PIN二极管24上未施加反向偏置电压的状态下，阻抗变更电路20的输入阻抗被设定为与天线10的输出阻抗相同或近似。控制部50监视测量部40所需的电流，在向测量部40供给的电力超过测量部40所需的电力的情况下，向PIN二极管24施加反向偏置电压，以使比测量部40所需的电流大的电流不流入测量部40。PIN二极管24的电容随着控制部50施加给PIN二极管24的反向偏置电压的增大而减小。因此，根据控制部50对PIN二极管24施加的反向偏置电压，天线10的输出阻抗与阻抗变更电路20的输入阻抗的差变大，天线10的接收特性劣化。由此，抑制提供给测量部40的电力超过测量部40所需的电力。
或者，控制部50还可以在向测量部40供给的电力低于测量部40所需的电力的期间，向PIN二极管24施加规定的反向偏置电压。在该情况下，在向PIN二极管24施加规定的反向偏置电压的状态下，阻抗变更电路20的输入阻抗被设定为与天线10的输出阻抗相同或近似。当提供给测量单元40的电力超过测量单元40所需的电力时，控制部50改变提供给PIN二极管24的反向偏置电压。反向偏置电压的变化既可以增加，也可以减少。PIN二极管24的电容随着反向偏置电压的增大而减小，并随着反向偏置电压的减小而增大。由此，天线10的输出阻抗与阻抗变更电路20的输入阻抗的差变大，天线10的接收特性劣化。
第二实施方式的无线传感器的其他构成要素例如与第一实施方式相同。
第三实施方式
在第三实施方式的无线传感器中，如图7所示，阻抗变更电路20例如具备连接天线10与整流电路30的布线21、从布线21分支的分支布线22、与分支布线22连接的变容二极管25。变容二极管25构成为在天线10接收规定值以上的电力的情况下电容发生变化。另外，第三实施方式的无线传感器具备配置在整流电路30与测量部40之间的控制部50。控制部50构成为根据天线10接收的电力的大小向变容二极管25提供偏置电压。
例如，变容二极管25的阴极连接到分支布线22，变容二极管25的阳极接地。在变容二极管25未被施加反向偏置电压的状态下，阻抗变更电路20的输入阻抗被设定为与天线10的输出阻抗相同或近似。控制部50监视提供给测量部40的电力。另外，控制部50监视测量部40所需的电力。在向测量部40供给的电力超过测量部40所需的电力的情况下，控制部50对变容二极管25施加反向偏置电压，以使得不向测量部40提供比测量部40所需的电力大的电力。变容二极管25的电容随着控制部50对变容二极管25施加的反向偏置电压的增大而减小。因此，根据控制部50对变容二极管25施加的反向偏置电压，天线10的输出阻抗与阻抗变更电路20的输入阻抗的差变大，天线10的接收特性劣化。由此，抑制向测量部40提供的电力超过测量部40所需的电力。
或者，控制部50还可以在向测量部40供给的电力低于测量部40所需的电力的期间，向变容二极管25施加规定的反向偏置电压。此时，在向变容二极管25施加规定的反向偏置电压的状态下，阻抗变更电路20的输入阻抗被设定为与天线10的输出阻抗相同或近似。当提供给测量单元40的电力超过测量单元40所需的电力时，控制部50改变提供给变容二极管25的反向偏置电压。反向偏置电压的变化既可以增加，也可以减少。变容二极管25的电容随着反向偏置电压的增大而减小，并随着反向偏置电压的减小而增大。由此，天线10的输出阻抗与阻抗变更电路20的输入阻抗的差变大，天线10的接收特性劣化。
第三实施方式的无线传感器的其他构成要素例如与第一实施方式相同。
第四实施方式
在第四实施方式的无线传感器中，如图8所示，阻抗变更电路20例如具备设置在连接天线10与整流电路30的布线21上的开关26。开关26构成为在天线10接收到规定值以上的电力的情况下切断从天线10向测量部40的通电。阻抗变换电路20的输入阻抗被设定为在开关26导通的期间与天线10的输出阻抗相同或近似。另外，第四实施方式的无线传感器具备配置在整流电路30与测量部40之间的控制部50。控制部50构成为根据通过阻抗变更电路20的电流的大小来控制开关26的开闭。
控制部50监视向测量部40共给的电力。另外，控制部50监视测量部40所需的电力。如图9所示，在向测量部40供给的电力超过测量部40所需的电力的情况下，控制部50打开开关26，切断从天线10向测量部40的通电，以使得不向测量部40提供比测量部40所需的电力大的电力。因此，天线10的输出阻抗与阻抗变更电路20的输入阻抗的差变大，天线10的接收特性劣化。由此，抑制向测量部40供给的电力超过测量部40所需的电力。打开开关26后，例如通过测量部40和控制部50的消耗电力，整流后的直流电压逐渐降低。控制部50在直流电压低于规定的下限值的情况下，闭合开关26，从天线10向测量部40通电。
另外，控制部50还可以不监视向测量部40供给的电力，而以规定的间隔使开关26开闭。
第四实施方式的无线传感器的其他构成要素例如与第一实施方式相同。
其他实施方式
如上所述，通过实施方式对本发明进行了记载，但成为该揭示的一部分的记述及附图不应理解为对本发明的限定。根据该揭示，本领域技术人员当明确各种替代实施方式、实施例以及运用技术。例如，还可以组合上述的实施方式。另外，在上述的实施方式中，说明了使用房间作为封闭空间的情况，但封闭空间还可以是工厂、保管库、房、槽以及炉等。炉可以是冷冻干燥炉。封闭空间可以是无菌的药品处理空间。无线传感器还可以配置在瓶中。
无线传感器还可以将氧气、二氧化碳等气体浓度作为测量对象。此外，无线传感器可以是光电传感器和接近传感器。无线传感器还可以是利用全球定位系统(GPS)等的位置传感器。无线传感器还可以将人、物品的各自的存在与否、移动作为测量对象。在这种情况下，无线传感器可以固定在人、物品上。无线传感器可以是可穿戴式传感器。物品可以是商品、美术品以及展示品等。如此，应当理解，本发明包括此处未记载的各种实施方式等。
符号说明
10...天线，20...阻抗变更电路，21...布线，22...分支布线，23...二极管，24...PIN二极管，25...变容二极管，26...开关，30...整流电路，40...测量部，50...控制部。

Claims (10)

1.一种无线传感器，其特征在于，具备：
天线，其构成为经由电磁波接收电力；
阻抗变更电路，其与所述天线连接；以及
测量部，其构成为与所述阻抗变更电路连接，并对测量对象进行测量，
在所述天线接收到规定值以上的所述电力的情况下，所述阻抗变更电路变更所述阻抗变更电路的输入阻抗，以使所述天线的输出阻抗与所述阻抗变更电路的输入阻抗之差变大。
2.根据权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，
所述阻抗变更电路具备二极管，所述二极管构成为在所述天线接收到规定值以上的所述电力的情况下导通。
3.根据权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，
所述阻抗变更电路具备PIN二极管，所述PIN二极管构成为当所述天线接收到规定值以上的所述电力时电阻或电容发生变化。
4.根据权利要求3所述的无线传感器，其特征在于，
还具备控制部，所述控制部构成为根据所述天线接收到的电力的大小，向所述PIN二极管提供偏置电流或偏置电压。
5.根据权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，
所述阻抗变更电路具备变容二极管，所述变容二极管构成为在所述天线接收到规定值以上的所述电力的情况下电容发生变化。
6.根据权利要求5所述的无线传感器，其特征在于，
还具备控制部，所述控制部构成为根据所述天线接收到的电力的大小，向所述变容二极管提供偏置电压。
7.根据权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，
所述阻抗变更电路具备开关，所述开关构成为在所述天线接收到规定值以上的所述电力的情况下，切断从所述天线向所述测量部的通电。
8.根据权利要求7所述的无线传感器，其特征在于，
还具备控制部，所述控制部构成为根据通过了所述阻抗变更电路的电流的大小来控制所述开关的开闭。
9.根据权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，
还具备整流电路，所述整流电路被构成为从所述阻抗变更电路接收交流电流，并转换为直流电流。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的无线传感器，其特征在于，
所述测量对象是温度。
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