JP2003508739A - パッシブ・センサに呼びかけるための装置および方法 - Google Patents

パッシブ・センサに呼びかけるための装置および方法

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JP2003508739A
JP2003508739A JP2001520071A JP2001520071A JP2003508739A JP 2003508739 A JP2003508739 A JP 2003508739A JP 2001520071 A JP2001520071 A JP 2001520071A JP 2001520071 A JP2001520071 A JP 2001520071A JP 2003508739 A JP2003508739 A JP 2003508739A
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アンソニー ロンスダール
ブライアン ロンスダール
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トランセンス テクノロジーズ ピーエルシー
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/48—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means

Abstract

(57)【要約】 例えばＳＡＷデバイスのようなパッシブ・センサの共振周波数を求めるための装置であって、パッシブ・センサ（２）に複数の周波数の信号を送信するための手段（５、７、３）と、信号の送信と同時にパッシブ・センサからの信号を受信するための手段（３、７）と、 受信信号を送信信号と比較して、センサがその共振周波数で駆動されている場合に生じる受信信号と送信信号との間の関係の特徴的な変化を識別するための手段（７）と、を備える。通常、パッシブ・センサを駆動する周波数がセンサの共振周波数を通過すると、パッシブ・センサが発生する信号の位相および／または振幅が変化する。この位相および／または振幅の変化を識別することによって、共振が起こる時点を検出することができる。比較によってセンサがその共振周波数で駆動されていることが示された時の送信信号の周波数が、センサの共振周波数である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、パッシブ・センサに呼びかけるための装置および方法に関し、限定
ではないが具体的に言えば、表面弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃ Ｗａｖｅ）デバイスを組み込んだパッシブ・センサに呼びかけるための
装置および方法に関する。
【０００２】 表面弾性波デバイスを用いて、温度、圧力、およびひずみ等のパラメータを監
視することは、周知である。かかるデバイスは、圧電基板上に堆積した微細構造
から成る共振器で構成されている。堆積は、少なくとも１対の交互配置したくし
形電極を形成するように配置されている。通常、電極は、アルミニウムで形成さ
れ（他の良導体も使用可能であるが）、約１００オングストロームの厚さを有す
る。圧電基板は、通常、セラミックまたは石英材料で製造される。
【０００３】 使用の際、電極対の一方の電極に電気パルス信号を印加すると、関連するＳＡ
Ｗデバイスはトランスデューサとして作用する。電気入力信号は、音波に変換さ
れ、基板を介して電極対の他方の電極に伝達される。音波が前記他方の電極に到
達すると、変換プロセスは逆になり、電気出力信号が発生する。この出力信号は
、特徴的な共振周波数を有し、これは、微細構造の堆積の幾何学的形状を含む多
数のファクタ（例えば交互配置した電極間の間隔）に依存する。電極対内に交互
配置した電極の間隔は、（例えば温度変動または機械的な力の印加により）基板
が変形すると変動するので、ＳＡＷデバイスの共振周波数を監視することによっ
て、デバイスの状態の変化を求めることができる。このようにして、ＳＡＷデバ
イスの状態に影響を及ぼす温度、圧力、およびひずみ等のパラメータを測定する
ことができる。例えば、ＳＡＷデバイスの温度が低下した場合、圧電基板はサイ
ズが小さくなり、交互配置した電極は互いに近付く。結果として、ＳＡＷデバイ
スの共振周波数は高くなる。この上昇を測定し較正して、温度変化を示すことが
できる。
【０００４】 ＳＡＷデバイスに呼びかけるための従来技術のシステムでは、共振を開始させ
るために、呼びかけ装置によって、デバイスの電極の一方に、励起パルス（通常
１０μｓの周期を有する）の形態の入力信号を印加する。励起パルスの終了後、
ＳＡＷデバイスによって発生した出力信号は、短い時間期間、共振周波数で安定
化する前に、移行段階を経る。出力信号が安定化するために要する時間内に、呼
びかけ装置は信号送信モードから信号受信モードに切り替わる。次いで、ＳＡＷ
デバイスからの出力信号を、呼びかけ装置によって受信して、出力信号周波数を
求めるように適宜分析する。出力信号の周波数は、ＳＡＷデバイスの共振周波数
に等しい。
【０００５】 しかしながら、ＳＡＷデバイスからの出力信号を安定化させる必要があり、更
に、呼びかけ装置を送信モートと受信モードとの間で切り替える必要があるため
に、多数のパッシブ・センサを同一の呼びかけ装置によって呼びかける状況にお
いては特に、呼びかけ手順が過度に長くなる恐れがある。これは、従来技術のシ
ステムに伴う明らかな問題点である。
【０００６】 本発明の目的は、好都合に、かつ迅速にパッシブ・センサの共振周波数を求め
るための装置および方法を提供することである。
【０００７】 また、本発明の目的は、異なる動作原理のもとで機能する２つ以上のパッシブ
・センサに呼びかけるための装置および方法を提供することである。
【０００８】 本発明の第１の態様は、パッシブ・センサの共振周波数を求めるための装置を
提供する。この装置は、パッシブ・センサに複数の周波数の信号を送信するため
の手段と、信号の送信と同時にパッシブ・センサからの信号を受信するための手
段と、受信信号を送信信号と比較して、センサがその共振周波数で駆動されてい
る場合に生じる受信信号と送信信号との間の関係の特徴的な変化を識別するため
の手段と、比較によってセンサがその共振周波数で駆動されていることが示され
た時に送信信号の周波数を求めるための手段と、を備える。
【０００９】 このように、本発明による装置は、ＳＡＷデバイス等のパッシブ・センサに駆
動信号を送信し、同時に、駆動信号に応答してセンサが発生する信号を受信する
。次いで、呼びかけ装置が受信した戻り信号を、送信信号と比較する。送信信号
および受信信号は、送信機、受信機、およびセンサの相互の間隔によって少なく
とも部分的に決定する位相関係を有する。いずれかの特定の間隔では、位相関係
は、センサを駆動する信号と、この駆動信号に応答してセンサが発生する信号と
の間の位相関係に依存する。駆動信号と、この駆動信号に応答してセンサが発生
する信号との間のこの位相関係は、センサの共振周波数において変化する。
【００１０】 送信機、受信機、およびセンサ間の距離は実質的に一定のままであるが、送信
信号の周波数が変化する際に、受信信号を送信信号と比較することによって、駆
動信号に応答してセンサが発生する信号の位相変化を検出することができる。共
振が検出された時に送信機がセンサを駆動している周波数が、センサの共振周波
数であり、従って、上述のように共振が検出された時に、送信機がセンサを駆動
している周波数を識別することによって、直接、共振周波数を得ることができる
。
【００１１】 好ましくは、駆動信号は無線周波数信号であり、センサの予想される共振周波
数を含む掃引周波数範囲によって周波数変調されている。好ましくは、駆動／比
較システムに関連するアンテナおよびセンサに関連するアンテナによって、送信
機とセンサとの間の間隙を横断する無線信号として、信号を送信する。好ましく
は、駆動信号をセンサに送信すること、およびセンサから結果として得られる信
号を受信することの双方のために、駆動／比較システムにおいて単一のアンテナ
を用いる。好ましくは、送信信号および受信信号の比較はホモダイン受信機を用
いて行う。
【００１２】 本発明の第２の態様は、パッシブ・センサの共振周波数を求めるための方法を
提供する。この方法は、パッシブ・センサに複数の周波数の信号を送信するステ
ップと、信号の送信と同時にパッシブ・センサからの信号を受信するステップと
、受信信号を送信信号と比較して、センサがほぼその共振周波数で駆動されてい
る場合に生じる受信信号と送信信号との間の関係の特徴的な変化を識別するステ
ップと、比較によってセンサがその共振周波数で駆動されていることが示された
時に送信信号の周波数を求めるステップと、を備える。
【００１３】 これより、添付図面を参照して、本発明の１つの実施形態について説明する。
【００１４】 本発明による呼びかけ装置の基本的な構造を、添付図面の図１にブロック図と
して示す。この図は、無線周波数信号によってＳＡＷデバイス等のパッシブ・セ
ンサ２と通信する呼びかけ装置１を示す。従って、呼びかけ装置およびパッシブ
・センサの双方には、適切なアンテナ３、４が備えられている。図１にはパッシ
ブ・センサ２を１つのみ示すが、本発明による呼びかけ装置を用いて、同じタイ
プのものであってもそうでなくても良い多数のセンサに呼びかけることができる
。例えば、「Ｑ」の高いパッシブ・センサ（例えばＳＡＷデバイス）を、「Ｑ」
の低いパッシブ・センサと組み合わせて呼びかけることができる。
【００１５】 図１に示す呼びかけ装置は、無線周波数信号を発生するための手段であるＲＦ
源５を組み込んでいる。ＲＦ源の動作周波数は、適宜、工業、科学、医療（ＩＳ
Ｍ）周波数範囲（すなわち８６８ＭＨｚまたは２．４５ＧＨｚ）またはそれ以外
とすることができる。ＲＦ源５が発生するＲＦ信号の特質は、適切なプロセッサ
／コントローラ６によって決定する。
【００１６】 プロセッサ／コントローラ６からの命令によってＲＦ源５が発生した無線周波
数信号は、無線周波数信号の送信および受信を同時に行うことができる送信／受
信（「ＴＸ／ＲＸ」）回路７を介して、呼びかけを行うパッシブ・センサ２に送
信する。
【００１７】 図１の呼びかけ装置に設けられたＴＸ／ＲＸ回路７を、添付図面の図２に概略
的に示す。図２に示すＴＸ／ＲＸ回路７は、ＲＦ源５からのＲＦ入力８を受ける
。この入力は、方向性結合器９に印加され、これは、ＲＦ信号のほとんどを出力
１１に渡し、ＲＦ信号のわずかな部分を出力１０に渡す。出力１上の大部分の信
号は、直交ハイブリッド・デバイス１２を通過し、出力１３を介してアンテナ３
に駆動信号を供給する。
【００１８】 結合器の出力１０上のＲＦ信号は、直交ハイブリッド１４を通過して、ホモダ
イン検出器１６に入力基準信号を供給する。ホモダイン検出器に対する他方の入
力は、直交ハイブリッド１２からライン１５を介して導かれる。直交ハイブリッ
ド１２は、アンテナからの受信信号を、ホモダイン検出器のパワー・スプリッタ
入力に送出する。ホモダイン検出器の動作に関する更に詳細な情報については、
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １
９９０において７０３ないし７０９ページに発表されたＧ Ｈｙｇａｔｅおよび
Ｊ Ｆ Ｎｙｅによる「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｆｉｅｌｄ
ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｗｉｔｈ ａｎ ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｅ
ｄ ｓｃａｔｔｅｒｅｒ（光変調された散乱体によるマイクロ波電界の直接測定
）」と題する論文に注目されたい。
【００１９】 ＲＦ源５が発生した駆動信号に応答してパッシブ・センサ２が発生する無線周
波数信号は、一旦、呼びかけ装置に受信されると、ＴＸ／ＲＸ回路７によって、
最初に送信された無線周波数出力信号と結合される。通常、出力（すなわち送信
された）信号および入力（すなわち受信された）信号の位相および／または振幅
の比較を行う。ＴＸ／ＲＸ回路７が発生した結合信号は、プロセッサ／コントロ
ーラ６に対する入力として供給され、プロセッサ／コントローラ６は、パッシブ
・センサがその共振周波数で駆動されているか否かを判定する。
【００２０】 使用の際、ＲＦ源５は、連続周波数範囲を有する駆動信号を生成し、この範囲
は、呼びかけを行うセンサの予想される共振周波数を含む。この周波数範囲は、
異なる周波数の周波数パルスの離散的集合として、または連続的に変化する周波
数として生成することができる。好ましくは、ＲＦ源５は、ＲＦ信号を生成し、
これを周波数変調して、予想されるセンサの共振周波数を含む実質的に連続的な
範囲の駆動周波数を提供する。
【００２１】 センサ２がその共振周波数未満の周波数で駆動されている場合、駆動信号に応
答してセンサが生成する信号は、通常、駆動信号に対して位相が遅れている。セ
ンサがその共振周波数よりも高い周波数で駆動されている場合、駆動信号に応答
してセンサが生成する信号は、通常、駆動信号に対して位相が進んでいる。共振
の時点で、駆動信号および結果として得られる信号は、通常、同相または１８０
度の位相ずれのいずれかである。送信信号が共振周波数を掃引する際に受信信号
と送信信号との間の位相関係を監視することによって、共振時に現れる位相変化
をＴＸ／ＲＸ回路７において検出することができる。あるいは、ＴＸ／ＲＸ回路
で受信するセンサ２からの信号の振幅を、送信した駆動信号の振幅と比較するこ
とも可能である。共振の時点で、受信信号の振幅は小さくなり、これは、受信し
た信号および送信した信号の振幅の比較から検出することができる。次いで、プ
ロセッサ／コントローラは、出力信号の周波数を参照して、更に、呼びかけ対象
の特定のパッシブ・センサ用の較正データに従って、共振周波数を求め、適切な
パラメータ（例えば温度）の測定値を与えることができる。
【００２２】 本発明は、上述の具体的な実施形態または方法に限定されるわけではない。代
替的な構成および適切な物質は、当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による呼びかけ装置および関連するパッシブ・センサのブロック図であ
る。
【図２】 信号を送信および受信するための手段の概略回路図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年９月２６日（２００１．９．２６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】 本発明の第１の態様は、パッシブ・センサの共振周波数を求めるための装置を
提供する。この装置は、パッシブ・センサに複数の周波数の無線信号を送信する
ための手段と、無線信号の送信と同時にパッシブ・センサからの無線信号を受信
するための手段と、受信無線信号を送信無線信号と比較して、センサがその共振
周波数で駆動されている場合に生じる受信無線信号と送信無線信号との間の関係
の特徴的な変化を識別するための手段と、比較によってセンサがその共振周波数
で駆動されていることが示された時に送信無線信号の周波数を求めるための手段
と、を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】 本発明の第２の態様は、パッシブ・センサの共振周波数を求めるための方法を
提供する。この方法は、パッシブ・センサに複数の周波数の無線信号を送信する
ステップと、無線信号の送信と同時にパッシブ・センサからの無線信号を受信す
るステップと、受信信号を送信無線信号と比較して、センサがほぼその共振周波
数で駆動されている場合に生じる受信無線信号と送信無線信号との間の関係の特
徴的な変化を識別するステップと、比較によってセンサがその共振周波数で駆動
されていることが示された時に送信無線信号の周波数を求めるステップと、を備
える。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ， ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，Ｔ Ｊ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ロンスダール ブライアン イギリス国 オー エックス 15 ６ イ ー ワイ バンバリー バルスコート バ ルスコット ミル Ｆターム(参考） 2F075 AA03 AA04 2G064 AA12 AB01 BA11 CC55

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パッシブ・センサの共振周波数を求めるための装置であって
    ： 前記パッシブ・センサに複数の周波数の信号を送信するための手段と； 前
    記信号の送信と同時に前記パッシブ・センサからの信号を受信するための手段と
    ； 前記受信信号を前記送信信号と比較して、前記センサがその共振周波数で駆
    動されている場合に生じる前記受信信号と前記送信信号との間の関係の特徴的な
    変化を識別するための手段と； 前記比較によって前記センサがその共振周波数
    で駆動されていることが示された時に前記送信信号の周波数を求めるための手段
    と； を備える、装置。
  2. 【請求項２】 前記駆動信号は無線周波数信号であり、前記センサの予想さ
    れる共振周波数を含む掃引周波数範囲によって周波数変調されている、請求項１
    に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記駆動信号は無線周波数信号であり、前記センサの予想さ
    れる共振周波数を含む別個の周波数の連続的な範囲を有するパルスから成る、請
    求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記駆動／比較システムに関連するアンテナおよび前記セン
    サに関連するアンテナによって、前記送信機と前記センサとの間の間隙を横断す
    る無線信号として前記信号を送信する、前出の請求項のいずれかに記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記駆動信号を前記センサに送信すること、および前記セン
    サから結果として得られる信号を受信することの双方のために、前記駆動／比較
    システムにおいて単一のアンテナを用いる、前出の請求項のいずれかに記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 前記送信信号および前記受信信号の前記比較は位相の比較で
    ある、前出の請求項のいずれかに記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記送信信号および前記受信信号の前記比較は振幅の比較で
    ある、前出の請求項のいずれかに記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記送信信号および前記受信信号の前記比較はホモダイン受
    信機を用いて行われる、前出の請求項のいずれかに記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記センサはＳＡＷデバイスである、前出の請求項のいずれ
    かに記載の装置。
  10. 【請求項１０】 パッシブ・センサの共振周波数を求めるための方法であっ
    て、前記パッシブ・センサに複数の周波数の信号を送信するステップと； 前記
    信号の送信と同時に前記パッシブ・センサからの信号を受信するステップと；
    前記受信信号を前記送信信号と比較して、前記センサがその共振周波数で駆動さ
    れている場合に生じる前記受信信号と前記送信信号との間の関係の特徴的な変化
    を識別するステップと； 前記比較によって前記センサがその共振周波数で駆動
    されていることが示された時に前記送信信号の周波数を求めるステップと； を
    備える、方法。
JP2001520071A 1999-09-02 2000-09-04 パッシブ・センサに呼びかけるための装置および方法 Pending JP2003508739A (ja)

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