JP2008129770A - Wireless monitoring system with no power supply and slave station to be used for the system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高所領域、高濃度有害化学物質充満領域、放射線取り扱い領域、高電力通過領域、高温領域、高圧領域、高純度衛生環境を維持すべき領域などの人(生物)が直接、アクセスをすることが安全・健康上の理由で適当でない領域の状態を遠方から監視あるいは調査することを可能とするワイヤレスモニタリングシステムに関し、特に、そのような監視あるいは調査を可能とする装置(子局)を一度設置した以後も同装置内における一次電池等の電力発生手段の定期的交換を要することなく同装置の信頼性確保が可能な無電源ワイヤレスモニタリングシステムと該システムに使用される子局に関する。 The present invention provides direct access to humans (living organisms) such as high altitude areas, areas with high concentrations of hazardous chemical substances, radiation handling areas, high power passing areas, high temperature areas, high pressure areas, and areas where high purity sanitary environments should be maintained. In particular, it relates to a wireless monitoring system that makes it possible to remotely monitor or investigate the state of areas where it is not appropriate for safety and health reasons, and in particular, a device (slave station) that enables such monitoring or investigation The present invention relates to a non-power supply wireless monitoring system capable of ensuring the reliability of the apparatus without requiring periodic replacement of power generation means such as a primary battery in the apparatus and a slave station used in the system.
電力、水道、通信等の社会インフラシステムは、利用者の利便性向上の要求に従って年々高度化・複雑化しており、一旦、同システムが正常動作をしなくなると多くの直接的な利用者が不利益を被ることに留まらず、複雑に関連しあった他のシステムにも波及効果が生じ、他のシステムの利用者にも何らかの被害が伝播し、ひいては地域全体、社会全体の混乱を引き起こす可能性が出てきている。現代になって頻繁に報道されている、広域大停電、広域毒性化学物質汚染等は既に大きな社会問題に発展している。 Social infrastructure systems such as electric power, water supply, and communications are becoming more sophisticated and complex year by year in accordance with demands for improving user convenience. In addition to incurring profits, other systems that were related in a complex manner could have ripple effects, and some damage could be transmitted to users of other systems, resulting in disruption of the entire region and society as a whole. Is coming out. Wide-area catastrophic blackouts and wide-area toxic chemical contamination, which are frequently reported in modern times, have already developed into major social problems.
このような課題を解決する一つの方策は、同社会インフラシステムの要となる装置の状態、また同装置が置かれている周囲環境の状態を調べることにある。 One measure to solve such a problem is to examine the state of the device that is the key of the social infrastructure system and the state of the surrounding environment where the device is placed.
一旦、ある社会インフラシステムが稼動不能に陥ったとき、同システム内のどの装置が正常動作をしていないかを迅速に調査することが出来れば、当該社会インフラシステムの早期復帰が可能となり、他の社会インフラシステムへの悪影響の拡散を最小限度にとどめることができる。 Once a social infrastructure system becomes inoperable, if it is possible to quickly investigate which devices in the system are not operating normally, the social infrastructure system can be quickly restored. The spread of adverse effects on social infrastructure systems can be minimized.
また、定期的な社会インフラシステム内の各装置の稼動状況、あるいは装置の置かれている環境の状況を調査あるいは監視することが出来れば、同社会インフラシステムの不稼動状態を未然に防ぐことも可能となる。 Also, if the operation status of each device in the regular social infrastructure system or the status of the environment where the device is located can be investigated or monitored, it is possible to prevent the social infrastructure system from being inoperative. It becomes possible.
現代においては、利用者が高度なサービスの享受を要求しているために、利用者の通常の居住地から距離的に隔離された場所に同社会インフラシステムの中核をなす装置を集中させ、通常の居住地近隣では危険あるいは問題となるような極限的環境で装置を稼動させているのが実情である。 In modern times, because users demand to enjoy advanced services, the devices that form the core of the social infrastructure system are concentrated in a place that is separated from the user's normal place of residence. The actual situation is that the equipment is operated in an extreme environment that is dangerous or problematic in the vicinity of the city.
電力関係では、放射線被爆の危険性がある原子力発電所、引火爆発の危険性のある火力発電所、高落差箇所を多く含む水力発電所、また、発電所で発生された高圧電力を伝送・分配する、送電・変電施設がある。水道では、安全・衛生面から貯水池や浄水場内は人を含む生物からの汚染を排除するために、人は各施設への容易なアクセスが禁じられる。通信では、無線通信を実現するために、基地局アンテナは高所設置が一般的であり、光通信においても地下、地中にファイバ等の伝送媒体が設置されるため、何れも人が該設備へアクセスすることは容易ではない。 In terms of electric power, nuclear power plants that are at risk of radiation exposure, thermal power plants that are at risk of flammable explosion, hydroelectric power plants that contain many high heads, and high-voltage power generated at power plants There are transmission and transformation facilities. In the case of water supply, people are prohibited from accessing each facility easily in order to eliminate contamination from living organisms including humans in reservoirs and water treatment plants from the viewpoint of safety and hygiene. In communication, in order to realize wireless communication, base station antennas are generally installed at high places, and in optical communication, transmission media such as fibers are installed underground and underground. It is not easy to access.
以上の状況を反映して、電磁波の透過性・迂回伝搬性・非接触性に着目して、上記各設備に何らかの状態検出機構を付帯させ、電波を用いてその状態を無線信号として検出する試みがなされている。 Reflecting the above situation, focusing on electromagnetic wave permeability, detour propagation property, and non-contact property, an attempt is made to attach a state detection mechanism to each of the above facilities and detect the state as a radio signal using radio waves. Has been made.
しかしながら、電磁波の球面波的伝播特性に伴う対距離減衰特性が伝達信号のエネルギーを伝送路の中に閉じ込めて伝送する有線通信と比べて桁違いに大きいため、情報を無線で伝送するために社会インフラシステムを構成する装置が外部空間に電磁波を放射するための電力を如何に工面するかが大きな技術課題となっている。 However, the attenuation characteristics with respect to the distance due to the spherical wave propagation characteristics of electromagnetic waves are orders of magnitude greater than those of wired communications that confine and transmit the energy of the transmission signal in the transmission line. A major technical issue is how to construct the power required to radiate electromagnetic waves to the external space by the devices constituting the infrastructure system.
当該装置自体が電力を扱うものであっても、その扱っている電力の一部を当該装置の稼動状態の検査および当該装置が置かれている周囲環境の調査に使うということは、それ自体、装置の本来すべき動作に擾乱を与えるもので、出来れば避ける方が望ましい。 Even if the device itself handles power, using a part of the power to handle the inspection of the operating status of the device and the surrounding environment where the device is located, It will disturb the original operation of the device and should be avoided if possible.
このような状況下では電池を用いることが考えられるが、一次電池の使用は装置自体が置かれている環境のため一定期間後に交換を必要とすることは、そのために新たな危険性を生んでしまうという意味で好ましくない。また、二次電池の使用も考えられるが、新たに二次電池自体の化学特性を保証しなければならない問題が現状では解決しておらず、社会インフラシステムが社会的に容認される寿命を考えたとき、二次電池とても半永久と考えることはできず、決定的な解決策にはならない。 Under such circumstances, it is conceivable to use a battery. However, since the use of a primary battery requires the replacement after a certain period because of the environment where the device itself is located, this creates a new risk. It is not preferable in the sense that it ends up. In addition, the use of secondary batteries can be considered, but the problem of having to guarantee the chemical characteristics of the secondary battery itself has not been solved at present, and the social infrastructure system has a socially acceptable life. The secondary battery cannot be considered semi-permanent and is not a definitive solution.
電池を使わない解決策としては、無線にて当該装置が使用する電力を供給する方法が考えられる。本方法を用いれば、現在の電気素子、電子素子の寿命は、前述の社会インフラシステムの寿命と比べて十分に長いと考えられるので、電源の交換に際する安全性の問題、信頼性の問題は解決される。 As a solution that does not use a battery, a method of supplying electric power used by the device wirelessly can be considered. If this method is used, the current lifetime of electrical and electronic devices is considered to be sufficiently longer than the lifetime of the social infrastructure system described above, so there are safety issues and reliability issues when replacing the power supply. Is solved.
しかしながら、上述のように電磁波は空間伝播の際に減少する電力が極めて大きいため、如何に電磁波を用いて信号伝達とエネルギー伝達を効率よく実現するかが大きな課題となっている。 However, as described above, since the electromagnetic wave has a very large electric power that is reduced when propagating in space, how to efficiently realize signal transmission and energy transmission using the electromagnetic wave is a big problem.
電磁波を用いて電力と信号の伝達を実現する従来技術として、無線装置が電力無線伝送用の専用アンテナと信号伝送用の専用アンテナを具備する方法が各種提案されている。例えば、この考え方を用いた森林内に設置されている航空機の飛来履歴を装置内に記録するシステムにおいて、同記録を外部に無線で信号を電磁波に重畳させて伝送する技術が非特許文献1で述べられている。
As conventional techniques for realizing transmission of power and signals using electromagnetic waves, various methods have been proposed in which a wireless device includes a dedicated antenna for power wireless transmission and a dedicated antenna for signal transmission. For example, in a system that records the flight history of an aircraft installed in a forest using this concept in a device, Non-Patent
また、電磁波を用いて電力と信号の伝達を実現する他の従来技術として、高周波タグシステムと一般的に呼ばれる方法が各種提案されている。例えば、この考え方を用いて荷物を識別するシステムについて非特許文献2で述べられている。
しかし、非特許文献1に記載された技術では、1)装置が森林内に設置されているため装置の場所が特定できない、2)装置が放射する電磁波の方向を動的に可変とする複雑な処理をするために、装置が有するアンテナが本質的に信号用送信アンテナと信号用受信アンテナと電力獲得用アンテナの三つであり、装置全体の寸法が大きくなってしまう、3)上記複雑な処理のために電磁波で供給される電力とは別の電力を必要とする、という問題がある。
However, in the technology described in
一方、非特許文献2に記載のシステムで用いられる装置においては、信号の送受信用のアンテナと電力獲得用のアンテナが同一アンテナで実現されており小型化がなされているが、本システムでは親局と子局の最大距離として数メートル程度しか想定されていないため、人間にとって好ましからぬ影響がある場所に子局が設置されたときに、隔離するための距離を十分に確保できない問題がある。また、本システムでは、通信用アンテナと電力獲得用アンテナは一つのアンテナで代用され、通信と電力獲得を時分割によって個別動作としているので、装置の放射する電磁波の到達距離を伸ばすべく、同電磁波のエネルギーを増加させるためには、電力獲得用の時間を長く取らざるを得ず、その間、完全に通信が切れた状態となってしまう。このため、親局は、子局が通信不能状態に陥っているのか、正常状態で電力獲得状態であるかの判別が困難になる問題がある。少なくとも、完全な信号伝達が出来ずとも親局と子局の通信リンクが確立しているか否かの情報を得ることが出来なければ、現在の社会インフラシステムに要請される信頼性を確保することは難しいと考えられる。 On the other hand, in the apparatus used in the system described in Non-Patent Document 2, the antenna for signal transmission and reception and the antenna for power acquisition are realized by the same antenna and are downsized. Since the maximum distance between the slave stations is assumed to be only a few meters, there is a problem that it is not possible to secure a sufficient distance for isolation when the slave stations are installed in a place that has an undesirable influence on humans. In this system, the communication antenna and the power acquisition antenna are replaced by a single antenna, and communication and power acquisition are performed separately by time division. Therefore, in order to extend the reach of the electromagnetic waves emitted from the device, In order to increase the energy, it is necessary to take a long time for power acquisition, and during that time, communication is completely cut off. For this reason, there is a problem that it becomes difficult for the master station to determine whether the slave station is in a communication disabled state or in a normal state and in a power acquisition state. At least, if the information on whether or not the communication link between the master station and the slave station has been established cannot be obtained even if complete signal transmission is not possible, ensure the reliability required for the current social infrastructure system. Is considered difficult.
さらに、親局が子局に供給できる電力は、親局と子局の距離の二乗から三乗に比例して減衰するので、たとえ、上記電力獲得用の時間を長くとっても、子局が単位時間に消費するエネルギー、即ち電力が、この親局から子局に到達する電力以上であれば子局の動作自体が不可能となる。 Furthermore, the power that the master station can supply to the slave station is attenuated in proportion to the square to the third power of the distance between the master station and the slave station. If the energy consumed by the mobile station, that is, the electric power is equal to or higher than the electric power reaching the slave station from the master station, the operation of the slave station becomes impossible.
従って、本発明の目的は、人間のアクセスが困難な環境に設置されている、社会インフラシステム内の各装置の稼動状況、あるいは装置の置かれている環境の状況を、当該装置内に電池による電源を持つことなく半永久的に、且つ装置(子局)が設置された環境(場所)の好ましからぬ影響から人間を隔離しうる距離に確保しつつ、高い信頼性をもって監視あるいは調査する手段を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to indicate the operation status of each device in the social infrastructure system or the status of the environment where the device is placed in an environment where human access is difficult, by using a battery in the device. Provides a means of monitoring or investigating with high reliability, semi-permanently without having a power supply, and securing a distance that can isolate humans from the unfavorable influence of the environment (place) where the device (slave station) is installed. There is to do.
本発明は、上記目的を達成するため、親局(第1の送受信機)と子局(第2の送受信機)を備え、電磁波である単一又は複数の周波数成分を有する搬送波を通信および電力供給媒体として用いた無電源ワイヤレスモニタリングシステムであって、前記親局は、前記搬送波を前記子局に間欠的に伝送する円偏波の親局送信アンテナと、該親局送信アンテナと異なる回転方向を有する円偏波の親局受信アンテナとを具備し、前記子局は、平衡型アンテナである子局受信アンテナと、2つの信号接点を有し、そのうちの1つがそのまま前記子局受信アンテナの平衡出力の間に結合された半導体スイッチと、前記半導体スイッチのもう1つの前記信号接点が前記子局受信アンテナの平衡出力の間に結合される際に介される帯域通過フィルタと、前記子局受信アンテナの平衡出力の2つの出力線に夫々挿入された二端子帯域通過フィルタ素子と、該2つの二端子帯域通過フィルタ素子の出力で形成される平衡出力に結合される整流回路と、該整流回路の出力に結合された昇圧回路と、該昇圧回路の出力が前記半導体スイッチの制御接点に入力される際に介される平滑回路とを具備したものであることを特徴とする無電源ワイヤレスモニタリングシステムを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention includes a master station (first transmitter / receiver) and a slave station (second transmitter / receiver), and communicates and powers a carrier wave having single or plural frequency components that are electromagnetic waves. A power-free wireless monitoring system used as a supply medium, wherein the parent station transmits a circularly polarized parent station transmission antenna that intermittently transmits the carrier wave to the child station, and a rotation direction different from the parent station transmission antenna And the slave station has a slave station receive antenna that is a balanced antenna and two signal contacts, one of which is the same as that of the slave station receive antenna. A semiconductor switch coupled between the balanced outputs, a bandpass filter interposed when another signal contact of the semiconductor switch is coupled between the balanced outputs of the slave station receive antennas, and the child A two-terminal bandpass filter element inserted into two output lines of the balanced output of the receiving antenna, a rectifier circuit coupled to a balanced output formed by the outputs of the two two-terminal bandpass filter elements, and the rectification A non-power-supply wireless monitoring system comprising: a booster circuit coupled to an output of the circuit; and a smoothing circuit interposed when the output of the booster circuit is input to the control contact of the semiconductor switch I will provide a.
本発明は、下記のいずれか1つ以上の特徴を有する発明を包含する。
(1)前記親局は、単一の周波数の前記搬送波を送信し、前記子局で反射される同一周波数の搬送波の位相を監視し、該周波数における同位相の変化を検出する機能を有する。
(2)前記帯域通過フィルタと前記半導体スイッチの結合回路が複数並列的に設置され、前記二端子帯域通過フィルタ素子が複数並列的に設置され、これら複数の帯域通過フィルタと複数の二端子帯域通過フィルタ素子の通過帯域周波数が異なり、前記親局は、複数の異なる周波数の前記搬送波を送信し、前記子局で反射される同一周波数の搬送波の位相を監視し、各周波数における同位相の変化を検出する機能を有する。
(3)前記複数の半導体スイッチの一部に、外部入力に対してインピーダンス値が変化するセンサ素子が直列に結合している。
(4)前記複数の帯域通過フィルタの通過帯域が、前記親局から送信される前記搬送波の周波数のうち特定の一つの周波数のみを通過帯域とする。
(5)前記帯域通過フィルタの1つが、前記親局から送信される前記搬送波の周波数の全ての周波数を通過帯域とし、残りの前記帯域通過フィルタの通過帯域が、前記親局から送信される前記搬送波の周波数のうち特定の一つの周波数のみを通過帯域とする。
(6)前記センサ素子が外部電源を必要とし、新たに前記親局から送信される前記搬送波の周波数の全ての周波数を通過帯域とする帯域通過フィルタを該整流回路の入力に結合し、該帯域通過フィルタの出力が前記平滑回路を介して、前記センサ素子の外部電源として供給される。
(7)前記子局が複数存在し、単一の前記搬送波の周波数を通過帯域とし、且つ前記センサ素子が結合する前記半導体スイッチに結合しない前記帯域通過フィルタの通過帯域が各々の子局で異なり、前記親局が、該複数の子局から反射される前記搬送波の時間的位相変化の周波数の違いにより該複数の子局を識別する。
(8)前記親局から送信する前記搬送波の前記子局からの反射波による識別を、特定の一周波数に対して一子局を対応させることを特徴とする請求項8に記載の無電源ワイヤレスモニタリングシステム。
(9)前記親局から送信する前記搬送波の前記子局からの反射波による識別を、特定の複数の周波数の組み合わせに対して一子局を対応させる。
(10)前記特定の複数の周波数の組み合わせが、前記子局が有する子局識別に関係する前記半導体スイッチのオン、オフに対応する二進法によって実現される。
(11)前記親局は、認識すべき子局が有する、該子局認識用帯域通過フィルタの通過帯域周波数の搬送波を一度に送信し、前記子局から反射される搬送波の時間的位相変化を監視し、認識確度向上を目的に、前記子局へ前記一度に送信した搬送波のうち一部の周波数の搬送波を再び送信する。
(12)前記半導体スイッチがFETスイッチである。
(13)前記整流回路がブリッジ型である。
(14)前記昇圧回路が共振回路を含む。
(15)前記昇圧回路が多段倍電圧整流回路を含む。
(16)前記搬送波の周波数が数百MHz帯から数GHz帯である。
(17)前記センサ素子の外部入力が温度、圧力、化学物質の濃度、電気、音、電磁波、湿度、放射能のいずれかである。
(18)前記子局受信アンテナが平面アンテナである。
(19)前記子局が一体の多層プリント基板で構成され、該多層プリント基板のいずれかの面に前記子局受信アンテナが形成され、他の面に前記子局を形成するアンテナ以外の要素が形成あるいは設置される。
The present invention includes an invention having any one or more of the following features.
(1) The master station has a function of transmitting the carrier wave of a single frequency, monitoring the phase of the carrier wave of the same frequency reflected by the slave station, and detecting a change in the same phase at the frequency.
(2) A plurality of coupling circuits of the band-pass filter and the semiconductor switch are installed in parallel, a plurality of the two-terminal band-pass filter elements are installed in parallel, the plurality of band-pass filters and a plurality of two-terminal band-passes The passband frequencies of the filter elements are different, and the master station transmits the carrier waves of a plurality of different frequencies, monitors the phase of the carrier of the same frequency reflected by the slave station, and monitors the change of the same phase at each frequency. It has a function to detect.
(3) A sensor element whose impedance value changes with respect to an external input is coupled in series to some of the plurality of semiconductor switches.
(4) A pass band of the plurality of band pass filters is a specific one of the frequencies of the carrier wave transmitted from the master station.
(5) One of the band pass filters uses all frequencies of the carrier wave transmitted from the parent station as pass bands, and the pass band of the remaining band pass filter is transmitted from the parent station. Only a specific one of the carrier frequencies is set as a pass band.
(6) The sensor element requires an external power supply, and a band-pass filter having a pass band for all frequencies of the carrier wave newly transmitted from the master station is coupled to the input of the rectifier circuit, The output of the pass filter is supplied as an external power source of the sensor element through the smoothing circuit.
(7) A plurality of the slave stations exist, a single carrier frequency is used as a pass band, and a pass band of the band pass filter that is not coupled to the semiconductor switch to which the sensor element is coupled is different in each slave station. The master station identifies the plurality of slave stations by the difference in frequency of the temporal phase change of the carrier wave reflected from the plurality of slave stations.
(8) The non-power supply wireless according to claim 8, wherein the identification of the carrier wave transmitted from the master station by the reflected wave from the slave station is made to correspond to one slave station for a specific frequency. Monitoring system.
(9) The identification of the carrier wave transmitted from the master station by the reflected wave from the slave station is made to correspond to a specific combination of a plurality of frequencies.
(10) The combination of the specific plurality of frequencies is realized by a binary system corresponding to ON / OFF of the semiconductor switch related to the slave station identification of the slave station.
(11) The master station transmits a carrier wave having a passband frequency of the slave station recognition bandpass filter included in the slave station to be recognized at a time, and changes a temporal phase change of the carrier wave reflected from the slave station. For the purpose of monitoring and improving the recognition accuracy, a carrier wave of a part of the frequency of the carrier waves transmitted at one time is transmitted again to the slave station.
(12) The semiconductor switch is an FET switch.
(13) The rectifier circuit is a bridge type.
(14) The booster circuit includes a resonant circuit.
(15) The booster circuit includes a multistage voltage doubler rectifier circuit.
(16) The frequency of the carrier wave is several hundred MHz band to several GHz band.
(17) The external input of the sensor element is any one of temperature, pressure, chemical substance concentration, electricity, sound, electromagnetic waves, humidity, and radioactivity.
(18) The slave station reception antenna is a planar antenna.
(19) The slave station is composed of an integrated multilayer printed circuit board, the slave station reception antenna is formed on any surface of the multilayer printed circuit board, and elements other than the antenna forming the slave station on the other surface Formed or installed.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記本発明に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムに使用されることを特徴とする子局(送受信機)を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a slave station (transmitter / receiver) that is used in the non-power supply wireless monitoring system according to the present invention.
また、本発明は、上記目的を達成するため、電磁波である単一又は複数の周波数成分を有する搬送波を通信および電力供給媒体として用いた無電源ワイヤレスモニタリングシステムに使用される子局(送受信機)であって、前記子局は、平衡型アンテナである子局受信アンテナと、2つの信号接点を有し、そのうちの1つがそのまま前記子局受信アンテナの平衡出力の間に結合された半導体スイッチと、前記半導体スイッチのもう1つの前記信号接点が前記子局受信アンテナの平衡出力の間に結合される際に介される帯域通過フィルタと、前記子局受信アンテナの平衡出力の2つの出力線に夫々挿入された二端子帯域通過フィルタ素子と、該2つの二端子帯域通過フィルタ素子の出力で形成される平衡出力に結合される整流回路と、該整流回路の出力に結合された昇圧回路と、該昇圧回路の出力が前記半導体スイッチの制御接点に入力される際に介される平滑回路とを具備したものであることを特徴とする子局(送受信機)を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a slave station (transmitter / receiver) used in a non-powered wireless monitoring system using a carrier wave having a single or plural frequency components, which are electromagnetic waves, as a communication and power supply medium. The slave station includes a slave station receive antenna which is a balanced antenna, a semiconductor switch having two signal contacts, one of which is directly coupled between the balanced outputs of the slave station receive antennas The other signal contact of the semiconductor switch is coupled between the balanced output of the slave station receiving antenna and the two output lines of the band pass filter and the balanced output of the slave station receive antenna, respectively. An inserted two-terminal bandpass filter element, a rectifier circuit coupled to a balanced output formed by the outputs of the two two-terminal bandpass filter elements, and the rectifier circuit A slave circuit (transceiver) comprising: a booster circuit coupled to the output of the first switch; and a smoothing circuit interposed when the output of the booster circuit is input to the control contact of the semiconductor switch. I will provide a.
本発明によれば、人間のアクセスが困難な環境に設置されている、社会インフラシステム内の各装置の稼動状況、あるいは装置の置かれている環境の状況を、当該装置内に電池による電源を持つことなく半永久的に、且つ装置(子局)が設置された環境(場所)の好ましからぬ影響から人間を隔離しうる距離に確保しつつ、高い信頼性をもって監視あるいは調査する手段を得ることができる。 According to the present invention, the operation status of each device in the social infrastructure system or the status of the environment where the device is installed in an environment where human access is difficult can be determined. It is possible to obtain a means for monitoring or investigating with high reliability while ensuring a distance that can isolate a person from the undesired influence of the environment (place) where the device (slave station) is installed semipermanently without possessing it it can.
〔本発明の第1の実施の形態〕
(無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成を示す概略図である。本実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムでは、親局(BS)1と子局(CS)10との間で電力の伝送と通信を行う。
[First embodiment of the present invention]
(Configuration of non-powered wireless monitoring system)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a power-free wireless monitoring system according to the first embodiment of the present invention. In the non-power supply wireless monitoring system according to the present embodiment, power transmission and communication are performed between the master station (BS) 1 and the slave station (CS) 10.
(親局の構成)
親局1は、円偏波アンテナである親局送信アンテナ2と、該親局送信アンテナ2と逆旋の偏波特性を持つ円偏波アンテナである親局受信アンテナ3を具備する。
(Configuration of master station)
The
(子局の構成)
子局10は、平衡型の円偏波アンテナである子局受信アンテナ11、帯域通過フィルタ12、半導体スイッチ13、第1及び第2の二端子帯域通過フィルタ素子14,15、整流回路16、昇圧回路17、および平滑回路18を具備する。
(Configuration of slave stations)
The slave station 10 includes a slave
(親局および子局の動作)
親局送信アンテナ2は、単一の周波数成分を持つ下り回線電波4を子局10へ間欠的に送出する。
(Operation of master station and slave station)
The master station transmission antenna 2 intermittently transmits a downlink radio wave 4 having a single frequency component to the slave station 10.
該下り回線電波4は、子局受信アンテナ11に到達し、その一部分が子局受信アンテナ11に吸収され、残りの部分が上り回線電波5として親局に反射される。
The downlink radio wave 4 reaches the slave
子局受信アンテナ11の高周波回路側への平衡出力は、2つの二端子帯域通過フィルタ素子14,15を介した一対の出力線として、整流回路16に入力し、その出力を昇圧回路17を介し平滑回路18に入力し、半導体スイッチ13のひとつの接点端子はそのまま、他の接点端子は帯域通過フィルタ12を介し、子局受信アンテナ11の一対の平衡出力線の間に挿入され、平滑回路18の直流出力は、半導体スイッチ13の制御端子に結合する。半導体スイッチ13はFETスイッチであることが望ましい。
The balanced output to the high-frequency circuit side of the slave
さらに詳細に説明すると、親局1から子局10に対して発射された周波数f1の送信円偏波信号は下り回線電波4として、子局受信アンテナ11により受信され、二端子帯域通過フィルタ14,15の通過帯域周波数をf1としておけば、二端子帯域通過フィルタ14,15を介して整流回路16に入力される。
More specifically, a transmission circularly polarized wave signal having a frequency f1 emitted from the
整流回路16に入力された高周波電力は、半導体スイッチ13を駆動できる同半導体スイッチの接合ポテンシャルを超える直流電位まで昇圧回路17と平滑回路18から構成される回路を介して、半導体スイッチ13の制御端子に印加される。 The high frequency power input to the rectifier circuit 16 is supplied to the control terminal of the semiconductor switch 13 through a circuit composed of the booster circuit 17 and the smoothing circuit 18 to a DC potential exceeding the junction potential of the semiconductor switch that can drive the semiconductor switch 13. To be applied.
親局1より発射された電磁波エネルギーが平滑回路18の容量に徐々に蓄積され、半導体スイッチ13の制御端子に印加される直流電位はそれに伴い上昇し、一定時間を過ぎた後に、半導体スイッチ13はオン状態に入る。
The electromagnetic wave energy emitted from the
このとき、子局受信アンテナ11の出力には帯域通過フィルタ12が新たに挿入されることとなり、子局受信アンテナ11のインピーダンスは変化する。
At this time, the band pass filter 12 is newly inserted into the output of the slave
親局1から送信された下り回線電波4の電磁波は、子局10の受信アンテナ11により一部が反射され、回転方向が逆である上り回線電波5として親局の受信アンテナ3により検出される。親局1は、検出された上り回線電波5の位相を監視していれば、子局10の半導体スイッチ13の状態の変化、即ちオフ状態からオン状態への変化を検出できる。
A part of the electromagnetic wave of the downlink radio wave 4 transmitted from the
ここで、帯域通過フィルタ12および二端子帯域通過フィルタ素子14,15の通過帯域周波数が親局1の送信する下り回線電波4の周波数と異なれば、半導体スイッチ13はオフのままであるから、親局1は上り回線電波5の位相変化を検出することはできない。
Here, if the passband frequencies of the bandpass filter 12 and the two-terminal
また、親局1は下り回線電波4を間欠的に送信するので、親局1が下り回線電波4を送信していない期間は、子局10からの上り回線電波5と下り回線電波4が同時に存在しないので、親局1の送信電力と受信電力の極めて高いアイソレーションが実現される。
Further, since the
親局1が受信する電力が小さいので、他の無線システムが発生するスプリアス波による妨害に対する耐性を向上させるために本実施の形態では円偏波を用いている。
Since the power received by the
既存の屋内および地上波を用いる無線システムでは直線偏波を多く用いているために、これらの無線システムからのスプリアス波は親局1および子局10で用いられる円偏波アンテナによって大きな減衰を受け、本実施の形態のシステム動作に対する同スプリアス波の影響は大幅に低減される。
Since existing indoor and terrestrial radio systems use a lot of linearly polarized waves, spurious waves from these radio systems are greatly attenuated by the circularly polarized antennas used in the
(電磁波の周波数)
本実施の形態において、親局1と子局10間の信号および電力の伝送を担う電磁波の周波数は数百MHzから数GHzとすることが好ましい。
(Electromagnetic frequency)
In the present embodiment, it is preferable that the frequency of the electromagnetic wave responsible for signal and power transmission between the
すなわち、外部から電磁波によって供給される電力を用いて再び外部に電磁波を放射する場合、この放射される電磁波の電力を最大にするためには、外部から電磁波によって供給される電力を如何に効率よく該放射される電磁波の電力に変換するかが重要である。 That is, when the electromagnetic wave is radiated to the outside again using the electric power supplied from the outside, in order to maximize the electric power of the radiated electromagnetic wave, how efficiently the electric power supplied from the outside is It is important whether it is converted into electric power of the radiated electromagnetic wave.
地上の電磁波の伝播特性およびアンテナ効率の点から、屋外の無線通信に用いるべき電磁波の周波数は数百MHzから数GHz(より具体的には300MHz〜3GHz程度であり、室内の応用を考えれば上限が6GHz程度)が好ましく、数百MHz未満の周波数では現実的な装置の寸法(数十センチ以下)で効率の良いアンテナを実現することが不可能であり、数GHzを超える周波数では塵や水蒸気による電波伝播時の伝播損失が大きくなり屋外での電磁波のエネルギー伝送効率劣化が無視できない。 From the viewpoint of propagation characteristics of electromagnetic waves on the ground and antenna efficiency, the frequency of electromagnetic waves to be used for outdoor wireless communication is several hundred MHz to several GHz (more specifically, about 300 MHz to 3 GHz. It is not possible to realize an efficient antenna with a realistic device size (several tens of centimeters) at frequencies below several hundred MHz, and dust and water vapor at frequencies above several GHz. Propagation loss at the time of radio wave propagation due to, and the energy transmission efficiency deterioration of electromagnetic waves outdoors cannot be ignored.
(本発明の第1の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、特定の子局を親局から送信する下り回線電波の周波数により識別できる効果がある。また、増幅器、発信器等の作動に大きな消費電力を必要とする回路を子局が含まないので、親局からの子局への送信電力を低減できる効果があり、換言すれば、親局が検出できる子局までの距離を延長する効果がある。
(Effects of the first embodiment of the present invention)
According to the present embodiment, there is an effect that a specific slave station can be identified by the frequency of the downlink radio wave transmitted from the master station. In addition, since the slave station does not include circuits that require large power consumption for the operation of amplifiers, transmitters, etc., there is an effect that the transmission power from the master station to the slave station can be reduced. This has the effect of extending the distance to the slave station that can be detected.
〔本発明の第2の実施の形態〕
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成を示す概略図である。以下に説明する事項以外は、第1の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムと同様である。
[Second Embodiment of the Present Invention]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a power-free wireless monitoring system according to the second embodiment of the present invention. The items other than those described below are the same as those of the non-power supply wireless monitoring system according to the first embodiment.
本実施の形態に係る子局10は、帯域通過フィルタ12(12a,12b,12c)と半導体スイッチ13(13a,13b,13c)の結合回路が複数並列的に設置され、二端子帯域通過フィルタ素子14(14a,14b,14c),15(15a,15b,15c)が複数並列的に設置され、これら複数の帯域通過フィルタと複数の二端子帯域通過フィルタ素子の通過帯域周波数が異なり、親局1からの下り回線電波4が複数の異なる周波数成分を持つ。帯域通過フィルタ12、二端子帯域通過フィルタ素子14,15の数は3で、夫々下り回線電波4の3つの周波数成分f1,f2,f3を通過帯域周波数としている。
In the slave station 10 according to the present embodiment, a plurality of coupling circuits of the band pass filter 12 (12a, 12b, 12c) and the semiconductor switch 13 (13a, 13b, 13c) are installed in parallel, and a two-terminal band pass filter element 14 (14a, 14b, 14c), 15 (15a, 15b, 15c) are installed in parallel, and the passband frequencies of the plurality of bandpass filters and the plurality of two-terminal bandpass filter elements are different. The downlink radio wave 4 from has a plurality of different frequency components. The number of the band-pass filter 12 and the two-terminal band-
(本発明の第2の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)親局1は上り回線電波5を周波数f1,f2,f3ごとに監視すれば、これら3つの全ての周波数において、上り回線電波5の位相変化を検出できる。
(2)n個の子局を識別するためにはn個の周波数が必要であるが、本実施の形態では、3つの周波数における上り回線電波5の位相の変化を用いることが出来るので、帯域通過フィルタ12および二端子帯域通過フィルタ素子14,15の通過帯域周波数の組み合わせを適当に選択することにより、上り回線電波5の周波数成分を削減でき、親局1の送信電力削減、即ち消費電力低減に効果がある。
(3)一般の無線システムでは他システムの共存のため、一つの無線システムに割り当てられる使用可能周波数帯域は制限されるので、限られた周波数帯域の中で、識別可能な子局の数を増やす効果がある。
(Effect of the second embodiment of the present invention)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) If the
(2) In order to identify n slave stations, n frequencies are required, but in this embodiment, a change in the phase of the uplink radio wave 5 at three frequencies can be used. By appropriately selecting the combination of the pass band frequencies of the pass filter 12 and the two-terminal band
(3) In a general wireless system, the usable frequency band allocated to one wireless system is limited because of coexistence of other systems. Therefore, the number of identifiable slave stations is increased within the limited frequency band. effective.
〔本発明の第3の実施の形態〕
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成を示す概略図である。以下に説明する事項以外は、第2の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムと同様である。
[Third embodiment of the present invention]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a power-free wireless monitoring system according to the third embodiment of the present invention. The items other than those described below are the same as those of the non-power supply wireless monitoring system according to the second embodiment.
本実施の形態に係る子局10は、複数の半導体スイッチ13と帯域通過フィルタ12の直列回路のうちの1つが、半導体スイッチ13cと帯域通過フィルタ12cおよびセンサ素子19の直列回路に置き換わっている点において、第2の実施の形態と相違する。なお、説明を容易にするため、帯域通過フィルタ12と二端子帯域通過フィルタ素子14,15の数は2とした。
In the slave station 10 according to the present embodiment, one of a series circuit of a plurality of semiconductor switches 13 and a band pass filter 12 is replaced with a series circuit of a
センサ素子19としては周囲環境に応じてその抵抗成分を変化させる素子(例えばサーミスタ等)を想定しているが、周囲環境に応じて位相を変化させる素子であれば、親局は上り回線電波のf2の位相変化の度合いを検出することで、子局の周囲環境情報を検出することが可能である。 The sensor element 19 is assumed to be an element (for example, a thermistor) that changes its resistance component according to the surrounding environment. However, if the element changes the phase according to the surrounding environment, the master station By detecting the degree of phase change of f2, it is possible to detect the ambient environment information of the slave station.
(本発明の第3の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)下り回線電波4の周波数成分のうちf2を子局10の周囲状況情報を伝送する周波数とすれば、上り回線電波5のf2の位相変化を監視し、そのときの振幅変化を同時に観測することにより、子局10の置かれている周囲環境情報を無線で遠隔より得ることが出来る。
(2)直接に子局へ接近することが難しい危険地域・立ち入り制限地域の周囲環境モニタの無線による遠隔実施ができる。
(Effect of the third embodiment of the present invention)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) If f2 of the frequency components of the downlink radio wave 4 is a frequency for transmitting the ambient condition information of the slave station 10, the phase change of f2 of the uplink radio wave 5 is monitored, and the amplitude change at that time is observed simultaneously By doing so, the surrounding environment information where the slave station 10 is placed can be obtained wirelessly from a remote location.
(2) Remote implementation of the surrounding environment monitor in dangerous areas and restricted access areas where direct access to the slave station is difficult is possible.
〔本発明の第4の実施の形態〕
図4は、本発明の第4の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成を示す概略図である。以下に説明する事項以外は、第3の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムと同様である。
[Fourth embodiment of the present invention]
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a power-free wireless monitoring system according to the fourth embodiment of the present invention. The items other than those described below are the same as those of the non-power supply wireless monitoring system according to the third embodiment.
本実施の形態に係る子局10は、帯域通過フィルタ12(12a,12b)と半導体スイッチ13(13a,13b)の結合回路が2つ並列的に設置され、二端子帯域通過フィルタ素子14(14a,14b,14d),15(15a,15b,15d)が3つ並列的に設置され、これら複数の帯域通過フィルタと複数の二端子帯域通過フィルタ素子の通過帯域周波数が異なり、親局1からの下り回線電波4が3つの異なる周波数成分を持つ点において、第3の実施の形態と相違する。 In the slave station 10 according to the present embodiment, two coupling circuits of the band-pass filter 12 (12a, 12b) and the semiconductor switch 13 (13a, 13b) are installed in parallel, and the two-terminal band-pass filter element 14 (14a , 14b, 14d), 15 (15a, 15b, 15d) are installed in parallel, and the passband frequencies of the plurality of bandpass filters and the plurality of two-terminal bandpass filter elements are different from each other. This is different from the third embodiment in that the downlink radio wave 4 has three different frequency components.
(本発明の第4の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
第3の実施の形態では、子局自体の認識には単一のf1の周波数のみ用いており、子局をn個設置したい場合に周波数をn+1個必要とするが、第2の実施の形態と同様の原理により、本実施の形態では子局の増加に対する、システムの使用周波数の増大を抑えることができ、第1の実施の形態に対する第2の実施の形態と同様の効果がある。
(Effect of the fourth embodiment of the present invention)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
In the third embodiment, only the frequency of a single f1 is used for recognizing the slave station itself. When n slave stations are desired to be installed, n + 1 frequencies are required. In this embodiment, an increase in the frequency of use of the system can be suppressed with respect to an increase in the number of slave stations, and the same effect as in the second embodiment relative to the first embodiment can be obtained.
〔本発明の第5の実施の形態〕
図5は、本発明の第5の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成を示す概略図である。以下に説明する事項以外は、第3の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムと同様である。
[Fifth embodiment of the present invention]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a power-free wireless monitoring system according to the fifth embodiment of the present invention. The items other than those described below are the same as those of the non-power supply wireless monitoring system according to the third embodiment.
本実施の形態に係る子局10は、二端子帯域通過フィルタ素子14,15が新たに1つ並列的に追加設置され、これら追加設置された二端子帯域通過フィルタ素子の通過帯域周波数が本無線システムの全体帯域周波数であり、センサ素子19が電源を必要とする点において、第3の実施の形態と相違する。
In the slave station 10 according to the present embodiment, one two-terminal
センサ素子19を駆動するためには、第3の実施の形態とは別に新たな電源の源を見つける必要がある。本実施の形態では、本システムが使用を許されている周波数帯域のどこかに、センサ素子19の駆動用に新たな周波数の電磁波を下り回線電波4に加えることで、新たな源を作る。 In order to drive the sensor element 19, it is necessary to find a new power source separately from the third embodiment. In the present embodiment, a new source is created by adding an electromagnetic wave having a new frequency to the downlink radio wave 4 for driving the sensor element 19 somewhere in a frequency band in which the system is allowed to be used.
(本発明の第5の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
子局の数が多い場合は、1つの子局が子局自体の認識および周囲環境情報伝達用に用いる周波数は、親局が送信する下り回線電波の全周波数成分より少なくなるので、この場合、子局が認識および情報伝達に不要な電波を効率的に自局のセンサ駆動電源の源とすることが可能となる。
(Effects of the fifth embodiment of the present invention)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
When the number of slave stations is large, the frequency used by one slave station for recognition of the slave station itself and the transmission of ambient environment information is less than the total frequency component of the downlink radio wave transmitted by the master station. It becomes possible for the slave station to efficiently use a radio wave unnecessary for recognition and information transmission as a source of the sensor drive power supply of the slave station.
〔本発明の第6の実施の形態〕
図6は、本発明の第6の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成を示す概略図である。
[Sixth embodiment of the present invention]
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a power-free wireless monitoring system according to the sixth embodiment of the present invention.
本実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムは、複数の子局が存在するときのシステム構成である。 The powerless wireless monitoring system according to the present embodiment has a system configuration when there are a plurality of slave stations.
図7は、本発明の第6の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムにおいて、複数の子局を親局が識別するための、送信出力の周波数別タイムシーケンスを示すチャートである。 FIG. 7 is a chart showing a time sequence for each frequency of transmission output for the master station to identify a plurality of slave stations in the non-power supply wireless monitoring system according to the sixth embodiment of the present invention.
図6では3個の子局10,20,30が存在し、親局1は夫々を認識するためにf1,f2,f3の周波数を用いている。本システムでは最大7つの子局を収容可能で、図7に示すように、3つの周波数の特定のどの周波数について子局が位相変化をきたすかがあらかじめ示されている。
In FIG. 6, there are three slave stations 10, 20, and 30, and the
図7に示すように、まず親局1は一度にf1,f2,f3の周波数を含む下り回線電波4を送信する。このとき、図7の表にあるように、同一の周波数については、特定の2つの子局のみが位相変化をきたす。
As shown in FIG. 7, first, the
ここで、子局の位置がシステム使用する波長に対して近い位置(例えば1/2波長以内)にいる場合は、時間軸上ではこれらの位置にある複数の子局のうちどの子局からの応答かを判別することが難しい。 Here, when the position of the slave station is close to the wavelength used by the system (for example, within ½ wavelength), from which slave station among a plurality of slave stations at these positions on the time axis It is difficult to determine whether it is a response.
システムが使用する波長を短くすれば子局の位置の分解能は向上するが、フリスの伝播公式により波長を短くすると周波数が高く、かつ空間の減衰が大きくなり、子局を配置できるエリアが収縮してしまう不都合が生じる。 If the wavelength used by the system is shortened, the resolution of the position of the slave station is improved. However, if the wavelength is shortened according to the Friis propagation formula, the frequency is increased and the attenuation of the space is increased, and the area where the slave station can be arranged shrinks. This causes inconvenience.
この問題を解決するために、次のタイミングで、f1,f2,f3の周波数をのみ含む下り回線電波4を親局1は送信する。そうすれば、原理的に下り回線電波4に応答可能な子局の数が減少し、結果として、子局を判別する分解能が向上する。
In order to solve this problem, the
なお、一度にf1,f2,f3を送信して、すべての周波数において位相変化を検出できるが、CS1,CS2,CS3が波長に比べて近接している場合は、あたかもひとつの子局でこれら3周波数において位相変化をきたしているかのごとく観測できるので、CS1,CS2,CS3の一団をCS0かのように誤認識してしまう。ところが、f1,f2,f3の単独送信によって、図2,3,4にあるように、平滑回路が蓄える電力の量が異なるために、半導体スイッチのオンのタイミングがずれてくる。例えばf1のみを送れば、CS0はオンのタイミングの遅れは、C1,C3のものより顕著になる。このタイミングのずれを検出することにより、子局の誤認識の確率を低減することが出来る。 Note that phase changes can be detected at all frequencies by transmitting f1, f2, and f3 at a time. However, when CS1, CS2, and CS3 are close to each other in terms of wavelength, it is as if these substations are connected to a single slave station. Since it can be observed as if the phase has changed in frequency, a group of CS1, CS2, and CS3 is erroneously recognized as if it were CS0. However, as shown in FIGS. 2, 3, and 4, the amount of power stored in the smoothing circuit is different due to the single transmission of f <b> 1, f <b> 2, and f <b> 3. For example, if only f1 is sent, the delay of the timing of turning on CS0 becomes more prominent than that of C1 and C3. By detecting this timing shift, the probability of misrecognition of a slave station can be reduced.
〔本発明の第7の実施の形態〕
図8は、本発明の第7の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成を示す概略図である。以下に説明する事項以外は、第2の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムと同様である。
[Seventh embodiment of the present invention]
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a power-free wireless monitoring system according to the seventh embodiment of the present invention. The items other than those described below are the same as those of the non-power supply wireless monitoring system according to the second embodiment.
本実施の形態に係る子局10は、整流回路16として、ブリッジ型整流回路41を用いている点において、第2の実施の形態と相違する。 The slave station 10 according to the present embodiment is different from the second embodiment in that a bridge type rectifier circuit 41 is used as the rectifier circuit 16.
(本発明の第7の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
平衡入力の高周波を効率よく整流できるので、半導体スイッチのオンまでに有する時間を短縮でき、本システムによる無線遠隔モニタリングの所要時間を短縮する効果がある。
(Effect of the seventh embodiment of the present invention)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
Since the high frequency of the balanced input can be efficiently rectified, the time required until the semiconductor switch is turned on can be shortened, and the time required for wireless remote monitoring by this system can be shortened.
〔本発明の第8の実施の形態〕
図9は、本発明の第8の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成を示す概略図である。以下に説明する事項以外は、第7の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムと同様である。
[Eighth Embodiment of the Invention]
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a power-free wireless monitoring system according to the eighth embodiment of the present invention. The items other than those described below are the same as those of the non-power supply wireless monitoring system according to the seventh embodiment.
本実施の形態に係る子局10は、昇圧回路17として、共振型昇圧回路42を用いている点において、第7の実施の形態と相違する。 The slave station 10 according to the present embodiment is different from the seventh embodiment in that a resonance type booster circuit 42 is used as the booster circuit 17.
(本発明の第8の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
損失の少ない電気回路で電圧の昇圧が可能となるので、平衡入力の高周波電力を効率よく平滑回路に蓄積できるので、半導体スイッチのオンまでに有する時間を短縮でき、本システムによる無線遠隔モニタリングの所要時間を短縮する効果がある。
(Effect of 8th Embodiment of this invention)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
Since the voltage can be boosted with a low-loss electric circuit, high-frequency power of balanced input can be efficiently stored in the smoothing circuit, so the time required to turn on the semiconductor switch can be shortened and the wireless remote monitoring required by this system is required. It has the effect of reducing time.
〔本発明の第9の実施の形態〕
図10は、本発明の第9の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの構成を示す概略図である。以下に説明する事項以外は、第7の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムと同様である。
[Ninth embodiment of the present invention]
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a power-free wireless monitoring system according to the ninth embodiment of the present invention. The items other than those described below are the same as those of the non-power supply wireless monitoring system according to the seventh embodiment.
本実施の形態に係る子局10は、昇圧回路17として、n倍電圧整流昇圧回路43を用いている点において、第7の実施の形態と相違する。 The slave station 10 according to the present embodiment is different from the seventh embodiment in that an n-fold voltage rectification booster circuit 43 is used as the booster circuit 17.
(本発明の第9の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
整流と電圧の昇圧が同時に可能となるので、整流回路・昇圧回路・平滑回路全体しての回路部品の低減が可能であり、子局の回路規模削減に効果があり、子局の小型化、製造コストの引き下げに効果がある。
(Effects of the ninth embodiment of the present invention)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
Since rectification and voltage boosting are possible at the same time, it is possible to reduce the circuit components of the rectifier circuit, booster circuit and smoothing circuit as a whole, which is effective in reducing the circuit scale of the slave station, miniaturizing the slave station, Effective in reducing manufacturing costs.
〔本発明の第10の実施の形態〕
図11は、本発明の第10の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの子局の構成を示す概略図である。既述の本発明の各種実施の形態と同様である点の説明は省略する。
[Tenth embodiment of the present invention]
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a slave station of the non-power supply wireless monitoring system according to the tenth embodiment of the present invention. A description of the same points as those of the various embodiments of the present invention described above will be omitted.
(子局の構成)
図11に示す子局は、表層101と中間グランド層105と裏層102と内層配線層108の四層構造をなす多層基板で構成され、表層101と内層配線層108の間には第三の誘電体層106が形成され、内層配線層108と中間グランド層105の間には第一の誘電体層103が形成され、裏層102と中間グランド層105の間は第二の誘電体層104が形成されている。
(Configuration of slave stations)
The slave station shown in FIG. 11 is composed of a multilayer substrate having a four-layer structure of a surface layer 101, an intermediate ground layer 105, a
裏層102には平衡型の円偏波受信アンテナ111a、111bが形成され、表層101には帯域通過フィルタ112、半導体スイッチ113、二端子帯域通過フィルタ素子114,115、ブリッジ型整流回路141、昇圧回路117、平滑回路118が形成されている。
Balanced circularly polarized
(子局の動作)
円偏波送信アンテナ111の平衡出力は、二つの貫通スルーホール161を用いて中間グランド層105に設けられた通過孔163を非接触貫通し、二端子帯域通過フィルタ素子114の並列回路、および同115の並列回路を介した一対の出力線として、ブリッジ型整流回路141に入力し、該ブリッジ型整流回路141の出力の一端は短絡用スルーホール162によって中間グランド層105に電気的に接続され、他の一端は昇圧回路117を介し平滑回路118に入力し、昇圧回路117と平滑回路118のアース電位はスルーホール162によって中間グランド層105に電気的に接続され、ひとつの接点端子を帯域通過フィルタ112に結合した半導体スイッチ113と帯域通過フィルタ112で形成される直列回路を円偏波受信アンテナ111の一対の平衡出力線の間に複数挿入し、さらに同直列回路にセンサ素子119を直列結合した回路を円偏波受信アンテナ111の一対の平衡出力線の間に挿入し、平滑回路118の直流出力は、寸止めスルーホール164を介し、内層配線層108に形成される内層配線パタン107に結合し、半導体スイッチ13の制御端子が内層配線パタン107に結合する。
(Operation of slave station)
The balanced output of the circularly polarized wave transmitting antenna 111 passes through the through
(本発明の第10の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
裏層102に形成された円偏波受信アンテナ111から、表層101に形成された各種高周波回路および中間周波回路が中間グランド層105によって電磁気的に遮蔽されるので、当該各種高周波回路および中間周波回路の動作を安定させる効果があるとともに、第4の実施の形態(図4)の構成を汎用プリント多層基板プロセスを用いて一体の薄板構造で実現できるため、第4の実施の形態の効果を安価に実現することが出来る。
(Effect of the 10th Embodiment of this invention)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
Since various high frequency circuits and intermediate frequency circuits formed on the surface layer 101 are electromagnetically shielded by the intermediate ground layer 105 from the circularly polarized wave receiving antenna 111 formed on the
〔本発明の第11の実施の形態〕
図12は、本発明の第11の実施の形態に係る無電源ワイヤレスモニタリングシステムの子局の構成を示す概略図である。既述の本発明の各種実施の形態と同様である点の説明は省略する。
[Eleventh embodiment of the present invention]
FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the slave station of the power-free wireless monitoring system according to the eleventh embodiment of the present invention. A description of the same points as those of the various embodiments of the present invention described above will be omitted.
(子局の構成)
図12に示す子局は、センサ回路119が駆動用の電源を必要とし、同電源を供給するために、二端子帯域通過フィルタ素子114と115の一組の通過帯域周波数をシステムの使用全周波数帯域とし、寸止めスルーホール164を新設して内層配線パタン107にセンサ回路119の電源供給端子を結合する点において、第10の実施の形態と相違する。
(Configuration of slave stations)
The slave station shown in FIG. 12 requires a power source for driving the sensor circuit 119. In order to supply the power source, a set of pass band frequencies of the two-terminal band pass filter elements 114 and 115 is used as the total frequency used by the system. This is different from the tenth embodiment in that a band is provided and a dimension stop through-
(本発明の第11の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)電源を要するセンサ素子を用いることができるので、センサ機能をより高度化あるいはより高感度化できるので、より複雑な、或いはより高感度の子局が置かれた周囲環境情報の無線遠隔モニタリングが可能となる。
(2)第5の実施の形態(図5)の構成を汎用プリント多層基板プロセスを用いて一体の薄板構造で実現できるので、第5の実施の形態(図5)の効果を安価に実現することが出来る。
(Effect of 11th Embodiment of this invention)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since a sensor element that requires a power supply can be used, the sensor function can be enhanced or enhanced in sensitivity, so that it is possible to wirelessly remote the surrounding environment information in which more complicated or more sensitive slave stations are placed. Monitoring becomes possible.
(2) Since the configuration of the fifth embodiment (FIG. 5) can be realized by an integrated thin plate structure using a general-purpose printed multilayer board process, the effect of the fifth embodiment (FIG. 5) is realized at low cost. I can do it.
1:親局
2:親局送信アンテナ
3:親局受信アンテナ
4:下り回線電波
5:上り回線電波
10,20,30:子局
11,21,31:子局受信アンテナ
12(12a〜12d):帯域通過フィルタ
13(13a〜13d):半導体スイッチ
14(14a〜14d):第一の二端子帯域通過フィルタ
15(15a〜15d):第二の二端子帯域通過フィルタ
16:整流回路
17:昇圧回路
18:平滑回路
19:センサ素子
41:ブリッジ型整流回路
42:共振型昇圧回路
43:n倍電圧整流昇圧回路
101:表層
102:裏層
103:第一の誘電体層
104:第二の誘電体層
105:中間グランド層
106:第三の誘電体層
107:内層配線パタン
108:内層配線層
111a,111b:円偏波受信アンテナ
112:帯域通過フィルタ
113:半導体スイッチ
114:第一の二端子帯域通過フィルタ
115:第二の二端子帯域通過フィルタ
117:昇圧回路
118:平滑回路
119:センサ素子
141:ブリッジ型整流回路
161:貫通スルーホール
162:短絡用スルーホール
163:通過孔
164:寸止めスルーホール
1: master station 2: master station transmit antenna 3: master station receive antenna 4: downlink radio wave 5: uplink radio waves 10, 20, 30:
Claims (22)
前記親局は、前記搬送波を前記子局に間欠的に伝送する円偏波の親局送信アンテナと、該親局送信アンテナと異なる回転方向を有する円偏波の親局受信アンテナとを具備し、
前記子局は、平衡型アンテナである子局受信アンテナと、2つの信号接点を有し、そのうちの1つがそのまま前記子局受信アンテナの平衡出力の間に結合された半導体スイッチと、前記半導体スイッチのもう1つの前記信号接点が前記子局受信アンテナの平衡出力の間に結合される際に介される帯域通過フィルタと、前記子局受信アンテナの平衡出力の2つの出力線に夫々挿入された二端子帯域通過フィルタ素子と、該2つの二端子帯域通過フィルタ素子の出力で形成される平衡出力に結合される整流回路と、該整流回路の出力に結合された昇圧回路と、該昇圧回路の出力が前記半導体スイッチの制御接点に入力される際に介される平滑回路とを具備したものであることを特徴とする無電源ワイヤレスモニタリングシステム。 A non-powered wireless monitoring system that includes a master station (first transmitter / receiver) and a slave station (second transmitter / receiver), and uses a carrier wave having a single or multiple frequency components as electromagnetic waves as a communication and power supply medium. There,
The parent station includes a circularly polarized parent station transmitting antenna that intermittently transmits the carrier wave to the slave station, and a circularly polarized parent station receiving antenna having a rotation direction different from that of the parent station transmitting antenna. ,
The slave station includes a slave station receive antenna which is a balanced antenna, a semiconductor switch having two signal contacts, one of which is directly coupled between the balanced outputs of the slave station receive antennas, and the semiconductor switch Are inserted into two output lines of the band pass filter and the balanced output of the slave station receiving antenna, respectively. A terminal bandpass filter element, a rectifier circuit coupled to a balanced output formed by the outputs of the two two-terminal bandpass filter elements, a booster circuit coupled to the output of the rectifier circuit, and an output of the booster circuit And a smoothing circuit that is interposed when the signal is input to the control contact of the semiconductor switch.
前記子局は、平衡型アンテナである子局受信アンテナと、2つの信号接点を有し、そのうちの1つがそのまま前記子局受信アンテナの平衡出力の間に結合された半導体スイッチと、前記半導体スイッチのもう1つの前記信号接点が前記子局受信アンテナの平衡出力の間に結合される際に介される帯域通過フィルタと、前記子局受信アンテナの平衡出力の2つの出力線に夫々挿入された二端子帯域通過フィルタ素子と、該2つの二端子帯域通過フィルタ素子の出力で形成される平衡出力に結合される整流回路と、該整流回路の出力に結合された昇圧回路と、該昇圧回路の出力が前記半導体スイッチの制御接点に入力される際に介される平滑回路とを具備したものであることを特徴とする子局(送受信機)。 A slave station (transmitter / receiver) used in a power-free wireless monitoring system using a carrier wave having a single or a plurality of frequency components that are electromagnetic waves as a communication and power supply medium,
The slave station includes a slave station receive antenna which is a balanced antenna, a semiconductor switch having two signal contacts, one of which is directly coupled between the balanced outputs of the slave station receive antennas, and the semiconductor switch Are inserted into two output lines of the band pass filter and the balanced output of the slave station receiving antenna, respectively. A terminal bandpass filter element, a rectifier circuit coupled to a balanced output formed by the outputs of the two two-terminal bandpass filter elements, a booster circuit coupled to the output of the rectifier circuit, and an output of the booster circuit And a smoothing circuit that is interposed when the signal is input to the control contact of the semiconductor switch.
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