JP2010261840A - Surface acoustic wave element, sensor, sensing system, and state detection method - Google Patents

Surface acoustic wave element, sensor, sensing system, and state detection method Download PDF

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Tetsuji Sugiura
哲治 杉浦
Shinichiro Kichiishi
真一郎 拮石
Atsushi Watanabe
敦 渡辺
Takaharu Inoue
隆治 井上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface acoustic wave element that readily detects the response of a plurality of element parts, using a simple and small-sized circuit by utilizing a signal level detection system, and to provide a sensor, a sensing system and a state detection method. <P>SOLUTION: Since a first delay part 51, having a structure of a delay line is, included between an element part 19 for measurement and an element part 21 for reference, a signal outputted from the element part 19 for measurement can be delayed, with respect to a signal outputted from the element part 21 for reference. Namely, the signal outputted from the element part 19 for measurement can be made to deviate, in time from the signal outputted from the element part 21 for reference. Consequently, even when the signal outputted from the element part 19 for measurement and the signal outputted from the element part 21 for reference are transmitted by radio, an external device 3 which receives the signals can separate both signals, according to the deviation in time between both signals. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、弾性表面波(表面音響波:SAW)を利用して、測定対象の様々な状態(ガス濃度、温度、圧力、液体の粘度等)の変化を検出するために、2以上の素子部(例えば参照用素子部、測定用素子部)を備えた弾性表面波素子と、そのセンサと、センサと信号を送受信する外部装置を備えたセンシングシステムと、弾性表面波を利用して測定対象の状態を検出する状態検知方法に関する。   The present invention uses surface acoustic waves (surface acoustic waves: SAW) to detect changes in various states (gas concentration, temperature, pressure, liquid viscosity, etc.) of a measurement object, and two or more elements Surface acoustic wave element provided with a portion (for example, a reference element portion, a measurement element portion), a sensor thereof, a sensing system including an external device that transmits and receives signals to and from the sensor, and a measurement target using the surface acoustic wave The present invention relates to a state detection method for detecting the state of the above.

従来より、弾性表面波の特性を利用して、測定対象のガス濃度、温度、圧力、液体の粘度等を検知するセンシングシステムが開発されており、例えば遅延線による遅延時間や位相変化を利用した検知方法や、共振器を用いた信号レベル変化や周波数変化による検知方法が知られている。   Conventionally, a sensing system that detects the gas concentration, temperature, pressure, liquid viscosity, etc. of the measurement object using the characteristics of surface acoustic waves has been developed. For example, a delay time or phase change by a delay line is used. A detection method and a detection method using a signal level change or a frequency change using a resonator are known.

このうち、遅延線を用いた遅延時間による温度、圧力の検知方法としては、チャープ信号を利用した技術が提案されている(特許文献1参照)。
また、測定対象ガスを検知する場合は、小型化と高感度化を目的に、共振型のセンサが知られている(特許文献2参照)。
Among these, as a method for detecting temperature and pressure based on a delay time using a delay line, a technique using a chirp signal has been proposed (see Patent Document 1).
In the case of detecting a measurement target gas, a resonance type sensor is known for the purpose of miniaturization and high sensitivity (see Patent Document 2).

更に、応力・圧力といった機械的摂動を検知する場合は、遅延線による応答がナノオーダーと微小であるため、共振器を用いたセンサが主流となっているが、この共振型センサを用いた無線検波の技術、即ち、共振型センサから無線にて送信された信号波を受信回路にて検知する技術(共振型周波数検波)も、既に検討されている(特許文献3、4参照)。   Furthermore, when detecting mechanical perturbations such as stress and pressure, the response due to the delay line is very small, on the order of nanometers. Therefore, sensors using resonators are the mainstream. A technique of detection, that is, a technique of detecting a signal wave transmitted wirelessly from a resonant sensor by a receiving circuit (resonant frequency detection) has already been studied (see Patent Documents 3 and 4).

特表平7−502613号公報JP 7-502613 A 特開2006−313092号公報JP 2006-313092 A 特表2005−501235号公報JP 2005-501235 A 特表2007−52248号公報Special table 2007-52248 gazette

上述した共振型センサを用いた場合の検波方法として、共振周波数検波と信号レベル検波とが知られているが、例えば一対の櫛歯電極からなる電極部とそれに対応した反射器を備えた素子部を複数個(例えば測定用の素子部と参照用の素子部或いは複数のガス検知素子)を用い、その検波を無線で行う場合には、下記の様な問題があった。   Resonance frequency detection and signal level detection are known as detection methods when the above-described resonance type sensor is used. For example, an element unit including an electrode unit composed of a pair of comb electrodes and a reflector corresponding thereto. When a plurality of (for example, a measurement element part and a reference element part or a plurality of gas detection elements) are used and the detection is performed wirelessly, there are the following problems.

つまり、共振周波数検波では、共振周波数の異なる素子を配置し、周波数変調を用いることで、受信した信号から各素子部に対応する成分を分解できるため、複数の素子部から反射信号を同時に受信した場合でも、分離・復調が可能であるが、そのためには、周波数シンセサイザが必要となり、回路構成が複雑になりサイズも大きくなるという問題があった。   In other words, in resonant frequency detection, by disposing elements with different resonant frequencies and using frequency modulation, components corresponding to each element part can be decomposed from the received signal, so that reflected signals are received simultaneously from multiple element parts. Even in such a case, separation / demodulation is possible, but for that purpose, a frequency synthesizer is required, and there is a problem that the circuit configuration becomes complicated and the size becomes large.

一方、信号レベル検波の場合は、シンプルな回路構成となるが、受信信号が混信してしまうため、複数の素子部からの信号を分離して検波することが困難であった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、信号レベル検波方式を採用でき、シンプル且つ小型な回路で、複数の素子からなる応答波形の検波を容易に実現できる弾性表面波素子、センサ、センシングシステム、及び状態検知方法を提供することを目的とする。
On the other hand, in the case of signal level detection, a simple circuit configuration is used. However, since reception signals are mixed, it is difficult to separate and detect signals from a plurality of element units.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems. A surface acoustic wave element and a sensor that can employ a signal level detection method and can easily detect a response waveform composed of a plurality of elements with a simple and small circuit. It is an object to provide a sensing system and a state detection method.

(1)請求項1の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備えた一方の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた他方の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第1遅延部を備えたことを特徴とする。   (1) In the invention of claim 1, one element portion having a pair of electrodes and a reflector on a piezoelectric substrate and a gas adsorber for adsorbing a measurement target gas, and a pair of electrodes and a reflector on the piezoelectric substrate are provided. A surface acoustic wave element having a frequency characteristic that changes in accordance with a calorific value or an increase in mass due to the measurement target gas adsorbed on the gas adsorbent. A first delay unit for delaying a signal of one element unit with respect to a signal of the other element unit is provided.

本発明では、両素子部のうち、一方の素子部(例えばガス吸着体を備えた測定用の素子部)の信号を他方の素子部(例えば参照用の素子部)の信号に対して遅延させる(例えば遅延線によって構成される)第1遅延部を備えているので、例えば、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。   In the present invention, the signal of one element part (for example, the element part for measurement provided with the gas adsorbent) is delayed from the signal of the other element part (for example, the element part for reference). Since the first delay unit (for example, constituted by a delay line) is provided, for example, the signal output from the measurement element unit and the signal output from the reference element unit are shifted in time. Can do.

従って、例えば、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する場合でも、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離して検波することができる。よって、その各々の信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握し、所定の簡単な演算を行うことにより、測定対象ガスの状態(例えばガス濃度)を容易に把握することができる。   Therefore, for example, even when the signal output from the measurement element unit and the signal output from the reference element unit are transmitted wirelessly, the received device causes both signals Can be detected separately. Therefore, the signal level detection method is applied to each signal to grasp the signal state, and the state of the measurement target gas (for example, gas concentration) is easily grasped by performing a predetermined simple calculation. be able to.

つまり、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する場合でも、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象ガスの状態を検知することができる。   In other words, according to the present invention, a signal level detection method using a surface acoustic wave element including a measurement element section and a reference element section and transmitting a signal wirelessly can be achieved with a simple circuit configuration. The state of the measurement target gas can be easily detected.

(2)請求項2の発明は、前記弾性表面波素子は、ガスの濃度検知が可能であることを特徴とする。
本発明は、弾性表面波素子の用途を例示したものである。
(2) The invention of claim 2 is characterized in that the surface acoustic wave element can detect a gas concentration.
The present invention exemplifies the use of a surface acoustic wave device.

(3)請求項3の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた2以上の素子部を有し、前記素子部のいずれかに加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、該測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を備えるとともに、前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第1遅延部を備えたことを特徴とする。   (3) The invention of claim 3 has two or more element portions each including a pair of electrodes and a reflector on a piezoelectric substrate, and the frequency characteristics change according to perturbation applied to any of the element portions. A surface acoustic wave element, comprising: a measurement element unit that receives perturbation of a measurement target; and a reference element unit that is used to correct the output of the measurement element unit. A first delay unit for delaying a signal of the element unit with respect to a signal of the other element unit is provided.

本発明では、測定用の素子部と参照用の素子部とのうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して遅延させる第1遅延部を備えているので、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。   In the present invention, the first delay unit that delays the signal of one element unit from the element unit for measurement and the element unit for reference is provided with respect to the signal of the other element unit. The signal output from the element unit and the signal output from the reference element unit can be shifted in time.

従って、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する場合でも、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離して検波することができる。よって、その各々の信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握し、所定の簡単な演算を行うことにより、測定対象の状態(圧力等)を容易に把握することができる。   Therefore, even when the signal output from the measurement element unit and the signal output from the reference element unit are transmitted wirelessly, the receiving device separates both signals due to the time lag between both signals. And can be detected. Therefore, it is possible to easily grasp the state of the measurement object (pressure, etc.) by applying a signal level detection method to each signal to grasp the state of the signal and performing a predetermined simple calculation. it can.

つまり、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する場合でも、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象の状態を検知することができる。   In other words, according to the present invention, a signal level detection method using a surface acoustic wave element including a measurement element section and a reference element section and transmitting a signal wirelessly can be achieved with a simple circuit configuration. The state of the measurement target can be easily detected.

ここで、参照用の素子部としては、測定対象の状態変化を受けない又は受ける程度が異なる素子部を採用できる。従って、例えば測定対象の変化(例えば圧力)を受け且つ他の要因からの影響(例えば温度)を受ける測定用の素子部からの信号と、測定対象の変化(例えば圧力)を受けず且つ前記他の要因からの影響(例えば温度)を受ける参照用の素子部からの信号の差分を求めることにより、測定対象の変化(例えば圧力)を測定できる。   Here, as the element part for reference, an element part that does not receive the state change of the measurement object or receives a different degree can be adopted. Therefore, for example, a signal from a measurement element that receives a change (for example, pressure) of a measurement object and is influenced by other factors (for example, temperature), and a signal that does not receive a change (for example, pressure) of the measurement object By obtaining the difference between the signals from the reference element portion that is affected by the above factors (for example, temperature), the change (for example, pressure) of the measurement object can be measured.

(4)請求項4の発明は、前記弾性表面波素子は、気体の圧力検知が可能であることを特徴とする。
本発明は、弾性表面波素子の用途を例示したものである。
(4) The invention of claim 4 is characterized in that the surface acoustic wave element is capable of detecting gas pressure.
The present invention exemplifies the use of a surface acoustic wave device.

(5)請求項5の発明は、前記弾性表面波素子の圧電基板として、液体に対してエネルギを放射しない弾性表面波を励起する圧電基板を用いることを特徴とする。
本発明では、例えば圧電基板の材料やカット角を選択することにより(例えば36°YX−LiTaO3を採用することにより)、液体に対してエネルギを放射しない弾性表面波(例えば主としてSH波やラブ波等の横波)を励起する構成とすることができる。
(5) The invention of claim 5 is characterized in that a piezoelectric substrate that excites a surface acoustic wave that does not emit energy to the liquid is used as the piezoelectric substrate of the surface acoustic wave element.
In the present invention, for example, by selecting the material and cut angle of the piezoelectric substrate (for example, by adopting 36 ° YX-LiTaO 3 ), surface acoustic waves that do not radiate energy to the liquid (for example, mainly SH waves and labs). (A transverse wave such as a wave) can be excited.

これにより、液体の物性値(例えば粘度、密度等)などの液体の状態の検出が可能となる。
(6)請求項6の発明は、前記弾性表面波素子は、液体の物性値を検出可能であることを特徴とする。
This makes it possible to detect the state of the liquid such as the physical property values (for example, viscosity, density, etc.) of the liquid.
(6) The invention of claim 6 is characterized in that the surface acoustic wave element can detect a physical property value of a liquid.

本発明は、弾性表面波素子の用途を例示したものである。
(7)請求項7の発明は、前記他方の素子部に接続された信号線と、前記第1遅延部を介して接続された前記一方の素子部の信号線とを、互いの信号が混信しないように分配したことを特徴とする。
The present invention exemplifies the use of a surface acoustic wave device.
(7) In the invention according to claim 7, mutual signal interference occurs between the signal line connected to the other element part and the signal line of the one element part connected via the first delay part. It is characterized by being distributed so as not to.

本発明では、互いの信号線に流れる信号を時間的に遅延させることにより分離したので、信号の干渉なく測定が可能となる。
(8)請求項8の発明は、 前記第1遅延部が、音波を利用した遅延線であることを特徴とする。
In the present invention, since the signals flowing in the signal lines are separated by time delay, measurement can be performed without signal interference.
(8) The invention of claim 8 is characterized in that the first delay section is a delay line using sound waves.

本発明は、第1遅延部の特徴を例示したものである。
(9)請求項9の発明は、前記第1遅延部が複数ある場合は、少なくとも1つを前記圧電基板上に設けたことを特徴とする。
The present invention exemplifies the characteristics of the first delay unit.
(9) The invention of claim 9 is characterized in that when there are a plurality of the first delay portions, at least one of the first delay portions is provided on the piezoelectric substrate.

これにより、弾性表面波素子の構成をコンパクトにすることができる。
(10)請求項10の発明は、更に、単独で温度検知が可能な温度検知用の素子部を備えたことを特徴とする。
Thereby, the structure of a surface acoustic wave element can be made compact.
(10) The invention of claim 10 further includes a temperature detecting element portion capable of detecting temperature independently.

本発明は、温度検知用の素子部を備えているので、例えば圧力等を検知できるとともに、精度良く温度を検知することができる。
なお、センサを設置する環境が測定対象と温度以外の摂動が生じない環境であるならば、参照用の素子部を温度用の素子部として利用できる。つまり、改めて温度用素子を設置する必要がないため、センサが小型かつ安価に作製可能となる。
Since the present invention includes a temperature detecting element, for example, pressure can be detected, and temperature can be detected with high accuracy.
If the environment in which the sensor is installed is an environment in which perturbations other than the measurement target and temperature do not occur, the reference element portion can be used as the temperature element portion. That is, since it is not necessary to install a temperature element again, the sensor can be manufactured in a small size and at low cost.

(11)請求項11の発明は、前記請求項3、4、7〜10のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して圧力を付与する圧力付与部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とする。   (11) The invention of claim 11 applies pressure to the surface acoustic wave element according to any one of claims 3, 4, 7 to 10 and an element portion for measurement of the surface acoustic wave element. A pressure applying unit; an antenna that wirelessly transmits a signal corresponding to the change in the frequency characteristic of the surface acoustic wave element to an external device; and a housing that houses the surface acoustic wave element and the antenna. It is characterized by that.

本発明は、圧力センサの構成を例示したものである。
(12)請求項12の発明は、前記請求項1、2、7〜10のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対してガスを付与するガス吸着体と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とする。
The present invention exemplifies the configuration of a pressure sensor.
(12) The invention of claim 12 applies gas to the surface acoustic wave element according to any one of claims 1, 2, 7 to 10 and an element portion for measurement of the surface acoustic wave element. A gas adsorber, an antenna that wirelessly transmits a signal corresponding to the change in the frequency characteristics of the surface acoustic wave element to an external device, and a housing that houses the surface acoustic wave element and the antenna. It is characterized by that.

本発明は、ガスセンサの構成を例示したものである。
(13)請求項13の発明は、前記請求項5〜10のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して測定対象の液体を保持するための囲いを備えた液体付加部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とする。
The present invention exemplifies the configuration of a gas sensor.
(13) A thirteenth aspect of the invention is to hold a liquid to be measured with respect to the surface acoustic wave element according to any one of the fifth to tenth aspects and a measurement element portion of the surface acoustic wave element. A liquid adding portion including an enclosure, an antenna that wirelessly transmits a signal corresponding to the change in the frequency characteristics of the surface acoustic wave element to an external device, and a housing that houses the surface acoustic wave element and the antenna And.

本発明は、液相系センサの構成を例示したものである。
(14)請求項14の発明は、前記弾性表面波素子と前記アンテナとの間に、前記外部装置から入力される信号と前記弾性表面波素子から出力される信号との混信を防ぐための第2遅延部を設けたことを特徴とする。
The present invention exemplifies the configuration of a liquid phase sensor.
(14) According to the fourteenth aspect of the present invention, there is provided a first method for preventing interference between a signal input from the external device and a signal output from the surface acoustic wave element between the surface acoustic wave element and the antenna. A two-delay unit is provided.

本発明では、弾性表面波素子とアンテナとの間に、(例えば遅延線によって構成される)第2遅延部を設けているので、外部装置から入力される信号と弾性表面波素子から出力される信号とが混信するのを防止することができる。   In the present invention, since the second delay unit (for example, constituted by a delay line) is provided between the surface acoustic wave element and the antenna, the signal input from the external device and the surface acoustic wave element are output. It is possible to prevent interference with the signal.

(15)請求項15の発明は、前記請求項11〜14のいずれかに記載のセンサと、該センサと無線にて信号の送受信を行う外部装置と、を備え、前記外部装置から前記素子部への特定周波数の入力信号に対する前記素子部の出力信号のレベル変化により、前記測定対象の状態を検知することを特徴とする。   (15) The invention of claim 15 includes the sensor according to any one of claims 11 to 14 and an external device that wirelessly transmits and receives signals to and from the sensor. The state of the measurement object is detected by a level change of an output signal of the element unit with respect to an input signal having a specific frequency.

本発明は、センサと外部装置との間で、無線により信号の送受信を行うセンシングシステムである。このセンシングシステムでは、外部装置から素子部への特定周波数の入力信号に対する素子部の出力信号のレベル変化(信号強度の変化)により、測定対象の状態を容易に検知することができる。   The present invention is a sensing system that wirelessly transmits and receives signals between a sensor and an external device. In this sensing system, it is possible to easily detect the state of the measurement object based on the level change (change in signal strength) of the output signal of the element unit with respect to the input signal of a specific frequency from the external device to the element unit.

(16)請求項16の発明は、前記センサを測定空間内に配置し、前記センサからの信号を前記外部装置で受信して、前記測定空間内の状態を検知することを特徴とする。
本発明は、測定空間内の状態を検知するセンシングシステム、具体的には、例えばタイヤ内にセンサを配置してタイヤ内の圧力を検知するセンシングシステム、また、閉鎖された空間内にガスセンサを配置して空間内のガス濃度を測定するセンシングシステムを例示している。
(16) The invention of claim 16 is characterized in that the sensor is arranged in a measurement space, a signal from the sensor is received by the external device, and a state in the measurement space is detected.
The present invention relates to a sensing system for detecting a state in a measurement space, specifically, for example, a sensing system for detecting a pressure in a tire by arranging a sensor in the tire, and a gas sensor in a closed space. A sensing system for measuring the gas concentration in the space is illustrated.

(17)請求項17の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備え、前記測定対象ガスの吸着の影響を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、該センサと無線通信を行う外部装置と、を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号(反射信号)のレベル変化により、測定対象ガスの状態を検知する状態検知方法であって、前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて(所定の演算を行うことで)前記測定対象の状態を検知することを特徴とする。   (17) The invention of claim 17 is provided with a measurement element portion that is provided with a pair of electrodes, a reflector, and a gas adsorber that adsorbs a measurement target gas on a piezoelectric substrate, and is affected by the adsorption of the measurement target gas; A piezoelectric substrate having a pair of electrodes and a reflector, and a reference element portion used for correcting the output of the measurement element portion, and the gas to be measured is adsorbed to the gas adsorber A sensor having a surface acoustic wave element whose frequency characteristics change according to the amount of heat generated or the amount of increase in mass, and an external device that performs wireless communication with the sensor, and from the external device to the surface acoustic wave A state detection method for detecting a state of a gas to be measured based on a level change of an output signal (reflected signal) from the surface acoustic wave element with respect to an input signal having a specific frequency to the element. The signal of the element part of The signals of the two element units are temporally delayed to separate the signals of the two element units, and the state of the measurement object is detected based on the separated signals (by performing a predetermined calculation). It is characterized by that.

本発明では、弾性表面波素子の測定用の素子部と参照用の素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、両素子部の信号を分離し、その分離した信号を用いて測定対象ガスの状態を検知することができる。   In the present invention, among the element part for measurement of the surface acoustic wave element and the element part for reference, the signal of one element part is delayed in time with respect to the signal of the other element part, The signal is separated, and the state of the measurement target gas can be detected using the separated signal.

つまり、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して遅延させることにより、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。よって、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する際に、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。そのため、その分離した信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握することにより、測定対象ガスの状態を容易に把握することができる。   That is, by delaying the signal of one element unit with respect to the signal of the other element unit, the signal output from the measurement element unit and the signal output from the reference element unit are temporally Can be shifted. Therefore, when the signal output from the measurement element unit and the signal output from the reference element unit are transmitted wirelessly, the receiving device separates both signals due to the time lag of both signals. can do. Therefore, it is possible to easily grasp the state of the measurement target gas by grasping the state of the signal by applying the signal level detection method to the separated signal.

すなわち、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する際に、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象ガスの状態を検知することができる。   That is, according to the present invention, when a surface acoustic wave element including an element part for measurement and an element part for reference is used and a signal is transmitted wirelessly, a signal level detection method that requires a simple circuit configuration is used. The state of the measurement target gas can be easily detected.

なお、前記所定の演算とは、分離して受信された測定用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで、測定対象(ガス)による応答のみを抽出し(例えば測定用の素子部が温度用の素子部の場合には、温度用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで、温度による応答のみを抽出し)、変化量の基準となる関数もしくはデータとのフィッティングにより状態を表す数値を出力する作業のことである。   Note that the predetermined calculation is to extract only the response due to the measurement target (gas) by subtracting the response from the reference element from the response from the measurement element received separately ( For example, if the measurement element is a temperature element, the response from the temperature is extracted by subtracting the response from the reference element from the response from the temperature element) This is an operation to output a numerical value representing a state by fitting with a function or data that is a reference for quantity.

(18)請求項18の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定用の素子部に加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、該センサと無線通信を行う外部装置と、を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号(反射信号)のレベル変化により、測定対象の状態を検知する状態検知方法であって、前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて(所定の演算を行うことで)前記測定対象の状態を検知することを特徴とする。   (18) The invention of claim 18 is provided with a pair of electrodes and a reflector on a piezoelectric substrate, a measurement element portion that receives perturbation of a measurement target, a pair of electrodes and a reflector on the piezoelectric substrate, A surface acoustic wave element having a frequency characteristic that changes according to perturbation applied to the measurement element part, and a reference element part used for correcting the output of the measurement element part. A level change of an output signal (reflection signal) from the surface acoustic wave element with respect to an input signal of a specific frequency from the external apparatus to the surface acoustic wave element using a sensor and an external device that performs wireless communication with the sensor A state detection method for detecting a state of a measurement object by delaying a signal of one element part with respect to a signal of the other element part among the two element parts, Are separated from each other and based on the separated signals. Te (that performs a predetermined operation on) and detecting the state of the measurement target.

本発明では、弾性表面波素子の測定用の素子部と参照用の素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、両素子部の信号を分離し、その分離した信号を用いて測定対象の状態を検知することができる。   In the present invention, among the element part for measurement of the surface acoustic wave element and the element part for reference, the signal of one element part is delayed in time with respect to the signal of the other element part, The signal can be separated, and the state of the measurement object can be detected using the separated signal.

つまり、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して遅延させることにより、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。よって、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する際に、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。そのため、その分離した信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握することにより、測定対象の状態を容易に把握することができる。   That is, by delaying the signal of one element unit with respect to the signal of the other element unit, the signal output from the measurement element unit and the signal output from the reference element unit are temporally Can be shifted. Therefore, when the signal output from the measurement element unit and the signal output from the reference element unit are transmitted wirelessly, the receiving device separates both signals due to the time lag of both signals. can do. Therefore, the state of the measurement target can be easily grasped by grasping the state of the signal by applying a signal level detection method to the separated signal.

すなわち、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する際に、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象の状態を検知することができる。   That is, according to the present invention, when a surface acoustic wave element including an element part for measurement and an element part for reference is used and a signal is transmitted wirelessly, a signal level detection method that requires a simple circuit configuration is used. The state of the measurement target can be easily detected.

なお、前記所定の演算とは、分離して受信された測定用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで、測定対象(例えばガス)による応答のみを抽出し(例えば測定用の素子部が温度用の素子部の場合には、温度用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで温度による応答のみを抽出し)、変化量の基準となる関数もしくはデータとのフィッティングにより状態を表す数値を出力する作業のことである。   The predetermined calculation is to extract only the response due to the measurement target (for example, gas) by subtracting the response from the reference element from the response from the measurement element received separately. (For example, when the measurement element is a temperature element, only the response due to temperature is extracted by subtracting the response from the reference element from the response from the temperature). This is an operation to output a numerical value representing a state by fitting with a function or data that is a reference for quantity.

実施例1の圧力センサが用いられるセンシングシステムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the sensing system in which the pressure sensor of Example 1 is used. 実施例1の圧力センサの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the pressure sensor of Example 1. FIG. (a)は圧力センサの弾性表面波素子が貼り付けられる表面を示す説明図、(b)は圧力センサを厚み方向に破断した状態を示す断面図である。(A) is explanatory drawing which shows the surface where the surface acoustic wave element of a pressure sensor is affixed, (b) is sectional drawing which shows the state which fractured | ruptured the pressure sensor in the thickness direction. (a)は参考例1の共振型の弾性表面波素子の基本構造を示す説明図、(b)はその基本動作を示す説明図、(c)はその出力特性を示すグラフである。(A) is explanatory drawing which shows the basic structure of the resonance type surface acoustic wave element of the reference example 1, (b) is explanatory drawing which shows the basic operation | movement, (c) is a graph which shows the output characteristic. (a)は参考例1の弾性表面波素子の動作を示す説明図、(b)はその測定原理を示すグラフである。(A) is explanatory drawing which shows operation | movement of the surface acoustic wave element of the reference example 1, (b) is a graph which shows the measurement principle. (a)は参考例2の共振型の弾性表面波素子の基本構造と動作を示す説明図、(b)は、その測定原理を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the basic structure and operation | movement of the resonance type surface acoustic wave element of the reference example 2, (b) is explanatory drawing which shows the measurement principle. 実施例1のセンシングシステムの電気的構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electrical structure of the sensing system of Example 1. FIG. 実施例1のセンシングシステムにおける信号のタイミングチャートである。3 is a timing chart of signals in the sensing system according to the first embodiment. 実施例2の圧力センサの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the pressure sensor of Example 2. FIG. 実施例2のセンシングシステムの電気的構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electrical structure of the sensing system of Example 2. FIG. 実施例2のセンシングシステムにおける信号のタイミングチャートである。6 is a signal timing chart in the sensing system according to the second embodiment. 実施例3の水素濃度センサを示す説明図である。6 is an explanatory view showing a hydrogen concentration sensor of Example 3. FIG. 水素濃度センサの他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of a hydrogen concentration sensor. 液相センサを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a liquid phase sensor.

以下、本発明が適用される実施例について図面を用いて説明する。   Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.

本実施例では、例えばタイヤ空気圧を検出するタイヤ空気圧センサとして用いられる圧力センサを例に挙げて説明する。
図1にシステム全体を示す様に、圧力センサ1は、外部装置(計測装置)3と無線にて信号の送受信を行うセンシングシステムを構成するものであり、外部装置3からの信号(高周波信号)を受け、その信号に対する応答を外部装置3に送信し、外部装置3にてタイヤ空気圧を求めるものである。
In the present embodiment, for example, a pressure sensor used as a tire pressure sensor for detecting tire pressure will be described as an example.
As shown in FIG. 1, the pressure sensor 1 constitutes a sensing system that wirelessly transmits and receives signals to and from an external device (measuring device) 3, and a signal (high frequency signal) from the external device 3. In response, the response to the signal is transmitted to the external device 3, and the external device 3 determines the tire pressure.

なお、前記圧力センサ1は、例えばタイヤ5内部の内側表面などに取り付けられ、外部装置3は、例えば回転しない箇所(例えばリム7の近傍やタイヤハウジング9の周辺)に取り付けられるものである。以下、詳細に説明する。   The pressure sensor 1 is attached to, for example, the inner surface of the tire 5, and the external device 3 is attached to, for example, a portion that does not rotate (for example, near the rim 7 or around the tire housing 9). Details will be described below.

a)まず、圧力センサ1の構成について説明する。
・図2に圧力センサ1の要部を示すように、圧力センサ1は、弾性表面波素子11と、高周波分配・結合器13と、遅延部(第2遅延部)15と、アンテナ17とを備えている。
a) First, the configuration of the pressure sensor 1 will be described.
As shown in FIG. 2, the pressure sensor 1 includes a surface acoustic wave element 11, a high frequency distributor / coupler 13, a delay unit (second delay unit) 15, and an antenna 17. I have.

このうち、前記アンテナ17は、外部装置3との間で高周波信号を送受信するためのアンテナであり、タブレットアンテナやパッチアンテナなどを用いることができる。
前記第2遅延部15は、高周波信号の伝播を遅延させるものであり、ここでは、外部装置3から入力される信号と弾性表面波素子11から出力される信号とが混信することを防止するために、アンテナ17と高周波分配・結合器13との間に配置されている。なお、第2遅延部15は、後述する周知の遅延線により構成されている。
Among these, the antenna 17 is an antenna for transmitting and receiving a high-frequency signal to and from the external device 3, and a tablet antenna, a patch antenna, or the like can be used.
The second delay unit 15 delays the propagation of the high-frequency signal. Here, in order to prevent the signal input from the external device 3 and the signal output from the surface acoustic wave element 11 from interfering with each other. The antenna 17 and the high-frequency distributor / coupler 13 are arranged. The second delay unit 15 is configured by a well-known delay line to be described later.

前記高周波分配・結合器13は、外部装置3から受信した高周波信号を、(一対の電極からなる)異なる電極部に対して分配して各素子部19、21に伝達するとともに、各素子部19、21からの応答に対しては、各電極部間を隔離することで信号の伝達方向に方向性を持たせて異なる電極部からの信号を1つの信号として外部装置3側に送信するためのものである。従って、異なる電極部間では、各電極部にて送受信される高周波信号により影響を受けることがない。   The high-frequency distributor / coupler 13 distributes the high-frequency signal received from the external device 3 to different electrode parts (consisting of a pair of electrodes) and transmits them to the element parts 19, 21. In response to the response from 21, the electrodes are separated from each other so that the direction of signal transmission is given direction and signals from different electrodes are transmitted as one signal to the external device 3 side. Is. Therefore, it is not influenced by the high frequency signal transmitted / received in each electrode part between different electrode parts.

前記弾性表面波素子11は、弾性表面波と電気信号との間の機械・電気的変換を行う第1変換器(測定用素子部)19と第2変換器(参照用素子部)21とを備えている。
詳しくは、弾性表面波素子11には、圧電基板23の同一表面上に、測定用素子部19の第1電極部25(一対の櫛歯状の電極27、29が互いに嵌り込んで構成されている電極部)と、参照用素子部21の第2電極部31(一対の櫛歯状の電極33、35が互いに嵌り込んで構成されている電極部)とが、同図の左右方向に離れて配置されている。なお、第1電極部25の一方の電極27(同図上側)と第2電極部31の一方の電極33(同図上側)は、同一の第1電極パターン37により電気的に接続されている。
The surface acoustic wave element 11 includes a first converter (measuring element part) 19 and a second converter (reference element part) 21 that perform mechanical / electrical conversion between a surface acoustic wave and an electric signal. I have.
Specifically, the surface acoustic wave element 11 is configured such that the first electrode portion 25 (a pair of comb-shaped electrodes 27 and 29 of the measuring element portion 19 is fitted to each other on the same surface of the piezoelectric substrate 23. Electrode portion) and the second electrode portion 31 of the reference element portion 21 (the electrode portion formed by fitting a pair of comb-like electrodes 33 and 35 with each other) are separated in the left-right direction in FIG. Are arranged. One electrode 27 (upper side in the figure) of the first electrode part 25 and one electrode 33 (upper side in the figure) of the second electrode part 31 are electrically connected by the same first electrode pattern 37. .

また、第1電極部25の両側(弾性表面波の進行方向における両側:同図左右方向)と第2電極部31の両側とには、それぞれ弾性表面波を反射する短冊状の反射器39、41、43、45が配置されている。   In addition, a strip-shaped reflector 39 that reflects the surface acoustic wave is provided on both sides of the first electrode portion 25 (both sides in the traveling direction of the surface acoustic wave: left and right in the figure) and both sides of the second electrode portion 31. 41, 43, 45 are arranged.

更に、測定用素子部19と参照用素子部21との間には、左右一対の第3、第4電極部47、49からなる遅延部(第1遅延部)51が配置されている。この第3、第4電極部47、49は、前記第1、2電極部25、31と同様に、一対の櫛歯状の電極53、55、57、59が互いに嵌り込んで構成されている電極部である。   Further, a delay unit (first delay unit) 51 including a pair of left and right third and fourth electrode units 47 and 49 is disposed between the measurement element unit 19 and the reference element unit 21. Similar to the first and second electrode portions 25 and 31, the third and fourth electrode portions 47 and 49 are configured by fitting a pair of comb-like electrodes 53, 55, 57, and 59 into each other. It is an electrode part.

前記第1遅延部51は、第4電極部49から第3電極部47への信号の伝播を遅延させるものであり、この第3、第4電極部47、49が、信号の伝播を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延線となる。なお、前記第3、第4電極部47、49は、同図の左右の両側に信号の送信が可能な双方向電極であり、測定用素子部19と参照用素子部21との間にて隣接して配置されることにより、両素子部19、21の反射器41、43を利用できる。このため、小型で低損失な遅延線を構成できる。   The first delay unit 51 delays the propagation of a signal from the fourth electrode unit 49 to the third electrode unit 47, and the third and fourth electrode units 47 and 49 perform the signal propagation in a predetermined manner. The delay line is delayed by the delay time. The third and fourth electrode portions 47 and 49 are bidirectional electrodes capable of transmitting signals on both the left and right sides of the figure, and between the measuring element portion 19 and the reference element portion 21. By being arranged adjacent to each other, the reflectors 41 and 43 of both element portions 19 and 21 can be used. For this reason, a small and low-loss delay line can be configured.

つまり、第4電極部49により励起された弾性表面波は、第4電極部49から第3電極部47に伝播されるまでに、第3、第4電極部47、49間の間隔によって定まる所定の時間分遅延されることになる。なお、前記第2遅延部15も同様な構成である。   That is, the surface acoustic wave excited by the fourth electrode portion 49 is determined by the interval between the third and fourth electrode portions 47 and 49 before being propagated from the fourth electrode portion 49 to the third electrode portion 47. Will be delayed. The second delay unit 15 has the same configuration.

また、前記第4電極部49の一方の電極59と第2電極部31の一方の電極35は、互いに高周波信号が干渉しないように、それぞれ空間的及び電気的に分離された状態で、高周波分配・結合器13に接続されている。従って、高周波分配・結合器13からは、第4電極部49と第2電極部31とに対して、それぞれ別個に(送電線14、16で示す別の経路で)高周波信号が出力され、逆に、第4電極部49と第2電極部31とからは、高周波分配・結合器13に対して、それぞれ別個に(送電線14、16で示す別の経路で)高周波信号が出力される。   The one electrode 59 of the fourth electrode portion 49 and the one electrode 35 of the second electrode portion 31 are separated from each other in a spatially and electrically separated state so as not to interfere with each other. -It is connected to the coupler 13. Therefore, the high-frequency distributor / coupler 13 outputs a high-frequency signal separately to each of the fourth electrode portion 49 and the second electrode portion 31 (in another path indicated by the power transmission lines 14 and 16). In addition, the fourth electrode unit 49 and the second electrode unit 31 output high-frequency signals to the high-frequency distributor / coupler 13 separately (in different paths indicated by the power transmission lines 14 and 16).

これにより、一方の素子部から出力される信号(反射信号)が、他方の素子部の入力信号へ流れ込むことを防止できる。
更に、第1電極部25の一方の電極29と第3電極部47の一方の電極55は、第2電極パターン61により電気的に接続されている。
Thereby, the signal (reflected signal) output from one element part can be prevented from flowing into the input signal of the other element part.
Furthermore, one electrode 29 of the first electrode portion 25 and one electrode 55 of the third electrode portion 47 are electrically connected by a second electrode pattern 61.

・ここで、弾性表面波素子11における高周波信号の伝播経路について、簡単に説明する。
前記参照用素子部21は、外部装置3から供給される高周波信号を弾性表面波に変換するものであり、逆圧電効果により電気信号を弾性表面波に変換する。つまり、アンテナ17で受信し、第2遅延部15及び高周波分配・結合器13を介して送信された高周波信号を弾性表面波に変換し、第2電極部31の電極33、35に対して垂直方向(同図左右方向)へ弾性表面波を励起する。この弾性表面波は反射器43、45にて反射し、第2電極部31にて受信され、高周波分配・結合器13に出力される。
Here, the propagation path of the high frequency signal in the surface acoustic wave element 11 will be briefly described.
The reference element unit 21 converts a high-frequency signal supplied from the external device 3 into a surface acoustic wave, and converts an electrical signal into a surface acoustic wave by the inverse piezoelectric effect. That is, the high-frequency signal received by the antenna 17 and transmitted through the second delay unit 15 and the high-frequency distributor / coupler 13 is converted into a surface acoustic wave and perpendicular to the electrodes 33 and 35 of the second electrode unit 31. A surface acoustic wave is excited in the direction (left and right in the figure). The surface acoustic waves are reflected by the reflectors 43 and 45, received by the second electrode unit 31, and output to the high frequency distributor / coupler 13.

一方、高周波分配・結合器13から第4電極部49に出力された高周波信号は、前記第2電極部31と同様に、弾性表面波に変換され、その弾性表面波は所定の遅延時間後、第3電極部47に伝播し、高周波信号に変換される。この第3電極部47は、第2電極パターン61により第1電極部25と接続されているので、第3電極部47から測定用素子部19の第1電極部25に高周波信号が伝達される。   On the other hand, the high-frequency signal output from the high-frequency distributor / coupler 13 to the fourth electrode portion 49 is converted into a surface acoustic wave, like the second electrode portion 31, and the surface acoustic wave is converted into a predetermined delay time, It propagates to the third electrode part 47 and is converted into a high frequency signal. Since the third electrode portion 47 is connected to the first electrode portion 25 by the second electrode pattern 61, a high frequency signal is transmitted from the third electrode portion 47 to the first electrode portion 25 of the measuring element portion 19. .

前記測定用素子部19は、前記参照用素子部21と同様に、弾性表面波を電気信号に変換するものである。この測定用素子部19は、上述の様に、その第1電極部25と第3電極部47とが接続されているので、(第4電極部49から送信され)第3電極部47にて受信された遅延した高周波信号は、第1電極部25に伝達され、第1電極部25の電極27、29に対して垂直方向(同図左右方向)へ弾性表面波を励起する。この弾性表面波は反射器39、41にて反射し、第1電極部25にて受信される。以後は、受信の際と逆の経路を辿って、第3電極部47、第4電極部49を介して、遅延した高周波信号が、高周波分配・結合器13に出力される。   The measurement element unit 19 converts a surface acoustic wave into an electric signal, like the reference element unit 21. As described above, since the first electrode portion 25 and the third electrode portion 47 are connected to the measuring element portion 19 (transmitted from the fourth electrode portion 49), the third electrode portion 47 The received delayed high-frequency signal is transmitted to the first electrode unit 25 and excites surface acoustic waves in the direction perpendicular to the electrodes 27 and 29 of the first electrode unit 25 (left and right in the figure). The surface acoustic waves are reflected by the reflectors 39 and 41 and received by the first electrode unit 25. Thereafter, the delayed high-frequency signal is output to the high-frequency distributor / coupler 13 through the third electrode portion 47 and the fourth electrode portion 49 along the reverse path of reception.

b)次に、前記弾性表面波素子11の製造方法について、簡単に説明する。
弾性表面波素子11を製造する場合には、圧電基板23上に、金属(アルミニウム)膜を、スパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィーによりマスキングし、エッチングにより、前記図1に示す(グレー部分の)電極等のパターンの形状となるようにパターニングする。
b) Next, a method for manufacturing the surface acoustic wave element 11 will be briefly described.
When the surface acoustic wave element 11 is manufactured, a metal (aluminum) film is formed on the piezoelectric substrate 23 by sputtering, masked by photolithography, and etched (shown in the gray portion) as shown in FIG. Patterning is performed so as to form a pattern such as an electrode.

下記に、433MHzの共振周波数を有する本実施例の弾性表面波素子11の設計値、材料を示す。
・圧電基板:ST−X水晶基板(単結晶)、厚さ0.5mm
表面=鏡面加工、裏面=粗加工
・金属膜:アルミニウム、厚さ0.1μm
・電極構造(図1等では模式的に示してある:λは波長である)
・励起電極(第1〜第4電極部)
電極幅:1/4λ(1.81μm)、電極間隔:1/4λ(1.81μm)、 交差幅:229.2μm
・反射器
電極幅:1/4λ(1.81μm)、電極間隔:1/4λ(1.81μm)、 本数:400本
・励起電極−反射器間距離:3/8λ(2.657μm)
・遅延線伝播距離:1500λ(4.735mm)
・素子サイズ:16.463mm×1.997mm
c)次に、前記弾性表面波素子11を収容した圧力センサ1の全体構成を説明する。
The design values and materials of the surface acoustic wave element 11 of this example having a resonance frequency of 433 MHz are shown below.
・ Piezoelectric substrate: ST-X quartz substrate (single crystal), thickness 0.5mm
Surface = mirror finish, back = rough finish ・ Metal film: Aluminum, thickness 0.1μm
・ Electrode structure (shown schematically in FIG. 1 etc .: λ is wavelength)
Excitation electrode (first to fourth electrode parts)
Electrode width: 1 / 4λ (1.81 μm), electrode spacing: 1 / 4λ (1.81 μm), crossing width: 229.2 μm
Reflector electrode width: 1 / 4λ (1.81 μm), electrode spacing: 1 / 4λ (1.81 μm), number: 400 • excitation electrode-reflector distance: 3 / 8λ (2.657 μm)
Delay line propagation distance: 1500λ (4.735mm)
Element size: 16.463 mm x 1.997 mm
c) Next, the overall configuration of the pressure sensor 1 containing the surface acoustic wave element 11 will be described.

図3(a)は圧力センサ1の基板の表面側を示し、図3(b)は圧力センサ1の縦断面を示している。
図3(a)に示す様に、弾性表面波素子11は、例えばコバールからなる金属製の土台71上に、接着剤等により貼り付けられる。
FIG. 3A shows the surface side of the substrate of the pressure sensor 1, and FIG. 3B shows a longitudinal section of the pressure sensor 1.
As shown in FIG. 3A, the surface acoustic wave element 11 is attached to a metal base 71 made of, for example, Kovar with an adhesive or the like.

詳しくは、図3(b)に示す様に、土台71には、弾性表面波素子11の一端側(測定用素子部19側)が撓むことが可能な様に凹部73が設けられており、弾性表面波素子11は、その測定用素子部19側が凹部73の上方に張り出すように配置され、参照用素子部21側が基板表面に貼り付けされている。   Specifically, as shown in FIG. 3B, the base 71 is provided with a recess 73 so that one end side (the measurement element portion 19 side) of the surface acoustic wave element 11 can be bent. The surface acoustic wave element 11 is arranged so that the measurement element portion 19 side projects above the recess 73, and the reference element portion 21 side is attached to the substrate surface.

そして、土台71の一方の側(弾性表面波素子11の配置側)には、弾性表面波素子11を空間を空けて覆うように、例えばポリカーボネート製のカバー74がかぶせられている。   A cover 74 made of, for example, polycarbonate is covered on one side of the base 71 (the side where the surface acoustic wave element 11 is disposed) so as to cover the surface acoustic wave element 11 with a space therebetween.

また、カバー74には、測定用素子部19と対向する位置に円形の開口部75が設けられ、この開口部75には、例えばステンレスからなる金属製の円盤(ダイヤフラム)77と、ゴム製のOリング79とが配置され、ダイヤフラム77には測定用素子部19の表面に当接する金属製の圧力伝達ピン81が取り付けられている。   In addition, the cover 74 is provided with a circular opening 75 at a position facing the measurement element unit 19. The opening 75 has a metal disk (diaphragm) 77 made of, for example, stainless steel, and a rubber made part. An O-ring 79 is arranged, and a metal pressure transmission pin 81 that contacts the surface of the measuring element portion 19 is attached to the diaphragm 77.

従って、圧力センサ1の周囲の空気圧が増加すると、ダイヤフラム77が凹み、圧力伝達ピン81が測定用素子部19付近を押圧するので、この押圧力に対応した出力が得られることになる。   Accordingly, when the air pressure around the pressure sensor 1 increases, the diaphragm 77 is recessed and the pressure transmission pin 81 presses the vicinity of the measuring element portion 19, so that an output corresponding to this pressing force can be obtained.

なお、弾性表面波素子11の電極等は、土台71に設けられたガラスシール83を貫くピン(図示せず)に接続され、そのピンを介してアンテナ17等を配置した電子部品設置用基板82に接続されている。なお、カバー74と電子部品設置用基板82を覆う蓋84により筐体86が構成されている。   The electrodes and the like of the surface acoustic wave element 11 are connected to pins (not shown) penetrating a glass seal 83 provided on the base 71, and the electronic component installation substrate 82 in which the antenna 17 and the like are arranged via the pins. It is connected to the. Note that a housing 86 is constituted by a cover 84 and a lid 84 that covers the electronic component mounting substrate 82.

d)次に、圧力センサ1における測定の原理を、参考例とともに説明する。
図4(a)は参考例1の共振型の弾性表面波素子の基本構造を示し、図4(b)はその基本動作を示し、図4(c)は、その出力特性を示している。また、図5(a)は参考例1の弾性表面波素子の動作を示し、図5(b)は、その測定原理を示している。同様に、図6(a)は参考例2の共振型の弾性表面波素子の基本構造と動作を示し、図6(b)は、その測定原理を示している。
d) Next, the measurement principle of the pressure sensor 1 will be described together with a reference example.
4A shows the basic structure of the resonant surface acoustic wave element of Reference Example 1, FIG. 4B shows its basic operation, and FIG. 4C shows its output characteristics. FIG. 5A shows the operation of the surface acoustic wave element of Reference Example 1, and FIG. 5B shows the measurement principle. Similarly, FIG. 6A shows the basic structure and operation of the resonant surface acoustic wave device of Reference Example 2, and FIG. 6B shows the measurement principle.

・図4(a)に参考例1の共振型の弾性表面波素子91を示すが、この弾性表面波素子91は、圧電基板93の中央に高周波信号が入出力する一対の電極95、97からなる電極部99を備えるとともに、電極部99の両側に反射器101、103を備えたものである。   FIG. 4A shows the resonance type surface acoustic wave element 91 of Reference Example 1. This surface acoustic wave element 91 is formed from a pair of electrodes 95 and 97 that input and output a high-frequency signal in the center of the piezoelectric substrate 93. And the reflectors 101 and 103 are provided on both sides of the electrode part 99.

この弾性表面波素子91では、各構成をファブリペローの共振条件を満たすように配置した場合に得られる共振波を利用したものである。
つまり、電極部99に電気信号(高周波信号)を印加すると、逆電圧効果により電極部99の電極95、97の周期で決定される周波数の弾性表面波に変換され、図4(b)に示す様に、電極部99から同図の左右の双方向へ伝播する(入力)。その後、反射器101、103で反射された弾性表面波が共振しながら再び電極部99に到達し、圧電効果により電気信号に変換される(出力)。
The surface acoustic wave element 91 utilizes a resonance wave obtained when each component is arranged so as to satisfy the Fabry-Perot resonance condition.
That is, when an electric signal (high frequency signal) is applied to the electrode part 99, it is converted into a surface acoustic wave having a frequency determined by the period of the electrodes 95 and 97 of the electrode part 99 due to the reverse voltage effect, as shown in FIG. Similarly, it propagates from the electrode part 99 in both the left and right directions in the figure (input). Thereafter, the surface acoustic waves reflected by the reflectors 101 and 103 reach the electrode portion 99 again while resonating, and are converted into an electric signal by the piezoelectric effect (output).

従って、ネットワークアナライザー等の測定器を用いて反射特性(信号レベル)を観測すると、図4(c)に示す様に、信号レベルは共振点で最小となり、共振点から外れるにつれて大きくなる。   Therefore, when the reflection characteristic (signal level) is observed using a measuring instrument such as a network analyzer, the signal level is minimized at the resonance point and increases as the distance from the resonance point is increased, as shown in FIG.

・図5(a)に示す様に、参考例1の弾性表面波素子91は、負荷(圧力、温度、応力等)を加わると、負荷に応じて電極部99が膨張(収縮)することにより、図5(b)に示す様に、周波数特性が変化する。この応答を検知するために、信号レベル変化の検知(検知方法(1))と共振周波数変化の検知(検知方法(2))が知られている。   As shown in FIG. 5A, when the surface acoustic wave element 91 of Reference Example 1 is subjected to a load (pressure, temperature, stress, etc.), the electrode portion 99 expands (shrinks) according to the load. As shown in FIG. 5B, the frequency characteristic changes. In order to detect this response, signal level change detection (detection method (1)) and resonance frequency change detection (detection method (2)) are known.

このうち、信号レベル変化の検知方法では、負荷の有無によって変化する(共振点における)信号レベルの変化から、負荷の有無や負荷の程度を検知するものであり、本実施例では、この検知方法を採用する。   Among these, in the signal level change detection method, the presence or absence of the load and the degree of load are detected from the change in the signal level (at the resonance point) that changes depending on the presence or absence of the load. In this embodiment, this detection method is used. Is adopted.

一方、共振周波数変化の検知方法では、負荷の有無によって変化する共振周波数から、負荷の有無や負荷の程度を検知するものである。
・図6(a)に示す参考例2の共振型の弾性表面波素子111は、負荷をより精度良く検知するために、参考例1の弾性表面波素子91を改良したものである。
On the other hand, in the detection method of the resonance frequency change, the presence or absence of the load and the degree of the load are detected from the resonance frequency that changes depending on the presence or absence of the load.
The resonance type surface acoustic wave element 111 of Reference Example 2 shown in FIG. 6A is obtained by improving the surface acoustic wave element 91 of Reference Example 1 in order to detect a load with higher accuracy.

センサによって負荷を検知する場合、センサの設置環境による不要応答が生じるため、その補正が必要になることが多い。この対策として、前記参考例1の弾性表面波素子91と同様な形状の素子部(測定用素子部113、参照用素子部115)を左右に配置した参考例2の弾性表面波素子111が開発されている。   When a load is detected by a sensor, an unnecessary response is generated depending on the installation environment of the sensor, so that correction is often required. As a countermeasure against this, the surface acoustic wave element 111 of Reference Example 2 in which element parts (measuring element part 113 and reference element part 115) having the same shape as the surface acoustic wave element 91 of Reference Example 1 are arranged on the left and right is developed. Has been.

前記弾性表面波素子111では、測定用素子部113を測定対象の負荷を受ける素子部(センシング)とし、参照用素子部115を測定対象の負荷を受けない素子部(リファレンス)とし、図6(b)に示す様に、それぞれの信号の作動出力を得ることで、測定環境の変化による応答を除外し、測定したい応答のみを取り出すことができる。   In the surface acoustic wave element 111, the measurement element portion 113 is an element portion (sensing) that receives a load to be measured, and the reference element portion 115 is an element portion (reference) that does not receive a load to be measured. As shown in b), by obtaining the operation output of each signal, it is possible to exclude the response due to the change in the measurement environment and extract only the response to be measured.

例えばセンサに加わる応力を測定する際に温度が変化した場合を考えると、センサに応力が加わると基板にひずみが生じて膨張・収縮が起こる。また、温度によっても基板に熱膨張・収縮が起こる。よって、測定対象の応力だけの応答を得るには、参照用素子部115には応力を加えずに温度影響のみが加わるようにし、測定用素子部113には、温度と応力の両方が加わるようにして、これらの素子部113、115の差分(センシング出力とリファレンス出力との差)を取ることで、測定対象の応力だけを検知することが可能である。   For example, considering the case where the temperature changes when measuring the stress applied to the sensor, when the stress is applied to the sensor, the substrate is distorted, causing expansion / contraction. Further, thermal expansion / contraction of the substrate also occurs depending on the temperature. Therefore, in order to obtain a response of only the stress to be measured, only the temperature effect is applied to the reference element portion 115 without applying stress, and both the temperature and the stress are applied to the measurement element portion 113. Thus, by taking the difference between these element portions 113 and 115 (difference between sensing output and reference output), it is possible to detect only the stress to be measured.

・本実施例の弾性表面波素子11は、負荷をより精度良く検知するために、前記参考例2の弾性表面波素子111を改良したものである。
つまり、参考例2の弾性表面波素子111を用いて、信号レベル変化の検知方法によって負荷を検知することが可能であるが、2つの素子部113、115の応答を無線によって送信する場合には、両素子部113、115からの信号を分離することができない。なお、共振周波数変化の検知方法の場合は、信号を分離することは可能であるが、その場合には複雑な回路構成を必要とする。
The surface acoustic wave element 11 of this example is an improvement of the surface acoustic wave element 111 of the reference example 2 in order to detect a load with higher accuracy.
In other words, it is possible to detect the load by the signal level change detection method using the surface acoustic wave element 111 of Reference Example 2, but when the responses of the two element units 113 and 115 are transmitted wirelessly. The signals from both element parts 113 and 115 cannot be separated. In the case of the resonance frequency change detection method, it is possible to separate the signals, but in that case, a complicated circuit configuration is required.

そこで、本実施例では、上述した構成の弾性表面波素子11とした。
即ち、前記図2に示す様に、測定用素子部19と参照用素子部21との間に、高周波信号を遅延させる第1遅延部51を設け、測定用素子部19から出力される信号と参照用素子部21か出力される信号とを、時間的にずらしている。
Therefore, in this embodiment, the surface acoustic wave element 11 having the above-described configuration is used.
That is, as shown in FIG. 2, a first delay unit 51 that delays a high-frequency signal is provided between the measurement element unit 19 and the reference element unit 21, and the signal output from the measurement element unit 19 The signal output from the reference element unit 21 is shifted in time.

また、本実施例では、アンテナ17と弾性表面波素子11との間に第2遅延部15を設け、外部装置3から入力される信号と弾性表面波素子11から出力される信号とが混信することを防止している。   In the present embodiment, the second delay unit 15 is provided between the antenna 17 and the surface acoustic wave element 11, and the signal input from the external device 3 and the signal output from the surface acoustic wave element 11 interfere with each other. To prevent that.

更に、本実施例では、先の参照用素子部21による反射信号が他の測定用素子部19へ伝達することによる信号の混信を防ぐために、アンテナ17と第2、第4電極部31、49との間に、高周波分配・結合器13を配置するとともに、2つの送電線14、16間、即ち第2電極部31と高周波分配・結合器13との間の送電線14と第4電極部49と高周波分配・結合器13との間の送電線16との間に、アイソレーション(相互に電気的な干渉が生じないような分離)を持たせている。   Furthermore, in this embodiment, in order to prevent signal interference due to transmission of the reflected signal from the previous reference element unit 21 to the other measurement element unit 19, the antenna 17 and the second and fourth electrode units 31, 49 are used. The high-frequency distributor / coupler 13 is disposed between the two power transmission lines 14 and 16, that is, the power transmission line 14 and the fourth electrode section between the second electrode portion 31 and the high-frequency distributor / coupler 13. 49 and the power transmission line 16 between the high-frequency distributor / coupler 13 are provided with isolation (separation that does not cause mutual electrical interference).

e)次に、前記圧力センサ1を用いたセンシングシステムをその動作とともに説明する。
図7はセンシングシステムを示し、図8はセンシングシステムにおける信号のタイミングを示している。
e) Next, a sensing system using the pressure sensor 1 will be described together with its operation.
FIG. 7 shows a sensing system, and FIG. 8 shows signal timing in the sensing system.

ここで、図7及び図8に示される各信号についてまとめて記載する。
SPDT(Vcount):外部装置から送信する信号
SPDT(Tx) :外部装置から送信する際のスイッチの信号
SPDT(Rx) :外部装置にて受信する際のスイッチの信号
REF :参照用素子部の出力信号
Sensing :測定用素子部の出力信号
Hold1 :参照用素子部の出力信号を保持するための信号
Hold2 :測定用素子部の出力信号を保持するための信号
SDO :コントローラに出力される信号
tS :外部装置から送信される信号の信号長さ
tSW :外部装置の送受信機を切り換える際にかかる時間
tD :第2遅延部による遅延時間
tDET :第1遅延部による遅延時間
なお、例えば、tS=1us、tD=2us、tSW<0.1us、tDEF=3us、tHold=0.1usを採用できる。
Here, the signals shown in FIGS. 7 and 8 will be described together.
SPDT (Vcount): Signal transmitted from the external device SPDT (Tx): Switch signal when transmitted from the external device SPDT (Rx): Switch signal when received by the external device REF: Output of the reference element unit Signal Sensing: Output signal of measurement element unit Hold1: Signal for holding output signal of reference element unit Hold2: Signal for holding output signal of measurement element unit SDO: Signal output to controller tS: Signal length of the signal transmitted from the external device tSW: Time required for switching the transceiver of the external device tD: Delay time by the second delay unit tDET: Delay time by the first delay unit Note that, for example, tS = 1 us, tD = 2 us, tSW <0.1 us, tDEF = 3 us, and tHold = 0.1 us can be employed.

なお、遅延時間は、信号の往路と復路において発生するので、図8に示す遅延時間は、その合計である。
・まず、図7に示す様に、外部装置3は、その主要部としてコントローラ121や位相同期IC(PLL IC)123等を備えている。
Since the delay time occurs in the forward and return paths of the signal, the delay time shown in FIG. 8 is the total.
First, as shown in FIG. 7, the external device 3 includes a controller 121, a phase synchronization IC (PLL IC) 123, and the like as its main parts.

位相同期IC123は、位相同期回路(PLL回路)125を備え、位相同期回路125には、基準周波数の発信器(TCXO)127からの信号と電圧制御発信回路(VCO)129からの信号が入力し、位相同期回路125からは、位相補償器であるローパスフィルタ(LPF)131と電圧制御発信回路129を介して、位相同期IC123外に信号が出力される。なお、コントローラ121からは、位相同期IC123に対して、位相同期IC123からの発振のオン・オフを制御する制御信号(Enable)が出力される。   The phase synchronization IC 123 includes a phase synchronization circuit (PLL circuit) 125, and a signal from a reference frequency oscillator (TCXO) 127 and a signal from a voltage control oscillation circuit (VCO) 129 are input to the phase synchronization circuit 125. The phase synchronization circuit 125 outputs a signal to the outside of the phase synchronization IC 123 via a low pass filter (LPF) 131 that is a phase compensator and a voltage control transmission circuit 129. The controller 121 outputs a control signal (Enable) for controlling on / off of oscillation from the phase synchronization IC 123 to the phase synchronization IC 123.

従って、位相同期IC123から発振された信号は、アッテネータアンプ(ATT)133によりその出力を減じられ、その信号はバンドパスフィルタ(BPF)135及びパワーアンプ(PA)136を介してスイッチ(SPDT)137に至り、スイッチ137が信号の送信が可能に設定されている場合には、アンテナ139を介して、圧力センサ1に信号を送信する。この信号は、例えば10mWの433MHzの高周波信号であり、tS間(図8参照)発振される。   Therefore, the output of the signal oscillated from the phase synchronization IC 123 is reduced by the attenuator amplifier (ATT) 133, and the signal is switched via the bandpass filter (BPF) 135 and the power amplifier (PA) 136 to the switch (SPDT) 137. When the switch 137 is set to be capable of transmitting a signal, the signal is transmitted to the pressure sensor 1 via the antenna 139. This signal is a 433 MHz high frequency signal of 10 mW, for example, and is oscillated for tS (see FIG. 8).

なお、スイッチ137の動作は、コントローラ121から出力される制御信号(Select)により制御され、送信するための回路側への接続(送信される信号Tx)と受信するための回路側への接続(受信される信号Rx)と切り換えられる。なお、送信するための回路側へ接続される期間により、図8に示すtSの期間が定まることになる。   The operation of the switch 137 is controlled by a control signal (Select) output from the controller 121. The connection to the circuit side for transmission (signal Tx to be transmitted) and the connection to the circuit side for reception ( It is switched with the received signal Rx). Note that the period of tS shown in FIG. 8 is determined by the period of connection to the circuit side for transmission.

・次に、外部装置3から送信された信号は、圧力センサ1のアンテナ17によって受信され、第2遅延部(SAW DL)15、高周波分配・結合器(RF D・C)13を介して、弾性表面波素子(SAW)11に伝達される。以下、詳細に説明する。   Next, the signal transmitted from the external device 3 is received by the antenna 17 of the pressure sensor 1, and passes through the second delay unit (SAW DL) 15 and the high-frequency distributor / coupler (RF D · C) 13. It is transmitted to the surface acoustic wave element (SAW) 11. Details will be described below.

図8に示す様に、アンテナ17にて受信された信号は、第2遅延部15により、遅延時間tDだけ遅延される。これは、入力された信号Txと圧力センサ1から出力されて外部装置3側にて受信される信号(REF、Sensing)とが混信しないようにするためである。   As shown in FIG. 8, the signal received by the antenna 17 is delayed by the delay time tD by the second delay unit 15. This is to prevent interference between the input signal Tx and the signal (REF, Sensing) output from the pressure sensor 1 and received on the external device 3 side.

更に、第2遅延部15にて遅延した信号は、上述した様に、高周波分配・結合器13を介して、参照用素子部21の第2電極部31と第1遅延部51の第4電極部49に送信される。   Further, as described above, the signal delayed by the second delay unit 15 is supplied to the second electrode unit 31 of the reference element unit 21 and the fourth electrode of the first delay unit 51 via the high frequency distributor / coupler 13. Transmitted to the unit 49.

このうち、参照用素子部21の第2電極部31に送られた信号は、第2電極部31にて弾性表面波に変換され、反射器43、45にて反射し、第2電極部31にて受信されて高周波信号に変換される。この信号は、逆の経路を辿って、高周波分配・結合器13、第2遅延部15を介して、アンテナ17から、外部装置3に送信される。この信号は、REFに示されているように、第2遅延部15により遅延時間tDだけ遅延したものとなる。   Among these, the signal sent to the second electrode part 31 of the reference element part 21 is converted into a surface acoustic wave by the second electrode part 31, reflected by the reflectors 43, 45, and the second electrode part 31. And is converted into a high-frequency signal. This signal follows the reverse path, and is transmitted from the antenna 17 to the external device 3 via the high frequency distributor / coupler 13 and the second delay unit 15. As shown in REF, this signal is delayed by the delay time tD by the second delay unit 15.

一方、第1遅延部51の第4電極部49に送信され、第1遅延部51にて所定の遅延時間だけ遅延した信号は、上述した様に、測定用素子部19の第1電極部25に送られる。測定用素子部19では、第1電極部25にて弾性表面波に変換され、反射器39、41にて反射し、第1電極部25にて受信されて高周波信号に変換される。この信号は、逆の経路を辿って、高周波分配・結合器13、第2遅延部15を介して、アンテナ17から、外部装置3に送信される。この信号は、Sensingに示されているように、前記第2遅延部15による遅延時間tDに加え、前記第1遅延部51による遅延時間tDEFだけ遅延したものとなる。   On the other hand, the signal transmitted to the fourth electrode unit 49 of the first delay unit 51 and delayed by a predetermined delay time by the first delay unit 51 is the first electrode unit 25 of the measuring element unit 19 as described above. Sent to. In the measurement element unit 19, the first electrode unit 25 converts it into a surface acoustic wave, the reflectors 39 and 41 reflect it, the first electrode unit 25 receives the signal and converts it into a high-frequency signal. This signal follows the reverse path, and is transmitted from the antenna 17 to the external device 3 via the high frequency distributor / coupler 13 and the second delay unit 15. As shown in Sensing, this signal is delayed by the delay time tDEF by the first delay unit 51 in addition to the delay time tD by the second delay unit 15.

つまり、各素子部19、21では、素子部19、21毎の信号を時間で分別するため、先の信号に対して更にtDEFの遅延時間を与えるために第1遅延部51を介して信号を伝達している。   That is, in each element unit 19, 21, the signal for each element unit 19, 21 is separated by time. Communicating.

そして、圧力センサ1では、弾性表面波素子11から戻ってきた信号が、再び一つの信号にまとめられて、アンテナ17から外部装置3に送信される。
なお、図8に示す様に、前記遅延時間tDEFは、送信信号長さtSより十分長く設定されているので、外部装置3から圧力センサ1に送信される信号Txと、圧力センサ1から外部装置3に返送される信号REF、Sensingとを、時間により分離することができる。
In the pressure sensor 1, the signals returned from the surface acoustic wave element 11 are again combined into one signal and transmitted from the antenna 17 to the external device 3.
As shown in FIG. 8, since the delay time tDEF is set sufficiently longer than the transmission signal length tS, the signal Tx transmitted from the external device 3 to the pressure sensor 1 and the pressure sensor 1 to the external device are set. The signals REF and Sensing returned to 3 can be separated by time.

・次に、圧力センサ1から信号を受信した外部装置3では、ローノイズアンプ(LNA)141により、信号を必要レベルまで増幅・ノイズ除去を行い、バンドパスフィルタ(BPF)143を介して、ログアンプやダイオードからなる検波器(DET)145により検知する。   Next, in the external device 3 that has received the signal from the pressure sensor 1, the signal is amplified and noise-removed to a required level by the low noise amplifier (LNA) 141, and the log amplifier is passed through the band pass filter (BPF) 143. And a detector (DET) 145 comprising a diode.

その後、検波器145から、測定用と参照用の2つのアナログデジタルコンバータ(ADC)147、149に信号を出力する。この出力(REF、Sensing)は、図8に示す様に、遅延時間tDETだけずれているので、コントローラ121から各出力に対応した時間に出力されるホールド信号tHoldにより、各出力の値が保持され、その値(SDO)が、コントローラ121に出力される。   Thereafter, a signal is output from the detector 145 to two analog-digital converters (ADC) 147 and 149 for measurement and reference. Since this output (REF, Sensing) is shifted by the delay time tDET as shown in FIG. 8, the value of each output is held by the hold signal tHold output from the controller 121 at the time corresponding to each output. The value (SDO) is output to the controller 121.

詳しくは、発信してから受信するまでの1サイクル分の全信号の検知が終了したところで、保持された値の読み込みを行い、これを周期Tにて繰り返し測定を行う。
これにより、コントローラ121には、温度のみの参照用の信号と圧力(タイヤの空気圧)及び温度を示す測定用の信号とが、時間的に明瞭に分離された状態で得られることになる。
Specifically, when detection of all signals for one cycle from transmission to reception is completed, the held value is read, and this is repeatedly measured at period T.
As a result, the controller 121 can obtain a reference signal for temperature only and a measurement signal for indicating pressure (tire pressure) and temperature in a state that is clearly separated in terms of time.

よって、コントローラ121では、測定用の信号と参照用の信号の信号レベルの差分を取ることにより、圧力に対応した信号のみを抽出できるので、この圧力に対応した信号レベルから、圧力値を算出することができる。   Therefore, the controller 121 can extract only the signal corresponding to the pressure by taking the difference between the signal levels of the measurement signal and the reference signal, and therefore calculates the pressure value from the signal level corresponding to the pressure. be able to.

つまり、タイヤ5の空気圧(圧力)は、ダイヤフラム77や圧力伝達ピン81を介して測定用素子部19にひずみとして伝わり、測定用素子部19のひずみ量により圧力センサ1から出力される信号強度が変化する。よって、信号レベル検知方式を利用し、測定用の信号と参照用の信号の信号レベルを求めるとともに、両信号レベルの差分を取って、圧力に対応した信号のみを抽出できる。一方、圧力と圧力センサ1との応答との間には線形関係が成り立つことから、予め圧力に対する応答量をマッピングしておき、前記圧力の測定値と比較することにより、タイヤ5内の圧力を特定することができる。   That is, the air pressure (pressure) of the tire 5 is transmitted as strain to the measuring element unit 19 via the diaphragm 77 and the pressure transmission pin 81, and the signal intensity output from the pressure sensor 1 is increased by the strain amount of the measuring element unit 19. Change. Therefore, using the signal level detection method, the signal levels of the measurement signal and the reference signal can be obtained, and the difference between the two signal levels can be taken to extract only the signal corresponding to the pressure. On the other hand, since a linear relationship is established between the pressure and the response of the pressure sensor 1, the response amount to the pressure is mapped in advance, and the pressure in the tire 5 is determined by comparing with the measured value of the pressure. Can be identified.

f)この様に、本実施例では、測定用素子部19と参照用素子部21との間に、遅延線の構造を有する第1遅延部51を備えているので、測定用素子部19から出力される信号を参照用素子部21から出力される信号に対して遅延させることができる。   f) Thus, in this embodiment, the first delay unit 51 having the delay line structure is provided between the measurement element unit 19 and the reference element unit 21. The output signal can be delayed with respect to the signal output from the reference element unit 21.

これにより、測定用素子部19から出力される信号と参照用素子部21から出力される信号とを、時間的にずらすことができるので、測定用素子部19から出力される信号と参照用素子部21から出力される信号とを、無線によって送信した場合でも、その信号を受信した外部装置3では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。   Thereby, since the signal output from the measurement element unit 19 and the signal output from the reference element unit 21 can be shifted in time, the signal output from the measurement element unit 19 and the reference element Even when the signal output from the unit 21 is transmitted wirelessly, the external device 3 that has received the signal can separate both signals due to the time lag between the two signals.

よって、その分離した信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握することができる。そして、そのレベル検知後の信号を用い、測定用素子部19から出力される圧力及び温度に対応した信号と参照用素子部21から出力される温度に対応した信号とから、すなわち両信号の差分を取ることにより、圧力のみを示す信号を抽出することができる。   Therefore, the signal state can be grasped by applying a signal level detection method to the separated signal. Then, using the signal after the level detection, from the signal corresponding to the pressure and temperature output from the measuring element unit 19 and the signal corresponding to the temperature output from the reference element unit 21, that is, the difference between both signals By taking this, it is possible to extract a signal indicating only the pressure.

つまり、本実施例によれば、測定用素子部19と参照用素子部21とを備えた弾性表面波素子11を用い、無線によって信号を送信する場合でも、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易にタイヤ5内の圧力(空気圧)を検知することができる。   That is, according to the present embodiment, even when a surface acoustic wave element 11 including a measurement element unit 19 and a reference element unit 21 is used and a signal is transmitted wirelessly, signal level detection that requires a simple circuit configuration is possible. The pressure (air pressure) in the tire 5 can be easily detected by the method.

次に、実施例2について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は簡略化する。
a)まず、本実施例の圧力センサの構成について説明する。
図9に示す様に、本実施例の圧力センサ151は、前記実施例1と同様に、弾性表面波素子153と、高周波分配・結合器155と、第2遅延部157と、アンテナ159とを備えている。
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be simplified.
a) First, the configuration of the pressure sensor of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 9, the pressure sensor 151 of this embodiment includes a surface acoustic wave element 153, a high-frequency distributor / coupler 155, a second delay unit 157, and an antenna 159, as in the first embodiment. I have.

前記弾性表面波素子153は、前記実施例1と同様に、測定用素子部161と、参照用素子部163と、第1遅延部165とを備えている。
特に、本実施例では、第1電極パターン167の測定用素子部161及び参照用素子部163の反対側に、温度測定用素子部169が設けられている。
Similar to the first embodiment, the surface acoustic wave element 153 includes a measurement element unit 161, a reference element unit 163, and a first delay unit 165.
In particular, in this embodiment, a temperature measuring element portion 169 is provided on the opposite side of the first electrode pattern 167 from the measuring element portion 161 and the reference element portion 163.

この温度測定用素子部169は、一対の電極171、173からなる第5電極部175の両側に、反射器177、181を備えたものである。
そして、この第5電極部175の一方の電極171は、高周波分配・結合器153に接続されている。また、第1遅延部165の第4電極部185は、第3遅延部187を介して高周波分配・結合器153に接続され、参照用素子部163の第2電極部189は、第4遅延部191を介して高周波分配・結合器153に接続されている。
The temperature measuring element unit 169 includes reflectors 177 and 181 on both sides of a fifth electrode unit 175 including a pair of electrodes 171 and 173.
One electrode 171 of the fifth electrode portion 175 is connected to the high frequency distributor / coupler 153. The fourth electrode unit 185 of the first delay unit 165 is connected to the high frequency distributor / coupler 153 via the third delay unit 187, and the second electrode unit 189 of the reference element unit 163 is connected to the fourth delay unit. It is connected to the high frequency distributor / coupler 153 via 191.

b)次に、この圧力センサ151を用いたセンシングシステムについて説明する。
図10に示す様に、本実施例のセンシングシステムは、前記実施例1と同様に、圧力センサ151と外部装置201とを備えている。
b) Next, a sensing system using the pressure sensor 151 will be described.
As shown in FIG. 10, the sensing system of this embodiment includes a pressure sensor 151 and an external device 201 as in the first embodiment.

この外部装置201は、前記実施例1と同様に、コントローラ203、位相同期IC(PLL IC)205、アッテネータアンプ(ATT)207、バンドパスフィルタ(BPF)209、パワーアンプ(PA)211、スイッチ(SPDT)213、ローノイズアンプ(LNA)215、バンドパスフィルタ(BPF)217、検波器(DET)219、アンテナ221等を備えている。   As in the first embodiment, the external device 201 includes a controller 203, a phase synchronization IC (PLL IC) 205, an attenuator amplifier (ATT) 207, a bandpass filter (BPF) 209, a power amplifier (PA) 211, a switch ( SPDT) 213, low noise amplifier (LNA) 215, band pass filter (BPF) 217, detector (DET) 219, antenna 221 and the like.

特に、本実施例では、3つの素子部161、163、169に対応して、温度測定用と参照用と測定用の3つのアナログデジタルコンバータ(ADC)223、225、227を備えている。   In particular, in this embodiment, three analog-digital converters (ADC) 223, 225, and 227 for temperature measurement, reference, and measurement are provided corresponding to the three element portions 161, 163, and 169.

従って、本実施例では、図11のような信号が得られる。以下図10及び図11を用いて詳細に説明する。
なお、外部装置201から圧力センサ151に到る信号については、前記実施例1と同様である。
Therefore, in this embodiment, a signal as shown in FIG. 11 is obtained. This will be described in detail below with reference to FIGS.
The signal from the external device 201 to the pressure sensor 151 is the same as in the first embodiment.

まず、外部装置201からの信号(高周波信号)を受信して、温度測定用素子部169に入力する信号は、第5電極部175にて弾性表面波に変換されて反射器177、181側に送信され、ここで反射した弾性表面波は、再度第5電極部175に戻って高周波信号に変換される。そして、温度測定用素子部169から出力される信号は、第1遅延部155により遅延時間tDだけ遅延され、外部装置201にて受信され、Hold1の信号tHoldにより、その値が保持される。   First, a signal (high-frequency signal) received from the external device 201 and input to the temperature measuring element unit 169 is converted into a surface acoustic wave by the fifth electrode unit 175 and is reflected on the reflectors 177 and 181 side. The surface acoustic wave transmitted and reflected here returns to the fifth electrode unit 175 again and is converted into a high-frequency signal. The signal output from the temperature measuring element unit 169 is delayed by the delay time tD by the first delay unit 155, received by the external device 201, and the value thereof is held by the signal tHold of Hold1.

また、参照用電極素子部163に入出力することによる同様な信号は、第1遅延部155により遅延時間tDだけ遅延されるとともに、第4遅延部191にても遅延時間tDEFだけ遅延され、外部装置201にて受信され、Hold2の信号tHoldにより、その値が保持される。   A similar signal generated by inputting / outputting to / from the reference electrode element unit 163 is delayed by the delay time tD by the first delay unit 155, and also delayed by the delay time tDEF by the fourth delay unit 191. The value is received by the device 201 and held by the signal tHold of Hold2.

更に、測定用素子部161に入出力することによる同様な信号は、第1遅延部155により遅延時間tDだけ遅延されるとともに、第3遅延部187にて遅延時間tDEFだけ遅延され、更に、第1遅延部165にて遅延時間tDEFだけ遅延され、外部装置201にて受信され、Hold3の信号tHoldにより、その値が保持される。   Further, a similar signal that is input / output to / from the measurement element unit 161 is delayed by the first delay unit 155 by the delay time tD, and is also delayed by the third delay unit 187 by the delay time tDEF. The delay unit 165 delays the delay time tDEF, and the external device 201 receives the signal. The value is held by the Hold3 signal tHold.

従って、コントローラ203には、温度のみの参照用信号と圧力(空気圧)及び温度を示す測定用信号とに加え、より精度の高い温度を示す信号が、時間的に明瞭に分離された状態で得られることになる。   Therefore, in addition to the reference signal for temperature only and the measurement signal indicating pressure (air pressure) and temperature, the controller 203 obtains a signal indicating a more accurate temperature in a state that is clearly separated in time. Will be.

よって、コントローラ203では、測定用信号と参照用信号の信号レベルの差分を取ることにより、圧力に対応した信号のみを抽出できるので、この圧力に対応した信号レベルから、圧力の値を求めることができる。また、温度測定用の信号により、温度を求めることができる。   Therefore, since the controller 203 can extract only the signal corresponding to the pressure by taking the difference between the signal levels of the measurement signal and the reference signal, the pressure value can be obtained from the signal level corresponding to the pressure. it can. Further, the temperature can be obtained from the temperature measurement signal.

本実施例では、前記実施例1と同様な効果を奏するとともに、温度測定用素子部169を備えているので、圧力だけでなく温度も正確に検知することができる。   In the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment are provided, and the temperature measuring element unit 169 is provided, so that not only the pressure but also the temperature can be accurately detected.

次に、実施例3について説明する。
本実施例では、ガス濃度センサの具体例として、図12に示す様な水素濃度センサ231を例示する。
Next, Example 3 will be described.
In this embodiment, a hydrogen concentration sensor 231 as shown in FIG. 12 is illustrated as a specific example of the gas concentration sensor.

この水素濃度センサ231は、前記実施例1と同様に、圧電基板233、第1電極部235、第2電極部237、第1遅延部239、反射器241等を備えるとともに、測定用素子部243、参照用素子部245を備えている。なお、前記実施例1と同様である箇所の説明は省略し、相違点のガス感応膜(ガス吸着体)247を備えた素子構造と、その反応原理について説明する。   Similar to the first embodiment, the hydrogen concentration sensor 231 includes the piezoelectric substrate 233, the first electrode portion 235, the second electrode portion 237, the first delay portion 239, the reflector 241 and the like, and the measurement element portion 243. The reference element portion 245 is provided. In addition, description of the same part as the said Example 1 is abbreviate | omitted, and the element structure provided with the gas sensitive film | membrane (gas adsorption body) 247 of a different point and its reaction principle are demonstrated.

弾性表面波素子249の特性が水素ガスの影響のみに依存し変化するには、弾性表面波の伝搬路上にガス選択性を持つ感応膜(ここでは水素を吸着するガス吸着体247)が必要となる。この感応膜247は、水素吸蔵合金(Pd合金等)から成る厚さ数百μm〜数十μmの薄膜で形成され、例えば第1電極部235と反射器241との間に配置される。   In order for the characteristics of the surface acoustic wave element 249 to change depending only on the influence of hydrogen gas, a sensitive film (in this case, a gas adsorbent 247 that adsorbs hydrogen) on the surface acoustic wave propagation path is required. Become. The sensitive film 247 is formed of a thin film made of hydrogen storage alloy (Pd alloy or the like) having a thickness of several hundreds μm to several tens μm, and is disposed between the first electrode part 235 and the reflector 241, for example.

水素に対する弾性表面波の応答は、2種類に大別できる。
1つ目は、感応膜247に水素吸蔵合金やPd−Ni合金等を用いて、水素分子が膜に吸着した際の化学反応熱(発熱量)による変化を利用したセンサである。このタイプは、基板の有する温度特性に対応して周波数特性がシフトする(水晶基板を用いた場合、その変化の様は2次曲線となる)。よって、そのシフト量を特定周波数の信号レベルの変化量から特定し、水素濃度を特定する。
The surface acoustic wave response to hydrogen can be broadly classified into two types.
The first is a sensor that uses a hydrogen storage alloy, Pd—Ni alloy, or the like for the sensitive film 247 and utilizes changes due to heat of chemical reaction (heat generation amount) when hydrogen molecules are adsorbed on the film. In this type, the frequency characteristic shifts in accordance with the temperature characteristic of the substrate (when a quartz substrate is used, the change is a quadratic curve). Therefore, the shift amount is specified from the change amount of the signal level of the specific frequency, and the hydrogen concentration is specified.

2つ目は、感応膜247にPbまたはPb合金を用いて、水素分子が付着することによる質量負荷や弾性率の変化を利用したセンサである。弾性表面波の伝搬面の弾性定数が変化することや質量負荷効果により、弾性表面波の伝搬速度が変化する。これにより、周波数特性のシフトを特定周波数の信号レベルの変化量から特定し、水素濃度を特定する。   The second is a sensor that uses Pb or a Pb alloy for the sensitive film 247 and utilizes changes in mass load and elastic modulus due to adhesion of hydrogen molecules. The propagation speed of the surface acoustic wave changes due to the change in the elastic constant of the propagation surface of the surface acoustic wave and the mass load effect. Thereby, the shift of the frequency characteristic is specified from the change amount of the signal level of the specific frequency, and the hydrogen concentration is specified.

なお、図13に示す様に、他の水素濃度センサ251として、各電極部253〜259等を覆うように、SiO2等の絶縁性保護膜261を装荷した上に、感応膜(ガス吸着体)263を設けてもよい。 As shown in FIG. 13, as another hydrogen concentration sensor 251, an insulating protective film 261 such as SiO 2 is loaded so as to cover each of the electrode portions 253 to 259, and then a sensitive film (gas adsorber). ) 263 may be provided.

また、ここでは、水素濃度を検出するセンサについて述べたが、他のガスについても、そのガスを吸着する感応膜を設け、同様な原理でガス濃度を検出することができる。   Although the sensor for detecting the hydrogen concentration has been described here, for other gases, a sensitive film that adsorbs the gas can be provided, and the gas concentration can be detected by the same principle.

次に、実施例4について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、図14に示す様に、液体センシングのセンサ構造(例えば液体の各種の物性値を検出できる液相系センサ271)を例示する。なお、他の実施例と同様である箇所は省略し、相違点の液体センシングのための電極構造とその反応原理について例示する。
Next, the fourth embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be simplified.
In this embodiment, as shown in FIG. 14, a sensor structure for liquid sensing (for example, a liquid phase sensor 271 capable of detecting various physical property values of a liquid) is illustrated. Note that parts that are the same as those in the other embodiments are omitted, and an electrode structure for liquid sensing and a reaction principle thereof are illustrated.

本実施例では、弾性表面波素子273の圧電基板275に液体が付着することによって、(圧力が加わった場合の様に)周波数特性が変化するので、この周波数特性の変化から液体の物性値を検知することができる。   In this example, the frequency characteristic changes (as when pressure is applied) by the liquid adhering to the piezoelectric substrate 275 of the surface acoustic wave element 273. Therefore, the physical property value of the liquid is determined from the change in the frequency characteristic. Can be detected.

具体的には、液体に波のエネルギが放射しないモード(SH、Love等)の弾性表面波を励起する素子を用いることで、液体の粘度・密度等を検出することができる。
液体のセンシングに用いられる弾性表面波は、液体内にエネルギを放射する縦方向の変位成分が殆どなく、横方向の変位成分のみを有する、滑り横波(SH)型の弾性表面波となる。励起される弾性表面波のモードは、用いる圧電材料(材料の種類やカット角)に依存し、SH型の弾性表面波を励起する圧電基板材料として、比較的結合係数が高く温度係数の小さな36°YX−LiTaO3が知られている。
Specifically, the viscosity, density, etc. of the liquid can be detected by using an element that excites a surface acoustic wave in a mode (SH, Love, etc.) in which wave energy is not radiated to the liquid.
The surface acoustic wave used for sensing liquid is a sliding shear wave (SH) type surface acoustic wave that has almost no longitudinal displacement component that radiates energy into the liquid and has only a lateral displacement component. The mode of the surface acoustic wave to be excited depends on the piezoelectric material (material type and cut angle) to be used. As a piezoelectric substrate material for exciting the SH type surface acoustic wave, the coupling coefficient is relatively high and the temperature coefficient is small. ° YX-LiTaO 3 is known.

電極及び反射器のパターンは、基板材料定数(結合係数や静電容量等)に依存するため実施例1と異なるが設計手法は同様である。また、励起電極−反射器間距離は、弾性表面波の伝搬面と測定溶液とが接触する幅(数mm)以上が必要となる。   The pattern of electrodes and reflectors is different from that of the first embodiment because it depends on substrate material constants (coupling coefficient, capacitance, etc.), but the design method is the same. Further, the distance between the excitation electrode and the reflector needs to be equal to or larger than the width (several mm) at which the surface of the surface acoustic wave propagates and the measurement solution are in contact with each other.

なお、圧電基板275上には、例えば測定用素子部277の第1電極部279と反射器281との間に、液体を保持するための囲い(例えばシリコンや樹脂で作られたプール)283を設けることが好ましい。   On the piezoelectric substrate 275, for example, an enclosure (for example, a pool made of silicon or resin) 283 for holding liquid is provided between the first electrode portion 279 of the measuring element portion 277 and the reflector 281. It is preferable to provide it.

また、液体内にセンサを直接浸けるディップ式のセンシングを行うには、励起電極及び反射器が濡れるのを防ぐ必要がある。そのため、センサ基板上に電極と反射器を覆うように防水シールドを形成する。この防水シールド材にはエポキシ系の樹脂を利用し、電極及び反射器と防水シールドの間には微小なエアギャップを設ける。なお、防水シールドとセンサ表面との設置面積が大きいと信号が減衰する要因となるため、設置面積は極力小さくするのが望ましい。   In addition, in order to perform dip-type sensing in which the sensor is directly immersed in the liquid, it is necessary to prevent the excitation electrode and the reflector from getting wet. Therefore, a waterproof shield is formed on the sensor substrate so as to cover the electrode and the reflector. Epoxy resin is used for the waterproof shield material, and a minute air gap is provided between the electrode and reflector and the waterproof shield. Note that if the installation area between the waterproof shield and the sensor surface is large, the signal will be attenuated, so it is desirable to make the installation area as small as possible.

なお、本発明は、前記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
(1)例えばタイヤ空気圧センサのような圧力センサに限らず、応力センサ、変位センサ、温度センサなど、各種の用途に適用できる。
In addition, this invention is not limited to the said Example at all, As long as it belongs to the technical scope of this invention, it can take a various form.
(1) For example, the present invention is not limited to a pressure sensor such as a tire pressure sensor, and can be applied to various applications such as a stress sensor, a displacement sensor, and a temperature sensor.

(2)また、ガスセンサでは、合成ジャロサイトMgFe3(SO42(OH)6や含水素酸化鉄(III)FeOOH等により一酸化炭素といったように、特定のガス感応膜を用いることで多種のガスセンシングにも適用できる。 (2) Further, in the gas sensor, various kinds of gas sensors can be used by using a specific gas sensitive film such as carbon monoxide such as synthetic jarosite MgFe 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 or hydrogen-containing iron oxide (III) FeOOH. It can also be applied to gas sensing.

1、151…圧力センサ
3、201…外部装置
11、153、249、273…弾性表面波素子
15、157…第2遅延部
19、161、243、277…測定用素子部
21、163、245…参照用素子部
25、235、253、265、279…第1電極部
31、189、237、255…第2電極部
39、41、43、45、177、181、241、281…反射器
47、257…第3電極部
49、259…第4電極部
51、165、239…第1遅延部
86…筐体
169…温度測定用素子部
187…第3遅延部
191…第4遅延部
175…第5電極部
231、251…水素濃度センサ
247、263…ガス吸着体
271…液相センサ
283…囲い
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,151 ... Pressure sensor 3, 201 ... External device 11, 153, 249, 273 ... Surface acoustic wave element 15, 157 ... Second delay part 19, 161, 243, 277 ... Element part for measurement 21, 163, 245 ... Reference element portion 25, 235, 253, 265, 279 ... first electrode portion 31, 189, 237, 255 ... second electrode portion 39, 41, 43, 45, 177, 181, 241, 281 ... reflector 47, 257 ... third electrode part 49,259 ... fourth electrode part 51,165,239 ... first delay part 86 ... housing 169 ... temperature measuring element part 187 ... third delay part 191 ... fourth delay part 175 ... first 5 electrode parts 231, 251 ... hydrogen concentration sensor 247, 263 ... gas adsorbent 271 ... liquid phase sensor 283 ... enclosure

Claims (18)

圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備えた一方の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた他方の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、
前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第1遅延部を備えたことを特徴とする弾性表面波素子。
One element portion having a pair of electrodes, a reflector, and a gas adsorber that adsorbs a measurement target gas on the piezoelectric substrate, and the other element portion having a pair of electrodes and a reflector on the piezoelectric substrate. A surface acoustic wave element having a frequency characteristic that changes according to an amount of heat generation or an increase in mass due to the gas to be measured adsorbed on the gas adsorbent,
A surface acoustic wave device comprising: a first delay unit that delays a signal of the one element unit in time with respect to a signal of the other element unit.
前記弾性表面波素子は、ガスの濃度検知が可能であることを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave element according to claim 1, wherein the surface acoustic wave element is capable of detecting a gas concentration. 圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた2以上の素子部を有し、前記素子部のいずれかに加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、
測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、該測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を備えるとともに、
前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第1遅延部を備えたことを特徴とする弾性表面波素子。
A surface acoustic wave device having two or more element portions each including a pair of electrodes and a reflector on a piezoelectric substrate, and having a frequency characteristic that changes according to a perturbation applied to any of the element portions,
A measurement element unit that receives perturbation of the measurement target, and a reference element unit used to correct the output of the measurement element unit,
A surface acoustic wave device comprising: a first delay unit that delays a signal of the one element unit in time with respect to a signal of the other element unit.
前記弾性表面波素子は、気体の圧力検知が可能であることを特徴とする請求項3に記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave element according to claim 3, wherein the surface acoustic wave element is capable of detecting gas pressure. 前記弾性表面波素子の圧電基板として、液体に対してエネルギを放射しない弾性表面波を励起する圧電基板を用いることを特徴とする請求項3に記載の弾性表面波素子。   4. The surface acoustic wave device according to claim 3, wherein a piezoelectric substrate that excites a surface acoustic wave that does not emit energy to a liquid is used as the piezoelectric substrate of the surface acoustic wave device. 前記弾性表面波素子は、液体の物性値を検出可能であることを特徴とする請求項5に記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave element according to claim 5, wherein the surface acoustic wave element is capable of detecting a physical property value of a liquid. 前記他方の素子部に接続された信号線と、前記第1遅延部を介して接続された前記一方の素子部の信号線とを、互いの信号が混信しないように分配したことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の弾性表面波素子。   The signal line connected to the other element part and the signal line of the one element part connected via the first delay part are distributed so that mutual signals do not interfere with each other. The surface acoustic wave device according to claim 1. 前記第1遅延部が、音波を利用した遅延線であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the first delay unit is a delay line using sound waves. 前記第1遅延部が複数ある場合は、少なくとも1つを前記圧電基板上に設けたことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein when there are a plurality of the first delay portions, at least one of the first delay portions is provided on the piezoelectric substrate. 更に、単独で温度検知が可能な温度検知用の素子部を備えたことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave device according to any one of claims 1 to 9, further comprising a temperature detecting element portion capable of detecting temperature independently. 前記請求項3、4、7〜10のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して圧力を付与する圧力付与部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とするセンサ。   The surface acoustic wave element according to any one of claims 3, 4, 7 to 10, a pressure applying unit that applies pressure to an element unit for measurement of the surface acoustic wave element, and the surface acoustic wave element A sensor comprising: an antenna that wirelessly transmits a signal corresponding to a change in the frequency characteristic to an external device; and a housing that houses the surface acoustic wave element and the antenna. 前記請求項1、2、7〜10のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対してガスを付与するガス吸着体と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とするセンサ。   The surface acoustic wave element according to any one of claims 1, 2, and 7 to 10, a gas adsorbent that applies gas to an element portion for measurement of the surface acoustic wave element, and the surface acoustic wave element A sensor comprising: an antenna that wirelessly transmits a signal corresponding to a change in the frequency characteristic to an external device; and a housing that houses the surface acoustic wave element and the antenna. 前記請求項5〜10のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して測定対象の液体を保持するための囲いを備えた液体付加部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とするセンサ。   The surface acoustic wave element according to any one of claims 5 to 10, and a liquid addition unit including an enclosure for holding a liquid to be measured with respect to an element unit for measurement of the surface acoustic wave element, An antenna that wirelessly transmits a signal corresponding to a change in the frequency characteristic of the surface acoustic wave element to an external device, and a housing that houses the surface acoustic wave element and the antenna. Sensor. 前記弾性表面波素子と前記アンテナとの間に、前記外部装置から入力される信号と前記弾性表面波素子から出力される信号との混信を防ぐための第2遅延部を設けたことを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載のセンサ。   A second delay unit for preventing interference between a signal input from the external device and a signal output from the surface acoustic wave element is provided between the surface acoustic wave element and the antenna. The sensor according to any one of claims 11 to 13. 前記請求項11〜14のいずれかに記載のセンサと、該センサと無線にて信号の送受信を行う外部装置と、を備え、
前記外部装置から前記素子部への特定周波数の入力信号に対する前記素子部の出力信号のレベル変化により、前記測定対象の状態を検知することを特徴とするセンシングシステム。
A sensor according to any one of claims 11 to 14, and an external device that wirelessly transmits and receives signals to and from the sensor,
A sensing system that detects a state of the measurement object based on a level change of an output signal of the element unit with respect to an input signal of a specific frequency from the external device to the element unit.
前記センサを測定空間内に配置し、前記センサからの信号を前記外部装置で受信して、前記測定空間内の状態を検知することを特徴とする請求項15に記載のセンシングシステム。   The sensing system according to claim 15, wherein the sensor is arranged in a measurement space, and a signal from the sensor is received by the external device to detect a state in the measurement space. 圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備え、前記測定対象ガスの吸着の影響を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、
該センサと無線通信を行う外部装置と、
を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号のレベル変化により、測定対象ガスの状態を検知する状態検知方法であって、
前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて前記測定対象の状態を検知することを特徴とする状態検知方法。
A piezoelectric substrate is provided with a pair of electrodes, a reflector, and a gas adsorber that adsorbs a measurement target gas, a measurement element unit that is affected by the adsorption of the measurement target gas, a pair of electrodes and a reflector on the piezoelectric substrate, A reference element part used for correcting the output of the measurement element part, and a calorific value or an increase in mass due to the measurement target gas adsorbing to the gas adsorbent A sensor having a surface acoustic wave element whose frequency characteristics change according to the
An external device for wireless communication with the sensor;
A state detection method for detecting the state of a gas to be measured by a level change of an output signal from the surface acoustic wave element with respect to an input signal of a specific frequency from the external device to the surface acoustic wave element,
Of the two element parts, the signal of one element part is delayed in time with respect to the signal of the other element part, the signals of both element parts are separated, and the measurement object is based on the separated signals. The state detection method characterized by detecting the state of this.
圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定用の素子部に加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、
該センサと無線通信を行う外部装置と、
を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号のレベル変化により、測定対象の状態を検知する状態検知方法であって、
前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて前記測定対象の状態を検知することを特徴とする状態検知方法。
A piezoelectric substrate is provided with a pair of electrodes and a reflector, and a measurement element unit that receives perturbation of a measurement target, and a piezoelectric substrate is provided with a pair of electrodes and a reflector, and corrects the output of the measurement element unit. A sensor element including a surface acoustic wave element having a frequency characteristic that changes in response to a perturbation applied to the element part for measurement.
An external device for wireless communication with the sensor;
A state detection method for detecting a state of a measurement object by a level change of an output signal from the surface acoustic wave element with respect to an input signal of a specific frequency from the external device to the surface acoustic wave element,
Of the two element parts, the signal of one element part is delayed in time with respect to the signal of the other element part, the signals of both element parts are separated, and the measurement object is based on the separated signals. The state detection method characterized by detecting the state of this.
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