JP2010537341A - 物理変数の遠隔測定方法 - Google Patents

Abstract

物理変数（ｖ）を遠隔測定するシステムであって、ＲＦ信号（２）を送信し、そしてこの送信信号に由来する反射信号（３）を受信する、ＲＦ送受信機（１）を備える。ＲＦトランスポンダは、第１の関数（ｆ（ｖ））に対応した物理変数に依存した誘電特性を持つ誘電体を備える。この誘電体は測定される物理変数（ｖ）に露出される。トランスポンダは送受信機によって送信された信号（２）を受信し、そして反射信号（３）、すなわちその２次および／または更に高次の高調波を反射するように設計されている。この２次および／または更に高次の高調波は実際の誘電特性に依存している。処理手段（９）は、送受信機によって送信された前記信号（２）と、トランスポンダから受信される反射信号（３）とを比較するように、そしてこの比較結果、例えば位相シフト、を測定される物理変数（ｖ）を表す値に変換するように、設定されている。トランスポンダは例えばパッチアンテナであってよい。

Description

本発明は物理変数（ｖ）の遠隔測定方法に関する。

本発明による方法は好ましくは以下のステップを含む。
−ＲＦ信号を送信し、そして反射信号を受信するように設定されたＲＦ送受信機を提供し、この反射信号は前記の送信された信号に由来するステップ。
−第１の関数（ｆ（ｖ））に対応した物理変数に依存した誘電特性を持つ誘電体を含むＲＦトランスポンダを提供し、この誘電体は測定される物理変数に対し露出されており、このトランスポンダは送受信機から送信された信号を受信し、そして、前記の反射信号として、トランシーバから送信された信号および第２の関数（ｆ（ｄ））に対応した実際の誘電特性に依存した信号を反射するステップ。
−前記の第１の関数および第２の関数（ｆ（ｖ）、ｆ（ｄ））を適用して、送信機によって送信された信号と受信されたトランスポンダからの反射信号とを比較するため、およびこの比較結果を測定される物理変数（ｖ）の代表値に変換するための処理手段を提供するステップ。

従って、要するに、このトランスポンダの誘電体はこの測定される物理変数（温度、湿度、圧力等）が存在する環境に、誘電率を設定するように露出される。送受信機がＲＦ信号を送信すると、トランスポンダ内の誘電率はトランスポンダにより反射される信号の振幅、位相等を決定する。送受信機の側においては、送信された信号と反射された信号の両方が相互に比較され、そして測定される変数の値がこの比較結果から計算される。

反射信号は送信信号と比較されて、減衰が測定される。欠点はこの減衰が送受信機とトランスポンダとの間の距離および更に他の送信条件に依存し、これらが変化することである。

この欠点を避けるため、好ましくは、反射信号が送受信機によって送信された信号と比較され、この反射信号の（相対的）位相シフトが測定される。多くの場合、位相シフトは送受信機とトランスポンダとの間の（変化する）距離および更に他の送信条件に依存しない。

トランスポンダによって反射された信号でなく、他の物体や表面等によって反射された信号と、このトランスポンダによって実際に反射された信号とを区別することができるためには、好ましくはこのトランスポンダは送受信機からの受信された信号を第２のおよび／または更に高次の高調波に変換し、そして高調波からなる反射信号を反射する。この場合、これらの高調波は送受信機で、他の物体、表面等によって反射された信号から区別される。この他の物体、表面等によって反射された信号は送受信機から送信された信号の基本周波数のみからなる（実質的に高調波が含まれていない）。

以下に実施形態例である１つのシステムを図１に示す。

図１は上記で概要を説明した本方法の実施に適した１つのシステムの実施形態例を示す。

図１には、例えば特定の室内または領域内での温度または湿度である物理変数ｖを遠隔測定する装置が示されている。この装置は、ＲＦ信号２を送信し、この送信信号２に由来する反射信号３を受信する、ＲＦ送受信機１を備える。本システムは更に、例えばパッチアンテナを備えたＲＦトランスポンダ４を含む。このパッチアンテナは、その間に誘電体層７を持つ２つのフラットアンテナ導体５、６を含み、この誘電体は第１の関数ｄ＝ｆ（ｖ）に対応した前記の物理変数に依存した誘電特性を持っている。この誘電体（この誘電体はトランスポンダ本体の内側にあっても外側にあってもよい）は前記の物理変数ｖを測定するために露出されている。

誘電体としてはＦＲ−４のような材質が用いられてよい。ＦＲ−４（Ｆｒａｍｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ４）はプリント回路基板（ＰＣＢ）を作るのに用いられる種類の材質である。ＰＣＢに用いられる、このＦＲ−４は４官能性レジン系で、通常はＵＶ安定化される。これは通常黄色を帯びている。ＦＲ−４は厳密には絶縁体（銅被覆無しで）として製造され、通常は２官能性レジン系であり、緑色を帯びている。ＦＲ−４は従来の材質でＧ−１０と呼ばれるものと類似している。Ｇ−１０にはＦＲ−４の自己消火性の燃焼特性が欠落している。ＦＲ−４は殆どのアプリケーションでＧ−１０を代替して広く用いられている。いくつかの軍用アプリケーションで回路基板の破壊が望ましい特徴である場合にはＧ−１０がいまだに用いられている（出典：http://en.wikipedia.org/wiki/FR-4）

このトランスポンダ４は送受信機から送信された信号２を受信して、反射信号３として信号を反射するように設計されている。この反射信号の振幅、位相等はもちろん（振幅、周波数等の）送受信機によって送信される入射信号２の特性に依存し、更にダイオードまたはダイオードに類似の素子を備えた回路８の特性に依存する。このダイオードまたはダイオードに類似した素子は、従来技術で知られているように、高次の（特に２次の）高調波を反射信号にもたらし、この高調波は送受信機側で、不所望の信号反射から区別される。この反射信号の依存性は３＝ｆ（ｄ、２））で表される。

送受信機側では、送受信機１によって送信された信号２の特性と、トランスポンダから送り返されて受信される反射信号３の特性とを比較するために、そしてこの比較結果を測定される物理変数ｖを表す値に変換するするために処理手段９が設けられ、ここで依存関数ｆ（ｖ）およびｆ（ｄ））が適用される。

既に記述および説明されたように、この処理手段９は好ましくは、送受信機によって送信された信号と比較して、反射信号の位相シフトを測定するように設計されている。共振信号のため、主に部材５、６、および７で構成されるアンテナが位相シフトした反射信号を反射する。共振周波数は基板７の実際の誘電率に依存するので、実際の位相シフトは従ってこの基板７の誘電率に依存し、そしてこのため、図１で記号ｖで示される、アンテナの周囲の実際の物理特性（例えば温度、湿度、圧力等）に依存する。

前述のように、好ましくはこのトランスポンダは、送受信機から受信された信号をこの信号の２次および／または更に高次の高調波に変換する手段を備え、そしてこれらの高調波の少なくとも一部を反射する手段を備える。この場合この送受信機はこの送受信機によって送信された信号の基本周波数からこれらの高調波を区別する手段（例えばフィルター）を備えなければならない。このような２次および／または更に高次の高調波の発生のために、このトランスポンダ回路８はダイオードまたは他の非線形部材を備えてよい。

トランスポンダ４のアンテナはマイクロストリップアンテナ、プリントアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、またはパッチアンテナの形状を持っていてよい。

Claims (9)

1. 物理変数（ｖ）を遠隔測定する方法であって、
   −ＲＦ信号（２）を送信し、そして反射信号（３）を受信するように設定されたＲＦ送受信機を提供し、この反射信号（３）は前記の送信された信号に由来するステップと、
   −第１の関数（ｆ（ｖ））に対応した前記物理変数に依存した誘電特性を持つ誘電体を含むＲＦトランスポンダを提供し、この誘電体は測定される前記物理変数に対し露出されており、前記トランスポンダは前記送受信機から送信された前記信号（２）を受信し、そして、前記の反射信号として、前記トランシーバから送信された前記信号（２）および第２の関数（ｆ（ｄ））に対応した実際の誘電特性に依存した信号（３）を反射するステップと、
   −前記の第１の関数および第２の関数（ｆ（ｖ）、ｆ（ｄ））を適用して、前記送信機によって送信された前記信号（２）と受信された前記トランスポンダからの反射信号（３）とを比較するため、およびこの比較結果を測定される前記物理変数（ｖ）の代表値に変換するための処理手段を提供するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記反射信号は前記送受信機によって送信された前記信号と比較されて、減衰が測定されることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   前記反射信号が前記送受信機によって送信された前記信号と比較されて、この反射信号の位相シフトが測定されることを特徴とする方法。
4. 請求項４に記載の方法において、
   前記トランスポンダは前記送受信機からの前記信号を２次および／または更に高次の高調波に変換し、そして前記高調波を含む前記反射信号を反射し、更に前記送受信機において、前記高調波は前記送受信機によって送信された前記信号の基本周波数から区別されることを特徴とする方法。
5. 物理変数（ｖ）を遠隔測定するシステムであって、
   ＲＦ信号（２）を送信し、そしてこの送信信号に由来する反射信号（３）を受信する、ＲＦ送受信機（１）と、
   第１の関数（ｆ（ｖ））に対応した前記物理変数に依存した誘電特性を持つ誘電体（７）であって、動作中は前記物理変数（ｖ）が測定されるように露出される誘電体（７）を備えるＲＦトランスポンダ（４）とを備え、
   前記トランスポンダは前記送受信機によって送信された前記信号（２）を受信し、そして前記反射信号（３）として、前記送受信機によって送信された前記信号（２）と第２の関数（ｆ（ｄ））に対応した実際の誘電特性とに依存した信号を反射するように設計され、
   前記第１の関数および第２の関数（ｆ（ｖ）、ｆ（ｄ））を適用して、前記送受信機によって送信された前記信号（２）と、前記トランスポンダから受信される前記反射信号（３）とを比較するための、そしてこの比較結果を測定される前記物理変数（ｖ）を表す値に変換するための処理手段（９）を備えることを特徴とするシステム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、
   前記処理手段は、前記送受信機によって送信された前記信号と比較して、前記反射信号の位相シフトを測定するように設計されていることを特徴とするシステム。
7. 請求項５または６に記載のシステムにおいて、
   前記トランスポンダは、前記送受信機から受信された前記信号をこの信号の２次および／または更に高次の高調波に変換する手段を備え、そしてこれらの高調波の少なくとも一部を反射する手段を備え、更に、前記送受信機は前記送受信機によって送信された前記信号の基本周波数から前記高調波を区別する手段を備えることを特徴とするシステム。
8. 請求項７に記載のシステムにおいて、
   前記トランスポンダは、ダイオードを備えた相互接続回路を介して相互接続された、少なくとも２つの反射アンテナ電極（５、６）を備えることを特徴とするシステム。
9. 請求項５乃至８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
   前記トランスポンダは、マイクロストリップアンテナ、プリントアンテナ、マイクロストリップパッチアンテナ、またはパッチアンテナの形状を持つ、少なくとも２つの反射アンテナ電極（５、６）を備えることを特徴とするシステム。
   

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