JP2012008749A - Manufacturing method of passive sensor, measurement method by wireless sensor system, passive sensor and wireless sensor system - Google Patents

Manufacturing method of passive sensor, measurement method by wireless sensor system, passive sensor and wireless sensor system Download PDF

Info

Publication number
JP2012008749A
JP2012008749A JP2010143275A JP2010143275A JP2012008749A JP 2012008749 A JP2012008749 A JP 2012008749A JP 2010143275 A JP2010143275 A JP 2010143275A JP 2010143275 A JP2010143275 A JP 2010143275A JP 2012008749 A JP2012008749 A JP 2012008749A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
passive sensor
antenna
sensor
passive
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010143275A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Ito
吉博 伊藤
Shigeo Ito
重夫 伊藤
Yuri Hoshino
有里 星野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2010143275A priority Critical patent/JP2012008749A/en
Publication of JP2012008749A publication Critical patent/JP2012008749A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a passive sensor capable of obtaining high measurement accuracy even with individual differences due to manufacturing variations of a sensor device, and a manufacturing method of the passive sensor.SOLUTION: A passive sensor 10 comprises an antenna 11 and a SAW resonator 12. A resonance frequency fsc of the passive sensor 10 is a frequency-shifted value of a resonance frequency fsaw of the SAW resonator 12 by an amount according to a difference in impedance between the antenna 11 and the SAW resonator 12. Using this, the SAW resonator 12 is classified into an identification group Gr on the basis of the resonance frequency fsaw. For each identification group Gr, antenna modules 110A-110E each having different impedance are formed, and are combined with the SAW resonator 12 on the basis of the identification group Gr to form the passive sensor 10. Consequently, even when the SAW resonator 12 has individual differences, the resonance frequency of the passive sensor 10 is within a predetermined frequency error range Δfsc.

Description

本発明は、物理量に応じて共振周波数が変化する共振子を備えたパッシブセンサおよび該パッシブセンサの製造方法、さらには当該パッシブセンサを用いた無線式センサシステムおよび該無線式センサシステムによる計測方法に関する。   The present invention relates to a passive sensor including a resonator whose resonance frequency changes according to a physical quantity, a method for manufacturing the passive sensor, a wireless sensor system using the passive sensor, and a measurement method using the wireless sensor system. .

従来、所定の物理量(温度、圧力等)を計測するパッシブセンサとして、特許文献1に示すように、SAW共振子等のセンサ素子と該センサ素子に接続するアンテナとを用いたパッシブセンサがある。このようなパッシブセンサは、SAW共振子が温度や圧力により共振周波数が変化することを利用しており、計測結果をアンテナから親機に送信している。   Conventionally, as a passive sensor for measuring a predetermined physical quantity (temperature, pressure, etc.), as shown in Patent Document 1, there is a passive sensor using a sensor element such as a SAW resonator and an antenna connected to the sensor element. Such a passive sensor utilizes the fact that the resonance frequency of the SAW resonator changes depending on temperature and pressure, and transmits the measurement result from the antenna to the parent device.

特表2003−508739号公報Japanese translation of PCT publication No. 2003-508739

しかしながら、SAW共振子等のセンサ素子の共振周波数は、当該センサ素子の形状に依存するため、このようなセンサ素子を用いたパッシブセンサでは、センサ素子の形成精度に計測精度が大きく依存する。   However, since the resonance frequency of a sensor element such as a SAW resonator depends on the shape of the sensor element, in a passive sensor using such a sensor element, the measurement accuracy greatly depends on the formation accuracy of the sensor element.

ところが、要求される計測精度が高い場合、当該計測精度を満足するような製造バラツキの範囲内で、センサ素子を製造することは容易ではない。   However, when the required measurement accuracy is high, it is not easy to manufacture the sensor element within the range of manufacturing variation that satisfies the measurement accuracy.

したがって、本発明の目的は、センサ素子の製造バラツキ等により個体差があっても、高い計測精度が得られるパッシブセンサおよび該パッシブセンサの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a passive sensor and a method for manufacturing the passive sensor that can obtain high measurement accuracy even if there is an individual difference due to manufacturing variation of sensor elements.

この発明は、外部からの励起信号によって感知する物理量に応じた周波数の共振信号を出力するセンサ素子と、センサ素子に接続されており、励起信号および共振信号に基づく通信信号を送受波するアンテナと、を備えるパッシブセンサの製造方法に関する。この製造方法は、センサ素子選別工程、アンテナモジュール形成工程、パッシブセンサ形成工程を有する。センサ素子選別工程は、センサ素子を、励起信号による共振周波数で複数のグループに選別する。アンテナモジュール形成工程は、グループ毎に異なる形状のアンテナを備えるアンテナモジュールを形成する。パッシブセンサ形成工程は、センサ素子のグループに応じて、アンテナモジュールとセンサ素子とを組合せてパッシブセンサを形成する。このような製造工程の上で、アンテナモジュール形成工程は、センサ素子の共振周波数を、パッシブセンサの所望共振周波数にシフトさせる形状にアンテナを形成している。   The present invention provides a sensor element that outputs a resonance signal having a frequency corresponding to a physical quantity sensed by an excitation signal from the outside, and an antenna that is connected to the sensor element and transmits and receives a communication signal based on the excitation signal and the resonance signal. The present invention relates to a method for manufacturing a passive sensor. This manufacturing method has a sensor element selection process, an antenna module formation process, and a passive sensor formation process. In the sensor element sorting step, the sensor elements are sorted into a plurality of groups based on the resonance frequency by the excitation signal. In the antenna module forming step, an antenna module including an antenna having a different shape for each group is formed. In the passive sensor formation step, a passive sensor is formed by combining an antenna module and a sensor element according to a group of sensor elements. In such a manufacturing process, the antenna module forming process forms the antenna in a shape that shifts the resonance frequency of the sensor element to the desired resonance frequency of the passive sensor.

この製造方法では、センサ素子の共振周波数に応じたグループ単位でアンテナの形状を適宜設定している。これにより、センサ素子の製造バラツキによる共振周波数の個体差があっても、パッシブセンサとして送信(出力)する通信信号の共振周波数は一定になる。言い換えれば、センサ素子の個体差に影響されることなく、所望の計測精度が得られるような通信信号を出力可能なパッシブセンサを構成できる。   In this manufacturing method, the shape of the antenna is appropriately set for each group corresponding to the resonance frequency of the sensor element. Thereby, even if there is an individual difference in the resonance frequency due to manufacturing variations of sensor elements, the resonance frequency of a communication signal transmitted (output) as a passive sensor is constant. In other words, it is possible to configure a passive sensor that can output a communication signal that can achieve a desired measurement accuracy without being affected by individual differences in sensor elements.

また、この発明のパッシブセンサの製造方法では、センサ素子はSAW共振子により形成されている。アンテナモジュール形成工程では、アンテナのインピーダンスにより共振周波数をシフトさせる形状にアンテナを形成する。   In the passive sensor manufacturing method of the present invention, the sensor element is formed of a SAW resonator. In the antenna module forming step, the antenna is formed in a shape in which the resonance frequency is shifted by the impedance of the antenna.

この製造方法では、センサ素子として具体的にSAW共振子を用い、当該SAW共振子を用いた場合のアンテナの具体的な形状の設定方法を示している。   In this manufacturing method, a specific method for setting the shape of an antenna when a SAW resonator is specifically used as a sensor element and the SAW resonator is used is shown.

また、この発明のパッシブセンサの製造方法では、センサ素子は水晶振動子により形成されている。アンテナモジュール形成工程は、アンテナのインピーダンスに含まれるインダクタンスにより共振周波数をシフトさせる形状にアンテナを形成する。   In the method for manufacturing a passive sensor according to the present invention, the sensor element is formed of a crystal resonator. In the antenna module forming step, the antenna is formed in a shape in which the resonance frequency is shifted by the inductance included in the impedance of the antenna.

この製造方法では、センサ素子として具体的に水晶振動子を用い、当該水晶振動子を用いた場合のアンテナの具体的な形状の設定方法を示している。   This manufacturing method shows a specific method for setting the antenna shape when a crystal resonator is specifically used as the sensor element and the crystal resonator is used.

また、この発明のパッシブセンサの製造方法におけるアンテナモジュール形成工程では、アンテナを放射電極部と配線電極部とからなるダイポールアンテナで形成する。そして、アンテナモジュール形成工程では、放射電極部の開口角により、インピーダンスを調整する。   Further, in the antenna module forming step in the passive sensor manufacturing method of the present invention, the antenna is formed by a dipole antenna including a radiation electrode portion and a wiring electrode portion. And in an antenna module formation process, an impedance is adjusted with the opening angle of a radiation electrode part.

この製造方法では、アンテナとして具体的にダイポールアンテナを用いること、および当該ダイポールアンテナを用いた場合のインピーダンス調整方法について示している。   This manufacturing method shows a specific use of a dipole antenna as an antenna and an impedance adjustment method when the dipole antenna is used.

また、この発明のパッシブセンサの製造方法におけるアンテナモジュール形成工程では、アンテナを巻回形電極部と配線電極部とからなる電磁結合型アンテナで形成する。そして、アンテナモジュール形成工程では、巻回形電極部の巻回数または/および開口面積により、インピーダンスを調整する。   In the antenna module forming step in the passive sensor manufacturing method of the present invention, the antenna is formed by an electromagnetically coupled antenna including a wound electrode portion and a wiring electrode portion. In the antenna module forming step, the impedance is adjusted according to the number of turns or / and the opening area of the wound electrode portion.

この製造方法では、アンテナとして具体的に電磁結合型アンテナを用いること、および当該電磁結合型アンテナを用いた場合のインピーダンス調整方法について示している。   In this manufacturing method, an electromagnetic coupling antenna is specifically used as an antenna, and an impedance adjustment method in the case of using the electromagnetic coupling antenna is shown.

また、この発明のパッシブセンサの製造方法におけるパッシブセンサ形成工程は、アンテナの配線電極部に対する前記センサ素子の接続位置により、インピーダンスを調整する。   Moreover, the passive sensor formation process in the manufacturing method of the passive sensor of this invention adjusts an impedance with the connection position of the said sensor element with respect to the wiring electrode part of an antenna.

この製造方法では、上述の形状によるものとは異なるアンテナに対する別のインピーダンスの調整方法を示している。この製造方法では、アンテナの配線電極部に対するセンサ素子の位置、すなわち、放射電極部や巻回形電極部とセンサ素子とを接続する配線電極部の電極長により、インピーダンスを調整している。   This manufacturing method shows another method for adjusting impedance for an antenna different from the above-described shape. In this manufacturing method, the impedance is adjusted by the position of the sensor element with respect to the wiring electrode part of the antenna, that is, the electrode length of the wiring electrode part that connects the radiation electrode part or the wound electrode part and the sensor element.

また、この発明は、センサ素子を備えるパッシブセンサから送信される通信信号の共振周波数に基づいて、センサ素子の感知した物理量を、パッシブセンサと無線通信接続された親機で計測する無線式センサシステムの計測方法に関する。この無線式センサシステムによる計測方法では、上述のパッシブセンサの製造方法によって、パッシブセンサを製造するパッシブセンサ製造工程を含むとともに、物理量検知工程、物理量算出工程を有する。物理量検知工程は、上述のように製造されたパッシブセンサを用いて物理量を検知し、通信信号を生成する。物理量算出工程は、親機を用いて、通信信号の共振周波数を解析し、該解析した共振周波数に基づいて物理量を算出する。   In addition, the present invention provides a wireless sensor system that measures a physical quantity sensed by a sensor element with a master unit connected to the passive sensor by wireless communication based on a resonance frequency of a communication signal transmitted from a passive sensor including the sensor element. Relates to the measurement method. The measurement method using the wireless sensor system includes a passive sensor manufacturing process for manufacturing a passive sensor by the above-described passive sensor manufacturing method, and includes a physical quantity detection process and a physical quantity calculation process. The physical quantity detection step detects a physical quantity using the passive sensor manufactured as described above, and generates a communication signal. In the physical quantity calculation step, the resonance frequency of the communication signal is analyzed using the master unit, and the physical quantity is calculated based on the analyzed resonance frequency.

この計測方法では、通信信号の共振周波数にセンサ素子の個体差が影響されないので、当該通信信号の共振周波数を用いて計測を行う親機では、高精度で物理量を計測することができる。   In this measurement method, individual differences of sensor elements are not affected by the resonance frequency of the communication signal, and therefore, a physical quantity can be measured with high accuracy in the parent device that performs measurement using the resonance frequency of the communication signal.

この発明によれば、センサ素子の個体差による計測誤差を抑圧し、高い計測精度が得られるパッシブセンサを実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a passive sensor that suppresses measurement errors due to individual differences of sensor elements and obtains high measurement accuracy.

第1の実施形態に係るパッシブセンサ10の構成を示す外観斜視図である。1 is an external perspective view showing a configuration of a passive sensor 10 according to a first embodiment. 第1の実施形態のパッシブセンサの形成概念、および、パッシブセンサの形成概念を示す図である。It is a figure which shows the formation concept of the passive sensor of 1st Embodiment, and the formation concept of a passive sensor. 第1の実施形態に係るパッシブセンサ10を製造する前段階処理を示すフローチャート、および、パッシブセンサ10の製造工程を示すフローチャートである。It is the flowchart which shows the pre-stage process which manufactures the passive sensor 10 which concerns on 1st Embodiment, and the flowchart which shows the manufacturing process of the passive sensor 10. FIG. 第1の実施形態に係るアンテナモジュール110A−110Eの構成をそれぞれに示す平面図である。It is a top view which shows each structure of antenna module 110A-110E which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態の無線式センサシステム1の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless sensor system 1 according to a first embodiment. 第2の実施形態に係るパッシブセンサ30の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the passive sensor 30 which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るアンテナモジュール310A−310Eの構成をそれぞれに示す平面図である。It is a top view which shows the structure of antenna module 310A-310E which concerns on 2nd Embodiment, respectively. 水晶振動子12Aの共振時における親機20A側から見た計測系の等価回路である。This is an equivalent circuit of the measurement system as seen from the base unit 20A side when the crystal resonator 12A resonates. 第3の実施形態に係る複数のパッシブセンサの構造例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the some passive sensor which concerns on 3rd Embodiment.

本発明の第1の実施形態に係るパッシブセンサ、パッシブセンサの製造方法、無線式センサシステム、計測方法について図を参照して説明する。図1は本実施形態のパッシブセンサ10の外観斜視図である。   A passive sensor, a passive sensor manufacturing method, a wireless sensor system, and a measurement method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of a passive sensor 10 according to the present embodiment.

無線式センサシステム1は、パッシブセンサ10と親機20とを備える。パッシブセンサ10と親機20とは、電磁界結合もしくは電波の送受信による通信を行う。なお、通信様式は、電磁界結合に限らず、電磁誘導や電波の放射によるものであってもよい。   The wireless sensor system 1 includes a passive sensor 10 and a parent device 20. Passive sensor 10 and base unit 20 perform communication by electromagnetic field coupling or radio wave transmission / reception. The communication mode is not limited to electromagnetic field coupling, but may be based on electromagnetic induction or radio wave radiation.

パッシブセンサ10は、機能的にはダイポールアンテナからなるアンテナ11、SAW共振子12を備える。   The passive sensor 10 is functionally provided with an antenna 11 composed of a dipole antenna and a SAW resonator 12.

パッシブセンサ10は、平板状で絶縁性を有するPET等からなるベース基板100を備える。該ベース基板100の表面には、放射用電極111と配線用電極112とが形成されている。配線用電極112は、互いに平行に配置され、所定方向に沿って所定長さで延びる形状の電極パターンである。放射用電極111は、配線用電極112の一方端から、これら配線用電極112に対して所定角を成す方向へ延びる形状からなる。この際、一対の放射用電極111は、配線用電極112を基準にして対称となる方向へ延びる形状で形成されている。さらに、一対の放射用電極111は、それぞれが通信信号の波長λの略1/4波長(λ/4)の長さとなり、全体として略λ/2の長さとなるように形成されている。この形状により、放射用電極111と配線用電極112とならなるアンテナ11は、ダイポールアンテナとして機能する。   The passive sensor 10 includes a base substrate 100 made of PET having a flat plate shape and insulating properties. On the surface of the base substrate 100, a radiation electrode 111 and a wiring electrode 112 are formed. The wiring electrodes 112 are electrode patterns that are arranged in parallel with each other and extend in a predetermined length along a predetermined direction. The radiation electrode 111 has a shape extending from one end of the wiring electrode 112 in a direction that forms a predetermined angle with respect to the wiring electrode 112. At this time, the pair of radiation electrodes 111 is formed in a shape extending in a symmetric direction with respect to the wiring electrode 112. Furthermore, each of the pair of radiation electrodes 111 is formed to have a length of about ¼ wavelength (λ / 4) of the wavelength λ of the communication signal, and to have a length of about λ / 2 as a whole. With this shape, the antenna 11 that becomes the radiation electrode 111 and the wiring electrode 112 functions as a dipole antenna.

SAW共振子12は、圧電基板上にIDT電極を形成したものであり、当該IDT電極に接続する外部接続端子を有する。SAW共振子12は、ベース基板100の表面における配線用電極112の所定位置に実装されている。例えば、図1に示すように、SAW共振子12は、配線用電極112の放射用電極111と反対側の端部付近に実装されている。SAW共振子12と配線用電極112は電気的にも接続されている。   The SAW resonator 12 has an IDT electrode formed on a piezoelectric substrate, and has an external connection terminal connected to the IDT electrode. The SAW resonator 12 is mounted at a predetermined position of the wiring electrode 112 on the surface of the base substrate 100. For example, as shown in FIG. 1, the SAW resonator 12 is mounted near the end of the wiring electrode 112 opposite to the radiation electrode 111. The SAW resonator 12 and the wiring electrode 112 are also electrically connected.

このような構成により、アンテナ11がSAW共振子12に接続された、電池を要さない簡素な構造のパッシブセンサ10が実現される。そして、このようなパッシブセンサ10が、アンテナ11により、外部(後述の親機20)からパルス状励起信号を受信すると、当該励起信号は、SAW共振子12へ印加される。SAW共振子12は、励起信号により、感知した物理量(例えば磁気強度)に応じた共振周波数で、残響共振し、所定の時間長に亘り、当該共振周波数fsawの共振信号を出力する。このSAW共振子12により共振信号は、SAW共振子12とアンテナ11とのインピーダンスマッチング状態に応じて共振周波数がシフトする。アンテナ11は、当該周波数シフトした共振周波数fscの信号を放射(送信)する。この周波数シフトした共振周波数の信号が「通信信号」となる。   With such a configuration, the passive sensor 10 having a simple structure in which the antenna 11 is connected to the SAW resonator 12 and does not require a battery is realized. Then, when such a passive sensor 10 receives a pulsed excitation signal from the outside (master 20 described later) by the antenna 11, the excitation signal is applied to the SAW resonator 12. The SAW resonator 12 resonates at a resonance frequency corresponding to a sensed physical quantity (for example, magnetic strength) by the excitation signal, and outputs a resonance signal having the resonance frequency fsaw over a predetermined time length. The resonance frequency of the resonance signal is shifted by the SAW resonator 12 according to the impedance matching state between the SAW resonator 12 and the antenna 11. The antenna 11 radiates (transmits) a signal having the frequency shifted resonance frequency fsc. The signal of the resonance frequency shifted in frequency becomes a “communication signal”.

なお、詳細は後述するが、親機20は、パッシブセンサ10からの通信信号を受信し、当該通信信号の周波数解析を行うことで共振周波数を検出し、検出した共振周波数fscに基づいて、物理量(例えば磁気強度)を算出する。   Although details will be described later, the base unit 20 receives the communication signal from the passive sensor 10, detects the resonance frequency by performing frequency analysis of the communication signal, and based on the detected resonance frequency fsc, the physical quantity (For example, magnetic strength) is calculated.

ここで、SAW共振子12は、IDT電極のパターン幅、長さ、厚み等のプロセス条件により、特性すなわち共振周波数fsawに製造バラツキを有する。したがって、アンテナ11の形状が一種類であり、親機20側で共振周波数と物理量との関係を一意に記憶して参照している場合、SAW共振子12の製造バラツキにより、物理量の計測結果にもバラツキが生じてしまう。そこで、本願では、次に示す方法で、SAW共振子12の製造バラツキによる計測精度の低下を抑制する。   Here, the SAW resonator 12 has manufacturing variations in characteristics, that is, the resonance frequency fsaw, depending on process conditions such as the pattern width, length, and thickness of the IDT electrode. Therefore, when the shape of the antenna 11 is one type and the relationship between the resonance frequency and the physical quantity is uniquely stored and referenced on the base unit 20 side, the measurement result of the physical quantity is caused by the manufacturing variation of the SAW resonator 12. Variation will also occur. Therefore, in the present application, a decrease in measurement accuracy due to manufacturing variations of the SAW resonator 12 is suppressed by the following method.

<パッシブセンサ10の形成概念>
図2(A)は本実施形態のパッシブセンサの形成概念を示し、図2(B)は従来のパッシブセンサの形成概念を示す。また、図3(A)はパッシブセンサ10を製造する前段階処理を示すフローチャートであり、図3(B)はパッシブセンサ10の製造工程を示すフローチャートである。
<Concept of forming passive sensor 10>
FIG. 2A shows the concept of forming the passive sensor of this embodiment, and FIG. 2B shows the concept of forming the conventional passive sensor. FIG. 3A is a flowchart illustrating a pre-stage process for manufacturing the passive sensor 10, and FIG. 3B is a flowchart illustrating a manufacturing process of the passive sensor 10.

<パッシブセンサ10を製造する前段階処理>
まず、感知する磁気強度範囲に対応するSAW共振子を形成する。この際、無線通信可能な共振周波数、例えば具体的には950MHzを設計周波数、すなわち基準周波数Foとするように、SAW共振子12を設計して形成する。これと同時に、SAW共振子12とアンテナ11とからなるパッシブセンサ10の基準共振周波数Fscを設定する(図3(A):S901)。
<Pre-stage process for manufacturing passive sensor 10>
First, a SAW resonator corresponding to the magnetic intensity range to be sensed is formed. At this time, the SAW resonator 12 is designed and formed so that a resonance frequency capable of wireless communication, specifically, 950 MHz, is set as a design frequency, that is, a reference frequency Fo. At the same time, the reference resonance frequency Fsc of the passive sensor 10 composed of the SAW resonator 12 and the antenna 11 is set (FIG. 3A: S901).

次に、要求される磁気強度の計測誤差ΔERと、SAW共振子12の理論上の磁気強度−周波数特性とから、図2(A)に示すようなパッシブセンサ10としての周波数誤差幅Δfscを算出する(図3:S902)。これにより、パッシブセンサ10としての計測誤差ΔERの仕様に準じた周波数誤差幅Δfscを設定することができる。   Next, the frequency error width Δfsc as the passive sensor 10 as shown in FIG. 2A is calculated from the required measurement error ΔER of the magnetic strength and the theoretical magnetic strength-frequency characteristics of the SAW resonator 12. (FIG. 3: S902). Thereby, the frequency error width Δfsc conforming to the specification of the measurement error ΔER as the passive sensor 10 can be set.

パッシブセンサ10としての周波数誤差幅Δfscに基づいて、図2(A)に示すようなSAW共振子12をグループ分類するための周波数誤差幅Δfqを設定する(図3(A):S903)。   Based on the frequency error width Δfsc of the passive sensor 10, a frequency error width Δfq for grouping the SAW resonators 12 as shown in FIG. 2A is set (FIG. 3A: S903).

次に、図2(A)に示すように、SAW共振子12の基準周波数Foを基準(例えばグループ分類される全周波数帯域の中心周波数)にして、周波数誤差幅Δfqの周波数帯域毎に識別グループGrを設定する(図3(A):S904)。   Next, as shown in FIG. 2A, the reference group Fo of the SAW resonator 12 is used as a reference (for example, the center frequency of all frequency bands classified into groups), and the identification group for each frequency band of the frequency error width Δfq. Gr is set (FIG. 3A: S904).

具体的には、図2(A)に示すように、基準周波数Foを含む周波数誤差幅Δfqの帯域を識別グループGrCとし、当該識別グループGrCの高域側に近接する周波数誤差幅Δfqの帯域を識別グループBとし、さらに高域側に近接する周波数誤差幅Δfqの帯域を識別グループAとする。また、当該識別グループGrCの低域側に近接する周波数誤差幅Δfqの帯域を識別グループDとし、さらに低域側に近接する周波数誤差幅Δfqの帯域を識別グループEとする。   Specifically, as shown in FIG. 2A, the band of the frequency error width Δfq including the reference frequency Fo is set as the identification group GrC, and the band of the frequency error width Δfq close to the high frequency side of the identification group GrC is set. It is assumed that the identification group B and the band of the frequency error width Δfq that is closer to the high frequency side are the identification group A. Further, a frequency error width Δfq band close to the low frequency side of the identification group GrC is set as an identification group D, and a frequency error width Δfq frequency close to the low frequency side is set as an identification group E.

そして、基準周波数Foと周波数誤差Δfqとに基づいて、識別グループGrA,GrB,GrC,GrD,GrE毎に上限周波数および下限周波数、すなわち閾値周波数Thfを設定する(図3(A):S905)。これにより、SAW共振子12を識別グループGr毎に分類するための準備が完了する。   Then, based on the reference frequency Fo and the frequency error Δfq, an upper limit frequency and a lower limit frequency, that is, a threshold frequency Thf is set for each of the identification groups GrA, GrB, GrC, GrD, and GrE (FIG. 3 (A): S905). Thereby, the preparation for classifying the SAW resonator 12 for each identification group Gr is completed.

このようなグループ分類とは別工程で、識別グループGr毎に異なるアンテナ形状からなるアンテナモジュール110A−110Eを形成する(図3(A):S911)。ここで示すアンテナモジュール110A−110Eとは、ベース基板100の表面にアンテナ11のみが形成され、SAW共振子12が実装されていない状態のモジュールである。   In a process separate from such group classification, antenna modules 110A-110E having different antenna shapes are formed for each identification group Gr (FIG. 3A: S911). The antenna modules 110 </ b> A- 110 </ b> E shown here are modules in which only the antenna 11 is formed on the surface of the base substrate 100 and the SAW resonator 12 is not mounted.

図4は、本実施形態に係るアンテナモジュール110A−110Eの構成をそれぞれに示す平面図である。図4(A)−図4(E)のそれぞれに示すアンテナモジュール110A−110Eは、アンテナ11を構成する配線用電極112は同じ形状であるが、放射用電極111の形状が異なる。   FIG. 4 is a plan view showing the configuration of each of the antenna modules 110A to 110E according to this embodiment. In antenna modules 110A-110E shown in FIGS. 4A to 4E, the wiring electrodes 112 constituting the antenna 11 have the same shape, but the shape of the radiation electrode 111 is different.

アンテナモジュール110Aの放射用電極111A、アンテナモジュール110Bの放射用電極111B、アンテナモジュール110Cの放射用電極111C、アンテナモジュール110Dの放射用電極111D、およびアンテナモジュール110Eの放射用電極111Eは、放射用電極の電極長が同じであって、それぞれに開口角が異なる。具体的には、放射用電極111Aの開口角はθ1(例えば図4(A)に示すように180°)であり、放射用電極111Bの開口角はθ2(<θ1)である。放射用電極111Cの開口角はθ3(<θ2)であり、放射用電極111Dの開口角はθ4(<θ3)である。放射用電極111Eの開口角はθ5(<θ4)である。すなわち、各アンテナモジュール110A,110B,110C,110D,110Eの開口角θ1,θ2,θ3,θ4,θ5は、次式の関係になる。   The radiation electrode 111A of the antenna module 110A, the radiation electrode 111B of the antenna module 110B, the radiation electrode 111C of the antenna module 110C, the radiation electrode 111D of the antenna module 110D, and the radiation electrode 111E of the antenna module 110E are the radiation electrodes. Have the same electrode length and different opening angles. Specifically, the opening angle of the radiation electrode 111A is θ1 (for example, 180 ° as shown in FIG. 4A), and the opening angle of the radiation electrode 111B is θ2 (<θ1). The opening angle of the radiation electrode 111C is θ3 (<θ2), and the opening angle of the radiation electrode 111D is θ4 (<θ3). The opening angle of the radiation electrode 111E is θ5 (<θ4). That is, the opening angles θ1, θ2, θ3, θ4, and θ5 of the antenna modules 110A, 110B, 110C, 110D, and 110E have the following relationship.

θ1>θ2>θ3>θ4>θ5
これにより、アンテナモジュール110A,110B,110C,110D,110EのインピーダンスZanA,ZanB,ZanC,ZanD,ZanEは、次式の関係になる。
θ1>θ2>θ3>θ4> θ5
As a result, the impedances ZanA, ZanB, ZanC, ZanD, and ZanE of the antenna modules 110A, 110B, 110C, 110D, and 110E have the following relationship.

ZanA>ZanB>ZanC>ZanD>ZanE
ここで、インピーダンスZanA,ZanB,ZanC,ZanD,ZanEすなわち開口角θ1,θ2,θ3,θ4,θ5は、各識別グループGrA,GrB,GrC,Grd,GrEのSAW共振子の周波数fsawが、SAW共振子12とアンテナ11とのミスマッチングより、パッシブセンサ10としての周波数fscに周波数シフトした場合に、上述の基準周波数Fscを中心とする周波数誤差幅Δfsc内の周波数へ収まるように、設定されている。
ZanA>ZanB>ZanC>ZanD> ZanE
Here, the impedances ZanA, ZanB, ZanC, ZanD, and ZanE, that is, the opening angles θ1, θ2, θ3, θ4, and θ5, indicate that the frequency fsaw of the SAW resonator of each identification group GrA, GrB, GrC, Grd, GrE is SAW resonance. Due to mismatching between the child 12 and the antenna 11, when the frequency is shifted to the frequency fsc as the passive sensor 10, the frequency is set within the frequency error width Δfsc centered on the reference frequency Fsc. .

具体的な個別例として、識別グループGrCであれば、識別グループGrCに属するSAW共振子12に対して、開口角θ3、インピーダンスZanCからなるアンテナモジュール110Cを組み合わせる。これにより、パッシブセンサ10としての共振周波数fscは、SAW共振子12の共振周波数fsawに対して、識別グループGrCの周波数帯域と基準周波数Fscを中心とする周波数誤差幅Δfscの周波数帯域との周波数差に応じたインピーダンスZanC分シフトした周波数となる。この結果、パッシブセンサ10としての周波数fscは、基準周波数Fscを中心とする周波数誤差幅Δfsc内の周波数へ確実に収まる。   As a specific example, in the case of the identification group GrC, the antenna module 110C having the aperture angle θ3 and the impedance ZanC is combined with the SAW resonator 12 belonging to the identification group GrC. Thereby, the resonance frequency fsc as the passive sensor 10 is different from the resonance frequency fsaw of the SAW resonator 12 between the frequency band of the identification group GrC and the frequency band of the frequency error width Δfsc centered on the reference frequency Fsc. It becomes the frequency shifted by the impedance ZanC according to. As a result, the frequency fsc as the passive sensor 10 surely falls within the frequency within the frequency error width Δfsc around the reference frequency Fsc.

このようなSAW共振子12のグループ分類基準と、識別グループGr毎のアンテナモジュール110A−110Eを用意し、次に示すようにパッシブセンサ10を製造する。   Such a group classification standard of the SAW resonator 12 and the antenna modules 110A to 110E for each identification group Gr are prepared, and the passive sensor 10 is manufactured as follows.

まず、SAW共振子12に対して、個別に励起信号を印加し、それぞれの共振周波数fsawを計測する(図3(B):S101)。この際、SAW共振子12の共振周波数fsawは、製造バラツキにより、各個体で異なるものとなる。   First, an excitation signal is individually applied to the SAW resonator 12, and each resonance frequency fsaw is measured (FIG. 3B: S101). At this time, the resonance frequency fsaw of the SAW resonator 12 is different for each individual due to manufacturing variations.

次に、SAW共振子12毎に計測した共振周波数fsawと、グループ分類用の閾値周波数Thfとを比較し、各SAW共振子12を識別グループGrA,GrB,GrC,Grd,GrEのいずれかに分類し、関連付けする(図3(B):S102)。   Next, the resonance frequency fsaw measured for each SAW resonator 12 is compared with the threshold frequency Thf for group classification, and each SAW resonator 12 is classified into one of the identification groups GrA, GrB, GrC, Grd, and GrE. And associate them (FIG. 3B: S102).

次に、SAW共振子12が属する識別グループGrA−GrE毎に、アンテナモジュール110A−110Eを選択する。そして、選択したアンテナモジュール110A−110Eに対してSAW共振子12を実装し、パッシブセンサ10を完成させる(図3(B):S103)。例えば、SAW共振子12が識別グループGrAに属していれば、アンテナモジュール110Aを選択し、アンテナモジュール110AにSAW共振子12を実装することでパッシブセンサ10を形成する。また、例えば、SAW共振子12が識別グループGrDに属していれば、アンテナモジュール110Dを選択し、アンテナモジュール110DにSAW共振子12を実装することでパッシブセンサ10を形成する。   Next, antenna modules 110A-110E are selected for each identification group GrA-GrE to which the SAW resonator 12 belongs. Then, the SAW resonator 12 is mounted on the selected antenna module 110A-110E to complete the passive sensor 10 (FIG. 3B: S103). For example, if the SAW resonator 12 belongs to the identification group GrA, the antenna module 110A is selected, and the passive sensor 10 is formed by mounting the SAW resonator 12 on the antenna module 110A. For example, if the SAW resonator 12 belongs to the identification group GrD, the antenna module 110D is selected, and the passive sensor 10 is formed by mounting the SAW resonator 12 on the antenna module 110D.

このように、SAW共振子12の属する識別グループGr毎にインピーダンスが異なるアンテナモジュール110を選択し、SAW共振子12を実装することで、SAW共振子12としての共振周波数fsawに大きなバラツキがあっても、パッシブセンサ10としての共振周波数fscのバラツキを小さくすることができる。そして、パッシブセンサ10としての周波数誤差幅Δfscを、要求された仕様の計測誤差範囲ΔERに準じて設定することで、SAW共振子12の共振周波数fsawが、計測誤差範囲ΔERに対応する周波数誤差よりも大きくばらついても、パッシブセンサ10としての共振周波数fscは、当該計測誤差範囲ΔERに対応する周波数誤差に確実に収まる。この結果、要求された計測誤差精度に準じた物理量(磁気強度等)の計測が可能になる。   In this way, by selecting the antenna module 110 having different impedance for each identification group Gr to which the SAW resonator 12 belongs and mounting the SAW resonator 12, the resonance frequency fsaw as the SAW resonator 12 has a large variation. In addition, the variation of the resonance frequency fsc as the passive sensor 10 can be reduced. Then, by setting the frequency error width Δfsc as the passive sensor 10 in accordance with the measurement error range ΔER of the required specification, the resonance frequency fsaw of the SAW resonator 12 is more than the frequency error corresponding to the measurement error range ΔER. Even if there is a large variation, the resonance frequency fsc as the passive sensor 10 surely falls within the frequency error corresponding to the measurement error range ΔER. As a result, it is possible to measure a physical quantity (such as magnetic strength) according to the required measurement error accuracy.

なお、従来のようにグループ分類を行わなければ、図2(B)に示すように、計測誤差範囲Δfscpは、SAW共振子12の周波数誤差範囲Δfqpがそのまま反映され、当該誤差範囲よりも高い計測精度が要求された場合に、対応することができない。しかしながら、本実施形態の構成、方法を用いれば、SAW共振子12の周波数誤差範囲よりも高い計測精度が要求されても、確実に対応することができる。   If the group classification is not performed as in the conventional case, as shown in FIG. 2B, the measurement error range Δfscp reflects the frequency error range Δfqp of the SAW resonator 12 as it is, and the measurement error range Δfscp is higher than the error range. When accuracy is required, it cannot respond. However, if the configuration and method of the present embodiment are used, even if measurement accuracy higher than the frequency error range of the SAW resonator 12 is required, it can be dealt with with certainty.

このような製造方法によって形成されたパッシブセンサ10は、図5に示すような無線式センサシステム1に適用することができる。図5は本実施形態の無線式センサシステム1の構成を示すブロック図である。   The passive sensor 10 formed by such a manufacturing method can be applied to a wireless sensor system 1 as shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the wireless sensor system 1 of the present embodiment.

無線式センサシステム1は、パッシブセンサ10と親機20とを備える。パッシブセンサ10は、アンテナ11およびSAW共振子12を備え、上述のように製造される。   The wireless sensor system 1 includes a passive sensor 10 and a parent device 20. The passive sensor 10 includes an antenna 11 and a SAW resonator 12 and is manufactured as described above.

親機20は、制御部21、送信信号生成部22、送受信部23、親機側アンテナ24、計測部25、表示部26、および操作部27を備える。   The base unit 20 includes a control unit 21, a transmission signal generation unit 22, a transmission / reception unit 23, a base unit side antenna 24, a measurement unit 25, a display unit 26, and an operation unit 27.

制御部21は、親機20の全体制御を行う。また、制御部21は、操作部27からの操作入力に応じて各種の制御処理を実行する。例えば、操作部27から磁気強度測定の操作入力を受けると、送信信号生成部22へパルス状励起信号SpLの生成制御を行う。   The control unit 21 performs overall control of the parent device 20. Further, the control unit 21 executes various control processes in accordance with operation inputs from the operation unit 27. For example, when receiving an operation input for magnetic intensity measurement from the operation unit 27, the transmission signal generation unit 22 is controlled to generate the pulsed excitation signal SpL.

送信信号生成部22は、パルス状励起信号SpLの生成制御を受けて、所定周波数の搬送波からなるパルス状励起信号SpLを生成し、送受信部23へ与える。このパルス状励起信号SpLの搬送波周波数は、水晶振動子110の共振周波数に近い周波数、具体的には、親機側アンテナ24と、パッシブセンサ10のアンテナ11との通信周波数帯域内の所定周波数に設定されている。   The transmission signal generation unit 22 receives the generation control of the pulsed excitation signal SpL, generates a pulsed excitation signal SpL composed of a carrier wave with a predetermined frequency, and supplies the pulsed excitation signal SpL to the transmission / reception unit 23. The carrier frequency of the pulsed excitation signal SpL is close to the resonance frequency of the quartz crystal resonator 110, specifically, a predetermined frequency within the communication frequency band between the parent device side antenna 24 and the antenna 11 of the passive sensor 10. Is set.

送信時には、送受信部23は、パルス状励起信号SpLを親機側アンテナ24に出力する。親機側アンテナ24は、パッシブセンサ10のアンテナ11と同様のダイポールアンテナからなり、所定の指向性でパルス状励起信号SpLを放射する。   At the time of transmission, the transmission / reception unit 23 outputs the pulsed excitation signal SpL to the parent device side antenna 24. The base unit side antenna 24 is composed of a dipole antenna similar to the antenna 11 of the passive sensor 10, and radiates a pulsed excitation signal SpL with a predetermined directivity.

パッシブセンサ10のアンテナ11は、パルス状励起信号SpLを受信して、SAW共振子12へ与える。SAW共振子12は、パルス状励起信号SpLで励振し、残響共振する。この際、SAW共振子12は、感知した磁気強度PPに応じた共振周波数fsawで共振し、共振信号を出力する。共振信号は、アンテナ11に伝送される間に、アンテナ11とSAW共振子12とのミスマッチングにより、共振周波数がシフトする。これにより、アンテナ11からは、共振周波数がシフトした通信信号Sfpが放射される。   The antenna 11 of the passive sensor 10 receives the pulsed excitation signal SpL and applies it to the SAW resonator 12. The SAW resonator 12 is excited by the pulsed excitation signal SpL and resonates. At this time, the SAW resonator 12 resonates at a resonance frequency fsaw corresponding to the sensed magnetic intensity PP, and outputs a resonance signal. While the resonance signal is transmitted to the antenna 11, the resonance frequency shifts due to mismatching between the antenna 11 and the SAW resonator 12. As a result, the communication signal Sfp having a shifted resonance frequency is radiated from the antenna 11.

親機20に戻り、受信時には、親機側アンテナ24は、パッシブセンサ10のアンテナ11から放射された通信信号Sfp(パッシブセンサ10の共振周波数fscの信号)を受信し、送受信部23へ出力する。送受信部23は、通信信号Sfpを計測部25へ出力する。   Returning to the main unit 20, at the time of reception, the main unit side antenna 24 receives the communication signal Sfp radiated from the antenna 11 of the passive sensor 10 (signal of the resonance frequency fsc of the passive sensor 10) and outputs it to the transmission / reception unit 23. . The transmission / reception unit 23 outputs the communication signal Sfp to the measurement unit 25.

計測部25は、周波数変換部251、物理用検出部252、および記憶部253を備える。周波数変換部251は、FFT処理等により、時間軸の通信信号Sfpから周波数スペクトルを取得する。記憶部253には、入力信号すなわち通信信号Sfpの周波数と磁気強度との関係が予め記憶されている。物理量検出部252は、入力された共振信号Sfpの周波数スペクトルピークを検出し、当該ピーク周波数に関連付けられた磁気強度を記憶部253から読み出すことで、磁気強度を算出する。算出された磁気強度は、表示部26等へ出力される。表示部26は磁気強度検出結果を表示する。   The measurement unit 25 includes a frequency conversion unit 251, a physical detection unit 252, and a storage unit 253. The frequency conversion unit 251 acquires a frequency spectrum from the communication signal Sfp on the time axis by FFT processing or the like. The storage unit 253 stores in advance the relationship between the frequency of the input signal, that is, the communication signal Sfp, and the magnetic strength. The physical quantity detector 252 detects the frequency spectrum peak of the input resonance signal Sfp, and reads the magnetic intensity associated with the peak frequency from the storage unit 253, thereby calculating the magnetic intensity. The calculated magnetic intensity is output to the display unit 26 and the like. The display unit 26 displays the magnetic intensity detection result.

そして、上述のように、周波数バラツキの小さなパッシブセンサ10を用いることで、当然に、無線式センサシステムとしての計測精度も向上させることができる。   And as mentioned above, by using the passive sensor 10 with small frequency variation, naturally the measurement accuracy as a wireless sensor system can also be improved.

次に、第2の実施形態に係るパッシブセンサ、およびパッシブセンサの製造方法について、図を参照して説明する。上述の第1の実施形態では、ダイポールアンテナを用いて電波でパッシブセンサ10と親機20とを無線通信する例を示したが、本実施形態では、電磁界結合によりパッシブセンサ30と親機20A(図示せず)とを無線通信する場合を示す。   Next, a passive sensor according to a second embodiment and a method for manufacturing the passive sensor will be described with reference to the drawings. In the first embodiment described above, an example in which the passive sensor 10 and the parent device 20 are wirelessly communicated by radio waves using a dipole antenna has been shown. However, in the present embodiment, the passive sensor 30 and the parent device 20A are coupled by electromagnetic field coupling. A case of wireless communication with (not shown) is shown.

また、上述の第1の実施形態では、センサ素子としてSAW共振子12を用いて磁気強度を計測する例を示したが、本実施形態では、センサ素子として例えば13.56MHzが共振周波数である水晶振動子12Aを用いて温度を計測する場合を示す。   In the first embodiment, the example in which the magnetic intensity is measured using the SAW resonator 12 as the sensor element is shown. However, in the present embodiment, for example, a crystal whose resonance frequency is 13.56 MHz is used as the sensor element. The case where temperature is measured using the vibrator 12A is shown.

図6は本実施形態に係るパッシブセンサ30の外観斜視図である。パッシブセンサ30は、平板状で絶縁性を有するPET等からなるベース基板300を備える。ベース基板300の表面には、平面視して所定の巻数からなる巻回形電極311が形成されている。巻回形電極311の両端には、配線用電極312が接続されている。配線用電極312上の巻回形電極311と反対側の所定位置には、水晶振動子12Aが実装されている。これにより、パッシブセンサ30が形成される。   FIG. 6 is an external perspective view of the passive sensor 30 according to the present embodiment. The passive sensor 30 includes a base substrate 300 made of PET having a flat plate shape and insulating properties. A wound electrode 311 having a predetermined number of turns in a plan view is formed on the surface of the base substrate 300. Wiring electrodes 312 are connected to both ends of the wound electrode 311. A crystal resonator 12A is mounted at a predetermined position on the wiring electrode 312 opposite to the wound electrode 311. Thereby, the passive sensor 30 is formed.

このような電磁界結合によるパッシブセンサ30を用いる場合において、上述の第1の実施形態に示したように、水晶振動子12Aを共振周波数を基準にしてグループ分類し、識別グループGrに応じたアンテナモジュール310A,310B,310C,310D,310Eを選択し、パッシブセンサ30を形成する。図7は、本実施形態に係るアンテナモジュール310A−310Eの構成をそれぞれに示す平面図である。アンテナモジュール310A−310Eは、それぞれに巻回形電極311A,311B,311C,311D,311Eの電極長、巻回数、中央の開口面積が異なり、外形形状は略同じである。   When the passive sensor 30 using such electromagnetic field coupling is used, as shown in the first embodiment, the crystal resonators 12A are classified into groups based on the resonance frequency, and antennas corresponding to the identification groups Gr are used. The modules 310A, 310B, 310C, 310D, and 310E are selected to form the passive sensor 30. FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the antenna modules 310A to 310E according to this embodiment. The antenna modules 310A-310E are different in electrode length, number of turns, and central opening area of the wound electrodes 311A, 311B, 311C, 311D, 311E, respectively, and have substantially the same outer shape.

そして、電磁界結合型の場合、各アンテナモジュール310A−310Eは、次に示す概念に基づいて設定される。図8は、水晶振動子12Aの共振時における親機20A側から見た計測系の等価回路である。図8に示すように、水晶振動子12Aが共振子、親機20Aとパッシブセンサ30が電磁界結合している状態で、親機20Aから計測系を見ると、親機側は、回路キャパシタ(キャパシタンスCp)、回路抵抗(抵抗値Rp)、アンテナコイル(インダクタンスLp)が、計測回路の両端子間に直列接続された回路構成となる。また、パッシブセンサ30は、アンテナコイル(インダクタンスLsc)、配線抵抗(抵抗値Rsc)、水晶振動子12Aからなる直列接続閉ループが形成された回路構成となる。このような場合において、水晶振動子12AのインピーダンスZqをZq=Rq+jXqとする。これにより、計測回路からパッシブセンサ12A側を見たインピーダンスZは、次式で表すことができる。   In the case of the electromagnetic coupling type, each antenna module 310A-310E is set based on the concept shown below. FIG. 8 is an equivalent circuit of the measurement system as seen from the parent device 20A side when the crystal resonator 12A resonates. As shown in FIG. 8, when the measurement system is viewed from the master unit 20A in a state in which the crystal unit 12A is a resonator and the master unit 20A and the passive sensor 30 are electromagnetically coupled, the master unit side has a circuit capacitor ( Capacitance Cp), circuit resistance (resistance value Rp), and antenna coil (inductance Lp) are connected in series between both terminals of the measurement circuit. The passive sensor 30 has a circuit configuration in which a series connection closed loop including an antenna coil (inductance Lsc), a wiring resistance (resistance value Rsc), and a crystal resonator 12A is formed. In such a case, the impedance Zq of the crystal unit 12A is set to Zq = Rq + jXq. Thereby, impedance Z which looked at the passive sensor 12A side from the measurement circuit can be expressed by the following equation.

ここで、kはパッシブセンサ30のアンテナ31と、親機20Aの親機側アンテナ24との結合係数を示す。また、ωは通信信号の角周波数である。   Here, k represents a coupling coefficient between the antenna 31 of the passive sensor 30 and the parent device side antenna 24 of the parent device 20A. Ω is the angular frequency of the communication signal.

(式1)に示すように、計測回路からパッシブセンサ12A側を見たインピーダンスZのリアクタンス成分は、水晶振動子12Aのリアクタンス成分XqとアンテナコイルのインダクタンスLscに依存し、パッシブセンサ30の共振周波数がアンテナコイルのインダクタンスLscに依存することが分かる。   As shown in (Expression 1), the reactance component of the impedance Z when the passive sensor 12A is viewed from the measurement circuit depends on the reactance component Xq of the crystal resonator 12A and the inductance Lsc of the antenna coil, and the resonance frequency of the passive sensor 30 Is dependent on the inductance Lsc of the antenna coil.

したがって、図7に示すように、各アンテナモジュール310A−310Eの巻回形電極311A−311Eの巻回数、電極長、開口面積を変化させることで、それぞれに異なるインダクタンスのアンテナを実現できる。そして、各アンテナモジュール310A−310Eのインダクタンスを、上述の第1の実施形態に示したように、識別グループGr毎に設定する。すなわち、水晶振動子12Aとアンテナ31とのミスマッチングによる周波数シフトで得られるパッシブセンサ30の共振周波数が、いずれの識別グループGrの水晶振動子12Aを用いても、計測精度に準じた所定の周波数誤差幅Δfsc内に入るように、巻回形電極の巻回数、電極長、開口面積等を調整してインダクタンスLscを設定する。なお、この際、巻回数、電極長、開口面積の少なくとも一要素を調整して、インダクタンスLscを設定すればよい。   Therefore, as shown in FIG. 7, antennas having different inductances can be realized by changing the number of turns, the electrode length, and the opening area of the wound electrodes 311A to 311E of the antenna modules 310A to 310E. Then, the inductance of each antenna module 310A-310E is set for each identification group Gr, as shown in the first embodiment. That is, the resonance frequency of the passive sensor 30 obtained by the frequency shift due to mismatching between the crystal resonator 12A and the antenna 31 is a predetermined frequency according to the measurement accuracy regardless of the crystal resonator 12A of any identification group Gr. The inductance Lsc is set by adjusting the number of turns of the wound electrode, the electrode length, the opening area, and the like so as to fall within the error width Δfsc. At this time, the inductance Lsc may be set by adjusting at least one element of the number of turns, the electrode length, and the opening area.

このように、水晶振動子12Aを識別グループGrA−GrEに識別し、識別グループGrA−GrEに応じてアンテナモジュール310A−310Eを選択してパッシブセンサ30を製造すれば、第1の実施形態と同様に、水晶振動子12Aの個体差に影響されることなく、要求された計測精度に応じたパッシブセンサおよび無線式センサシステムを実現することができる。さらに、本実施形態に示すように、インダクタンスのみで共振周波数の調整を行うことが可能である。これにより、アンテナモジュールの設計負荷を軽減することができる。   As described above, when the crystal unit 12A is identified by the identification group GrA-GrE, and the antenna module 310A-310E is selected according to the identification group GrA-GrE to manufacture the passive sensor 30, the same as in the first embodiment. In addition, a passive sensor and a wireless sensor system corresponding to the required measurement accuracy can be realized without being affected by individual differences in the crystal resonator 12A. Furthermore, as shown in the present embodiment, the resonance frequency can be adjusted only by the inductance. Thereby, the design load of the antenna module can be reduced.

次に、第3の実施形態に示すパッシブセンサおよびパッシブセンサの製造方法について、図を参照して説明する。図9は本実施形態に係る複数のパッシブセンサの構造例を示す平面図である。   Next, a passive sensor and a method for manufacturing the passive sensor shown in the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a plan view showing a structural example of a plurality of passive sensors according to the present embodiment.

図9に示すように、本実施形態のパッシブセンサ40A,40B,40Cは、放射用電極411、配線用電極412の形状は同じである。すなわち、アンテナモジュールの形状は同じであり、第1の実施形態と同様にダイポールアンテナを用いている。しかしながら、パッシブセンサ40A,40B,40Cでは、SAW共振子12の配線用電極412に対する実装位置が異なる。具体的には、パッシブセンサ40Aは、配線用電極412に沿って、放射用電極411から長さDLaの位置にSAW共振子12が実装されている。パッシブセンサ40Bは、放射用電極411から長さDLb(<DLa)の位置にSAW共振子12が実装されている。パッシブセンサ40Cは、放射用電極411から長さDLc(<DLb)の位置にSAW共振子12が実装されている。このように、放射用電極411の形状を同じにして、配線用電極412に対するSAW共振子12の実装位置を変化させても、インピーダンスを異ならせることができ、共振周波数のシフト量を調整することができる。さらに、この製造方法であれば、アンテナモジュールを一種類だけ形成すればよく、アンテナモジュールの製造負荷を低減できる。   As shown in FIG. 9, in the passive sensors 40A, 40B, and 40C of this embodiment, the shapes of the radiation electrode 411 and the wiring electrode 412 are the same. That is, the shape of the antenna module is the same, and a dipole antenna is used as in the first embodiment. However, in the passive sensors 40A, 40B, and 40C, the mounting position of the SAW resonator 12 with respect to the wiring electrode 412 is different. Specifically, in the passive sensor 40A, the SAW resonator 12 is mounted along the wiring electrode 412 at a position of a length DLa from the radiation electrode 411. In the passive sensor 40B, the SAW resonator 12 is mounted at a position of a length DLb (<DLa) from the radiation electrode 411. In the passive sensor 40C, the SAW resonator 12 is mounted at a position of a length DLc (<DLb) from the radiation electrode 411. In this way, even when the shape of the radiation electrode 411 is made the same and the mounting position of the SAW resonator 12 with respect to the wiring electrode 412 is changed, the impedance can be made different and the shift amount of the resonance frequency can be adjusted. Can do. Furthermore, with this manufacturing method, only one type of antenna module needs to be formed, and the manufacturing load of the antenna module can be reduced.

なお、上述の実施形態では、センサ素子として、SAW共振子、水晶振動子を用いた例に説明したが、感知する所定の物理量に応じて共振周波数が変化する素子であれば、圧電共振子、音叉型共振子等の素子を用いることができる。また、物理量として磁気強度もしくは温度を計測する例を示したが、他の共振型のセンサ素子で検知可能な他の物理量であっても、計測対象とすることができる。   In the above-described embodiment, the example in which the SAW resonator and the crystal resonator are used as the sensor element has been described. However, if the element has a resonance frequency that changes according to a predetermined physical quantity to be sensed, the piezoelectric resonator, An element such as a tuning fork resonator can be used. Moreover, although the example which measures a magnetic intensity or temperature as a physical quantity was shown, even if it is another physical quantity which can be detected with another resonant sensor element, it can be made into a measuring object.

また、第1、第3の実施形態では、ダイポールアンテナによる電波を用いた無線通信の例を示し、第2の実施形態では、電磁界結合による無線通信の例を示したが、電波式、電磁界結合式等の方式やアンテナの形状は、通信に利用する周波数やパッシブセンサの形状仕様に応じて適宜設定すればよい。この際、インピーダンスやインダクタンスが容易に調整可能な構造であれば、より良い。   In the first and third embodiments, an example of wireless communication using a radio wave by a dipole antenna is shown. In the second embodiment, an example of wireless communication by electromagnetic field coupling is shown. A method such as a field coupling method and the shape of the antenna may be appropriately set according to the frequency used for communication and the shape specification of the passive sensor. At this time, it is better if the impedance and inductance can be easily adjusted.

10,30,40A,40B,40C−パッシブセンサ、11−アンテナ部、12−SAW共振子、12A−水晶振動子、20,20A−親機、21−制御部、22−送信信号生成部、23−送受信部、24−親機側アンテナ、25−計測部、26−表示部、27−操作部、100,300−ベース基板、110,110A,110B,110C,110D,110E−アンテナモジュール、111A,111B,111C,111D,111E,411−放射用電極、112,312,412−配線用電極、311−巻回形電極、 10, 30, 40A, 40B, 40C-passive sensor, 11-antenna unit, 12-SAW resonator, 12A-crystal resonator, 20, 20A-base unit, 21-control unit, 22-transmission signal generation unit, 23 -Transmitter / receiver, 24-Main unit side antenna, 25-Measuring unit, 26-Display unit, 27-Operation unit, 100, 300-Base substrate, 110, 110A, 110B, 110C, 110D, 110E-Antenna module, 111A, 111B, 111C, 111D, 111E, 411-radiation electrode, 112, 312, 412-wiring electrode, 311- wound electrode,

Claims (15)

外部からの励起信号により、感知する物理量に応じた周波数の共振信号を出力するセンサ素子と、
前記センサ素子に接続されており、前記励起信号、および前記共振信号に基づく通信信号を送受波するアンテナと、を備えるパッシブセンサの製造方法であって、
センサ素子を、前記励起信号による共振周波数で複数のグループに選別するセンサ素子選別工程と、
グループ毎に異なる形状のアンテナを備えるアンテナモジュールを形成するアンテナモジュール形成工程と、
前記センサ素子のグループに応じて、前記アンテナモジュールと前記センサ素子とを組合せてパッシブセンサを形成するパッシブセンサ形成工程と、を有し、
前記アンテナモジュール形成工程は、前記センサ素子の共振周波数を、パッシブセンサの所望共振周波数にシフトさせる形状に前記アンテナを形成する工程である、パッシブセンサの製造方法。
A sensor element that outputs a resonance signal having a frequency corresponding to a physical quantity to be detected by an external excitation signal;
An antenna connected to the sensor element and transmitting and receiving a communication signal based on the excitation signal and the resonance signal, and a passive sensor manufacturing method comprising:
A sensor element sorting step of sorting sensor elements into a plurality of groups at a resonance frequency by the excitation signal;
An antenna module forming step of forming an antenna module having antennas of different shapes for each group;
In accordance with the group of sensor elements, a passive sensor forming step of forming a passive sensor by combining the antenna module and the sensor element,
The antenna module forming step is a method of manufacturing a passive sensor, which is a step of forming the antenna in a shape that shifts the resonance frequency of the sensor element to a desired resonance frequency of the passive sensor.
請求項1に記載のパッシブセンサの製造方法であって、
前記センサ素子はSAW共振子により形成されており、
前記アンテナモジュール形成工程は、前記アンテナのインピーダンスにより共振周波数をシフトさせる形状に前記アンテナを形成する工程である、パッシブセンサの製造方法。
It is a manufacturing method of the passive sensor according to claim 1,
The sensor element is formed of a SAW resonator,
The antenna module forming step is a method of manufacturing a passive sensor, which is a step of forming the antenna in a shape in which a resonance frequency is shifted by the impedance of the antenna.
請求項1に記載のパッシブセンサの製造方法であって、
前記センサ素子は水晶振動子により形成されており、
前記アンテナモジュール形成工程は、前記アンテナのインピーダンスに含まれるインダクタンスにより共振周波数をシフトさせる形状に前記アンテナを形成する工程である、パッシブセンサの製造方法。
It is a manufacturing method of the passive sensor according to claim 1,
The sensor element is formed of a crystal resonator,
The antenna module forming step is a method of manufacturing a passive sensor, which is a step of forming the antenna in a shape in which a resonance frequency is shifted by an inductance included in the impedance of the antenna.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のパッシブセンサの製造方法であって、
前記アンテナモジュール形成工程は、
前記アンテナを放射電極部と配線電極部とからなるダイポールアンテナで形成し、
前記放射電極部の開口角により、前記インピーダンスを調整する工程である、パッシブセンサの製造方法。
It is a manufacturing method of the passive sensor as described in any one of Claims 1 thru | or 3, Comprising:
The antenna module forming step includes
The antenna is formed by a dipole antenna composed of a radiation electrode portion and a wiring electrode portion,
A method for manufacturing a passive sensor, which is a step of adjusting the impedance according to an opening angle of the radiation electrode portion.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のパッシブセンサの製造方法であって、
前記アンテナモジュール形成工程は、
前記アンテナを巻回形電極部と配線電極部とからなる電磁結合型アンテナで形成し、
前記巻回形電極部の巻回数または/および開口面積により、前記インピーダンスを調整する工程である、パッシブセンサの製造方法。
It is a manufacturing method of the passive sensor as described in any one of Claims 1 thru | or 3, Comprising:
The antenna module forming step includes
The antenna is formed by an electromagnetically coupled antenna composed of a wound electrode portion and a wiring electrode portion,
A method of manufacturing a passive sensor, which is a step of adjusting the impedance according to the number of turns or / and the opening area of the wound electrode portion.
請求項4または請求項5のいずれか一項に記載のパッシブセンサの製造方法であって、
前記パッシブセンサ形成工程は、前記アンテナの前記配線電極部に対する前記センサ素子の接続位置により、前記インピーダンスを調整する工程である、パッシブセンサの製造方法。
It is a manufacturing method of the passive sensor as described in any one of Claim 4 or Claim 5, Comprising:
The passive sensor forming step is a method of manufacturing a passive sensor, which is a step of adjusting the impedance according to a connection position of the sensor element with respect to the wiring electrode portion of the antenna.
センサ素子を備えるパッシブセンサから送信される通信信号の共振周波数に基づいて、前記センサ素子の感知した物理量を、前記パッシブセンサと無線通信接続された親機で計測する無線式センサシステムの計測方法であって、
請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のパッシブセンサの製造方法によって、パッシブセンサを製造するパッシブセンサ製造工程と、
製造されたパッシブセンサを用いて前記物理量を検知し、前記通信信号を生成する物理量検知工程と、
前記親機を用いて、前記通信信号の共振周波数を解析し、該解析した共振周波数に基づいて前記物理量を算出する、物理量算出工程と、を有する無線式センサシステムの計測方法。
A measurement method of a wireless sensor system that measures a physical quantity sensed by the sensor element by a master unit connected to the passive sensor by wireless communication based on a resonance frequency of a communication signal transmitted from a passive sensor including the sensor element. There,
A passive sensor manufacturing process for manufacturing a passive sensor by the passive sensor manufacturing method according to any one of claims 1 to 6.
A physical quantity detection step of detecting the physical quantity using a manufactured passive sensor and generating the communication signal;
A measurement method for a wireless sensor system, comprising: using the parent device to analyze a resonance frequency of the communication signal and calculating the physical quantity based on the analyzed resonance frequency.
外部からの励起信号により、感知する物理量に応じた周波数の共振信号を出力するセンサ素子と、
前記センサ素子に接続されており、前記励起信号、および前記共振信号に基づく通信信号を送受波するアンテナと、を備えるパッシブセンサであって、
前記アンテナは、前記センサ素子の共振周波数に基づいて、前記アンテナから送信される通信信号の周波数がパッシブセンサとしての所望の共振周波数になるインピーダンスを有する形状からなる、パッシブセンサ。
A sensor element that outputs a resonance signal having a frequency corresponding to a physical quantity to be detected by an external excitation signal;
An antenna that is connected to the sensor element and transmits and receives a communication signal based on the excitation signal and the resonance signal;
The said antenna is a passive sensor which consists of a shape which has the impedance from which the frequency of the communication signal transmitted from the said antenna becomes a desired resonant frequency as a passive sensor based on the resonant frequency of the said sensor element.
請求項8に記載のパッシブセンサであって、
前記アンテナは、放射電極部と、該放射電極部を前記センサ素子に接続する配線電極部とからなるダイポールアンテナであり、
前記放射電極部は、前記インピーダンスに応じた開口角からなる、パッシブセンサ。
The passive sensor according to claim 8,
The antenna is a dipole antenna comprising a radiation electrode portion and a wiring electrode portion connecting the radiation electrode portion to the sensor element,
The radiation electrode portion is a passive sensor having an opening angle corresponding to the impedance.
請求項8に記載のパッシブセンサであって、
前記前記アンテナは、巻回形電極部と、該巻回形電極部を前記センサ素子に接続する配線電極部とからなる電磁結合型アンテナであり、
前記巻回形電極部は、前記インピーダンスに応じた巻回数または/および開口面積からなる、パッシブセンサ。
The passive sensor according to claim 8,
The antenna is an electromagnetically coupled antenna comprising a wound electrode part and a wiring electrode part that connects the wound electrode part to the sensor element,
The wound electrode unit is a passive sensor having a number of turns and / or an opening area corresponding to the impedance.
請求項8乃至請求項10のいずれか一項に記載のパッシブセンサであって、
前記配線電極部は、前記インピーダンスに応じた長さからなる、パッシブセンサ。
It is a passive sensor as described in any one of Claims 8 thru | or 10, Comprising:
The said wiring electrode part is a passive sensor which consists of length according to the said impedance.
請求項8乃至請求項11のいずれか一項に記載のパッシブセンサであって、
前記センサ素子は、SAW共振子である、パッシブセンサ。
It is a passive sensor as described in any one of Claims 8 thru | or 11, Comprising:
The sensor element is a passive sensor that is a SAW resonator.
請求項8乃至請求項11のいずれか一項に記載のパッシブセンサであって、
前記センサ素子は、水晶振動子である、パッシブセンサ。
It is a passive sensor as described in any one of Claims 8 thru | or 11, Comprising:
The sensor element is a passive sensor that is a crystal resonator.
請求項8乃至請求項13のいずれか一項に記載のパッシブセンサであって、
前記アンテナは、前記インピーダンスに含まれるインダクタンスによって形状が決定されている、パッシブセンサ。
A passive sensor according to any one of claims 8 to 13,
The antenna is a passive sensor whose shape is determined by an inductance included in the impedance.
請求項8乃至請求項14のいずれかに一項に記載のパッシブセンサと、
前記パッシブセンサに対して、前記励起信号を送信するとともに、前記通信信号を受信し、前記通信信号の共振周波数に基づいて前記物理量を算出する親機と、を備えた無線式センサシステム。
A passive sensor according to any one of claims 8 to 14, and
A wireless sensor system comprising: a master device that transmits the excitation signal to the passive sensor, receives the communication signal, and calculates the physical quantity based on a resonance frequency of the communication signal.
JP2010143275A 2010-06-24 2010-06-24 Manufacturing method of passive sensor, measurement method by wireless sensor system, passive sensor and wireless sensor system Pending JP2012008749A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010143275A JP2012008749A (en) 2010-06-24 2010-06-24 Manufacturing method of passive sensor, measurement method by wireless sensor system, passive sensor and wireless sensor system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010143275A JP2012008749A (en) 2010-06-24 2010-06-24 Manufacturing method of passive sensor, measurement method by wireless sensor system, passive sensor and wireless sensor system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012008749A true JP2012008749A (en) 2012-01-12

Family

ID=45539227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010143275A Pending JP2012008749A (en) 2010-06-24 2010-06-24 Manufacturing method of passive sensor, measurement method by wireless sensor system, passive sensor and wireless sensor system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012008749A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014190713A (en) * 2013-03-26 2014-10-06 Katsumi Narasaki Odor sensor device
JP2016200483A (en) * 2015-04-10 2016-12-01 国立大学法人東北大学 Wireless measuring system of resonant element
JPWO2014129070A1 (en) * 2013-02-22 2017-02-02 株式会社村田製作所 Sensor tag and sensor tag manufacturing method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014129070A1 (en) * 2013-02-22 2017-02-02 株式会社村田製作所 Sensor tag and sensor tag manufacturing method
JP2014190713A (en) * 2013-03-26 2014-10-06 Katsumi Narasaki Odor sensor device
JP2016200483A (en) * 2015-04-10 2016-12-01 国立大学法人東北大学 Wireless measuring system of resonant element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8242963B2 (en) Antenna device
US8299679B2 (en) Surface-wave passive sensor including an integrated antenna, and medical applications using such a type of passive sensor
CN105098380B (en) Body communication antenna
Yates et al. Optimal transmission frequency for ultralow-power short-range radio links
JP6052388B2 (en) Sensor tag and sensor tag manufacturing method
US20100067166A1 (en) Rf powder particle, rf powder, and rf powder-containing base
Jalil et al. High capacity and miniaturized flexible chipless RFID tag using modified complementary split ring resonator
JP2012008749A (en) Manufacturing method of passive sensor, measurement method by wireless sensor system, passive sensor and wireless sensor system
Kim et al. Three-dimensional wireless power transfer system using multiple orthogonal resonators for spatial freedom
KR20180019492A (en) Configurable multiband antenna arrangement and design method thereof
JP4223568B2 (en) Communication device
US10629991B2 (en) Antenna device including mutually coupled antenna elements
US8140117B2 (en) Circuit board with adaptive, electromagnetic coupler
CN112688067B (en) Complex dielectric constant measuring method, radio frequency device, integrated circuit, and radio device
EP3866345B1 (en) Near-field electromagnetic induction (nfemi) antenna
JP5387771B2 (en) Passive sensor, wireless sensor system, and measurement method using wireless sensor system
Thai et al. A novel front-end radio frequency pressure transducer based on a dual-band resonator for wireless sensing
JP6183448B2 (en) Sensor tag and sensor tag manufacturing method
Hughes Antenna design for on-skin UHF and 5G RFID tags
JP2012073116A (en) Magnetic sensor
US10176417B2 (en) Wireless communication device and article provided with communication device
US20240014542A1 (en) Wireless passive electronic component and associated reading system
US20220336949A1 (en) Compact directional antenna, device comprising such an antenna
Iliev et al. Investigation of a small handheld PCB nesting two antennas NFC 13.56 MHz and to RF 868 MHz
WO2015002594A1 (en) A force measurement method and means