JP2013073451A - 表面弾性波センサを用いた無線遠隔センシングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】センシング装置を高度に集積化しつつ、ＳＡＷセンサから送信される受信信号を適切に受信する。
【解決手段】センシング装置２３にて第２のスイッチ３２や第１のミキサ３６や第２のミキサ３７等をシリコン基板４１の１チップ上に実装し、ＳＡＷセンサ２２と同じ遅延時間を有するＳＡＷ遅延素子４２を設け、第２のスイッチ３２が入力状態に切換えているときに第１のスイッチ３０がオフ状態からオン状態に切換わり更にオン状態からオフ状態に切換わった時点から遅延時間が経過する前に第２のスイッチ３２を入力状態から出力状態に切換える。ＳＡＷセンサ２２から送信される受信信号の受信中に、発振器２９から出力される搬送波が漏れ信号として第２のスイッチ３２に入力されることを回避する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面弾性波センサと、センシング装置とを備えた無線遠隔センシングシステムに関する。

従来より、表面弾性波センサ（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）センサと称する）を用いた無線遠隔センシングシステムが供されている。例えば特許文献１には、ＳＡＷセンサと、センシング装置とを備え、センシング装置において、発振器から出力された所定周波数の搬送波とパルス信号発生器から出力されたパルス信号とをミキサによりミキシングして搬送波をパルス変調して送信信号を生成し、その送信信号を増幅器にて増幅してＳＡＷセンサに送信し、ＳＡＷセンサから送信された受信信号を受信すると、送信信号を送信した時点から受信信号を受信するまでの遅延時間を解析し、物理量（歪みや温度等）を非接触で検出する構成が開示されている。

特開２００５−９２４９０号公報

図１４及び図１５は、従来の無線遠隔センシングシステムの検出原理を示している。無線遠隔センシングシステム１は、ＳＡＷセンサ２と、センシング装置３とを備えている。ＳＡＷセンサ２は、圧電体基板４上に駆動電極５と反射電極６とが形成されているＳＡＷ反射素子７を備えている。センシング装置３は、発振器８と、第１のスイッチ９と、第１の増幅器１０と、第２のスイッチ１１と、第２の増幅器１２と、ミキサ１３と、ローパスフィルタ１４とを備えている。

上記した構成では、センシング装置３からＳＡＷセンサ２に送信信号が送信される送信時には、図１４に示すように、第１のスイッチ９の可動接点９ａと送信側接点９ｂとが接続されて第１のスイッチ９が送信状態に切換えられると共に、第２のスイッチ１１の可動接点１１ａと入力側接点１１ｂとが接続されて第２のスイッチ１１が入力状態に切換えられる。このとき、発振器８から出力された所定周波数の搬送波は、第１のスイッチ９にてパルス変調されて送信信号として第１の増幅器１０にて増幅され、第２のスイッチ１１を経由してＳＡＷセンサ２に送信される。ＳＡＷセンサ２に送信された送信信号は、駆動電極５にて表面弾性波に変換された後に当該駆動電極５から圧電体基板４上を通過して反射電極６に伝搬する。そして、反射電極６に伝搬した表面弾性波は、反射電極６にて反射して当該反射電極６から圧電体基板４上を通過して駆動電極５に伝搬し、駆動電極５にて受信信号に変換される。

ＳＡＷセンサ２からセンシング装置３へ受信信号が送信される受信時には、図１５に示すように、第１のスイッチ９の可動接点９ａと受信側接点９ｃとが接続されて第１のスイッチ９が受信状態に切換えられると共に、第２のスイッチ１１の可動接点１１ａと出力側接点１１ｃとが接続されて第２のスイッチ１１が出力状態に切換えられる。このとき、ＳＡＷセンサ２から送信された受信信号は、第２のスイッチ１１を経由して第２の増幅器１２にて増幅されてミキサ１３に入力される。又、発振器８から出力された搬送波は、ローカル信号としてミキサ１３に入力される。そして、受信信号とローカル信号とがミキサ１３にてミキシングされて同期検波信号が生成され、同期検波信号は、ローパスフィルタ１４にて高周波成分が除去されて直流信号として出力端子１５から外部に出力される。

ところで、センシング装置３を高度に集積化しようとすると、第２のスイッチ１１やミキサ１３等を半導電性基板であるシリコン基板１６の１チップ上に実装する構成が考えられる。しかしながら、上記した構成では、ＳＡＷセンサ２からセンシング装置３へ受信信号が送信される受信時には、ＳＡＷセンサ２から送信される受信信号の受信中に、発振器８から出力される搬送波がシリコン基板１６上を伝達して第２のスイッチ１１にも漏れ信号として入力される（回り込む）虞がある。その結果、漏れ信号が第２のスイッチ１１に入力されてしまうと、ＳＡＷセンサ２から送信される受信信号を適切に受信することが困難となり、センシング精度が低下するという問題がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、センシング装置を高度に集積化しつつ、表面弾性波センサから送信される受信信号を適切に受信することができ、センシング精度を高めることができる表面弾性波センサを用いた無線遠隔センシングシステムを提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、第１の切換手段がオン状態に切換えており、第２の切換手段が入力状態に切換えており、搬送波発生手段から出力された所定周波数の搬送波が第１の切換手段にてパルス変調されてパルス変調信号が生成されると、パルス変調信号が所定周波数の送信信号として表面弾性波センサに送信される。所定周波数の送信信号が表面弾性波センサに受信されて入力されると、送信信号が入力された時点から所定遅延時間が経過した後に所定周波数の受信信号が出力されて送信される。

第２の切換手段が入力状態から出力状態に切換わると、表面弾性波センサから送信された受信信号が第２の切換手段に受信されてミキシング手段に出力される。又、第１の切換手段がオン状態に切換えており、送信信号が表面弾性波遅延手段に入力されると、送信信号が入力電極に入力された時点から所定遅延時間が経過した後にローカル信号が出力電極からミキシング手段に出力される。そして、第２の切換手段から出力された受信信号と表面弾性波遅延手段から出力されたローカル信号とがミキシング手段にてミキシングされて同期検波信号が生成されて出力される。又、第２の切換手段とミキシング手段とは半導電性基板の１チップ上に実装されている。

これにより、第２の切換手段とミキシング手段とを半導電性基板の１チップ上に実装することで、センシング装置を高度に集積化することができる。又、このように第２の切換手段とミキシング手段とを半導電性基板の１チップ上に実装する構成でありながらも、第２の切換手段が入力状態に切換えているときに第１の切換手段がオフ状態からオン状態に切換わり更にオン状態からオフ状態に切換わった時点から所定遅延時間が経過する前に第２の切換手段が入力状態から出力状態に切換わることで、表面弾性波センサから送信される受信信号の受信中に、搬送波発生手段から出力される搬送波が漏れ信号として第２の切換手段に入力される（回り込む）ことを回避することができる。その結果、表面弾性波センサから送信される受信信号を適切に受信することができ、センシング精度を高めることができる。

請求項２に記載した発明によれば、所定周波数の送信信号が表面弾性波センサに受信されて入力されると、送信信号が入力された時点から一の所定遅延時間が経過した後に一の受信信号が出力されて送信され、送信信号が入力された時点から他の所定遅延時間が経過した後に他の受信信号が出力されて送信される。

第２の切換手段が入力状態から出力状態に切換わると、表面弾性波センサから送信された一の受信信号が第２の切換手段に受信されてミキシング手段に出力され、表面弾性波センサから送信された他の受信信号が第２の切換手段に受信されてミキシング手段に出力される。又、第１の切換手段がオン状態に切換えており、送信信号が表面弾性波遅延手段に入力されると、送信信号が入力電極に入力された時点から一の所定遅延時間が経過した後に一のローカル信号が一の出力電極からミキシング手段に出力され、送信信号が入力された時点から他の所定遅延時間が経過した後に他のローカル信号が他の出力電極からミキシング手段に出力される。

そして、第２の切換手段から出力された一の受信信号と表面弾性波遅延手段から出力された一のローカル信号とがミキシング手段にてミキシングされて一の同期検波信号が生成されて出力され、第２の切換手段から出力された他の受信信号と表面弾性波遅延手段から出力された他のローカル信号とがミキシング手段にてミキシングされて他の同期検波信号が生成されて出力される。

これにより、表面弾性波センサは温度変化により遅延時間が変化する特性を有するが、遅延時間が異なる複数の受信信号が出力され、遅延時間が異なる複数のローカル信号が出力され、それら複数の受信信号と複数のローカル信号とがミキシングされて複数の同期検波信号が出力されることで、表面弾性波センサの温度変化による遅延時間の変化を補正することができ、センシング精度の低下を回避することができる。

請求項３に記載した発明によれば、複数の所定周波数のうち一の所定周波数の送信信号が表面弾性波センサに受信されて入力されると、送信信号が入力された時点から所定遅延時間が経過した後に一の所定周波数の受信信号が出力されて送信され、複数の所定周波数のうち他の所定周波数の送信信号が表面弾性波センサに受信されて入力されると、送信信号が入力された時点から所定遅延時間が経過した後に他の所定周波数の受信信号が出力されて送信される。

第２の切換手段が入力状態から出力状態に切換わると、表面弾性波センサから送信された一の所定周波数の受信信号が第２の切換手段に受信されてミキシング手段に出力され、表面弾性波センサから送信された他の所定周波数の受信信号が第２の切換手段に受信されてミキシング手段に出力される。又、第１の切換手段がオン状態に切換えており、一の所定周波数の送信信号が表面弾性波遅延手段に入力されると、送信信号が入力電極に入力された時点から所定遅延時間が経過した後に一の所定周波数のローカル信号が出力電極からミキシング手段に出力され、他の所定周波数の送信信号が表面弾性波遅延手段に入力されると、送信信号が入力電極に入力された時点から所定遅延時間が経過した後に他の所定周波数のローカル信号が出力電極からミキシング手段に出力される。

そして、第２の切換手段から出力された一の所定周波数の受信信号と表面弾性波遅延手段から出力された一の所定周波数のローカル信号とがミキシング手段にてミキシングされて一の同期検波信号が生成されて出力され、第２の切換手段から出力された他の所定周波数の受信信号と表面弾性波遅延手段から出力された他の所定周波数のローカル信号とがミキシング手段にてミキシングされて他の同期検波信号が生成されて出力される。

これにより、表面弾性波センサは温度変化により遅延時間が変化する特性を有するが、周波数が異なる複数の受信信号が出力され、周波数が異なる複数のローカル信号が出力され、それら複数の受信信号と複数のローカル信号とがミキシングされて複数の同期検波信号が出力されることで、上記した請求項２に記載したものと同様に、表面弾性波センサの温度変化による遅延時間の変化を補正することができ、センシング精度の低下を回避することができる。

請求項４に記載した発明によれば、表面弾性波遅延手段は、入力電極として第１の入力電極と第２の入力電極とを有し、出力電極として第１の入力電極から出力された表面弾性波を入力する第１の出力電極と第２の入力電極から出力された表面弾性波を入力する第２の出力電極とを有し、第１の入力電極から第１の出力電極までの距離と、第２の入力電極から第２の出力電極までの距離との間に、送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差を有する。

これにより、直交検波を行う構成とする際に、表面弾性波遅延手段とは別に移相器を設けて表面弾性波遅延手段に入力される送信信号や表面弾性波遅延手段から出力されるローカル信号を移相器にて移相するのではなく、表面弾性波を表面弾性波遅延手段にて移相することで、送信信号やローカル信号を移相するための移相器を半導体素子で実現する必要がなくなり、回路面積を低減することができ、又、位相遅延量の精度を高めることができる。

本発明の第１の実施形態を示す機能ブロック図 送信信号、受信信号、ローカル信号の波形を示す図 第１のスイッチ及び第２のスイッチの動作を示すタイミングチャート 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 図２相当図 本発明の第３の実施形態を示す図１相当図 図２相当図 図３相当図 本発明の第４の実施形態を示す図１相当図 ＳＡＷ遅延素子の構成を示す図 本発明の第５の実施形態を示す図１相当図 図１０相当図 本発明の第６の実施形態を示す図１相当図 従来構成を示す図１相当図（送信信号の送信時） 図１４相当図（受信信号の送信時）

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、表面弾性波センサ（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）センサと称する）を用いた無線遠隔センシングシステムの構成を示している。無線遠隔センシングシステム２１は、ＳＡＷセンサ２２と、センシング装置２３とを備えている。

ＳＡＷセンサ２２は、圧電体基板２４上に駆動電極２５と反射電極２６とが形成されているＳＡＷ反射素子２７を備えている。駆動電極２５にはアンテナ２８が接続されている。駆動電極２５及び反射電極２６は、それぞれ極性が異なる導体パターンが交互に一定の間隔で並べられた櫛形電極であり、その導体パターンの間隔は共振周波数の波長に相当する。共振周波数と波長との積は、その圧電体基板２４上の音速に対応し、材質と結晶方位により固有の値を有する。又、櫛形電極の数や形状により共振周波数の分布、透過効率（減衰）等の基本的な特性が決定される。本実施形態では、ＳＡＷ反射素子２７の反射周波数（ｆａ）は例えば２００［ＭＨｚ］に設定されている。又、ＳＡＷ反射素子２７は無給電である。

ＳＡＷセンサ２２においては、センシング装置２３から送信された送信信号がアンテナ２８により受信されて駆動電極２５に入力されると、その高周波信号である送信信号が駆動電極２５にて圧電現象により表面弾性波に変換され、その表面弾性波が当該駆動電極２５から圧電体基板２４上を通過して反射電極２６に伝搬する。そして、反射電極２６に伝搬した表面弾性波が反射電極２６にて反射して当該反射電極２６から圧電体基板２４上を通過して駆動電極２５に伝搬し、駆動電極２５にて圧電現象により高周波信号である受信信号に変換され、受信信号としてアンテナ２８からセンシング装置２３に送信される。センシング装置２３から送信信号を受信した時点から受信信号をセンシング装置２３に送信するまでの時間が、ＳＡＷ反射素子２７の遅延時間として設定されている。

センシング装置２３は、発振器２９（搬送波発生手段に相当）と、第１のスイッチ３０（第１の切換手段に相当）と、第１の増幅器３１と、第２のスイッチ３２（第２の切換手段に相当）と、アンテナ３３と、第２の増幅器３４と、第３の増幅器３５と、第１のミキサ３６（ミキシング手段に相当）と、第２のミキサ３７（ミキシング手段に相当）と、第１のローパスフィルタ３８と、第２のローパスフィルタ３９と、移相器４０とを備えている。第１の増幅器３１と、第２のスイッチ３２と、アンテナ３３と、第２の増幅器３４と、第３の増幅器３５と、第１のミキサ３６と、第２のミキサ３７と、第１のローパスフィルタ３８と、第２のローパスフィルタ３９と、移相器４０とは、シリコン基板４１（半導電性基板に相当）の１チップ上に実装されている。又、センシング装置２３は、シリコン基板４１とは別に、ＳＡＷ遅延素子４２（表面弾性波遅延手段に相当）を備えている。

発振器２９は、搬送波を第１のスイッチ３０に出力する。第１のスイッチ３０は、可動接点３０ａと固定接点３０ｂとを接続しないオフ状態（図１中実線にて示す状態）と、可動接点３０ａと固定接点３０ｂとを接続するオン状態（図１中破線にて示す状態）とを切換可能であり、オン状態に切換えているときに発振器２９から搬送波を入力すると、その入力した搬送波をパルス変調してパルス変調信号を生成して送信信号として第１の増幅器３１に出力する。第１の増幅器３１は、第１のスイッチ３０から送信信号を入力すると、その入力した送信信号を増幅して第２のスイッチ３２に出力する。

第２のスイッチ３２は、可動接点３２ａと入力側接点３２ｂとを接続する入力状態（図１中実線矢印にて示す状態）と、可動接点３２ａと出力側接点３２ｃとを接続する出力状態（図１中破線矢印にて示す状態）とを切換可能であり、入力状態に切換えているときに第１の増幅器３１から送信信号を入力すると、その入力した送信信号をアンテナ３３からＳＡＷセンサ２２に送信する。

又、第２のスイッチ３２は、出力状態に切換えているときにＳＡＷセンサ２２から送信された受信信号をアンテナ３３により受信すると、その受信した受信信号を第２の増幅器３４及び第３の増幅器３５に出力する。第２の増幅器３４は、第２のスイッチ３２から受信信号を入力すると、その入力した受信信号を増幅して第１のミキサ３６に出力し、第３の増幅器３５は、第２のスイッチ３２から受信信号を入力すると、その入力した受信信号を増幅して第２のミキサ３７に出力する。

第１のミキサ３６は、第２の増幅器３４から受信信号を入力すると共に、上記したＳＡＷ遅延素子４２からローカル信号を入力すると、それら入力した受信信号とローカル信号とをミキシングする。又、第２のミキサ３７は、第３の増幅器３５から受信信号を入力すると共に、上記したＳＡＷ遅延素子４２からローカル信号を入力すると、それら入力した受信信号とローカル信号とをミキシングする。

上記したＳＡＷ遅延素子４２は、圧電体基板４３上に第１の入力電極４４と、第１の出力電極４５と、第２の入力電極４６と、第２の出力電極４７とが形成されている。第１の入力電極４４、第１の出力電極４５、第２の入力電極４６及び第２の出力電極４７は、上記したＳＡＷセンサ２２における駆動電極２５及び反射電極２６と同様に、それぞれ極性が異なる導体パターンが交互に一定の間隔で並べられた櫛形電極であり、その導体パターンの間隔は共振周波数の波長に相当する。

ＳＡＷ遅延素子４２は、ＳＡＷセンサ２２におけるＳＡＷ反射素子２７の反射周波数と同じ周波数の表面弾性波が通過するように設計されている。又、ＳＡＷ遅延素子４２は、第１のスイッチ３０から送信信号を入力した時点からローカル信号を第１のミキシング手段３６及び第２のミキシング手段３７に出力するまでの時間が遅延時間として設定されており、ＳＡＷ反射素子２７に設定されている遅延時間と同じ遅延時間を有するように設計されている。

ＳＡＷ遅延素子４２においては、第１のスイッチ３０がオン状態に切換えていることに応じて当該第１のスイッチ３０から出力された送信信号が第１の入力電極４４に入力されると、その高周波信号である送信信号が第１の入力電極４４にて圧電現象により表面弾性波に変換され、その表面弾性波が当該第１の入力電極４４から圧電体基板４３上を通過して第１の出力電極４５に伝搬する。そして、第１の出力電極４５に伝搬した表面弾性波が当該第１の出力電極４５にて圧電現象により高周波信号であるローカル信号に変換されて第１のミキサ３６に出力される。

又、ＳＡＷ遅延素子４２においては、第１のスイッチ３０がオン状態に切換えていることに応じて当該第１のスイッチ３０から出力された送信信号が移相器４０にて９０度移相された後に第２の入力電極４６に入力されると、その高周波信号である送信信号が第２の入力電極４６にて圧電現象により表面弾性波に変換され、その表面弾性波が当該第２の入力電極４６から圧電体基板４３上を通過して第２の出力電極４７に伝搬する。そして、第２の出力電極４７に伝搬した表面弾性波が当該第２の出力電極４７にて圧電現象により高周波信号であるローカル信号に変換されて第２のミキサ３７に出力される。

このような構成により、図２に示すように、第１のスイッチ３０が送信信号を出力した時点から第２の増幅器３４及び第３の増幅器３５が受信信号を出力する（第１のミキサ３６及び第２のミキサ３７に受信信号が入力される）までの時間差である遅延時間（図２中「Ｔ１」参照）と、第１のスイッチ３０が送信信号を出力した時点からＳＡＷ遅延素子４２がローカル信号を出力する（第１のミキサ３６及び第２のミキサ３７にローカル信号が入力される）までの時間差である遅延時間（図２中「Ｔ２」参照）とが同じとなり、受信信号とローカル信号とが同じタイミングで第１のミキサ３６及び第２のミキサ３７に入力される。

その結果、受信信号とローカル信号とが第１のミキサ３６及び第２のミキサ３７にてミキシングされて同期検波信号が出力され、各々の同期検波信号は、第１のローパスフィルタ３８及び第２のローパスフィルタ３９にて高周波成分が除去されて出力端子４８及び出力端子４９から直流信号として外部に出力される。尚、本実施形態では、移相器４０がＳＡＷ遅延素子４２の前段側（入力側）に設けられることで、送信信号が９０度移相される構成を説明したが、移相器４０がＳＡＷ遅延素子４２の後段側（出力側）に設けられることで、ローカル信号が９０度移相される構成でも良い。

又、上記した構成では、第１のスイッチ３０及び第２のスイッチ３２の動作タイミングを図３に示すように制御する。即ち、ＳＡＷ反射素子２７の反射周波数と同じ周波数の送信信号（所定周波数の送信信号）を送信する際の動作として、第２のスイッチ３２を入力状態に切換えている状態で、第１のスイッチ３０をオフ状態からオン状態に切換え（図３中「ｔ１」参照）、更に第２のスイッチ３２をオン状態からオフ状態に切換えた後に（図３中「ｔ２」参照）、第２のスイッチ３２を入力状態から出力状態に切換える（図３中「ｔ３」参照）。この場合、第２のスイッチ３２をオン状態からオフ状態に切換えた時点から第２のスイッチ３２を入力状態から出力状態に切換えるまでの時間差（図３中「Ｔａ」参照）は、上記したＳＡＷセンサ２２に設定されている遅延時間及びＳＡＷ遅延素子４２に設定されている遅延時間よりも短く設定されている。

このように第１のスイッチ３０及び第２のスイッチ３２の動作タイミングを制御することで、ＳＡＷセンサ２２から送信される受信信号の受信中に、発振器２９から出力される搬送波のシリコン基板４１への経路が遮断され、搬送波がシリコン基板４１上を伝達することはなく、搬送波が漏れ信号として第２のスイッチ３２に入力される（回り込む）ことが回避される。

以上に説明したように第１の実施形態によれば、センシング装置２３にて第２のスイッチ３２や第１のミキサ３６や第２のミキサ３７等をシリコン基板４１の１チップ上に実装するように構成したので、センシング装置２３を高度に集積化することができる。又、ＳＡＷセンサ２２と同じ遅延時間を有するＳＡＷ遅延素子４２を設け、第２のスイッチ３２が入力状態に切換えているときに第１のスイッチ３０がオフ状態からオン状態に切換わり更にオン状態からオフ状態に切換わった時点から遅延時間が経過する前に第２のスイッチ３２を入力状態から出力状態に切換えるように構成したので、センシング装置２３を高度に集積化する構成としながらも、ＳＡＷセンサ２２から送信される受信信号の受信中に、発振器２９から出力される搬送波が漏れ信号として第２のスイッチ３２に入力されることを回避することができ、ＳＡＷセンサ２２から送信される受信信号を適切に受信することができ、センシング精度を高めることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態に対してＳＡＷセンサ及びＳＡＷ遅延素子の構成が異なる。

無線遠隔センシングシステム５１は、ＳＡＷセンサ５２と、センシング装置５３とを備えている。ＳＡＷセンサ５２は、第１の実施形態で説明したＳＡＷセンサ２２とは特性が異なり、第１の圧電体基板５４上に第１の駆動電極５５と、第１の反射電極５６とが形成されている第１のＳＡＷ反射素子５７と、第２の圧電体基板５８上に第２の駆動電極５９と、第２の反射電極６０とが形成されている第２のＳＡＷ反射素子６１とを備えている。第１の駆動電極５５と第２の駆動電極５９にはアンテナ６２が接続されている。

ＳＡＷセンサ５２においては、第１のＳＡＷ反射素子５７の反射周波数と第２のＳＡＷ反射素子６１の反射周波数が共に例えば２００［ＭＨｚ］に設定されており、第１の駆動電極５５から第１の反射電極５６までの距離と第２の駆動電極５９から第２の反射電極６０までの距離とが異なることで、第１のＳＡＷ反射素子５７の遅延時間と第２のＳＡＷ反射素子６１の遅延時間とが異なって設定されている（一の所定遅延時間と他の所定遅延時間とが設定されている）。

センシング装置５３は、第１の実施形態で説明した発振器２９と、第１のスイッチ３０と、第１の増幅器３１と、第２のスイッチ３２と、アンテナ３３と、第２の増幅器３４と、第３の増幅器３５と、第１のミキサ３６と、第２のミキサ３７と、第１のローパスフィルタ３８と、第２のローパスフィルタ３９と、移相器４０等とを備えていると共に、第１の実施形態で説明したＳＡＷ遅延素子４２とは特性が異なるＳＡＷ遅延素子６３を備えている。ＳＡＷ遅延素子６３は、圧電体基板６４上に第１の入力電極６５と、第１の前側出力電極６６と、第１の後側出力電極６７と、第２の入力電極６８と、第２の前側出力電極６９と、第２の後側出力電極７０とが形成されている。

ＳＡＷ遅延素子６３は、ＳＡＷセンサ５２における第１のＳＡＷ反射素子５７の反射周波数及び第２のＳＡＷ反射素子６１の反射周波数と同じ周波数の表面弾性波が通過するように設計されている。又、ＳＡＷ遅延素子６３は、第１のスイッチ３０から送信信号を入力した時点からローカル信号を第１のミキシング手段３６及び第２のミキシング手段３７に出力するまでの時間が遅延時間として設定されており、前側出力電極と後側出力電極とを有することで、ＳＡＷ反射素子５７に設定されている遅延時間及びＳＡＷ反射素子６１に設定されている遅延時間の各々と同じ遅延時間を有するように設計されている。

ＳＡＷ遅延素子６３においては、第１のスイッチ３０がオン状態に切換えていることに応じて当該第１のスイッチ３０から出力された送信信号が第１の入力電極６５に入力されると、その高周波信号である送信信号が第１の入力電極６５にて圧電現象により表面弾性波に変換され、その表面弾性波が当該第１の入力電極６５から圧電体基板６４上を通過して第１の前側出力電極６６及び第１の後側出力電極６７に伝搬する。そして、第１の前側出力電極６６及び第１の後側出力電極６７に伝搬した表面弾性波が当該第１の前側出力電極６６及び第１の後側出力電極６７にて圧電現象により高周波信号であるローカル信号に変換されて第１のミキサ３６に出力される。

又、ＳＡＷ遅延素子６３においては、第１のスイッチ３０がオン状態に切換えていることに応じて当該第１のスイッチ３０から出力された送信信号が移相器４０にて９０度移相された後に第２の入力電極６８に入力されると、その高周波信号である送信信号が第２の入力電極６８にて圧電現象により表面弾性波に変換され、その表面弾性波が当該第２の入力電極６８から圧電体基板６４上を通過して第２の前側出力電極６９及び第２の後側出力電極７０に伝搬する。そして、第２の前側出力電極６９及び第２の後側出力電極７０に伝搬した表面弾性波が当該第２の前側出力電極６９及び第２の後側出力電極７０にて圧電現象により高周波信号であるローカル信号に変換されて第２のミキサ３７に出力される。

このような構成により、図５に示すように、第１のスイッチ３０が送信信号を出力した時点から第２の増幅器３４及び第３の増幅器３５が受信信号（一の受信信号、他の受信信号）を出力するまでの時間差である遅延時間（図５中「Ｔ１」、「Ｔ３」参照）と、第１のスイッチ３０が送信信号を出力した時点からＳＡＷ遅延素子６３がローカル信号（一のローカル信号、他のローカル信号）を出力するまでの時間差である遅延時間（図５中「Ｔ２」、「Ｔ４」参照）とが同じとなり、受信信号とローカル信号とが同じタイミングで第１のミキサ３６及び第２のミキサ３７に入力される。尚、この場合は、第１のスイッチ３０及び第２のスイッチ３２の動作タイミングを第１の実施形態と同じように制御する。

以上に説明したように第２の実施形態によれば、遅延時間が異なる複数の受信信号がＳＡＷセンサ５２から送信され、遅延時間が異なる複数のローカル信号がＳＡＷ遅延素子６３から出力され、それら複数の受信信号と複数のローカル信号とがミキシングされて複数の同期検波信号が出力されるように構成したので、ＳＡＷセンサ５２の温度変化による遅延時間の変化を補正することができ、センシング精度の低下を回避することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図６乃至図８を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
第３の実施形態も、第１の実施形態に対してＳＡＷセンサ及びＳＡＷ遅延素子の構成が異なる。

無線遠隔センシングシステム７１は、ＳＡＷセンサ７２と、センシング装置７３とを備えている。ＳＡＷセンサ７２は、第１の実施形態で説明したＳＡＷセンサ２２とは特性が異なり、第１の圧電体基板７４上に第１の駆動電極７５と、第１の反射電極７６とが形成されている第１のＳＡＷ反射素子７７と、第２の圧電体基板７８上に第２の駆動電極７９と、第２の反射電極８０とが形成されている第２のＳＡＷ反射素子８１とを備えている。第１の駆動電極７５と第２の駆動電極７９にはアンテナ８２が接続されている。

ＳＡＷセンサ７２においては、第１のＳＡＷ反射素子７７の反射周波数と第２のＳＡＷ反射素子８１の反射周波数とが異なって設定されている。本実施形態では、第１のＳＡＷ反射素子７７の反射周波数（ｆａ）は例えば２００［ＭＨｚ］に設定されており、第２のＳＡＷ反射素子８１の反射周波数（ｆｂ）は例えば２１０［ＭＨｚ］に設定されている。

センシング装置７３は、第１の実施形態で説明した発振器２９と、第１のスイッチ３０と、第１の増幅器３１と、第２のスイッチ３２と、アンテナ３３と、第２の増幅器３４と、第３の増幅器３５と、第１のミキサ３６と、第２のミキサ３７と、第１のローパスフィルタ３８と、第２のローパスフィルタ３９と、移相器４０等とを備えていると共に、第１の実施形態で説明したＳＡＷ遅延素子４２とは特性が異なるＳＡＷ遅延素子８３を備えている。ＳＡＷ遅延素子６３は、圧電体基板８４上に第１の入力電極８５と、第１の出力電極８６と、第２の入力電極８７と、第２の出力電極８８とが形成されている。

ＳＡＷ遅延素子８３は、ＳＡＷセンサ７２におけるＳＡＷ反射素子７７の反射周波数と同じ周波数の表面弾性波及びＳＡＷ反射素子８１の反射周波数と同じ周波数の表面弾性波の双方が通過するように設計されている。又、ＳＡＷ遅延素子８３は、ＳＡＷ反射素子７７に設定されている遅延時間及びＳＡＷ反射素子８１に設定されている遅延時間と同じ遅延時間を有するように設計されている。

このような構成により、図７に示すように、第１のスイッチ３０が送信信号を出力した時点から第２の増幅器３４及び第３の増幅器３５が受信信号（一の所定周波数の受信信号、他の所定周波数の受信信号）を出力するまでの時間差である遅延時間（図７中「Ｔ１」」参照）と、第１のスイッチ３０が送信信号を出力した時点からＳＡＷ遅延素子８３がローカル信号（一の所定周波数のローカル信号、他の所定周波数のローカル信号）を出力するまでの時間差である遅延時間（図７中「Ｔ２」参照）とが同じとなり、受信信号とローカル信号とが同じタイミングで第１のミキサ３６及び第２のミキサ３７に入力される。

尚、上記した構成では、第１のスイッチ３０及び第２のスイッチ３２の動作タイミングを図８に示すように制御する。即ち、最初に、第１のＳＡＷ反射素子７７の反射周波数と同じ周波数の送信信号を送信する際の動作として、第２のスイッチ３２を入力状態に切換えている状態で、第１のスイッチ３０をオフ状態からオン状態に切換え（図８中「ｔ１１」参照）、更に第２のスイッチ３２をオン状態からオフ状態に切換えた後に（図８中「ｔ１２」参照）、第２のスイッチ３２を入力状態から出力状態に切換える（図８中「ｔ１３」参照）。

続いて、第２のＳＡＷ反射素子８１の反射周波数と同じ周波数の送信信号を送信する際の動作として、第２のスイッチ３２を入力状態に切換えている状態で、第１のスイッチ３０をオフ状態からオン状態に切換え（図８中「ｔ１５」参照）、更に第２のスイッチ３２をオン状態からオフ状態に切換えた後に（図８中「ｔ１６」参照）、第２のスイッチ３２を入力状態から出力状態に切換える（図８中「ｔ１７」参照）。この場合も、第２のスイッチ３２をオン状態からオフ状態に切換えた時点から第２のスイッチ３２を入力状態から出力状態に切換えるまでの時間差（図８中「Ｔａ」参照）は、ＳＡＷ遅延素子７７に設定されている遅延時間及びＳＡＷ遅延素子８１に設定されている遅延時間よりも短く設定されている。

以上に説明したように第３の実施形態によれば、周波数が異なる複数の受信信号がＳＡＷセンサ７２から送信され、周波数が異なる複数のローカル信号がＳＡＷ遅延素子８３から出力され、それら複数の受信信号と複数のローカル信号とがミキシングされて複数の同期検波信号が出力されるように構成したので、ＳＡＷセンサ７２の温度変化による遅延時間の変化を補正することができ、センシング精度の低下を回避することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図９及び図１０を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第４の実施形態は、第１の実施形態に対して移相器を省略すると共にＳＡＷ遅延素子の構成が異なる。

無線遠隔センシングシステム９１は、第１の実施形態で説明したＳＡＷセンサ２２と、センシング装置９２とを備えている。センシング装置９２は、第１の実施形態で説明したセンシング装置４１から移相器４０が省略されており、移相器４０を除く他の素子がシリコン基板９３の１チップ上に実装されている。

ＳＡＷ遅延素子９４は、圧電体基板９５上に第１の入力電極９６と、第１の出力電極９７と、第２の入力電極９８と、第２の出力電極９９とが形成されている。この場合、第１の実施形態とは異なり、図１０に示すように、第１の出力電極９７と第２の出力電極９９とがずれて（各々が表面弾性波を入力する入力側（図１０では左側）端部がずれて）形成されていることで、第１の入力電極９６から第１の出力電極９７までの距離（図１０中「ｄ１」参照）と、第２の入力電極９８から第２の出力電極９９までの距離（図１０中「ｄ２」参照）との間には送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差（図１０中「ｄａ」参照）を有するに構成されている。即ち、第１の入力電極９６から第１の出力電極９７までの距離と、第２の入力電極９８から第２の出力電極９９までの距離との間に送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差を持たせることで、第１の出力電極９７から出力されるローカル信号と第２の出力電極９９から出力されるローカル信号とが９０度移相する。尚、その他の動作は第１の実施形態と同様である。

以上に説明したように第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができることに加え、第１の入力電極９６から第１の出力電極９７までの距離と、第２の入力電極９８から第２の出力電極９９までの距離との間に送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差を持たせるように構成したので、直交検波を行う構成とする際に、ＳＡＷ遅延素子９４に入力される送信信号を移相器４０にて移相するのではなく、表面弾性波をＳＡＷ遅延素子９４にて移相することで、移相器４０を半導体素子で実現する必要がなくなり、回路面積を低減することができ、又、位相遅延量の精度を高めることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について、図１１及び図１２を参照して説明する。尚、上記した第２の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第５の実施形態は、第１の実施形態と第４の実施形態との関係と同様に、第２の実施形態に対して移相器を省略すると共にＳＡＷ遅延素子の構成が異なる。

無線遠隔センシングシステム１０１は、第２の実施形態で説明したＳＡＷセンサ５２と、センシング装置１０２とを備えている。センシング装置１０２は、第１の実施形態で説明したセンシング装置４１から移相器４０が省略されており、移相器４０を除く他の素子がシリコン基板９３の１チップ上に実装されている。

ＳＡＷ遅延素子１０３は、圧電体基板１０４上に第１の入力電極１０５と、第１の前側出力電極１０６と、第１の後側出力電極１０７と、第２の入力電極１０８と、第２の前側出力電極１０９と、第１の後側出力電極１１０とが形成されている。この場合も、第２の実施形態とは異なり、図１２に示すように、第１の入力電極１０５から第１の前側出力電極１０６及び第１の後側出力電極１０７までの距離（図１２中「ｄ３」参照）と、第２の入力電極１０８から第２の前側出力電極１０９及び第２の後側出力電極１１０までの距離（図１２中「ｄ４」参照）との間には送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差（図１２中「ｄｂ」参照）を有するに構成されている。即ち、第１の入力電極１０５から第１の前側出力電極１０６及び第１の後側出力電極１０７までの距離と、第２の入力電極１０８から第２の前側出力電極１０９及び第２の後側出力電極１１０までの距離との間に送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差を持たせることで、第１の前側出力電極１０６から出力されるローカル信号と第２の前側出力電極１０９から出力されるローカル信号とが９０度移相し、第１の後側出力電極１０７から出力されるローカル信号と第２の後側出力電極１１１から出力されるローカル信号とが９０度移相する。尚、その他の動作は第２の実施形態と同様である。

以上に説明したように第５の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができることに加え、第１の入力電極１０５から第１の前側出力電極１０６及び第１の後側出力電極１０７までの距離と、第２の入力電極１０８から第２の前側出力電極１０９及び第２の後側出力電極１１０までの距離との間に送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差を持たせるように構成したので、直交検波を行う構成とする際に、ＳＡＷ遅延素子１０３に入力される送信信号を移相器４０にて移相するのではなく、表面弾性波をＳＡＷ遅延素子１０３にて移相することで、移相器４０を半導体素子で実現する必要がなくなり、回路面積を低減することができ、又、位相遅延量の精度を高めることができる。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について、図１３を参照して説明する。尚、上記した第３の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第６の実施形態は、第１の実施形態と第４の実施形態との関係や、第２の実施形態と第５の実施形態との同様に、第３の実施形態に対して移相器を省略すると共にＳＡＷ遅延素子の構成が異なる。

無線遠隔センシングシステム１１１は、第３の実施形態で説明したＳＡＷセンサ７２と、センシング装置１１２とを備えている。センシング装置１１２は、第３の実施形態で説明したセンシング装置４１から移相器４０が省略されており、移相器４０を除く他の素子がシリコン基板９３の１チップ上に実装されている。

ＳＡＷ遅延素子１１３は、圧電体基板１１４上に第１の入力電極１１５と、第１の出力電極１１６と、第２の入力電極１１７と、第２の出力電極１１８とが形成されている。この場合、第３の実施形態とは異なり、第１の入力電極１１５から第１の出力電極１１６までの距離と、第２の入力電極１１７から第２の出力電極１１８までの距離との間には送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差を有するに構成されている。又、ＳＡＷ遅延素子１１３は、ＳＡＷセンサ７２におけるＳＡＷ反射素子７７の反射周波数と同じ周波数の表面弾性波及びＳＡＷ反射素子８１の反射周波数と同じ周波数の表面弾性波の双方が通過するように設計されている。尚、その他の動作は第３の実施形態と同様である。

以上に説明したように第６の実施形態によれば、第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができることに加え、第１の入力電極１１５から第１の出力電極１１６までの距離と、第２の入力電極１１７から第２の出力電極１１８までの距離との間に送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差を持たせるように構成したので、直交検波を行う構成とする際に、ＳＡＷ遅延素子１１３に入力される送信信号を移相器４０にて移相するのではなく、表面弾性波をＳＡＷ遅延素子１１３にて移相することで、移相器４０を半導体素子で実現する必要がなくなり、回路面積を低減することができ、又、位相遅延量の精度を高めることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
移相器を設けて直交検波を行う構成に限らず、移相器を省いて直交検波を行わない構成であっても良い。
ＳＡＷ反射素子の反射周波数は２００［ＭＨｚ］や２１０［ＭＨｚ］に限らず、それ以外の周波数であっても良い。
半導電性基板は、シリコン基板以外の基板であっても良い。

第２の実施形態において、２個の異なる遅延時間を設定する構成に限らず、３個以上の異なる遅延時間を設定しても良い。
第３の実施形態において、２個の異なる反射周波数を設定する構成に限らず、３個以上の異なる反射周波数を設定しても良い。
第４乃至第６の実施形態において、第１の出力電極と第２の出力電極とがずれて形成される構成に限らず、第１の入力電極と第２の入力電極とがずれて（各々が表面弾性波を出力する出力側端部がずれて）形成されることで、第１の入力電極から第１の出力電極までの距離と、第２の入力電極から第２の出力電極までの距離との間に送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差を持たせるようにしても良い。

図面中、２１、５１、７１、９１、１０１、１１１は無線遠隔センシングシステム、２２、５２、７２はＳＡＷセンサ、２３、５３、７３、９２、１０２、１１２はセンシング装置、２９は発振器（搬送波発生手段）、３０は第１のスイッチ（第１の切換手段）、３２は第２のスイッチ（第２の切換手段）、３６は第１のミキサ（ミキシング手段）、３７は第２のミキサ（ミキシング手段）、４１、９３はシリコン基板（半導電性基板）、４２、６３、８３、９４、１０３、１１３はＳＡＷ遅延素子（ＳＡＷ遅延手段）、４４、４５、６５、６６、６７、８５、８６、９６、９７、１０５、１０６、１０７、１１５、１１６は入力電極、４６、４７、６８、６９、７０、８７、８８、９８、９９、１０８、１０９、１１０、１１７、１１８は出力電極である。

Claims (4)

1. 所定周波数の搬送波を出力する搬送波発生手段と、
   オン状態とオフ状態とを切換可能であり、オン状態に切換えているときに前記搬送波発生手段から入力した搬送波をパルス変調してパルス変調信号を生成し、パルス変調信号を所定周波数の送信信号として出力する第１の切換手段と、
   所定遅延時間が設定され、所定周波数の送信信号を受信して入力すると、送信信号を入力した時点から所定遅延時間が経過した後に所定周波数の受信信号を出力して送信する表面弾性波センサと、
   入力状態と出力状態とを切換可能であり、入力状態に切換えているときに前記第１の切換手段がオン状態に切換えていることに伴って当該第１の切換手段から入力した送信信号を前記表面弾性波センサに送信し、出力状態に切換えているときに前記表面弾性波センサから受信信号を受信して出力する第２の切換手段と、
   入力電極と、前記入力電極から出力された表面弾性波を入力する出力電極とを有し、前記表面弾性波センサに設定されている所定遅延時間と同じ遅延時間が設定され、前記第１の切換手段がオン状態に切換えていることに伴って当該第１の切換手段から送信信号を前記入力電極に入力すると、送信信号を入力した時点から所定遅延時間が経過した後に所定周波数のローカル信号を前記出力電極から出力する表面弾性波遅延手段と、
   前記第２の切換手段から入力した受信信号と前記表面弾性波遅延手段から入力したローカル信号とをミキシングして同期検波信号を生成して出力するミキシング手段と、を備え、
   前記第２の切換手段と前記ミキシング手段とが半導電性基板の１チップ上に実装され、
   前記第２の切換手段が入力状態に切換えているときに前記第１の切換手段がオフ状態からオン状態に切換わり更にオン状態からオフ状態に切換わった時点から所定遅延時間が経過する前に前記第２の切換手段が入力状態から出力状態に切換わることを特徴とする表面弾性波センサを用いた無線遠隔センシングシステム。
2. 請求項１に記載した表面弾性波センサを用いた無線遠隔センシングシステムにおいて、
   前記表面弾性波センサは、複数の所定遅延時間が設定され、所定周波数の送信信号を受信して入力すると、送信信号を入力した時点から前記複数の所定遅延時間のうち一の所定遅延時間が経過した後に一の受信信号を出力して送信し、送信信号を入力した時点から前記複数の所定遅延時間のうち他の所定遅延時間が経過した後に他の受信信号を出力して送信し、
   前記表面弾性波遅延手段は、入力電極と、前記入力電極から出力された表面弾性波を入力する一の出力電極及び他の出力電極とを有し、前記表面弾性波センサに設定されている前記複数の所定遅延時間と同じ複数の遅延時間が設定され、前記第１の切換手段がオン状態に切換えていることに伴って当該第１の切換手段から送信信号を前記入力電極に入力すると、送信信号を入力した時点から前記複数の所定遅延時間のうち一の所定遅延時間が経過した後に一のローカル信号を前記一の出力電極から出力し、送信信号を入力した時点から前記複数の所定遅延時間のうち他の所定遅延時間が経過した後に他のローカル信号を前記他の出力電極から出力し、
   前記ミキシング手段は、前記第２の切換手段から入力した一の受信信号と前記表面弾性波遅延手段から入力した一のローカル信号とをミキシングして一の同期検波信号を生成して出力し、前記第２の切換手段から入力した他の受信信号と前記表面弾性波遅延手段から入力した他のローカル信号とをミキシングして他の同期検波信号を生成して出力することを特徴とする表面弾性波センサを用いた無線遠隔センシングシステム。
3. 請求項１に記載した表面弾性波センサを用いた無線遠隔センシングシステムにおいて、
   前記表面弾性波センサは、複数の所定周波数の送信信号を受信して入力し、複数の所定周波数のうち一の所定周波数の送信信号を受信して入力すると、送信信号を入力した時点から所定遅延時間が経過した後に一の所定周波数の受信信号を出力して送信し、複数の所定周波数のうち他の所定周波数の送信信号を受信して入力すると、送信信号を入力した時点から所定遅延時間が経過した後に他の所定周波数の受信信号を出力して送信し、
   前記表面弾性波遅延手段は、前記第１の切換手段がオン状態に切換えていることに伴って当該第１の切換手段から一の所定周波数の送信信号を前記入力電極に入力すると、送信信号を入力した時点から所定遅延時間が経過した後に一の所定周波数のローカル信号を前記出力電極から出力し、前記第１の切換手段がオン状態に切換えていることに伴って当該第１の切換手段から他の所定周波数の送信信号を前記入力電極に入力すると、送信信号を入力した時点から所定遅延時間が経過した後に他の所定周波数のローカル信号を前記出力電極から出力し、
   前記ミキシング手段は、前記第２の切換手段から入力した一の所定周波数の受信信号と前記表面弾性波遅延手段から入力した一の所定周波数のローカル信号とをミキシングして一の同期検波信号を生成して出力し、前記第２の切換手段から入力した他の所定周波数の受信信号と前記表面弾性波遅延手段から入力した他の所定周波数のローカル信号とをミキシングして他の同期検波信号を生成して出力することを特徴とする表面弾性波センサを用いた無線遠隔センシングシステム。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載した表面弾性波センサを用いた無線遠隔センシングシステムにおいて、
   前記表面弾性波遅延手段は、前記入力電極として第１の入力電極と第２の入力電極とを有し、前記出力電極として前記第１の入力電極から出力された表面弾性波を入力する第１の出力電極と前記第２の入力電極から出力された表面弾性波を入力する第２の出力電極とを有し、前記第１の入力電極から前記第１の出力電極までの距離と、前記第２の入力電極から前記第２の出力電極までの距離との間に、送信信号の９０度の位相遅延に相当する距離差を有するように構成されていることを特徴とする表面弾性波センサを用いた無線遠隔センシングシステム。

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