JP2016001465A - 受動ワイヤレスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】過酷な動作状態下で動作するタービンブレード等のデバイスの複数の環境パラメータをモニターするための受動ワイヤレスセンサを提供する。【解決手段】複数の誘電体層１０２、１０４、１０６、１０８、アンテナ１１０、隔壁１１４、及び給電素子１１８を有する。アンテナ１１０は、複数の誘電体層１０２の１つ又は複数の誘電体層によって形成されたキャビティ１１２の少なくとも一部分内に配設される。隔壁１１４はキャビティ１１２上に配設される。給電素子１１８は、複数の誘電体層１０２の少なくとも一部分内に配設される。給電素子１１８は、アンテナ１１０に作動可能に結合される。【選択図】図１

Description

本明細書の実施形態は、センサに関し、より詳細には、ワイヤレスセンサに関する。

通常、過酷な動作状態が、内燃機関の内部で又はガスタービンの可動ブレード上に存在する場合がある。これらの過酷な動作状態の非限定的な例は、高い動作温度、高い動作圧力、動的運動、又はその組合せを含み得る。一般に、動作中、過酷な動作状態下で動作するデバイス及びシステム内の１つ又は複数の環境パラメータをモニターすることが望ましい。これらの環境パラメータは、温度、圧力、速度、振動、加速度、又は湿度のうちの１つ又は複数を含み得る。

ガスタービンエンジンは、著しく過酷な動作状態がその中で優勢である場合があるデバイスの例である。更に、ガスタービンエンジンは、推進及び発電を含む種々の目的のために使用されることができ、通常、過酷な動作状態を経験する。典型的なガスタービンエンジンは、エンジンの圧縮機、燃焼器、及びタービンセクション等の回転及び非回転コンポーネントを含む。これらのコンポーネントのそれぞれは、異なる温度範囲内で動作し得る。例えば、ガスタービンエンジンのタービンセクションでは、タービンブレードは、約１０００℃から約２０００℃の温度に達する場合があるガスに暴露され得る。腐食、機械的劣化、熱的劣化に関する懸念のせいで、著しく過酷な動作状態下で動作するガスタービンエンジン及び他のデバイスで使用されるコンポーネントの温度をモニターすることが望ましい。

様々な技法が使用されて、ガスタービンエンジン内の、ブレード、ベーン、燃焼器、ディスク、及び同様なものの表面温度をモニターし得る。これらの技法の非限定的な例は、ワイヤ熱電対、薄膜熱電対、赤外線写真、パイロメトリ（例えば、３次元パイロメトリ）、サーモグラフィ蛍光体、及びサーマルペイントを含み得る。航空機エンジン環境で使用される一般的な技法は、ブレード又はベーン壁に埋め込まれた熱電対ワイヤを使用する。しかし、壁にワイヤを埋め込むことは、ブレード及び／又はベーンを冷却するために使用される空気の流れを擾乱させることを含む構造的複雑化及び空気力学的複雑化をもたらし得る。空気の流れのこの擾乱は、ブレード又はベーンに隣接して存在する空気の境界層に影響を及ぼし、タービン性能に悪い影響を与え得る。更に、別の埋め込み式熱電対技法は、プラズマ溶射アルミナコーティングを使用して、ブレード及びベーン上で小径熱電対ワイヤをカプセル化し断熱する。しかし、ワイヤ及び関連するセラミック断熱体層の熱質量のせいで、こうしたデバイスは、測定誤差を導入し得る。

米国特許出願公開第２０１３／０３３２０１１号明細書

本明細書の態様によれば、受動ワイヤレスセンサは、複数の誘電体層と、複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層によって形成されたキャビティの少なくとも一部分内に配設されたアンテナとを含む。更に、受動ワイヤレスセンサは、キャビティ上に配設された隔壁と、複数の誘電体層の少なくとも一部分内に配設された給電素子とを含む。更に、給電素子はアンテナに作動可能に結合される。

本明細書の別の態様によれば、モニタリングシステムは、第１の表面を有するデバイスと、デバイスの第１の表面上に配設された受動ワイヤレスセンサとを含む。受動ワイヤレスセンサは、複数の誘電体層と、複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層によって形成されたキャビティの少なくとも一部分内に配設されたアンテナとを含む。更に、受動ワイヤレスセンサは、キャビティ上に配設された隔壁と、複数の誘電体層の少なくとも一部分内に配設された給電素子とを含む。更に、給電素子はアンテナに作動可能に結合される。更に、モニタリングシステムは、呼掛け信号を送信するように構成される送信機と、受動ワイヤレスセンサから、センサ応答を示す応答信号の少なくとも一部分を受信するように構成される受信機とを含む。更に、モニタリングシステムは、応答信号を処理するように作動可能に結合される信号プロセッサと、処理された応答信号に基づいて受動ワイヤレスセンサをモニターするように構成されるモニタリングデバイスとを含む。

本明細書の更に別の態様によれば、センサネットワークは、呼掛け信号を送信するように構成される送信機を含む。センサネットワークは、複数の検知ノードを更に含み、複数の検知ノードの１つ又は複数の検知ノードは、少なくとも１つの受動ワイヤレスセンサを含む。更に、少なくとも１つの受動ワイヤレスセンサは、呼掛け信号を受信し、受信された呼掛け信号に応答して応答信号を送信するように構成される。更に、センサネットワークは、応答信号を受信するように構成される受信機と、センサ応答を生成するため応答信号を処理するための、受信機に作動可能に結合された信号プロセッサとを含む。

本発明のこれらの及び他の特徴、態様、並びに利点は、同様の符号が図面全体を通して同様の部分を示す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解される。

本明細書の態様による、給電素子を有する例示的な受動ワイヤレスセンサの断面図である。 本明細書の態様による、給電素子に作動可能に結合された給電バイアを有する例示的な受動ワイヤレスセンサの断面図である。 本明細書の態様による、図２の受動ワイヤレスセンサの一部分の分解図である。 本明細書の態様による、アンテナに作動可能に結合された複数の柱状体を有する例示的な受動ワイヤレスセンサの断面図である。 本明細書の態様による、図４の受動ワイヤレスセンサの一部分の斜視図である。 本明細書の態様による、複数の受動ワイヤレス検知領域を有する例示的な受動ワイヤレスセンサアセンブリの断面図である。 本明細書の態様による、受動ワイヤレスセンサを使用してデバイス内の１つ又は複数の動作状態をモニターするように構成されるモニタリングシステムの略図である。 本明細書の態様による、複数の検知ノードの１つ又は複数の検知ノードが受動ワイヤレスセンサを含む、複数の検知ノードを有するセンサネットワークの略図である。 本明細書の態様による、センサのサイズの変化によるセンサ応答の変化のグラフ表示である。 本明細書の態様による、隔壁のいろいろな撓み値によるセンサ応答の変化のグラフ表示である。 本明細書の態様による、隔壁のいろいろな撓み値に対するセンサ応答の変化のグラフ表示である。 本明細書の態様による、隔壁の機械的分解の事例におけるセンサ応答の変化のグラフ表示である。 本明細書の態様による、呼掛け器と受動ワイヤレスセンサとの間の距離の変化によるセンサ応答の変化のグラフ表示である。 本明細書の態様による、呼掛け器と受動ワイヤレスセンサとの間の距離の変化によるセンサ応答の変化のグラフ表示である。

本明細書の実施形態は、受動ワイヤレスセンサに関し、受動ワイヤレスセンサは、デバイスに作動可能に結合されて、デバイスの物理特性、周囲特性、又は物理特性と周囲特性の両方を示すデバイスの１つ又は複数のパラメータを検知するように構成される。例によれば、受動ワイヤレスセンサは、タービンブレード上に配設されて、ブレードの回転速を検知し得る。受動ワイヤレスセンサはまた、内燃機関内に配設されて、内燃機関の内部の温度を検知し得る。デバイスの物理特性の非限定的な例は、デバイスの温度、デバイスの速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、デバイスの速さ（ｓｐｅｅｄ）、デバイスの加速度、デバイスの振動、又はその組合せを含み得る。周囲特性が、デバイス内に存在する環境又はデバイスがその中に配設される環境を示し得ることが留意され得る。デバイスの周囲特性の非限定的な例は、温度、速さ、圧力、加速度、振動、又はその組合せを含み得る。

或る実施形態では、受動ワイヤレスセンサは、複数の誘電体層と、複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層によって形成されたキャビティの少なくとも一部分内に配設されたアンテナとを含み得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、キャビティの少なくとも一部分内に配設された隔壁を含み得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、複数の誘電体層の少なくとも一部分内に配設された給電素子を含み得る。更に、給電素子はアンテナに作動可能に結合され得る。同様に、受動ワイヤレスセンサは、１つ又は複数のインピーダンス素子を含み得る。更に、インピーダンス素子は、複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層上又は中に配設され得る。

更に、或る実施形態では、受動ワイヤレスセンサは、呼掛け信号を受信するように構成され得る。呼掛け信号は、受動ワイヤレスセンサの給電素子によって受信され得る。更に、呼掛け信号は、給電素子及び１つ又は複数の誘電体層を使用してアンテナに転送され得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、受信された呼掛け信号に応答してセンサ応答を提供するように構成され得る。例によれば、受動ワイヤレスセンサは、デバイスの１つ又は複数の動作状態の存在下で呼掛け信号を受信すると、センサ応答を受信機又は呼掛け器に送信するように構成され得る。したがって、センサ応答は、デバイスの動作状態を示し得る。一実施形態では、センサ応答は、受動ワイヤレスセンサのアンテナによって受信機に送信された信号を含み得る。受信機及び呼掛け器が受動ワイヤレスセンサの外に（ｏｕｔｓｉｄｅ）配設され得ることが留意され得る。更に、受信機及び呼掛け器は、受動ワイヤレスセンサがその中に配設されるデバイスの外に配設され得る。

或る実施形態では、呼掛け信号は、デバイス内の動作状態の結果として隔壁が撓むときに喪失され得る。幾つかの実施形態では、呼掛け信号の喪失は、隔壁の撓みの量に比例し得る。したがって、呼掛け信号の喪失は、デバイス内の動作状態を示し得る。更に、応答信号の周波数は、呼掛け信号の喪失の増加と共に減少し得る。特に、応答信号の周波数は、隔壁の撓みの量の増加と共に減少し得る。したがって、応答信号の周波数は、デバイス内の動作状態を示し得る。

有利には、受動ワイヤレスセンサは、デバイス内で又はデバイスの外で呈され得る過酷な動作状態に耐えるように構成される。例によれば、幾つかの実施形態では、受動ワイヤレスセンサは、高温状態、高圧状態、過酷な化学状態（例えば、過酷な化学環境の存在によって引起される）、又はその組合せの下でのデバイスのパラメータを検知するように構成され得る。或る実施形態では、本明細書の受動ワイヤレスセンサは、エンジン（例えば、内燃機関又はジェットエンジン）、反応炉（例えば、原子炉）、タービン（例えば、ガスタービンエンジン、タービンブレード）、産業用途のための産業用セットアップ、又はその組合せにおいて使用するのに適し得る。一例では、受動ワイヤレスセンサは、ガスタービンエンジンの回転コンポーネント及び／又は非回転コンポーネントの１つ又は複数の表面の温度を測定するために使用され得る。

更に、非限定的な実施形態では、受動ワイヤレスセンサは、１０００℃を超える温度で動作するように構成され得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、短期間（例えば、１時間未満）又は長期間の間、こうした高温で動作するように構成され得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、高い温度、高いガス速度、及び高い加速負荷が、頻繁に及び／又は長期間の間、遭遇される環境で動作するように構成され得る。一実施形態では、長期間は、約数時間から約数か月の範囲内であり得る。同様に、過酷な動作状態で動作するように構成されながら、本明細書の受動ワイヤレスセンサが、過酷な環境だけにおける使用に限定されないとすることができ、また、限定はしないが、ガスの低温、低圧、低速度、又はその組合せ等の比較的寛容な環境状態を測定するために利用され得ることが留意され得る。

有利には、ワイヤレスセンサの受動性は、受動ワイヤレスセンサがデバイス又は望ましくない方法でデバイスを使用するシステムに干渉する又は対話すること無しに、デバイスのパラメータを検知することを可能にする。例によれば、受動ワイヤレスセンサの寸法は、受動ワイヤレスセンサがタービンブレードの回転に干渉しないようなものであり得る。更に、名前が示唆するように、受動ワイヤレスセンサは、普通ならワイヤードセンサを伴うワイヤ又はケーブルを収容する必要性無しで好都合に設置され得るワイヤレスデバイスである。

或る実施形態では、本明細書の１つ又は複数の受動ワイヤレスセンサは、モニタリングシステムにおいて使用され得る。図７〜８に関して詳細に述べるように、モニタリングシステムの少なくとも一部分はワイヤレスであり得る。一例では、１つ又は複数の受動ワイヤレスセンサは、モニタリングシステムにおいて使用されることができ、１つ又は複数の受動ワイヤレスセンサは、１つ又は複数の他の受動ワイヤレスセンサ或はモニタリングシステムで使用される１つ又は複数のプロセッサ又はモニタリングデバイスと通信し得る。一実施形態では、モニタリングシステムは、呼掛け信号を送信するように構成される送信機、呼掛け信号を受信し、応答信号を送信することによって応答するように構成される受動ワイヤレスセンサを含み得る。更に、モニタリングシステムは、応答信号を受信するための受信機を含み得る。一実施形態では、モニタリングシステムは、応答信号を処理するための統合プロセッサを含み得る。代替的に、モニタリングシステムは、応答信号を処理するための別個のプロセッサを含み得る。更に、応答信号は、デバイスの物理特性、周囲特性を示す１つ又は複数のパラメータを検知するために解析又は処理され得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、有利には、電力源を必要としないため、例えばジェットエンジンで使用され得る。更に、受動ワイヤレスセンサからの応答信号は、遠隔でアクセスされ得る。非限定的な例では、受動ワイヤレスセンサ及びモニタリングシステムは、ジェットエンジンの少なくとも一部分の安全性及び完全性をモニターするために使用され得る。

更に、受動ワイヤレスセンサは、ガスタービンエンジン内の回転及び非回転コンポーネントの１つ又は複数の表面上の温度を測定するときに有用であり得る。こうした環境では、ワイヤード熱電対等の従来のワイヤードセンサは、信頼性のある表面温度測定のために比較的大きな熱質量を有し得る。更に、従来のワイヤードセンサを実装することは、少なくとも、従来のワイヤードセンサ（例えば、熱電対）をデバイス上の所望の場所からデータ収集システムまでルーティングする点で更なる難題を提供し得る。

有利には、本明細書の受動ワイヤレスセンサは、受動ワイヤレスセンサが作動可能に結合されるデバイスの境界層に著しく影響を及ぼさないように十分に薄いとすることができる。一実施形態では、受動ワイヤレスセンサの厚さは、約数ミリメートルから約数百ミリメートルの範囲内にあり得る。特定の例では、受動ワイヤレスセンサの厚さは、約１０ミリメートルから約１００ミリメートルの範囲内にあり得る。別の例では、受動ワイヤレスセンサの厚さは、約２０ミリメートルから約６０ミリメートルの範囲内にあり得る。しかし、デバイスの機能に干渉しないように十分に薄くありながら、受動ワイヤレスセンサは、こうしたデバイスの動作中に遭遇する極端な熱的及び機械的環境状態に耐えるのに十分に頑健であり得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、タービンブレード等のデバイスにおいて望ましくない振動モードを導入しないように、小さなフットプリント、小さな機械的質量、及び頑健な取付けモードを有し得る。非限定的な例では、受動ワイヤレスセンサのフットプリントは、約１０ｍｍ×１０ｍｍから約１００ｍｍ×１００ｍｍの範囲内にあり得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、表面温度測定を妨害しないように小さな熱質量を有し得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、温度変化、速度変化、加速度変化、圧力変化、又はその組合せに迅速に応答するように構成され得る。

或る実施形態では、受動ワイヤレスセンサは、モニタリングシステムの一部を形成し得る。更に、幾つかの実施形態では、受動ワイヤレスセンサは、複数の検知ノードを有するセンサネットワークで使用され得る。これらの実施形態では、受動ワイヤレスセンサは、１つ又は複数の検知ノードで使用され得る。更に、センサネットワークの少なくとも一部分は、２つ以上のノード間のワイヤレス通信を提供するように構成され得る。更に、一実施形態では、センサネットワークの少なくとも一部分は、受動ワイヤレスセンサから応答信号を受信するように構成される受信機等の外部デバイスとワイヤレス通信状態にあり得る。

図１は、本明細書の例示的な受動ワイヤレスセンサ１００を示す。示すように、受動ワイヤレスセンサ１００は、複数の誘電体層１０２、キャビティ１１２の少なくとも一部分内に配設されたアンテナ１１０、隔壁１１４、保護層１１６、給電素子１１８、及び基準層１２０を含み得る。受動ワイヤレスセンサ１００は、アンテナ１１０の少なくとも一部分上に配設されたアンテナカバー１２４を更に含む。更に、受動ワイヤレスセンサの厚さ１２６は、約１０ミリメートルから約１００ミリメートルの範囲内にあり得る。更に、受動ワイヤレスセンサのアンテナ１１０は、限定はしないが、受動ワイヤレスセンサ１００に作動可能に結合された送信機（図１には示さず）によって放出される無線周波数信号等の呼掛け信号を受信するように構成される。更に、アンテナ１１０は、受動ワイヤレスセンサ１００がその中に配設されるデバイス（図１には示さず）内の１つ又は複数の環境パラメータを示す信号を送信するように構成され得る。

示す実施形態では、複数の誘電体層１０２は、３つの個々の誘電体層１０４、１０６、及び１０８を有するものとして示される。しかし、代替の実施形態では、複数の誘電体層１０２は、より少ないか又はより多い誘電体層を含み得る。例えば、複数の誘電体層１０２内の誘電体層１０２の数は、センサ１００の所望の特徴、並びに、受動ワイヤレスセンサ１００がそれを検知するように構成される物理特性又は周囲特性に応じて変動し得る。例えば、受動ワイヤレスセンサ１００がタービンブレードの回転速を検知するように構成される事例では、受動ワイヤレスセンサ１００の厚さ１２６は比較的薄いとすることができる。その結果、こうした事例では、受動ワイヤレスセンサ１００は、複数の誘電体層１０２内の誘電体層内に１つ又は２つの層を有し得る。

更に、誘電体層１０２は、内燃機関等のデバイスの環境内の過酷な動作状態に耐えるように構成され得る。例によれば、複数の誘電体層１０２は、熱膨張係数について比較的低い値を有する材料で作られ得る。非限定的な例では、熱膨張係数は、最大約１０ｐｐｍ／℃であり得る。

更に、複数の誘電体層１０２の誘電体材料は、長期にわたって高温に耐えるように構成され得る。こうした高温材料の非限定的な例は、溶融シリカ、エンジニアードガラス、シリコン窒化物、アルミニウム窒化物、アルミナ、高温セラミック複合材（例えば、イットリア安定化ジルコニア）、又はその組合せを含み得る。更に、複数の誘電体層１０２の１つ又は複数の誘電体層１０２は、複数の誘電体層１０２の他の誘電体層１０２の材料と異なる材料で作られ得る。例えば、誘電体層１０２の材料は、対応する熱膨張係数の値が、決定された方向に徐々に増加又は減少するように選択され得る。一例では、誘電体層１０４の熱膨張係数は、アンテナ１１０の材料の熱膨張係数に近いとすることができる。同じか又は異なる例では、誘電体層１０８の熱膨張係数は、基準層１２０の材料の誘電率に値が近いとすることができる。幾つかの実施形態では、誘電体層１０２の材料は、受動ワイヤレスセンサ１００の感度を高めるように選択され得る。一例では、個々の誘電体層１０４、１０６、及び１０８の材料は、１つ又は複数の誘電体層１０２が、環境パラメータの決定された範囲内で最大の応答及び感度のために調節され得るように選択され得る。幾つかの実施形態では、受動ワイヤレスセンサ１００は、決定された温度範囲にわたって温度を測定するように構成され得る。これらの実施形態の幾つかでは、１つ又は複数の誘電体層１０２の誘電体材料は、その決定された温度範囲内で最大の応答及び感度のためにより適し得る。更に、１つ又は複数の誘電体層１０２は連続層であり得る。代替的に又は更に、１つ又は複数の誘電体層１０２の少なくとも一部分はパターン化構造を含み得る。例によれば、図４〜５に関して詳細に述べるように、１つ又は複数の誘電体層１０２は複数の柱状体を含み得る。

更に、キャビティ１１２は、複数の誘電体層１０２の誘電体層１０４内に形成され得る。示す実施形態では、キャビティ１１２が、単一の誘電体層１０４内に配設されているものとして示されるが、代替の実施形態では、キャビティ１１２は、２つ以上の誘電体層１０２内に配設され得る。例によれば、キャビティ１１２は、誘電体層１０４及び１０６内に部分的に配設され得る。更に、図６に関して詳細に述べるように、幾つかの事例では、受動ワイヤレスセンサ１００は、２つ以上のキャビティ１１２を有し得る。これらの実施形態では、２つ以上のキャビティはそれぞれ、対応するアンテナを有し得る。更に、各キャビティ１１２は、それぞれのパラメータを検知するように構成され得る。

更に、隔壁１１４は、キャビティ１１２上に配設されることができ、それにより、隔壁１１４が、キャビティ１１２内に配設されたアンテナ１１０に作動可能に結合される。デバイス内に存在する動作状態による隔壁１１４のどんな物理的変化も、アンテナ１１０によって送信される信号に反映され得る。例によれば、デバイス内の圧力（矢印１２８）の存在下で、隔壁１１４は、アンテナ１１０に向かって撓み、それにより、受動ワイヤレスセンサ１００の外に配設された呼掛け器デバイス（図１には示さず）に対してアンテナ１１０によって送信される、出て行く信号を変更し得る。呼掛け器デバイスは、受動ワイヤレスセンサ１００のアンテナ１１０によって送信される信号を受信するように構成される。アンテナ１１０の送信信号のこの変化は、受動ワイヤレスセンサ１００がそこで使用されるデバイス内に存在する圧力の値を示し得る。キャビティ１１２の高さ１３０が、隔壁１１４の撓みを収容するのに適し得ることが留意され得る。

或る実施形態では、隔壁１１４は、或る動作状態の存在下で適切に応答するのに十分に薄いとすることができ、それにより、隔壁１１４の応答は、アンテナ１１０によって送信される信号に反映されることができ、信号の変化は、アンテナ１１０からの信号を受信するように構成される呼掛け器又は任意の他の受信機によって処理される。更に、幾つかの実施形態では、隔壁１１２は、薄層又は薄膜を含み得る。隔壁１１２は、金属又は金属合金等の導電性材料で作られ得る。

更に、一実施形態では、保護層１１６が、隔壁１１４上に配設され得る。幾つかの実施形態では、保護層１１６は、隔壁がその機能を実施することを可能にしながら、過酷な動作状態から隔壁１１４を保護するように構成され得る。一例では、保護層１１６は、隔壁の酸化を防止するように構成され得る。保護層１１６の材料の非限定的な例は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミナ、アルミニウム窒化物、スピンオンガラス、高温セラミック複合材（例えば、イットリア安定化ジルコニア）、又はその組合せを含み得る。

更に、幾つかの実施形態では、アンテナ１１０は、中実層、或は、結合又は分離構造を含むパターン化層であり得る。或る実施形態では、アンテナ１１０は、連続層、パターン化層、複数のパターン化構造、又はその組合せを含み得る。一実施形態では、アンテナ１１０は、コイルアンテナ又はパッチアンテナであり得る。アンテナ１１０は、導電性材料で作られ得る。アンテナ１１０の材料の非限定的な例は、限定はしないが、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、タンタル、ニッケル、チタン、パラジウム、銀、プラチナ、金、又はその合金、或はその組合せ等の導電性材料を含み得る。更に、アンテナ１１０の少なくとも一部分上に配設されるオプションの保護カバー１２４は、デバイスの過酷な動作状態からアンテナ１１０を保護するように構成され得る。一例では、保護カバー１２４はガラスで作られ得る。

更に、給電素子１１８は、複数の誘電体層１０２の一部分内に配設される。示す実施形態では、給電素子１１８は、誘電体層１０６と１０８との間に配設される。しかし、代替的に、給電素子１１８は、単一の誘電体層１０２内に配設され得る。別の実施形態では、給電素子１１８は、受動ワイヤレスセンサ１００の層１０２の１つの層を形成し得る。例によれば、受動ワイヤレスセンサが２つの誘電体層を含む事例では、給電素子は、２つの誘電体層の一方の誘電体層内に配設され得る。更に、給電素子１１８は、アンテナ１１０に作動可能に結合され、限定はしないが、無線周波数信号等の呼掛け信号を受信し、受信された呼掛け信号を、中間誘電体層１０２を介してアンテナ１１０に給送するように構成される。図１の実施形態では、給電素子１１８は、アンテナ１１０との直接的な物理的接触状態にない状態でアンテナ１１０に作動可能に結合される。代替の実施形態では、給電素子１１８は、誘電体層１０４の少なくとも一部分と誘電体層１０６の少なくとも一部分との間に配設され得る。この実施形態では、給電素子１１８は、アンテナ１１０に作動可能に結合され得る。しかし、給電素子は、アンテナ１１０との直接的な物理的接触状態にないとすることができる。

一例では、基準層１２０は、導電性層であり得る。更に、基準層１２０は、受動ワイヤレスセンサ１００がその上に配設される表面に適する熱膨張係数を有し得る。基準層１２０は、タービンブレードの表面等の導電性表面に対する受動ワイヤレスセンサ１００の統合を容易にするように構成される。

受動ワイヤレスセンサ１００は、給電素子１１８と基準層１２０との間に配設されたインピーダンス素子（図示せず）を更に含む。一例では、インピーダンス素子は、誘電体層１０８の表面上に配設され得る。一実施形態では、インピーダンス素子は、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、又はその組合せであり得る。更に、インピーダンス素子は、誘電体層１０８の表面上にインピーダンス素子を印刷することによって受動ワイヤレスセンサ１００内に統合され得る。動作中、隔壁１１４、アンテナ１１０、インピーダンス素子、及び基準層１２０は、電気回路を形成し得る。特に、容量性結合が、給電素子１１８及びインピーダンス素子を介してアンテナ１１０と基準層１２０との間で起こり得る。更に、動作中、隔壁１１４の撓みが、受信された呼掛け信号に応答して、アンテナ１１０によって反射（ｒｅｆｌｅｃｔ）される信号の変化に少なくとも部分的に寄与する。アンテナ１１０によって反射（ｒｅｆｌｅｃｔ）されるこれらの応答信号は、「センサ応答（ｓｅｎｓｏｒ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ）」又は「反射損失（ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）」と呼ばれ得る。

動作中、送信機（図示せず）から送信される無線周波数信号は、給電素子１１８によって受信される。給電素子１１８によって受信される信号は、中間誘電体層１０６及び１０４を通して移動し、アンテナ１１０によって受信され得る。限定はしないが、圧力及び温度等の動作状態の存在によって、誘電体層１０２の誘電特性が変化する場合がある。更に、隔壁１１４の撓みはまた、動作状態の存在によって変化し得る。これらの誘電体層１０２の誘電特性の変化及び／又は隔壁１１４の撓みの変化は、アンテナ１１０と基準層１２０との間の容量性結合であって、給電素子１１８及びインピーダンス素子を介して起こる、容量性結合を変更し得る。したがって、動作状態は、アナテナによって送信される信号を変更する可能性があり、アンテナ１１０によって送信されるこの信号は、受動ワイヤレスセンサのセンサ応答と呼ばれる。アンテナ１１０によって送信される信号の周波数の偏倚（ｓｈｉｆｔ）等のセンサ応答の変化は、デバイスの物理特性又は周囲特性を示すパラメータを決定するために使用され得る。

図２〜３は、個々の誘電体層２０４、２０６、及び２０８を有する複数の誘電体層２０２を有する別の例示的な受動ワイヤレスセンサ２００を示す。アンテナ２１０は、誘電体層２０４内に形成されたキャビティ２１２内に配設される。更に、受動ワイヤレスセンサ２００は、アンテナ２１０と作動連結状態にある隔壁２１４を含む。更に、保護層２１６は、隔壁２１４上に配設され得る。更に、示す実施形態では、受動ワイヤレスセンサ２００は、給電素子２１８を含む。更に、給電素子２１８は、給電バイア２２０を通してアンテナ２１０に作動可能に結合される。給電バイア２２０は、受動ワイヤレスセンサ２００内での短絡を防止するため物理的に切離しながら、アンテナ２１０に給電素子２１８を電気結合するように構成され得る。特に、隣接する層２０４又は２０６の誘電体材料又は任意の他の誘電体材料は、給電バイア２２０とアンテナ２１０との間に配設されて、給電バイア２２０とアンテナ２１０の短絡を防止し得る。給電バイア２２０は、給電素子２１８とアンテナ２１０との間に穴２２２を設けることによって作られ得る。穴２２２は、給電素子２１８からアンテナ２１０へ第１の無線周波数信号を送信するために適する導電性材料で充填され得る。更に、穴２２２は、給電素子２１８の少なくとも一部分が、給電バイア２２０の少なくとも一部分と直接的な物理的接触状態にあるようなものであり得る。

更に、受動ワイヤレスセンサ２００はまた、アンテナ２１０の少なくとも一部分上に配設されるアンテナカバー２２４を含み得る。図１に関して論じたように、アンテナカバー２２４は、デバイス動作中の、望ましくない酸化か、他の化学反応か、又は機械的分解からアンテナ２１０を保護するように構成される。

動作中、給電素子２１８は、第１の無線周波数信号を受信し、受信された無線周波数信号を、給電バイア２２０を使用してアンテナ２１０に送信し得る。一例では、給電素子２１８及び給電バイア２２０は、同じか又は同様の材料で作られ得る。しかし、別の例では、給電素子２１８及び給電バイア２２０は、異なる材料で作られ得る。例によれば、給電素子２１８及び給電バイア２２０の材料は、給電素子２１８及び／又は給電バイア２２０の熱膨張係数と隣接する誘電体層２０２の熱膨張係数との整合の向上を可能にするため異なり得る。

有利には、センサ応答に対する温度の影響は、給電バイア２２０の使用によって少なくとも部分的に補償され得る。例によれば、給電素子２１８によって受信される無線周波数信号が、アンテナ２１０によって受信されるように給電バイア２２０を通って通過するとき、温度の変化によって引起される誘電体層２０２の誘電特性の変化は、送信信号に影響を及ぼさない。一実施形態では、給電バイア２２０は、圧力を検知するため受動ワイヤレスセンサ２００内で使用され得る。

更に、図３の分解図に示すように、受動ワイヤレスセンサは、誘電体層２０８の表面２３０の少なくとも一部分上に配設されたインピーダンス素子２２８を更に含み得る。代替的に、インピーダンス素子２２８は、誘電体層２０８内に配設され得る。更に、示さないが、幾つかの実施形態では、受動ワイヤレスセンサ２００等の受動ワイヤレスセンサは、２つ以上のインピーダンス素子を使用することができ、２つ以上のインピーダンス素子は、誘電体層２０８上の又は中の異なる場所に配設され得る。

更に、図３に示すように、アンテナ２１０はパッチアンテナを含み得る。参照数字２３２は、誘電体層２０６の表面２３４上の給電バイア２２０の場所を示す。更に、受動ワイヤレスセンサ２００は、基準層２２６を含み得る。基準層２２６は、導電性材料を含み得る。更に、基準層２２６の導電性材料は、デバイス内に又はデバイス上に受動ワイヤレスセンサ２００を設置することを可能にするため適した熱膨張係数を有し得る。動作中、基準層２２６は、給電素子２１８、給電バイア２２０、及びインピーダンス素子２２８を介してアンテナ２１０と基準層２２６との間に容量性結合を提供するように構成され得る。一例では、給電バイア２２０は、更に、基準層２２６に接続されて、給電バイア２２０に対する接地を提供し、受動ワイヤレスセンサ２００の寄生素子を更に低減させ得る。

図４は、本明細書の受動ワイヤレスセンサ４００の別の例である。図５は、図４の受動ワイヤレスセンサ４００の一部分の斜視図５００を示す。図４〜５の示す実施形態では、受動ワイヤレスセンサ４００は、個々の層４０４、４０６、及び４０８を有する複数の誘電体層４０２を含む。更に、受動ワイヤレスセンサ４００は、誘電体層４０４内に形成されたキャビティ４１２内に配設されたアンテナ４１０を含む。更に、受動ワイヤレスセンサ４００は、アンテナ４１０に作動可能に結合された隔壁４１４を含む。更に、保護層４１６が隔壁４１５上に配設される。更に、アンテナカバー４１７が、アンテナ４１０の少なくとも一部分上に配設され得る。

受動ワイヤレスセンサ４００は、給電バイア４２０を使用してアンテナ４１０に物理的に結合された給電素子４１８を更に含む。給電バイア４２０は、パターン化誘電体層である誘電体層４０６内に配設される。特に、誘電体層４０６は、複数の柱状体４２２を含むことができ、それにより、複数の柱状体４２２の１つ又は複数の柱状体４２２は、隣接する誘電体層４０４及び４０８の少なくとも一部分の間に延在し得る。更に、示す実施形態では、複数の柱状体４２２の柱状体４２２は、物理的に分離した構造として示される。しかし、幾つかの実施形態では、柱状体は、共通ベースから始まり得る。拡大図４２４に示すように、幾つかの実施形態では、給電バイア４２０は、２つ以上の柱状体４２２の間に配設され得る。

有利には、誘電体層４０６の分離部分、特に、複数の柱状体４２２を有することは、アンテナ４１０と基準層４２６との間に向上した結合を提供し、それにより、アンテナ４１０と基準層４２６との間の容量性結合を増加させ得る。更に、アンテナ４１０と基準層４２６との間の容量性結合の増加は、より高い周波数へ向かうセンサ応答の周波数偏倚をもたらし得る。したがって、センサ応答の同様の周波数範囲について、比較的小さなサイズの受動ワイヤレスセンサが使用されることができ、受動ワイヤレスセンサは、受動ワイヤレスセンサの複数の誘電体層の或る誘電体層の少なくとも一部分内に複数の柱状体４２２を含む。

図６は、複数の受動ワイヤレス検知領域６０１を有する受動ワイヤレスセンサアセンブリ６００の断面図であり、複数の受動ワイヤレス検知領域６０１の各領域６０１は、他の領域６０１と独立に機能するように構成される。幾つかの実施形態では、受動ワイヤレスセンサアセンブリ６００のそれぞれの個々のセクション６０１は、他のセクション６０１と独立にパラメータを検知するように構成され得る。例によれば、セクション６０１の１つのセクションは、デバイス（図示せず）の温度を検知するように構成され、一方、別のセクション６０１は、デバイスの圧力を検知するように構成され得る。更に、セクション６０１が並んで配設される必要がないことが留意され得る。一例では、セクション６０１は、複数の誘電体層６０６の或る誘電体層６０６上にランダムな順序で配設され得る。

更に、受動ワイヤレスセンサアセンブリ６００は、複数のアンテナ６０２を使用することができ、複数のアンテナ６０２の各アンテナ６０２は、複数のキャビティ６０４の対応するキャビティ６０４内に配設される。複数のアンテナ６０２の１つ又は複数のアンテナ６０２は、他のアンテナ６０２と異なり得る。例によれば、それぞれの受動ワイヤレスセクション６０１が検知するように構成されるパラメータに基づいて、１つ又は複数のアンテナ６０２の形状は他のアンテナ６０２の形状と異なり得る、又は、１つ又は複数のアンテナ６０２の材料は他のアンテナ６０２の材料と異なり得る。更に、複数のキャビティ６０４の或るキャビティ６０４の１つ又は複数の寸法は、他のキャビティ６０４の寸法と同じか又は異なり得る。例によれば、キャビティ６０４の高さは、同じか又は異なり得る。更に、１つ又は複数のアンテナ６０２は、アンテナ６０２の少なくとも一部分上に配設されたアンテナカバー６０５を含み得る。

更に、受動ワイヤレスセンサアセンブリ６００は、複数の誘電体層６０６を含む。示す実施形態では、複数の誘電体層６０６は、個々の誘電体層６０８、６１０、及び６１２を含む。更に、複数の給電素子６１４は、受動ワイヤレスセンサアセンブリ６００の少なくとも一部分内に配設され得る。示す実施形態では、複数の給電バイア６１６は、アンテナ６０２の一部に結合され得る。しかし、示さないが、代替の実施形態では、給電バイア６１６は、複数のアンテナ６０２のアンテナ６０２のそれぞれに結合され得る。更に、或る実施形態では、受動ワイヤレスセンサアセンブリ６００は、複数の隔壁６２２及び複数の保護層６２４を更に含み得る。更に、各保護層６２４は、対応する隔壁６２２上に配設される。

一実施形態では、受動ワイヤレスセンサアセンブリ６００の複数の受動ワイヤレスセンサセクション６０１は同時に動作し得る。別の実施形態では、複数の受動ワイヤレスセンサセクション６０１は、異なる時間に動作するように構成され得る。

図７は、本明細書の態様による、受動ワイヤレスセンサ７０４等の１つ又は複数の受動ワイヤレスセンサを使用してデバイス７０２内の１つ又は複数の動作状態をモニターするように構成されるモニタリングシステム７００の略図である。一実施形態では、受動ワイヤレスセンサ７０４は、デバイス７０２の内部に配設され得る。例によれば、受動ワイヤレスセンサ７０４は、内燃機関の表面に物理的に結合され得る。別の実施形態では、受動ワイヤレスセンサ７０４は、デバイス７０２の表面上に配設され得る。例によれば、受動ワイヤレスセンサ７０４は、タービンブレードの表面上に配設され得る。受動ワイヤレスセンサを表面に物理的に結合する方法の非限定的な例は、化学的接着、物理的接着、金属研磨、ボルト締め、はんだ付け、接着のためのレーザ支援方法、又はその組合せを含む。接着法のために使用される材料の非限定的な例は、ナノ銀接着剤、ナノ銅接着剤、ガラスフリット、又はその組合せを含み得る。一実施形態では、受動ワイヤレスセンサ７０４は、セラミックベース接着剤を使用してデバイス７０２に結合され得る。有利には、セラミックベース接着剤は、高温に耐えるように構成され得る。

更に、モニタリングシステム７００は、受動ワイヤレスセンサ７０４に作動可能に結合された送信機７０６を含み得る。動作中、送信機７０６は、望ましい無線周波数信号７０８を受動ワイヤレスセンサ７０４に送信するように構成される。

更に、モニタリングシステム７００は、受動ワイヤレスセンサ７０４のアンテナによって反射される信号７１２を受信するように構成される受信機又は呼掛け器７１０を含み得る。動作中、受動ワイヤレスセンサ７０４の隔壁は、１つ又は複数の動作状態の存在によって撓み得る。例によれば、高温の存在、高圧の存在、ガスの移動（速度／加速度）は隔壁を撓ませ得る。更に、受動ワイヤレスセンサ７０４の隔壁の撓みの変化及び／又は複数の誘電体層の誘電特性の変化は、受動ワイヤレスセンサ７０４のアンテナによって反射される信号７１２に影響を及ぼし得る。更に、隔壁の撓みの変化及び／又は複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層の誘電特性の変化は、受動ワイヤレスセンサ７０４のアンテナと基準層との間の容量性結合の変化をもたらし得る。更に、アンテナと基準層との間の容量性結合のこの変化は、センサ応答を変化させ得る。したがって、アンテナによって反射される信号が処理されて、デバイス７０２の１つ又は複数の物理特性又は周囲特性を測定し得る。

幾つかの実施形態では、送信機７０６及び受信機７１０は、別個の物理的エンティティとして存在することができ、一方、幾つかの他の実施形態では、送信機７０６及び受信機７１０は、統合されて、呼掛け信号を送信すると共に、受動ワイヤレスセンサ７０４のアンテナから応答信号を受信するように構成される送受信機又は呼掛け器を形成し得る。更に、応答信号７１２は、センサ応答を生成するため、受信機７１０によって処理され得る、又は、信号プロセッサ７１４によって処理され得る。センサ応答は、デバイス７０２の１つ又は複数の物理特性又は周囲特性を決定するために使用され得る。一実施形態では、隔壁の撓みは、応答信号７１２と相関関係付けられ、応答信号は、次に、環境の物理的、化学的、又は生物学的パラメータと相関関係付けられ得る。

或る実施形態では、信号プロセッサ７１４は、例えば、１つ又は複数の特定用途向けプロセッサ、グラフィカル処理ユニット（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含み得る。

更に、モニタリングシステム７００は、デバイス７０２に作動可能に結合されるモニタリングデバイス７１６を含み得る。信号プロセッサ７１４は、環境パラメータを示すデータをモニタリングデバイス７１６に通信し得る。一実施形態では、信号プロセッサ７１４は、データを解析するように構成され得る。モニタリングデバイス７１６は、信号プロセッサ７１４によって解析されたデータに従ってデバイス７０２の動作をモニターするように構成され得る。２つの別個のブロックとして示されるが、幾つかの実施形態では、信号プロセッサ及びモニタリングデバイスは、単一ユニットに統合され得る。

一実施形態では、信号プロセッサ７１４及び／又はモニタリングデバイス７１６は、デバイス７０２の場所に対して近距離である場所に配設され得る。代替的に又は更に、信号プロセッサ７１４及び／又はモニタリングデバイス７１６は、デバイス７０２に関して遠隔の場所に配置され得る。更に、信号プロセッサ７１４及び／又はモニタリングデバイス７１６は、処理されたデータを、記憶域リポジトリ（図示せず）内に記憶するように構成され得る。記憶域リポジトリの非限定的な例は、ハードディスクドライブ、フロッピー(登録商標）ディスクドライブ、コンパクトディスクリード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）ドライブ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブ、フラッシュドライブ、及び／又は固体記憶デバイス等のデバイスを含み得る。

更に、信号プロセッサ７１４及び／又はモニタリングデバイス７１６は、出力デバイス７１８に作動可能に結合されて、ユーザ又はオペレータがシステム７００を手動でモニターすることを可能にし得る、又は、ユーザが任意の所与の時点でシステム７００に関する情報を得ることを可能にし得る。そのため、出力デバイス７１８は、例えば、ディスプレイデバイス、プリンタ、及び／又はオーディオ出力デバイスを含み得る。

一実施形態では、モニタリングシステム７００は、デバイス７０２の動作の継続時間中に連続モニタリングを実施するように構成され得る。更に、モニタリングシステム７００は、デバイス７０２のリアルタイムモニタリングを実施するように構成され得る。更に、モニタリングシステム７００は、デバイス７０２の１つ又は複数のパラメータ（物理パラメータ又は環境パラメータ）をモニターするように構成される。

一実施形態では、送信機７０６は、信号発生器（図示せず）、アップコンバータ（図示せず）、アンテナ（図示せず）、及び信号増幅器（図示せず）を含み得る。更に、この実施形態では、受信機７１０は、アンテナ（図示せず）及びダウンコンバータ（図示せず）を含み得る。動作中、送信機７０６の信号発生器は、呼掛け信号を生成し、呼掛け信号は、受動ワイヤレスセンサ７０４の共振周波数に対応する範囲内の周波数に、アップコンバータによってアップコンバートされる。受動ワイヤレスセンサ７０４の特定の寸法及び受動ワイヤレスセンサ７０４の材料に応じて、アップコンバートされた呼掛け信号は、約１００ｋＨｚから約１０ＧＨｚの範囲内にあり得る。アップコンバートされた呼掛け信号は、増幅器によって増幅され、送信機７０６のアンテナに供給されて、受動ワイヤレスセンサ７０４に送信され得る。送信機７０６及び受信機７１０が単一の又は複数の格納容器内に収容され得ることが留意され得る。

更に、応答信号７１２は、受信機７１０のアンテナを介して受信機７１０によって受信され得る。応答信号７１２は、ダウンコンバータを使用してダウンコバートされ得る。更に、信号プロセッサ７１４が受信機７１０の一部である場合、応答信号７１２は、信号プロセッサ７１４によって解析された、環境パラメータ値を生成し得る。一実施形態では、信号プロセッサ７１４は、特別にプログラムされた汎用コンピュータ又は特定用途向けの集積回路及びプロセッサを含み得る。

図８は、複数の検知ノード８０４を有するセンサネットワーク８０２を使用する例示的なモニタリングシステム８００の略図である。更に、複数の検知ノード８０４の１つ又は複数の検知ノード８０４は、本明細書の態様による受動ワイヤレスセンサを含み得る。

検知ノード８０４を有するセンサネットワーク８０２は、限定はしないが、タービンブレード、タービンエンジン、内燃機関、反応炉、又はその組合せ等のデバイス内で使用され得る。例によれば、タービンの場合、検知ノード８０４の幾つかは、タービンエンジンに作動可能に結合され、一方、幾つかの他の検知ノード８０４はタービンブレード上に配設され得る。

一実施形態では、複数の検知ノード８０４の各検知ノード８０４は、本明細書の受動ワイヤレスセンサを含み得る。更に、種々の検知ノード８０４が、同じか又は異なるパラメータを測定するように構成され得る。各検知ノード８０４が受動ワイヤレスセンサである１つの例では、受動ワイヤレスセンサは、内燃機関内の異なる場所における温度を測定するように構成され得る。別の例では、１つ又は複数の受動ワイヤレスセンサは、デバイス内の種々の場所における温度を測定するように構成され得る。更に、幾つかの他の受動ワイヤレスセンサは、デバイス内の１つ又は複数の場所における圧力を測定するように構成され、一方、１つ又は複数の他の受動ワイヤレスセンサは、デバイスの回転速を検知するように構成され得る。

幾つかの実施形態では、１つ又は複数の検知ノード８０４は、互いに、また、送信機８０６及び受信機８０８とワイヤレスで通信するように構成され得る。例によれば、検知ノード８０４は、送信機８０６から、送信信号８１０を受信するように構成され得る。更に、受信機８０８は、検知ノード８０４から応答信号８１２を受信するように構成され得る。

モニタリングシステム８００は、信号プロセッサ８１４、モニタリングデバイス８１６、及び出力デバイス８１８を更に含み得る。有利には、モニタリングシステム８００は、１つ又は複数のデバイスの、連続モニタリング、リアルタイムモニタリング、オンデマンドモニタリング、又はその組合せのために構成される。

図９は、給電バイアを含まない第１の受動ワイヤレスセンサ及び給電バイアを有する第２の受動ワイヤレスセンサから得られたセンサ応答のグラフ表示９００である。更に、第１の受動ワイヤレスセンサは、約６０ｍｍ×６０ｍｍのフットプリントを有し、第２の受動ワイヤレスセンサは、約２５ｍｍ×２５ｍｍのフットプリントを有し得る。横座標９０２は、受動ワイヤレスセンサからの応答信号の周波数を示し、縦座標９０４は、センサ応答の大きさを示す。グラフ９０６は、給電バイアを持たない第１の受動ワイヤレスセンサからの応答信号を示す。更に、グラフ９０８は、給電バイアを有する第２の受動ワイヤレスセンサからの応答信号を示す。センサ応答９０６の大きさは、センサ応答９０８の大きさより低い。更に、センサ応答９０８は、センサ応答９０６と比較してより高い周波数にある。したがって、給電バイアの使用は、センサ応答を維持するか又は更に増加させながら、センサのサイズを減少させることが望ましい用途で使用され得る。有利には、給電バイアの使用は、第２の受動ワイヤレスセンサのアンテナと基準層との間の容量性結合の向上を提供し、それにより、センサ応答の周波数を増加させる。

図１０Ａ〜１０Ｂは、受動ワイヤレスセンサの隔壁の撓み量の変化に対するセンサ応答の中心周波数の変化のグラフ表示である。隔壁の撓みの変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）が変化するにつれて、アンテナの反射損失又はセンサ応答が変化する。その結果、示す実施形態では、各撓みにおける中心周波数が、隔壁の撓みの変化に対して線形性を示すことが留意され得る。

グラフ１０００の曲線１００２は、反射損失、すなわち呼掛け信号の損失（縦座標１００４）と、応答信号の周波数（横座標１００６）との間の関係における線形性を示す。呼掛け信号と応答信号の周波数との間の関係におけるこの線形性は、グラフ１０１０の曲線１００８として示され、グラフは、呼掛け信号の特定のセットの場合の応答信号についての中心周波数（縦座標１０１２）と、隔壁の撓み量（横座標１０１４）との間で形成される。

図１１は、受動ワイヤレスセンサの隔壁の反射損失の量（縦座標１１０２）と受動ワイヤレスセンサのアンテナによって送信されるセンサ応答信号の周波数（横座標１１０４）のグラフ表示１１００である。更に、受動ワイヤレスセンサは、デバイスに作動可能に結合され得る。グラフ１１０６は、隔壁が物理的損傷を受けるときのセンサ応答を示す。例によれば、示すように、グラフ１１０８、１１１０、１１１２、及び１１１４は、隔壁の異なる撓み量に対するセンサ応答を示す。更に、グラフ１１０６は、機能低下した隔壁の応答を示す。グラフ１１０６によって示すように、機能低下した隔壁のセンサ応答は、実質的に低い周波数範囲内で起こり、それにより、隔壁の不均一性（例えば、物理的損傷）を示し得る。物理的損傷が、手動で或はモニタリングデバイス又は出力デバイスを使用して特定されると、適切な是正処置がとられ得る。例えば、別の受動ワイヤレスセンサが、デバイスに作動可能に結合され得る。

図１２〜１３は、送信機／呼掛け器と受動ワイヤレスセンサとの間の距離（Ｄ）１２０１の影響についての比較調査を示す。図１２の示す実施形態では、呼掛け器１２０２は、受動ワイヤレスセンサ１２０４のアンテナから約５０ｃｍの距離１２０１に配設される。グラフ表示１２０６及び１２１６は、受動ワイヤレスセンサの隔壁のいろいろな撓み（縦座標１２１０）に対する、センサ応答の変化（横座標１２０８）を示す。呼掛け器１２０２と受動ワイヤレスセンサ１２０４のアンテナとの距離１２１４が約５メートルである図１３に関して、隔壁の撓みの変化に対するセンサ応答の変化は依然として検出可能である。したがって、本明細書の受動ワイヤレスセンサは、呼掛け器と受動ワイヤレスセンサとの間の異なる距離で動作するように構成される。特に、呼掛け器と受動ワイヤレスセンサとの距離は、受動ワイヤレスセンサの検知能力に悪い影響を及ぼさない。

有利には、本明細書の受動ワイヤレスセンサは、設置するのが容易である。例によれば、受動ワイヤレスセンサは、接着剤を使用して、ガスタービン等のデバイスの表面に単に接着され得る。更に、受動ワイヤレスセンサは、小さなフットプリント、小さな機械的体積、及び重量を有するので、デバイスの正常機能に干渉しない。更に、受動ワイヤレスセンサは、限定はしないが、高温、高圧、振動、又はその組合せ等の過酷な動作状態において効果的に動作することが可能である。

更に、受動ワイヤレスセンサは、経済的に実行可能である。更に、受動ワイヤレスセンサの機能を可能にする支持コンポーネント（例えば、送信機、受信機、及び／又は呼掛け器）は、受動ワイヤレスセンサがその中に配設されるデバイス又はシステムの外に配設され得る。更に、受動ワイヤレスセンサの設置は簡便でかつ時間効率的である。更に、受動ワイヤレスセンサは、短期間又は長期間にわたってデバイスの動作を妨害することなく設置され動作され得る。

更に、受動ワイヤレスセンサは、ワイヤレスデバイスであるため、設置するか又は関心のデバイスに作動可能に結合するのが容易である。更に、受動ワイヤレスセンサは安価であり、バッチ製造され得る。

本システムの種々の実施形態の特定の特徴が、他の図面においてではなく、幾つかの図面に関して示され得るかつ／又は述べられ得るが、これは、便宜だけのためのものである。述べる特徴、構造、特性が、例えば、デバイスの１つ又は複数の物理特性又は周囲特性を検知するため、種々の実施形態において適した方法で組合され得るかつ／又は交換可能に使用され得ることが理解される。

本開示の或る特徴だけが本明細書で示され述べられたが、多くの修正及び変更を当業者が思い付くであろう。したがって、添付特許請求の範囲が、本開示の真の精神内に入る全てのこうした修正及び変更をカバーすることを意図されることが理解される。

１００、２００、４００、７０４ 受動ワイヤレスセンサ
１０２、１０４、１０６、１０８、２０２、２０４、２０６、２０８、４０２、４０４、４０６、４０８、６０６、６０８、６１０、６１２ 誘電体層
１１０、２１０、４１０、６０２ アンテナ
１１２、２１２、４１２、６０４ キャビティ
１１４、２１４、４１４、６２２ 隔壁
１１６、２１６、６２４ 保護層
１１８、２１８、６１４ 給電素子
１２０、２２６、４２６ 基準層
１２４、２２４、４１７、６０５ アンテナカバー
１２６ 厚さ
１３０ 高さ
２２０、４２０、６１６ 給電バイア
２２２ 穴
２２８ インピーダンス素子
２３０、２３４ 表面
４１２、４２２ 柱状部
６００ 受動ワイヤレスセンサアセンブリ
６０１ 受動ワイヤレス検知領域
７００、８００ モニタリングシステム
７０２ デバイス
７０６、８０６ 送信機
７１０ 受信機又は呼掛け器
７１２ 信号
７１４ 信号プロセッサ
７１６、８１６ モニタリングデバイス
７１８、８１８ 出力デバイス
８０２ センサネットワーク
８０４ 検知ノード
８０８ 受信機
８１２ 応答信号

Claims (20)

1. 受動ワイヤレスセンサであって、
   複数の誘電体層と、
   前記複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層によって形成されたキャビティの少なくとも一部分内に配設されたアンテナと、
   前記キャビティ上に配設された隔壁と、
   前記複数の誘電体層の少なくとも一部分内に配設された給電素子とを備え、前記給電素子は前記アンテナに作動可能に結合される、受動ワイヤレスセンサ。
2. 前記複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層上又は中に配設された１つ又は複数のインピーダンス素子を更に備える、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
3. 前記複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層は、溶融シリカ、エンジニアードガラス、シリコン窒化物、アルミニウム窒化物、アルミナ、セラミック複合材、又はその組合せを含む、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
4. 前記給電素子の少なくとも一部分を前記アンテナに作動可能に結合するように構成される給電バイアを更に備える、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
5. 前記アンテナの少なくとも一部分上に配設されたアンテナカバーを更に備える、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
6. 前記複数の誘電体層の少なくとも１つの誘電体層は、前記複数の誘電体層の他の層の材料と異なる材料を含む、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
7. 前記給電素子は、呼掛け信号を受信するように構成される、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
8. 前記給電素子は、前記複数の誘電体層の２つの誘電体層間に配設される、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
9. 前記アンテナは、連続層、パターン化層、複数のパターン化構造、又はその組合せを備える、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
10. 前記隔壁上に配設された保護層を更に備える、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
11. 前記保護層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミナ、アルミニウム窒化物、スピンオンガラス、セラミック複合材、又はその組合せを含む、請求項１０記載の受動ワイヤレスセンサ。
12. 前記隔壁は導電性材料を含む、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
13. 前記アンテナは導電性材料を含む、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
14. 前記複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層は、複数の柱状体を備える、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
15. 前記給電素子の少なくとも一部分を前記アンテナに作動可能に結合するように構成される給電バイアを更に備え、前記給電バイアは、前記複数の柱状体の２つ以上の柱状体の間に配設される、請求項１４記載の受動ワイヤレスセンサ。
16. 前記アンテナに作動可能に結合した基準層を更に備える、請求項１記載の受動ワイヤレスセンサ。
17. モニタリングシステムであって、
    第１の表面を備えるデバイスと、
    前記デバイスの前記第１の表面に結合された受動ワイヤレスセンサであって、
    複数の誘電体層、
    前記複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層によって形成されたキャビティの少なくとも一部分内に配設されたアンテナ、
    前記キャビティ上に配設された隔壁、及び、
    前記複数の誘電体層の少なくとも一部分内に配設された給電素子であって、前記アンテナに作動可能に結合される、給電素子
    を備える、受動ワイヤレスセンサと、
    前記受動ワイヤレスセンサに作動可能に結合され、呼掛け信号を送信するように構成される送信機と、
    前記受動ワイヤレスセンサに作動可能に結合され、前記受動ワイヤレスセンサから、センサ応答を示す応答信号の少なくとも一部分を受信するように構成される受信機と、
    前記受信機に作動可能に結合され、前記応答信号を処理するように構成される信号プロセッサと、
    前記信号プロセッサに作動可能に結合され、前記処理された応答信号に基づいて前記受動ワイヤレスセンサをモニターするように構成されるモニタリングデバイスとを備える、モニタリングシステム。
18. 前記デバイスは、タービンエンジン、内燃機関、タービンブレード、反応炉、又はその組合せを備える、請求項１７記載のモニタリングシステム。
19. センサネットワークであって、
    呼掛け信号を送信するように構成される送信機と、
    複数の検知ノードであって、前記複数の検知ノードの１つ又は複数の検知ノードは、少なくとも１つの受動ワイヤレスセンサを備え、前記少なくとも１つの受動ワイヤレスセンサは、前記呼掛け信号を受信し、前記呼掛け信号に応答して応答信号を送信するように構成される、複数の検知ノードと、
    前記受動ワイヤレスセンサに作動可能に結合され、前記応答信号を受信するように構成される受信機と、
    前記受信機に作動可能に結合され、センサ応答を生成するため前記応答信号を処理するように構成される信号プロセッサとを備える、センサネットワーク。
20. 前記複数の検知ノードの１つ又は複数の検知ノードは、受動ワイヤレスセンサアセンブリを備え、前記受動ワイヤレスセンサアセンブリは複数の受動ワイヤレス検知領域を備え、前記複数の受動ワイヤレス検知領域のそれぞれの受動ワイヤレス検知領域は、
    複数の誘電体層、
    前記複数の誘電体層の１つ又は複数の誘電体層によって形成されたキャビティの少なくとも一部分内に配設されたアンテナ、
    前記キャビティ上に配設された隔壁、及び、
    前記複数の誘電体層の少なくとも一部分内に配設された給電素子であって、前記アンテナに作動可能に結合される、給電素子
    を備える、請求項１９記載のセンサネットワーク。