JP2017020937A - Sensing system - Google Patents

Sensing system Download PDF

Info

Publication number
JP2017020937A
JP2017020937A JP2015139725A JP2015139725A JP2017020937A JP 2017020937 A JP2017020937 A JP 2017020937A JP 2015139725 A JP2015139725 A JP 2015139725A JP 2015139725 A JP2015139725 A JP 2015139725A JP 2017020937 A JP2017020937 A JP 2017020937A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
saw
phase angle
sensitivity
signal
saw element
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.)
Granted
Application number
JP2015139725A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6550989B2 (en
Inventor
拓也 中村
Takuya Nakamura
拓也 中村
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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 Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2015139725A priority Critical patent/JP6550989B2/en
Publication of JP2017020937A publication Critical patent/JP2017020937A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6550989B2 publication Critical patent/JP6550989B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensing system in which a physical quantity calculation error due to a fluctuation of the propagation characteristic of a SAW can be corrected when a SAW sensor of a delay line type is used.SOLUTION: A sensing device 4 outputs a drive signal to a SAW sensor 3 and detects a delay signal delayed via a SAW element 15. A control device 14 calculates a phase angle from the delay signal detected by the sensing device 4 and calculates, on the basis of the phase angle, a physical quantity that has acted on the SAW sensor 3. The sensing device 4 uses drive signals of two or more kinds of different frequencies when detecting the delay signal of the SAW element 15. The control device 14 corrects the sensitivity of the SAW element 15 to the physical quantity using a difference in phase angle of delay signals of the SAW element 15 at the two or more kinds of different frequencies.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)センサを用いたセンシングシステムに関する。   The present invention relates to a sensing system using a surface acoustic wave (SAW) sensor.

SAW素子は、圧電体基板上に弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)を発生させるための櫛形電極を形成した受動素子である。SAW素子の電気的特性は、温度や力等の物理量の変化に応じて変化する。これは、SAW素子の電気的特性を決定する櫛形電極の間隔やSAWの伝搬特性が、温度や力等の物理量の変化に応じて変化するためである。この電気的特性の変化を検出することに基づいて測定対象の物理量を算出するシステムがSAWセンシングシステムである。   The SAW element is a passive element in which a comb-shaped electrode for generating a surface acoustic wave (SAW) is formed on a piezoelectric substrate. The electrical characteristics of the SAW element change according to changes in physical quantities such as temperature and force. This is because the distance between the comb electrodes that determine the electrical characteristics of the SAW element and the SAW propagation characteristics change in accordance with changes in physical quantities such as temperature and force. A SAW sensing system is a system that calculates a physical quantity to be measured based on detecting the change in electrical characteristics.

圧電体上に入力用の櫛形電極と出力用の櫛形電極とを備えているトランスバーサル型SAW遅延素子や、入出力兼用の櫛形電極とその櫛形電極から離れた位置に配置した反射器から成る反射型SAW遅延素子等の、遅延線タイプのSAW素子を用いたSAWセンサシステムは、SAW遅延素子における遅延時間(通過・反射位相)や信号強度の変化量に基づいて測定対象の物理量を算出する。   A reflection comprising a transversal SAW delay element having a comb-shaped electrode for input and a comb-shaped electrode for output on a piezoelectric body, and a reflector disposed at a position away from the comb-shaped electrode for input / output and the comb-shaped electrode. A SAW sensor system using a delay line type SAW element such as a type SAW delay element calculates a physical quantity to be measured based on a delay time (passing / reflecting phase) in the SAW delay element and a signal intensity change amount.

特表平5−506504号公報Japanese National Patent Publication No. 5-506504

一般に、SAWセンシングシステムにより測定対象の物理量を正しく算出するためには、測定対象の物理量の変化に対するSAW素子の電気的特性の感度を正確に把握しておく必要がある。しかし、経時劣化等の要因によりこの感度は変動する。一例として下記の例が挙げられる。シリコン酸化膜を表面に積層したSAW素子は、高温高湿環境に長時間晒された場合、吸湿するためSAWの伝搬速度が減少し感度が変動する。このようなSAWの伝搬特性の変動による感度の変動は、センサシステムが測定対象の物理量の変化を算出する際に大きな誤差の原因となるため、その影響を抑制する必要がある。SAWの伝搬特性の変動を抑制する方法として、SAW素子を密閉構造に封入する方法が考えられるが、組付に大きな制約を伴う。他の方法として、SAW素子の表面に保護膜を形成する方法が考えられるが、保護膜の影響を考慮した電極設計が必要となり、設計上の制約が大きくなる。伝搬特性の変動による感度の変動に対し補正をかける方法としては、SAW素子の共振周波数を別途測定することでSAWの伝搬特性の変動を検出する方法が考えられる。しかし、トランスバーサル型SAW遅延素子や反射型SAW遅延素子を用いたSAWセンサシステムでは、検出する電気的特性の違いから別途検出回路が必要となるため回路規模が大きくなる。   In general, in order to correctly calculate a physical quantity to be measured by the SAW sensing system, it is necessary to accurately grasp the sensitivity of the electrical characteristics of the SAW element with respect to changes in the physical quantity to be measured. However, this sensitivity varies depending on factors such as deterioration over time. The following example is given as an example. A SAW element having a silicon oxide film laminated on its surface absorbs moisture when exposed to a high-temperature and high-humidity environment for a long time, so that the SAW propagation speed decreases and the sensitivity varies. Such fluctuations in sensitivity due to fluctuations in SAW propagation characteristics cause a large error when the sensor system calculates a change in the physical quantity to be measured, and it is necessary to suppress the influence. As a method for suppressing fluctuations in the propagation characteristics of the SAW, a method of enclosing the SAW element in a hermetically sealed structure is conceivable. As another method, a method of forming a protective film on the surface of the SAW element is conceivable. However, an electrode design in consideration of the influence of the protective film is required, and design restrictions are increased. As a method for correcting the sensitivity fluctuation due to the propagation characteristic fluctuation, a method of detecting the fluctuation of the SAW propagation characteristic by separately measuring the resonance frequency of the SAW element can be considered. However, in a SAW sensor system using a transversal SAW delay element or a reflective SAW delay element, a separate detection circuit is required due to the difference in electrical characteristics to be detected, resulting in an increase in circuit scale.

本発明は、SAW素子のSAWの伝搬特性の変動による物理量の算出誤差を補正できるようにしたセンシングシステムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a sensing system capable of correcting a physical quantity calculation error due to a change in SAW propagation characteristics of a SAW element.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明によれば、遅延線タイプのSAW素子を備えるSAWセンサと、SAWセンサに駆動信号を出力しSAWセンサのSAW素子を介して遅延する遅延信号を検出するセンシング装置と、センシング装置により検出された遅延信号の位相角を算出しその位相角に基づいてSAWセンサに作用した物理量を算出する制御装置と、を備える。センシング装置がSAW素子の遅延信号を検出するときに、2種類以上の異なる周波数の駆動信号を使用し、制御装置は2種類以上の異なる周波数におけるSAW素子の遅延信号の位相角の差を用いてSAW素子の物理量に対する感度を補正する。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a SAW sensor including a delay line type SAW element, and a delay signal that outputs a drive signal to the SAW sensor and delays the SAW sensor via the SAW element. And a control device that calculates a phase angle of the delayed signal detected by the sensing device and calculates a physical quantity that has acted on the SAW sensor based on the phase angle. When the sensing device detects the delayed signal of the SAW element, two or more kinds of driving signals having different frequencies are used, and the control apparatus uses the phase angle difference of the delayed signal of the SAW element at two or more kinds of different frequencies. The sensitivity to the physical quantity of the SAW element is corrected.

この請求項1記載の発明によれば、センシング装置は、2種類以上の異なる周波数におけるSAW素子の遅延信号の位相角の差を用いてSAW素子の物理量に対する感度を補正するので、SAWの伝搬特性の変動による物理量の算出誤差を補正できるようになる。   According to the first aspect of the present invention, the sensing device corrects the sensitivity to the physical quantity of the SAW element using the difference in the phase angle of the delayed signal of the SAW element at two or more different frequencies. It becomes possible to correct a calculation error of a physical quantity due to fluctuations.

第1実施形態におけるセンサシステムの電気的構成を概略的に示すブロック図The block diagram which shows roughly the electric constitution of the sensor system in 1st Embodiment. SAW素子の構造を模式的に示す図((a)は平面図、(b)は断面図)The figure which shows the structure of a SAW element typically ((a) is a top view, (b) is sectional drawing) 動作の流れを概略的に説明するフローチャートFlow chart for schematically explaining the flow of operation 第2実施形態におけるセンサシステムの電気的構成を概略的に示すブロック図The block diagram which shows roughly the electrical structure of the sensor system in 2nd Embodiment. SAW素子の構造を模式的に示す平面図Plan view schematically showing the structure of a SAW element 動作の流れを概略的に説明するフローチャートFlow chart for schematically explaining the flow of operation 第3実施形態におけるセンサシステムの電気的構成を概略的に示すブロック図The block diagram which shows roughly the electrical structure of the sensor system in 3rd Embodiment. 動作の流れを概略的に説明するフローチャートFlow chart for schematically explaining the flow of operation 第4実施形態における動作の流れを概略的に説明するフローチャートFlowchart for schematically explaining the flow of operation in the fourth embodiment 第5実施形態におけるセンサシステムの電気的構成を概略的に示すブロック図A block diagram showing roughly an electric composition of a sensor system in a 5th embodiment. 動作の流れを概略的に説明するフローチャートFlow chart for schematically explaining the flow of operation 第6実施形態におけるセンサシステムの電気的構成を概略的に示すブロック図The block diagram which shows schematically the electric constitution of the sensor system in 6th Embodiment 動作の流れを概略的に説明するフローチャートFlow chart for schematically explaining the flow of operation

以下、センシングシステムの幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施形態において、同一又は類似の動作を行う構成については、同一又は類似の符号を付して必要に応じて説明を省略する。   Hereinafter, some embodiments of the sensing system will be described with reference to the drawings. In each embodiment described below, configurations that perform the same or similar operations are denoted by the same or similar reference numerals, and description thereof is omitted as necessary.

(第1実施形態)
図1〜図3は、第1実施形態の説明図を示す。図1のセンシングシステム1は、測定対象の物理量に応じ適切に配置されたセンサヘッドとしてのSAWセンサ3と、このSAWセンサ3に接続されたセンシング装置4と、を備える。
(First embodiment)
1 to 3 are explanatory diagrams of the first embodiment. A sensing system 1 in FIG. 1 includes a SAW sensor 3 as a sensor head that is appropriately arranged according to a physical quantity to be measured, and a sensing device 4 connected to the SAW sensor 3.

センシング装置4は、駆動信号を出力する信号源5と、送信用増幅器6と、送受信切換用のスイッチ7と、受信用増幅器8と、ミキサ9、10と、低域通過フィルタ11、12と、移相器13と、を備え、このセンシング装置4には制御装置14が接続されている。信号源5は、例えば200[MHz]近傍の二種類以上の周波数(例えば200MHzと201MHz)を選択可能とされており、選択された周波数の駆動信号を出力する。   The sensing device 4 includes a signal source 5 that outputs a drive signal, a transmission amplifier 6, a transmission / reception switching switch 7, a reception amplifier 8, mixers 9 and 10, low-pass filters 11 and 12, A phase shifter 13, and a control device 14 is connected to the sensing device 4. The signal source 5 can select two or more types of frequencies (for example, 200 MHz and 201 MHz) in the vicinity of 200 [MHz], for example, and outputs a drive signal having the selected frequency.

送信用増幅器6は、信号源5から駆動信号を入力すると、この駆動信号を増幅し、スイッチ7に出力する。スイッチ7は、制御装置14から与えられる制御信号に応じて送信側/受信側に切換えする。スイッチ7は、送信用増幅器6側に切換えられていると送信用増幅器6の増幅された駆動信号をSAWセンサ3に出力する。   When receiving the drive signal from the signal source 5, the transmission amplifier 6 amplifies the drive signal and outputs it to the switch 7. The switch 7 switches to the transmission side / reception side in accordance with a control signal given from the control device 14. When switched to the transmission amplifier 6 side, the switch 7 outputs an amplified drive signal of the transmission amplifier 6 to the SAW sensor 3.

SAWセンサ3は、遅延線タイプのSAW素子15を1つ用いて構成される。SAW素子15は、図2(a)及び図2(b)にその構造例を模式的に示すように、圧電体基板17と、この圧電体基板17にSAWを生じさせるための櫛形電極18と、この櫛形電極から離間して配置された反射器19とを備える。圧電体基板17は、例えばニオブ酸リチウムで構成されている。図2(b)に示すように、櫛形電極18及び反射器19は、例えばアルミニウムにより構成され、圧電体基板17の一端及び他端にそれぞれ配置されている。   The SAW sensor 3 is configured by using one delay line type SAW element 15. The SAW element 15 includes a piezoelectric substrate 17 and a comb-shaped electrode 18 for generating SAW on the piezoelectric substrate 17 as schematically shown in FIG. 2A and FIG. And a reflector 19 disposed apart from the comb electrode. The piezoelectric substrate 17 is made of, for example, lithium niobate. As shown in FIG. 2B, the comb-shaped electrode 18 and the reflector 19 are made of, for example, aluminum, and are disposed at one end and the other end of the piezoelectric substrate 17, respectively.

櫛形電極18は、一例として、櫛の歯数が数十本(例えば20本)の2つの電極が対にして構成され、これらの歯が所定ピッチ(例えば9.6μm)で配置されている。SAW素子15の櫛形電極18は、2つの電極18a、18bを対にして構成され、対となった電極のうち1つの電極18bは接地されており、もう1つの電極18aがセンシング装置4に接続されている。   As an example, the comb-shaped electrode 18 is configured by a pair of two electrodes having a number of comb teeth of several tens (for example, 20), and these teeth are arranged at a predetermined pitch (for example, 9.6 μm). The comb-shaped electrode 18 of the SAW element 15 is configured by pairing two electrodes 18 a and 18 b, one electrode 18 b of the paired electrodes is grounded, and the other electrode 18 a is connected to the sensing device 4. Has been.

反射器19は、例えば櫛形電極18と同一材料であるアルミニウムにより構成される。この反射器19は、SAWの進行方向と垂直な方向に延びた所定本(例えば40本)の電極19aが所定ピッチ(例えば、9.6μmピッチ)で配置されている。   The reflector 19 is made of, for example, aluminum which is the same material as the comb electrode 18. In the reflector 19, predetermined (for example, 40) electrodes 19a extending in a direction perpendicular to the SAW traveling direction are arranged at a predetermined pitch (for example, 9.6 μm pitch).

図1に示すように、センシング装置4は、信号源5、送信用増幅器6、スイッチ7を通じて、櫛形電極18に所定周波数の駆動信号を印加すると、図3(b)に示す圧電体基板17にSAWを発生させることができる。このとき発生したSAWは、櫛形電極18から反射器19に向けて進行する。そしてSAWは反射器19により反射され櫛形電極18に戻る。本実施形態では、櫛形電極18と反射器19との間の距離は概ね数mm(例えば3mm)程度に設定されている。   As shown in FIG. 1, when a driving signal having a predetermined frequency is applied to the comb-shaped electrode 18 through the signal source 5, the transmission amplifier 6, and the switch 7, the sensing device 4 applies to the piezoelectric substrate 17 shown in FIG. SAW can be generated. The SAW generated at this time travels from the comb electrode 18 toward the reflector 19. The SAW is reflected by the reflector 19 and returns to the comb electrode 18. In the present embodiment, the distance between the comb electrode 18 and the reflector 19 is set to about several mm (for example, 3 mm).

前述したように、図1に示すスイッチ7は、制御装置14から与えられる制御信号に応じて送信側/受信側を切換えるが、本実施形態では、制御装置14は、駆動信号がSAW素子15を伝搬している最中にスイッチ7を受信用増幅器8側に切換える。SAW素子15を伝搬した反射信号は遅延信号として受信用増幅器8に伝達される。受信用増幅器8はこの伝達された信号を増幅し、増幅信号を第1及び第2のミキサ9、10に出力する。   As described above, the switch 7 shown in FIG. 1 switches between the transmission side and the reception side according to the control signal given from the control device 14, but in this embodiment, the control device 14 uses the SAW element 15 as a drive signal. While propagating, the switch 7 is switched to the receiving amplifier 8 side. The reflected signal propagated through the SAW element 15 is transmitted to the receiving amplifier 8 as a delayed signal. The receiving amplifier 8 amplifies the transmitted signal and outputs the amplified signal to the first and second mixers 9 and 10.

移相器13が、信号源5と第2ミキサ10との間に構成されている。移相器13は、信号源5から発生される駆動信号を所定角度だけ移相して第2ミキサ10に出力する。本実施形態では、移相器13は、駆動信号を例えば90度移相して第2ミキサ10に出力する。   A phase shifter 13 is configured between the signal source 5 and the second mixer 10. The phase shifter 13 shifts the phase of the drive signal generated from the signal source 5 by a predetermined angle and outputs it to the second mixer 10. In the present embodiment, the phase shifter 13 shifts the drive signal by 90 degrees, for example, and outputs it to the second mixer 10.

第1ミキサ9は、例えばパッシブミキサにより構成され、信号源5から駆動信号を入力し、この入力信号と受信用増幅器8の増幅信号とを混合し低域通過フィルタ11を通じて制御装置14に出力する。また、第2ミキサ10は、例えばパッシブミキサにより構成され、信号源5から移相器13により90度移相された駆動信号を入力し、この入力信号と受信用増幅器8の増幅信号とを混合し低域通過フィルタ12を通じて制御装置14に出力する。   The first mixer 9 is composed of, for example, a passive mixer, receives a drive signal from the signal source 5, mixes this input signal and the amplified signal of the receiving amplifier 8, and outputs the mixed signal to the control device 14 through the low-pass filter 11. . The second mixer 10 is constituted by, for example, a passive mixer, and receives a drive signal shifted by 90 degrees from the signal source 5 by the phase shifter 13 and mixes this input signal and the amplified signal of the receiving amplifier 8. And output to the control device 14 through the low-pass filter 12.

制御装置14は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成できる。この制御装置14は、制御の主体となる制御部20と、A/D変換器21及び記憶部22を備えている。制御部20は、第1ミキサ9から低域通過フィルタ11を通過した信号をA/D変換器21によりデジタル変換処理して記憶部22に記憶させると共に、第2ミキサ10から低域通過フィルタ12を通過した信号をA/D変換器21によりデジタル変換処理して記憶部22に記憶させる。制御装置14は、記憶部22に記憶されたA/D変換データに基づいて、SAW素子15の遅延信号の位相角を算出する。   The control device 14 can be configured using, for example, a microcomputer. The control device 14 includes a control unit 20 that is a main subject of control, an A / D converter 21, and a storage unit 22. The control unit 20 digitally converts the signal that has passed through the low-pass filter 11 from the first mixer 9 by the A / D converter 21 and stores it in the storage unit 22, and also stores the signal from the second mixer 10 into the low-pass filter 12. The signal that has passed through is digitally converted by the A / D converter 21 and stored in the storage unit 22. The control device 14 calculates the phase angle of the delayed signal of the SAW element 15 based on the A / D conversion data stored in the storage unit 22.

SAWセンサ3は、測定対象の物理量に応じSAW素子15の遅延信号の位相角が変化するように設置されている。例えば、測定対象の物理量として外的に与えられるY方向歪みを測定する場合は、その歪みに応じてSAW素子15が変形するように設置されている。このとき、Y方向歪みの変化量に比例して、SAW素子15の遅延信号の位相角が変化するため、位相角を用いて歪みの算出が可能となる。ただし、測定対象の物理量に対する位相角の変化量(感度)は、SAW素子の経時劣化によるSAWの伝搬特性(例えばSAWの伝搬速度)の変動によって変化する。   The SAW sensor 3 is installed so that the phase angle of the delayed signal of the SAW element 15 changes according to the physical quantity to be measured. For example, when measuring the Y-direction distortion given externally as a physical quantity to be measured, the SAW element 15 is installed so as to be deformed according to the distortion. At this time, since the phase angle of the delayed signal of the SAW element 15 changes in proportion to the amount of change in the Y-direction distortion, the distortion can be calculated using the phase angle. However, the amount of change (sensitivity) of the phase angle with respect to the physical quantity to be measured changes due to fluctuations in SAW propagation characteristics (for example, SAW propagation speed) due to deterioration over time of the SAW element.

SAW素子15が信号伝搬可能な周波数帯域内の周波数fa、fb(>fa)の信号を、それぞれ信号源5が出力する駆動信号とし、LをSAW素子15の実効的な伝搬経路長、VをSAW素子15内における実効的なSAWの伝搬速度、とすると、SAW素子15の位相回転角P[deg]は下記の(1)式のように導出される。   Signals having frequencies fa and fb (> fa) within the frequency band in which the SAW element 15 can propagate signals are used as drive signals output from the signal source 5, and L is an effective propagation path length of the SAW element 15, V Assuming that the effective propagation speed of SAW in the SAW element 15 is assumed, the phase rotation angle P [deg] of the SAW element 15 is derived as shown in the following equation (1).

P = L/V × fa × 360
= (θb−θa)/(fb−fa) × fa …(1)
TCD[ppm/℃]を遅延時間の温度係数とすれば、SAW素子15の位相回転角の温度感度G[deg/℃]は下記の(2)式のように導出される。
P = L / V × fa × 360
= (Θb−θa) / (fb−fa) × fa (1)
If TCD [ppm / ° C.] is the temperature coefficient of the delay time, the temperature sensitivity G [deg / ° C.] of the phase rotation angle of the SAW element 15 is derived as in the following equation (2).

G ≒ P[deg] × TCD[ppm/℃] ∝ (θb−θa) …(2)
さらに、SAW素子15の位相回転角の歪み感度をF[deg]とすると、このF[deg]は下記の(3)式のように導出される。
G≈P [deg] × TCD [ppm / ° C.] ∝ (θb−θa) (2)
Furthermore, when the distortion sensitivity of the phase rotation angle of the SAW element 15 is F [deg], this F [deg] is derived as in the following equation (3).

F ≒ P[deg] × 1[ε] ∝ (θb−θa) …(3)
すなわち、周波数fa、fbの駆動信号に対する遅延信号の位相角の差(θb−θa)を同一環境下で測定、比較することで、SAW素子15の伝搬特性(例えばSAWの伝搬速度)の変動に基づく、測定対象となる物理量に対する感度の変動を補正できる。
F≈P [deg] × 1 [ε] ∝ (θb−θa) (3)
That is, by measuring and comparing the difference (θb−θa) of the phase angle of the delay signal with respect to the driving signals of the frequencies fa and fb in the same environment, the propagation characteristics of the SAW element 15 (for example, the propagation speed of SAW) can be changed. Based on this, it is possible to correct variations in sensitivity with respect to the physical quantity to be measured.

このような技術思想を考慮すれば、制御装置14が以下に示すように処理することで、測定対象となる物理量を極力正確に算出できるようになる。以下、図3を参照してこの説明を行う。   If such a technical idea is taken into consideration, the physical quantity to be measured can be calculated as accurately as possible by the control device 14 performing processing as described below. This will be described below with reference to FIG.

まず、制御装置14の制御部20は、センシング装置4により駆動信号の周波数fa、fbで遅延信号を検出する(S1)。そして、制御部20は、周波数faの遅延信号に基づいて位相角θaを算出し(S2)、周波数fbの遅延信号に基づいて位相角θbを算出する(S3)。そして、制御部20は、これらの位相角の差(θb−θa)を算出し(S4)、位相角の差(θb−θa)及び比例係数を用いてSAW素子15の物理量に対する感度を補正する(S5)。この比例係数は実験又はシミュレーションなどにより予め算出された係数であり、記憶部22に予め記憶されている。したがって、制御部20は、位相角の差(θb−θa)と比例係数を用いてSAW素子15の物理量に対する感度を補正できる。そして、制御部20は、位相角θa(もしくはθb)と補正後の感度を用いて物理量を演算する(S6)。このようにして測定対象となる物理量を極力正確に算出できる。   First, the control unit 20 of the control device 14 detects a delay signal with the frequencies fa and fb of the drive signal by the sensing device 4 (S1). Then, the control unit 20 calculates the phase angle θa based on the delayed signal having the frequency fa (S2), and calculates the phase angle θb based on the delayed signal having the frequency fb (S3). Then, the control unit 20 calculates the phase angle difference (θb−θa) (S4), and corrects the sensitivity of the SAW element 15 to the physical quantity using the phase angle difference (θb−θa) and the proportional coefficient. (S5). This proportionality coefficient is a coefficient calculated in advance by experiments or simulations, and is stored in the storage unit 22 in advance. Therefore, the control unit 20 can correct the sensitivity of the SAW element 15 to the physical quantity using the phase angle difference (θb−θa) and the proportionality coefficient. Then, the control unit 20 calculates a physical quantity using the phase angle θa (or θb) and the corrected sensitivity (S6). In this way, the physical quantity to be measured can be calculated as accurately as possible.

本実施形態によれば、2種類の異なる周波数fa、fbにおけるSAW素子15の遅延信号の位相角の差(θb−θa)を用いて、SAW素子15の物理量に対する感度を補正した。この結果、SAW素子の経時劣化による変形やSAWの伝搬特性(例えばSAWの伝搬速度)の変動の影響を極力抑制でき、測定対象となる物理量を極力正確に算出できる。本実施形態によれば、演算処理により感度を補正し物理量を算出できるため、別途回路を設ける必要がなくなり回路規模の増大を抑制できる。また設計上の制約を極力排除できる。   According to the present embodiment, the sensitivity to the physical quantity of the SAW element 15 is corrected using the phase angle difference (θb−θa) of the delayed signal of the SAW element 15 at two different frequencies fa and fb. As a result, it is possible to suppress as much as possible the influence of deformation due to deterioration of the SAW element over time and fluctuations in SAW propagation characteristics (for example, SAW propagation speed), and the physical quantity to be measured can be calculated as accurately as possible. According to the present embodiment, the sensitivity can be corrected and the physical quantity can be calculated by arithmetic processing, so that it is not necessary to provide a separate circuit, and an increase in circuit scale can be suppressed. In addition, design constraints can be eliminated as much as possible.

(第2実施形態)
図4〜図6は第2実施形態の追加説明図を示す。第2実施形態では、図4に示すように、センシングシステム101は、測定対象の第1及び第2の物理量に応じて適切に配置されたSAWセンサ103と、このSAWセンサ103に接続されたセンシング装置4とを備える。SAWセンサ103は、複数(2つ)の第1及び第2のSAW素子15及び16により構成されている。
(Second Embodiment)
4 to 6 show additional explanatory views of the second embodiment. In the second embodiment, as shown in FIG. 4, the sensing system 101 includes a SAW sensor 103 appropriately arranged according to the first and second physical quantities to be measured, and a sensing connected to the SAW sensor 103. Device 4. The SAW sensor 103 includes a plurality (two) of first and second SAW elements 15 and 16.

図5に示すように、これらの第1及び第2のSAW素子15及び16は並列接続されている。第1及び第2SAW素子15及び16のそれぞれの櫛形電極18は、2つの電極18a、18bを対にして構成され、対となった電極のうち1つの電極18bは接地されており、もう1つの電極18aがセンシング装置4に接続されている。第1及び第2のSAW素子15及び16は、SAW素子15の第1の物理量に対する感度と第2の物理量に対する感度の比と、SAW素子16の第1の物理量に対する感度と第2の物理量に対する感度の比は異なるように設置されている。例えば、第1の物理量として測定対象のX方向に回転軸を持つ円柱のせん断歪、第2の物理量として温度の検出を想定する場合、第1及び第2のSAW素子15及び16は、その歪み検出方向が互いに交差するようにX−Y平面上に設置されている。これらのSAW素子15及び16の歪み検出方向は互いに直交方向となるように設置することが望ましい。すなわち図5のθ=45°として設置することが望ましい。SAW素子15、16の伝搬経路長LA、LBは互いに異なる長さに設定されており、センシング装置4は遅延信号を互いに異なるタイミングで受信可能になっている。その他の構成は、第1実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。   As shown in FIG. 5, the first and second SAW elements 15 and 16 are connected in parallel. Each of the comb-shaped electrodes 18 of the first and second SAW elements 15 and 16 is configured by pairing two electrodes 18a and 18b, and one electrode 18b of the paired electrodes is grounded, The electrode 18 a is connected to the sensing device 4. The first and second SAW elements 15 and 16 are the ratio of the sensitivity of the SAW element 15 to the first physical quantity and the sensitivity to the second physical quantity, and the sensitivity of the SAW element 16 to the first physical quantity and the second physical quantity. The sensitivity ratio is set differently. For example, when assuming the shear strain of a cylinder having a rotation axis in the X direction of the measurement target as the first physical quantity and the detection of temperature as the second physical quantity, the first and second SAW elements 15 and 16 have the strain. They are installed on the XY plane so that the detection directions intersect each other. It is desirable to install the SAW elements 15 and 16 so that the strain detection directions are orthogonal to each other. In other words, it is desirable to install with θ = 45 ° in FIG. The propagation path lengths LA and LB of the SAW elements 15 and 16 are set to different lengths, and the sensing device 4 can receive the delayed signals at different timings. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

本実施形態に示すように、第1及び第2のSAW素子15及び16を使用する場合、これらのSAW素子15、16のそれぞれについて、周波数fa、fbにおける位相角の差を算出して感度を補正すると良く、制御装置14が、以下に示すように処理することで測定対象となる第1及び第2の物理量を極力正確に算出できる。以下、図6を参照してこの説明を行う。なお、θa1を周波数faにおけるSAW素子15の測定上の位相角[deg]、θb1を周波数fbにおけるSAW素子15の測定上の位相角[deg]、θa2を周波数faにおけるSAW素子16の測定上の位相角[deg]、θb2を周波数fbにおけるSAW素子16の測定上の位相角[deg]とする。   As shown in the present embodiment, when the first and second SAW elements 15 and 16 are used, the sensitivity of each of these SAW elements 15 and 16 is calculated by calculating the phase angle difference at the frequencies fa and fb. It is good to correct | amend and the control apparatus 14 can calculate the 1st and 2nd physical quantity used as a measuring object as accurately as possible by processing as shown below. This will be described below with reference to FIG. Note that θa1 is a phase angle [deg] of measurement of the SAW element 15 at the frequency fa, θb1 is a phase angle [deg] of measurement of the SAW element 15 at the frequency fb, and θa2 is a measurement phase of the SAW element 16 at the frequency fa. The phase angle [deg] and θb2 are set as the phase angle [deg] in measurement of the SAW element 16 at the frequency fb.

図6に示すように、制御部20は、センシング装置4により周波数fa、fbで遅延信号を検出する(T1)。そして、制御部20は、周波数faにおける第1SAW素子15の位相角θa1を算出し(T21)、周波数fbにおける第1SAW素子15の位相角θb1を算出し(T31)、位相角の差(θb1−θa1)を算出し(T41)、位相角の差(θb1−θa1)及び比例係数を用いて第1SAW素子15の第1及び第2の物理量に対する感度を補正する(T51)。比例係数は実験又はシミュレーションなどにより予め算出された係数であり、記憶部22に予め記憶されている。   As illustrated in FIG. 6, the control unit 20 detects a delay signal at the frequencies fa and fb by the sensing device 4 (T1). Then, the control unit 20 calculates the phase angle θa1 of the first SAW element 15 at the frequency fa (T21), calculates the phase angle θb1 of the first SAW element 15 at the frequency fb (T31), and compares the phase angle difference (θb1− θa1) is calculated (T41), and the sensitivity of the first SAW element 15 to the first and second physical quantities is corrected using the phase angle difference (θb1−θa1) and the proportionality coefficient (T51). The proportionality coefficient is a coefficient calculated in advance by experiment or simulation, and is stored in the storage unit 22 in advance.

さらに、制御部20は、周波数faにおける第2SAW素子16の位相角θa2を算出し(T22)、周波数fbにおける第2SAW素子16の位相角θb2を算出し(T32)、位相差(θb2−θa2)を算出し(T42)、位相差(θb2−θa2)及び比例係数を用いて第2SAW素子16の第1及び第2の物理量に対する感度を補正する(T52)。この比例係数もまた実験又はシミュレーションなどにより予め算出された係数であり、記憶部22に予め記憶されている。そして、制御部20は、位相角θa1及びθa2とステップT51及びT52で補正された後の感度を用いて第1及び第2の物理量を演算する(T6)。   Further, the control unit 20 calculates the phase angle θa2 of the second SAW element 16 at the frequency fa (T22), calculates the phase angle θb2 of the second SAW element 16 at the frequency fb (T32), and the phase difference (θb2−θa2). Is calculated (T42), and the sensitivity of the second SAW element 16 to the first and second physical quantities is corrected using the phase difference (θb2−θa2) and the proportionality coefficient (T52). This proportional coefficient is also a coefficient calculated in advance by experiment or simulation, and is stored in the storage unit 22 in advance. Then, the control unit 20 calculates the first and second physical quantities using the phase angles θa1 and θa2 and the sensitivities corrected in steps T51 and T52 (T6).

本実施形態によれば、第1及び第2のSAW素子15及び16を使用する場合に、位相角の差(θb1−θa1)、(θb2−θa2)を用いて感度を補正できる。
(第3実施形態)
図7及び図8は第3実施形態の追加説明図を示す。第3実施形態も第2実施形態と同様に、第1及び第2のSAW素子15及び16を備えており、これらのそれぞれのSAW素子15、16を利用して感度を補正する別の形態について示す。
According to this embodiment, when the first and second SAW elements 15 and 16 are used, the sensitivity can be corrected using the phase angle differences (θb1−θa1) and (θb2−θa2).
(Third embodiment)
7 and 8 show additional explanatory views of the third embodiment. As in the second embodiment, the third embodiment also includes first and second SAW elements 15 and 16, and another form in which the sensitivity is corrected using each of these SAW elements 15 and 16. Show.

図7に示すように、センシングシステム201は、測定対象の第1及び第2の物理量に応じ適切に配置されたSAWセンサ103と、このSAWセンサ103に接続されたセンシング装置204と、を備える。センシング装置4に代わるセンシング装置204は、周波数を測定する測定部(測定手段相当)23を備えている。この測定部23は、周波数カウンタなどにより構成され、信号源5が出力する駆動信号の周波数を測定する。すなわち、センシング装置204は、第1又は第2実施形態のセンシング装置4、104に比較して、測定部23による信号源5が出力する駆動信号の周波数を測定する機能を備える。   As shown in FIG. 7, the sensing system 201 includes a SAW sensor 103 appropriately arranged according to the first and second physical quantities to be measured, and a sensing device 204 connected to the SAW sensor 103. A sensing device 204 that replaces the sensing device 4 includes a measurement unit (equivalent to measurement means) 23 that measures a frequency. The measurement unit 23 is composed of a frequency counter and the like, and measures the frequency of the drive signal output from the signal source 5. That is, the sensing device 204 has a function of measuring the frequency of the drive signal output from the signal source 5 by the measurement unit 23 as compared to the sensing devices 4 and 104 of the first or second embodiment.

SAW素子15、16が信号伝搬可能な周波数帯域内の周波数fa、fb(>fa)をそれぞれ信号源5が出力する駆動信号とし、LAをSAW素子15の実効的な伝搬経路長、LBをSAW素子16の実効的な伝搬経路長、VAをSAW素子15における実効的なSAWの伝搬速度、VBをSAW素子16における実効的なSAWの伝搬速度、PAをSAW素子15の実効的な位相回転角、PBをSAW素子16の実効的な位相回転角、とすれば、下記の式(4)、(5)に示すように、位相回転角PA、PBを導出できる。   The frequencies fa and fb (> fa) within the frequency band in which the SAW elements 15 and 16 can propagate signals are used as drive signals output from the signal source 5, respectively, LA is the effective propagation path length of the SAW element 15, and LB is the SAW. Effective propagation path length of the element 16, VA is an effective SAW propagation speed in the SAW element 15, VB is an effective SAW propagation speed in the SAW element 16, and PA is an effective phase rotation angle of the SAW element 15. , PB is the effective phase rotation angle of the SAW element 16, the phase rotation angles PA and PB can be derived as shown in the following equations (4) and (5).

PA[deg] = LA/VA × fa × 360
= (θb1−θa1)/(fb−fa) × fa …(4)
PB[deg] = LB/VB × fa × 360
= (θb2−θa2)/(fb−fa) × fa …(5)
TCD[ppm/℃]を遅延時間の温度係数とすれば、SAW素子15、16の位相回転角の温度感度GA、GB[deg/℃]は下記の(6)、(7)式のように導出される。
PA [deg] = LA / VA x fa x 360
= (Θb1−θa1) / (fb−fa) × fa (4)
PB [deg] = LB / VB × fa × 360
= (Θb2−θa2) / (fb−fa) × fa (5)
If TCD [ppm / ° C.] is a temperature coefficient of the delay time, the temperature sensitivity GA and GB [deg / ° C.] of the phase rotation angle of the SAW elements 15 and 16 are expressed by the following equations (6) and (7). Derived.

GA ≒ PA[deg] × TCD[ppm/℃] …(6)
GB ≒ PB[deg] × TCD[ppm/℃] …(7)
さらに、SAW素子15、16の位相回転角の歪み感度をFA、FB[deg]とすると、このFA、FB[deg]は下記の(8)、(9)式のように導出される。
GA ≒ PA [deg] x TCD [ppm / ° C] (6)
GB≈PB [deg] × TCD [ppm / ° C.] (7)
Further, assuming that the distortion sensitivity of the phase rotation angle of the SAW elements 15 and 16 is FA and FB [deg], the FA and FB [deg] are derived as in the following equations (8) and (9).

FA ≒ PA[deg] × 1[ε] …(8)
FB ≒ PB[deg] × 1[ε] …(9)
すなわち、位相回転角PA、PBを同一環境下で測定、比較することで、SAW素子15の伝搬特性(例えばSAWの伝搬速度)の変動に基づく、測定対象となる第一、第二の物理量に対する感度の変動を補正できる。
FA≈PA [deg] × 1 [ε] (8)
FB≈PB [deg] × 1 [ε] (9)
That is, by measuring and comparing the phase rotation angles PA and PB in the same environment, the first and second physical quantities to be measured based on fluctuations in the propagation characteristics of the SAW element 15 (for example, the SAW propagation speed) are measured. Sensitivity fluctuations can be corrected.

このような技術思想を考慮すれば、制御装置14が以下に示すように処理することで、測定対象となる第1及び第2の物理量を極力正確に算出できるようになる。以下、図8を参照してこの説明を行う。   Considering such a technical idea, the control device 14 performs processing as shown below, whereby the first and second physical quantities to be measured can be calculated as accurately as possible. This will be described below with reference to FIG.

図8に示すように、制御部20は、センシング装置4により周波数fa、fbで遅延信号を検出する(T1)。そして、制御部20は、センシング装置4の測定部23により信号源5が出力する駆動信号の周波数faを測定し(T21a)、周波数faにおける第1SAW素子15の位相角θa1を算出する(T21b)。そして、制御部20は、信号源5の周波数をfbに変更し、センシング装置4の測定部23により信号源5が出力する駆動信号の周波数fbを測定し(T31a)、周波数fbにおける第1SAW素子15の位相角θb1を算出する(T31b)。そして、制御部20は、位相角の勾配(θb1−θa1)/(fb−fa)を算出する(T41a)。制御部20は、この位相角の勾配(θb1−θa1)/(fb−fa)を用いて第1SAW素子15の第1及び第2の物理量に対する感度を補正する(T51a)。   As shown in FIG. 8, the control unit 20 detects a delay signal at the frequencies fa and fb by the sensing device 4 (T1). Then, the control unit 20 measures the frequency fa of the drive signal output from the signal source 5 by the measurement unit 23 of the sensing device 4 (T21a), and calculates the phase angle θa1 of the first SAW element 15 at the frequency fa (T21b). . Then, the control unit 20 changes the frequency of the signal source 5 to fb, measures the frequency fb of the drive signal output from the signal source 5 by the measurement unit 23 of the sensing device 4 (T31a), and the first SAW element at the frequency fb The phase angle θb1 of 15 is calculated (T31b). Then, the control unit 20 calculates the gradient (θb1−θa1) / (fb−fa) of the phase angle (T41a). The controller 20 corrects the sensitivity of the first SAW element 15 with respect to the first and second physical quantities using the gradient (θb1−θa1) / (fb−fa) of the phase angle (T51a).

さらに、制御部20は、周波数faにおける第2SAW素子16の位相角θa2を算出し(T22)、周波数fbにおける第2SAW素子16の位相角θb2を算出し(T32)、位相角の勾配(θb2−θa2)/(fb−fa)を算出する(T42a)。そして、制御部20は、この位相角の勾配(θb2−θa2)/(fb−fa)を用いて、第2SAW素子16の第1及び第2の物理量に対する感度を補正する(T52a)。そして、制御部20は、位相角θa1及びθa2(もしくは、位相角θb1及びθb2)と補正後の感度を用いて第1及び第2の物理量を演算する(T6a)。   Further, the control unit 20 calculates the phase angle θa2 of the second SAW element 16 at the frequency fa (T22), calculates the phase angle θb2 of the second SAW element 16 at the frequency fb (T32), and the phase angle gradient (θb2−). θa2) / (fb−fa) is calculated (T42a). And the control part 20 correct | amends the sensitivity with respect to the 1st and 2nd physical quantity of the 2nd SAW element 16 using the gradient ((theta) b2- (theta) a2) / (fb-fa) of this phase angle (T52a). Then, the control unit 20 calculates the first and second physical quantities using the phase angles θa1 and θa2 (or the phase angles θb1 and θb2) and the corrected sensitivity (T6a).

本実施形態によれば、第1及び第2のSAW素子15及び16を使用する場合に、位相角の勾配(θb1−θa1)/(fb−fa)、(θb2−θa2)/(fb−fa)を用いて感度を補正できる。   According to the present embodiment, when the first and second SAW elements 15 and 16 are used, phase angle gradients (θb1−θa1) / (fb−fa), (θb2−θa2) / (fb−fa ) Can be used to correct the sensitivity.

また、測定部23が信号源5の駆動信号の周波数fa、fbを測定しており、この測定結果に応じて算出される位相角の勾配を用いて感度を補正しているため、感度の補正精度を向上でき、さらに正確な第1及び第2の物理量を算出できる。   In addition, since the measurement unit 23 measures the frequencies fa and fb of the drive signal of the signal source 5 and corrects the sensitivity using the gradient of the phase angle calculated according to the measurement result, the sensitivity correction The accuracy can be improved, and more accurate first and second physical quantities can be calculated.

(第4実施形態)
図9は第4実施形態の追加説明図を示す。第4実施形態も第2実施形態と同様に、第1及び第2のSAW素子15及び16を備えており、これらのそれぞれのSAW素子15、16を利用して第1及び第2の物理量に対する感度の比を補正する別の形態について示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 shows an additional explanatory diagram of the fourth embodiment. Similarly to the second embodiment, the fourth embodiment also includes first and second SAW elements 15 and 16, and the respective SAW elements 15 and 16 are used for the first and second physical quantities. Another mode for correcting the sensitivity ratio will be described.

第1及び第2の物理量に対する感度の比は、下記のように導出できる。ここで、SAW素子15、16が動作可能な周波数帯域内の周波数fa、fb(>fa)をそれぞれ駆動信号とした場合、GB/GAをSAW素子15及び16の遅延信号の間の位相の第1の物理量に対する感度の比(例えば温度感度比)、FB/FAをSAW素子15及び16の遅延信号の間の位相の第1の物理量に対する感度の比(例えば歪み感度比)、αをSAW素子15、16の相互の影響度を表す係数(相対的な設置関係に依存)とすれば、下記の式(10)、(11)に示すように、位相回転角PA、PB、第1の物理量に対する感度の比GB/GA、第2の物理量に対する感度の比FB/FA、を導出できる。   The ratio of sensitivity to the first and second physical quantities can be derived as follows. Here, when the frequencies fa and fb (> fa) within the frequency band in which the SAW elements 15 and 16 can operate are used as drive signals, GB / GA is the first phase between the delayed signals of the SAW elements 15 and 16. The ratio of sensitivity to a physical quantity of 1 (for example, temperature sensitivity ratio), the ratio of FB / FA to the first physical quantity of the phase between the delayed signals of the SAW elements 15 and 16 (for example, distortion sensitivity ratio), and α to the SAW element Assuming that the coefficients represent the mutual effects of 15 and 16 (depending on the relative installation relationship), the phase rotation angles PA and PB, the first physical quantity, as shown in the following equations (10) and (11) The sensitivity ratio GB / GA to the second physical quantity, and the sensitivity ratio FB / FA to the second physical quantity can be derived.

GB/GA ≒ (θb2 − θa2)/(θb1 − θa1) …(10)
FB/FA ≒ (θb2 − θa2)/(θb1 − θa1)×α …(11)
このような技術思想を考慮すれば、制御装置14が以下に示すように処理することで、第1及び第2の物理量を計算する過程において最も精度が要求される第1及び第2の物理量に対する感度の比に対し補正することができ、測定対象となる第1及び第2の物理量を極力正確に算出できる。以下、図9を参照してこの説明を行う。
GB / GA≈ (θb2−θa2) / (θb1−θa1) (10)
FB / FA≈ (θb2−θa2) / (θb1−θa1) × α (11)
In consideration of such a technical idea, the control device 14 performs processing as shown below, so that the first and second physical quantities requiring the highest accuracy in the process of calculating the first and second physical quantities are processed. The sensitivity ratio can be corrected, and the first and second physical quantities to be measured can be calculated as accurately as possible. This will be described below with reference to FIG.

図9に示すように、制御部20は、センシング装置4により周波数fa、fbで遅延信号を検出する(T1)。そして、制御部20は、周波数faにおける第1SAW素子15の位相角θa1を算出し(T21)、周波数fbにおける第1SAW素子15の位相角θb1を算出する(T31)。さらに、制御部20は、周波数faにおける第2SAW素子16の位相角θa2を算出し(T22)、周波数fbにおける第2SAW素子16の位相角θb2を算出する(T32)。そして、制御部20は位相角の差の比率(θb2−θa2)/(θb1−θa1)を算出する(T4b)そして、制御部20は、この位相角の差の比率を用いて、第1SAW素子15の第1及び第2の物理量に対する感度と、第2SAW素子16の第1及び第2の物理量に対する感度との比を補正する(T5b)。制御部20は、位相角θa1とθa2と、補正後の感度の比を用いて第1及び第2の物理量を演算する(T6b)。   As illustrated in FIG. 9, the control unit 20 detects a delay signal at frequencies fa and fb by the sensing device 4 (T1). Then, the control unit 20 calculates the phase angle θa1 of the first SAW element 15 at the frequency fa (T21), and calculates the phase angle θb1 of the first SAW element 15 at the frequency fb (T31). Further, the control unit 20 calculates the phase angle θa2 of the second SAW element 16 at the frequency fa (T22), and calculates the phase angle θb2 of the second SAW element 16 at the frequency fb (T32). Then, the control unit 20 calculates the phase angle difference ratio (θb2−θa2) / (θb1−θa1) (T4b), and the control unit 20 uses the phase angle difference ratio to calculate the first SAW element. The ratio of the sensitivity to the first and second physical quantities of 15 and the sensitivity of the second SAW element 16 to the first and second physical quantities is corrected (T5b). The control unit 20 calculates the first and second physical quantities using the phase angles θa1 and θa2 and the ratio of the corrected sensitivity (T6b).

本実施形態によれば、第1及び第2のSAW素子15及び16を使用する場合に、位相角の差の比率(θb2−θa2)/(θb1−θa1)を用いて感度を補正できる。
(第5実施形態)
図10及び図11は第5実施形態の追加説明図を示す。第5実施形態は第1実施形態と同様に、1つの遅延線タイプのSAW素子15を備えると共に、別途センサ24を設けており、このセンサ24のセンサ信号が規定値以内であるか否かに応じて処理を分けるところに特徴を備える。
According to the present embodiment, when the first and second SAW elements 15 and 16 are used, the sensitivity can be corrected using the phase angle difference ratio (θb2−θa2) / (θb1−θa1).
(Fifth embodiment)
10 and 11 show additional explanatory views of the fifth embodiment. As in the first embodiment, the fifth embodiment includes one delay line type SAW element 15 and a separate sensor 24. Whether the sensor signal of the sensor 24 is within a specified value or not is determined. A feature is provided in that processing is divided depending on the case.

図10に示すように、センサ24が制御装置14に接続されており、制御装置14の制御部20が、センサ24のセンサ信号を取得できるように構成される。センサ24は、例えば湿度計又は/及び温度計など、SAW素子15の周辺の環境の変化を検出可能なセンサである。このセンサ24は、例えば温度が同一範囲となる条件で概ね同一環境下で感度の補正処理を行うために設けても良い。   As shown in FIG. 10, the sensor 24 is connected to the control device 14, and the control unit 20 of the control device 14 is configured to acquire the sensor signal of the sensor 24. The sensor 24 is a sensor that can detect a change in the environment around the SAW element 15 such as a hygrometer and / or a thermometer. For example, the sensor 24 may be provided to perform sensitivity correction processing under substantially the same environment under conditions where the temperature is in the same range.

図11に示すように、制御部20は、センサ24のセンサ信号を受付け、この簡易センサ24のセンサ信号が規定値に入っているか否か(S1a、S3a)に応じて、1種類の周波数faで遅延信号を検出する(S11a)か、2種類の周波数fa、fbで遅延信号を検出する(S12a)か、を分ける。   As shown in FIG. 11, the control unit 20 receives the sensor signal of the sensor 24, and one type of frequency fa according to whether or not the sensor signal of the simple sensor 24 is within a specified value (S1a, S3a). Whether the delayed signal is detected (S11a) or the delayed signal is detected at two frequencies fa and fb (S12a).

制御部20は、感度の補正を行わない場合には、ステップS1a、S3aでNOと判定し、周波数faにおけるSAW素子15の位相角θaを算出し(S21)、この位相角θaと感度を用いて物理量を演算する(S6)。   When the sensitivity correction is not performed, the control unit 20 determines NO in steps S1a and S3a, calculates the phase angle θa of the SAW element 15 at the frequency fa (S21), and uses the phase angle θa and the sensitivity. The physical quantity is calculated (S6).

逆に、制御部20は、感度の補正を行う場合には、ステップS1a、S3aでYESと判定し、周波数fa、fbにおけるSAW素子15の位相角θa、θbを算出し(S21、S32)、位相角θbと位相角θaとの差(θb−θa)を演算し(S42)、位相角の差(θb−θa)を用いてSAW素子15の物理量に対する感度を補正する(S52)。そして、制御部20は、この補正された感度と位相角θa(もしくはθb)とを用いて物理量を演算する(S6)。   Conversely, when correcting the sensitivity, the control unit 20 determines YES in steps S1a and S3a, calculates the phase angles θa and θb of the SAW element 15 at the frequencies fa and fb (S21 and S32), The difference (θb−θa) between the phase angle θb and the phase angle θa is calculated (S42), and the sensitivity to the physical quantity of the SAW element 15 is corrected using the phase angle difference (θb−θa) (S52). Then, the control unit 20 calculates a physical quantity using the corrected sensitivity and the phase angle θa (or θb) (S6).

本実施形態によれば、センサ24を設けているため、センシング装置4は使用周波数を切り替えるタイミングを制御でき、制御部20は感度の補正タイミングを計ることができる。   According to the present embodiment, since the sensor 24 is provided, the sensing device 4 can control the timing for switching the use frequency, and the control unit 20 can measure the sensitivity correction timing.

(第6実施形態)
図12及び図13は第6実施形態の追加説明図を示す。第6実施形態は、外部から与えられるトリガ信号を基準として使用周波数を切り替えて感度を補正する形態を示す。図12に示すように、センシング装置4及び制御装置14には外部からトリガ信号が与えられる。このトリガ信号は、時間経過等に応じて発生するタイマ信号に相当する信号であり、センシング装置4及び制御装置14はトリガ信号が与えられると、当該トリガ信号に対応して感度の補正を行うように使用周波数を切り替えて動作させる。具体的には第1実施形態で説明したように、信号源5は例えば200[MHz]近傍の二種類以上の周波数(例えば200MHzと201MHz)を選択可能な駆動信号して出力するが、センシング装置4及び制御装置14はこのトリガ信号を受付けると、トリガ信号に対応して周波数fa又はfbに切替えるように構成されている。感度の補正を行うタイミングが、このトリガ信号に応じて決定される。
(Sixth embodiment)
12 and 13 show additional explanatory views of the sixth embodiment. The sixth embodiment shows a form in which the sensitivity is corrected by switching the use frequency with reference to an externally applied trigger signal. As shown in FIG. 12, a trigger signal is given to the sensing device 4 and the control device 14 from the outside. This trigger signal is a signal corresponding to a timer signal generated with the passage of time or the like, and when the sensing device 4 and the control device 14 are given a trigger signal, the sensitivity is corrected in accordance with the trigger signal. The operation frequency is switched to. Specifically, as described in the first embodiment, the signal source 5 outputs a drive signal that can select two or more types of frequencies (for example, 200 MHz and 201 MHz) near 200 [MHz], for example. 4 and the control device 14 are configured to switch to the frequency fa or fb corresponding to the trigger signal when the trigger signal is received. The timing for correcting the sensitivity is determined according to the trigger signal.

図13に示すように、トリガ信号が予め定められた規定値以外に設定されていると(S1bでNO、S31bでNO)、センシング装置4は周波数faで遅延信号を測定し(S11b)、制御部20は周波数faにおけるSAW素子15の位相角θaを算出し(S21)、予め定められた感度を用いて物理量を演算する(S6)。   As shown in FIG. 13, when the trigger signal is set to a value other than a predetermined value (NO at S1b, NO at S31b), the sensing device 4 measures the delay signal at the frequency fa (S11b) and performs control. The unit 20 calculates the phase angle θa of the SAW element 15 at the frequency fa (S21), and calculates a physical quantity using a predetermined sensitivity (S6).

他方、トリガ信号が予め定められた規定値に設定されているときには(S1bでYES、S31bでYES)、センシング装置4は周波数fa、fbの双方で遅延信号を測定し(S12b)、制御部20はこれらの位相角θa、θbを算出し(S12b、S32)、位相角の差(θb−θa)を用いてSAW素子15の物理量に対する感度を補正し(S52)、位相角θaと感度を用いて物理量を演算する(S6)。   On the other hand, when the trigger signal is set to a predetermined specified value (YES in S1b, YES in S31b), the sensing device 4 measures the delay signal at both frequencies fa and fb (S12b), and the control unit 20 Calculates these phase angles θa and θb (S12b, S32), corrects the sensitivity to the physical quantity of the SAW element 15 using the phase angle difference (θb−θa) (S52), and uses the phase angle θa and the sensitivity. The physical quantity is calculated (S6).

このようにして、外部から与えられるトリガ信号に応じて、センシング装置4は使用周波数を切り替えるタイミングを制御しつつ、制御部20は感度の補正タイミングを計ることができる。   In this way, the control unit 20 can measure the sensitivity correction timing while the sensing device 4 controls the timing for switching the use frequency in accordance with the trigger signal given from the outside.

(他の実施形態)
前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。これらの各実施形態の構成は適宜組み合わせて適用できる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications or expansions are possible. The configurations of these embodiments can be applied in appropriate combinations.

SAW素子15、16を2つ用いたが3つ以上用いても良い。2種類の異なる周波数を用いて位相角の差を算出するようにしたが、2種類を超える(すなわち2種類以上)の異なる周波数を用いて位相角の差を算出しても良い。この場合、SAWセンサ3等を駆動可能な周波数fa、fb(<fa)とし、その中間周波数fn(但しfa<fn<fb)としたとき、前述の(1)式に代えて、下記の(1a)式を適用しても良い。   Two SAW elements 15 and 16 are used, but three or more may be used. Although the phase angle difference is calculated using two different frequencies, the phase angle difference may be calculated using more than two types (ie, two or more types) of different frequencies. In this case, when the frequencies fa and fb (<fa) that can drive the SAW sensor 3 and the like are set, and the intermediate frequency fn (fa <fn <fb) is used, the following (1) The formula 1a) may be applied.

P = L/V × fa × 360
= (θb−θa)/(fb−fa) × fn …(1a)
この場合にも、前述実施形態に示したように同様に補正することができ同様の効果を奏する。
P = L / V × fa × 360
= (Θb−θa) / (fb−fa) × fn (1a)
Also in this case, the same correction can be performed as shown in the above embodiment, and the same effect can be obtained.

図面中、1はセンシングシステム、3はSAWセンサ、4はセンシング装置、14は制御装置、15はSAW素子(第1SAW素子)、16は第2SAW素子、20は制御部、21はA/D変換器、22は記憶部、23は測定部(測定手段)、24はセンサ、を示す。   In the drawings, 1 is a sensing system, 3 is a SAW sensor, 4 is a sensing device, 14 is a control device, 15 is a SAW element (first SAW element), 16 is a second SAW element, 20 is a control unit, and 21 is an A / D converter. , 22 is a storage unit, 23 is a measurement unit (measurement means), and 24 is a sensor.

Claims (6)

遅延線タイプのSAW素子(15,16)を備えるSAWセンサ(3,103)と、
前記SAWセンサに駆動信号を出力し前記SAWセンサのSAW素子を介して遅延する遅延信号を検出するセンシング装置(4,104,204)と、
前記センシング装置により検出された遅延信号から位相角を算出しその位相角に基づいて前記SAWセンサに作用した物理量を算出する制御装置(14)と、を備え、
前記センシング装置(4,104,204)は、前記SAW素子の遅延信号の検出の際に2種類以上の異なる周波数の駆動信号を使用しており、
前記制御装置は、2種類以上の異なる周波数における前記SAW素子の遅延信号の位相角の差を用いて、前記SAW素子の物理量に対する感度を補正することを特徴とするセンシングシステム。
A SAW sensor (3, 103) including a delay line type SAW element (15, 16);
A sensing device (4, 104, 204) for outputting a drive signal to the SAW sensor and detecting a delay signal delayed via the SAW element of the SAW sensor;
A control device (14) that calculates a phase angle from the delayed signal detected by the sensing device and calculates a physical quantity acting on the SAW sensor based on the phase angle;
The sensing device (4, 104, 204) uses two or more types of drive signals having different frequencies when detecting the delayed signal of the SAW element,
The said control apparatus correct | amends the sensitivity with respect to the physical quantity of the said SAW element using the difference of the phase angle of the delay signal of the said SAW element in two or more types of different frequencies.
前記SAWセンサ(103)は、遅延線タイプの複数のSAW素子(15,16)を備えており、
前記センシング装置(104)は、前記複数のSAW素子の遅延信号の検出の際に2種類以上の異なる周波数の駆動信号を使用しており、
前記制御装置は、前記複数のSAW素子のそれぞれについて、前記2種類以上の異なる周波数における遅延信号の位相角の差を用いて、前記複数のSAW素子のそれぞれの物理量に対する感度を補正することを特徴とする請求項1記載のセンシングシステム。
The SAW sensor (103) includes a plurality of delay line type SAW elements (15, 16),
The sensing device (104) uses two or more types of drive signals having different frequencies when detecting delayed signals of the plurality of SAW elements,
The control device corrects the sensitivity of each of the plurality of SAW elements with respect to a physical quantity by using the difference in phase angle of the delayed signal at the two or more different frequencies for each of the plurality of SAW elements. The sensing system according to claim 1.
前記センシング装置(104)は、前記SAW素子の駆動信号の周波数を測定する測定手段(23)を備えており、
前記制御装置は、前記測定手段の測定結果を用いて前記SAW素子の駆動信号の周波数に対する位相角の勾配を算出し、前記位相角の勾配を用いて前記SAW素子の物理量に対する感度を補正することを特徴とする請求項1または2記載のセンシングシステム。
The sensing device (104) includes measuring means (23) for measuring the frequency of the driving signal of the SAW element,
The control device calculates a gradient of the phase angle with respect to the frequency of the driving signal of the SAW element using the measurement result of the measuring means, and corrects the sensitivity to the physical quantity of the SAW element using the gradient of the phase angle. The sensing system according to claim 1 or 2.
前記制御装置は、前記複数のSAW素子のそれぞれについて、前記2種類以上の異なる周波数における遅延信号の位相角の差の比率を用いて、前記複数のSAW素子のそれぞれの物理量に対する感度の比率を補正することを特徴とする請求項2記載のセンシングシステム。   The control device corrects the ratio of the sensitivity to the physical quantity of each of the plurality of SAW elements by using the ratio of the phase angle difference of the delayed signals at the two or more different frequencies for each of the plurality of SAW elements. The sensing system according to claim 2, wherein: 前記SAWセンサの感度の補正タイミングを検出するためのセンサ(24)を備え、
前記センシング装置(4)は、前記センサのセンサ信号を基準として、使用周波数を切り替えるタイミングを制御し、
前記制御装置は、前記SAW素子の物理量に対する感度の補正を行うタイミングを制御することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のセンシングシステム。
A sensor (24) for detecting the correction timing of the sensitivity of the SAW sensor;
The sensing device (4) controls timing for switching a use frequency based on a sensor signal of the sensor,
The sensing system according to any one of claims 1 to 4, wherein the control device controls timing for correcting sensitivity with respect to a physical quantity of the SAW element.
前記センシング装置(4)は、外部から与えられるトリガ信号を基準として、使用周波数を切り替えるタイミングを制御し、
前記制御装置は、前記SAW素子の物理量に対する感度の補正を行うタイミングを制御することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のセンシングシステム。
The sensing device (4) controls the timing of switching the use frequency with reference to a trigger signal given from the outside,
The sensing system according to any one of claims 1 to 4, wherein the control device controls timing for correcting sensitivity with respect to a physical quantity of the SAW element.
JP2015139725A 2015-07-13 2015-07-13 Sensing system Active JP6550989B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015139725A JP6550989B2 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Sensing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015139725A JP6550989B2 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Sensing system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017020937A true JP2017020937A (en) 2017-01-26
JP6550989B2 JP6550989B2 (en) 2019-07-31

Family

ID=57888034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015139725A Active JP6550989B2 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Sensing system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6550989B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019015545A (en) * 2017-07-04 2019-01-31 日本無線株式会社 Property measuring device
JP2020034433A (en) * 2018-08-30 2020-03-05 株式会社デンソー SAW sensor
CN114485498A (en) * 2021-12-15 2022-05-13 浙江大学 High-precision testing method for high-temperature surface acoustic wave strain sensor

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05506504A (en) * 1990-03-03 1993-09-22 ロンズデール,アンソニイ Strain measurement method and device
JP2005092490A (en) * 2003-09-17 2005-04-07 Moritex Corp Radio remote sensing system using passive saw sensor
JP2006047229A (en) * 2004-08-06 2006-02-16 River Eletec Kk Surface acoustic wave device sensor
JP2008292362A (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Fuji Xerox Co Ltd Sensing system
JP2009002677A (en) * 2007-06-19 2009-01-08 Hirosaki Univ Surface acoustic wave device biosensor
WO2009057626A1 (en) * 2007-10-29 2009-05-07 Tokyo Institute Of Technology Physical amount detection device
JP2009109261A (en) * 2007-10-29 2009-05-21 Tama Tlo Kk Surface acoustic wave gas sensor device
EP2554962A1 (en) * 2011-08-01 2013-02-06 Honeywell Romania S.R.L. Wireless saw differential strain gauge
JP2013029367A (en) * 2011-07-27 2013-02-07 Denso Corp Surface acoustic wave sensor
JP2014020841A (en) * 2012-07-13 2014-02-03 Denso Corp Surface acoustic wave sensor
JP2014215197A (en) * 2013-04-26 2014-11-17 株式会社デンソー Surface acoustic wave sensor

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05506504A (en) * 1990-03-03 1993-09-22 ロンズデール,アンソニイ Strain measurement method and device
JP2005092490A (en) * 2003-09-17 2005-04-07 Moritex Corp Radio remote sensing system using passive saw sensor
JP2006047229A (en) * 2004-08-06 2006-02-16 River Eletec Kk Surface acoustic wave device sensor
JP2008292362A (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Fuji Xerox Co Ltd Sensing system
JP2009002677A (en) * 2007-06-19 2009-01-08 Hirosaki Univ Surface acoustic wave device biosensor
WO2009057626A1 (en) * 2007-10-29 2009-05-07 Tokyo Institute Of Technology Physical amount detection device
JP2009109261A (en) * 2007-10-29 2009-05-21 Tama Tlo Kk Surface acoustic wave gas sensor device
JP2013029367A (en) * 2011-07-27 2013-02-07 Denso Corp Surface acoustic wave sensor
EP2554962A1 (en) * 2011-08-01 2013-02-06 Honeywell Romania S.R.L. Wireless saw differential strain gauge
JP2014020841A (en) * 2012-07-13 2014-02-03 Denso Corp Surface acoustic wave sensor
JP2014215197A (en) * 2013-04-26 2014-11-17 株式会社デンソー Surface acoustic wave sensor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019015545A (en) * 2017-07-04 2019-01-31 日本無線株式会社 Property measuring device
JP2020034433A (en) * 2018-08-30 2020-03-05 株式会社デンソー SAW sensor
JP7091950B2 (en) 2018-08-30 2022-06-28 株式会社デンソー SAW sensor
CN114485498A (en) * 2021-12-15 2022-05-13 浙江大学 High-precision testing method for high-temperature surface acoustic wave strain sensor
CN114485498B (en) * 2021-12-15 2022-10-18 浙江大学 High-precision testing method for high-temperature surface acoustic wave strain sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP6550989B2 (en) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5477051B2 (en) Ultrasonic flow meter
US8922789B2 (en) Displacement measuring device and displacement measuring method
JP6550989B2 (en) Sensing system
US20100253320A1 (en) Optical fiber electric current sensor and electric current measurement method
JP6349979B2 (en) Surface acoustic wave sensor
US20160195498A1 (en) Specimen sensor and specimen sensing method
JP6340984B2 (en) Sensing system
JP5942656B2 (en) Surface acoustic wave sensor
JP2012225729A (en) Fbg distortion sensor
JP6003789B2 (en) Surface acoustic wave sensor
RU154143U1 (en) SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL ACCELEROMETER
JP2014516162A (en) Fluid flow detection method by ultrasonic propagation time method
US8994952B2 (en) Ring laser gyro
JP7131967B2 (en) Optical inspection system, optical inspection method, and aircraft structure
JP2012247220A (en) Surface acoustic wave sensor, sensing system and pressure measurement method
US10859532B2 (en) Sensor device and sensing method
US11371904B2 (en) Sensor module and sensor system with improved abnormality detection and abnormality determination method for an inertial sensor
JP6314793B2 (en) Sensing system
JP2012008122A (en) Elastic surface wave sensor, sensing system and pressure measuring method
JP4714885B2 (en) Elastic wave sensor
JP6740587B2 (en) Sensing system
JP2009092622A (en) Acceleration detecting unit and acceleration sensor
JP3717259B2 (en) Fiber optic gyro
JP5626502B2 (en) Stress detector
US20150168189A1 (en) Method for determination of the time of flight of the signals in the signal paths of a coriolis flow meter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180530

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190312

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190513

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190617

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6550989

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250