JP2018074443A - センサ情報生成・取得システム - Google Patents

Abstract

【課題】質問波及び応答波が混信しない小型化されたセンサ情報生成装置及びセンサ情報取得装置を提供する。【解決手段】９０度ハイブリッド回路１２及び二点給電アンテナ１３を用いて、右旋及び左旋のうち一方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置２へ送信する。次に、一点給電アンテナ２１、センサ回路２３及び遅延回路２４を用いて、一方と逆旋の他方の円偏波を有しセンサ情報による変調及び遅延を施された無線信号をセンサ情報取得装置１に送信する。次に、９０度ハイブリッド回路１２及び二点給電アンテナ１３を用いて、センサ情報による変調及び遅延を施された受信信号からセンサ情報を取得する。【選択図】図１

Description

本開示は、センサ情報を生成するセンサ情報生成装置と、センサ情報を取得するセンサ情報取得装置と、を備えるセンサ情報生成・取得システムに関する。

センサ情報を生成するセンサ情報生成装置と、センサ情報を取得するセンサ情報取得装置と、を備えるセンサ情報生成・取得システムに関して、特許文献１等の先行技術文献が存在しており、特許文献１の内容及び課題について説明する。

送受信装置は、センサ情報を取得するセンサ情報取得装置に対応し、アンテナを介して質問波を無線応答装置へ送信する。無線応答装置は、センサ情報を生成するセンサ情報生成装置に対応し、アンテナを介して質問波を送受信装置から受信する。

無線応答装置は、インピーダンス変換部及びＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）−ＩＤタグを備える。インピーダンス変換部は、アンテナとＳＡＷ−ＩＤタグとの間に備えられ、外部からの刺激に応じてインピーダンスを変化させる。

外部からの刺激がないときには、インピーダンス変換部は、アンテナとＳＡＷ−ＩＤタグとの間でインピーダンスを整合させないため、ＳＡＷ−ＩＤタグは、質問波を入力されず、応答波を生成できず、無線応答装置は、アンテナを介して応答波を送受信装置へ送信できない。外部からの刺激があるときには、インピーダンス変換部は、アンテナとＳＡＷ−ＩＤタグとの間でインピーダンスを整合させるため、ＳＡＷ−ＩＤタグは、質問波を入力され、応答波を生成でき、無線応答装置は、アンテナを介して応答波を送受信装置へ送信できる。送受信装置は、応答波の有無に基づいて、外部からの刺激の有無を判定する。

特開２００７−１２９６５７号公報

質問波の周波数と応答波の周波数とは、同一の周波数である。質問波及び応答波が混信しないように、送信アンテナと受信アンテナとを別々に用意したうえで、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離を十分に確保するときには、送受信装置及び無線応答装置を小型化することができず、センサ情報生成・取得システムを小型化することができない。

質問波及び応答波として、直線偏波を有する無線波を使用するときには、送受信装置のアンテナの偏波面と無線応答装置のアンテナの偏波面とを一致させる必要があり、無線波が構造物で反射する際に偏波が不変であり多重伝搬路による干渉が増加する。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、（１）質問波及び応答波を混信させないうえで、センサ情報生成装置及びセンサ情報取得装置を小型化することで、センサ情報生成・取得システムを小型化すること、（２）センサ情報生成装置のアンテナの偏波面とセンサ情報取得装置のアンテナの偏波面とを一致させる必要をなくすこと、及び、（３）無線波が構造物で反射する際の多重伝搬路による干渉を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、センサ情報取得装置において、９０度ハイブリッド回路及び二点給電アンテナを用いて、右旋円偏波及び左旋円偏波のうち一方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置へ送信する。次に、センサ情報生成装置において、一点給電アンテナ、センサ回路及び遅延回路を用いて、一方の円偏波と逆旋の他方の円偏波を有しセンサ情報による変調及び遅延を施された無線信号をセンサ情報取得装置に送信する。次に、センサ情報取得装置において、９０度ハイブリッド回路及び二点給電アンテナを用いて、センサ情報による変調及び遅延を施された受信信号からセンサ情報を取得する。

具体的には、本開示は、センサ情報を生成するセンサ情報生成装置と、前記センサ情報を取得するセンサ情報取得装置と、を備えるセンサ情報生成・取得システムであって、前記センサ情報取得装置は、９０度ハイブリッド回路及び二点給電アンテナを備え、前記センサ情報生成装置は、一点給電アンテナ、センサ回路及び遅延回路を備え、前記センサ情報取得装置において、前記９０度ハイブリッド回路は、送信電力を入力され、互いに９０度の位相差を有する電気信号を出力し、前記二点給電アンテナは、前記互いに９０度の位相差を有する電気信号を入力され、右旋円偏波及び左旋円偏波のうち一方の円偏波を有する無線信号を前記センサ情報生成装置へ送信し、前記センサ情報生成装置において、前記一点給電アンテナは、前記一方の円偏波を有する無線信号を前記センサ情報取得装置から受信し、情報生成側の受信信号を出力し、前記センサ回路は、前記情報生成側の受信信号に前記センサ情報で変調を施し、前記遅延回路は、前記情報生成側の受信信号に遅延を施し、前記一点給電アンテナは、変調及び遅延を施された前記情報生成側の受信信号を入力され、前記一方の円偏波と逆旋の他方の円偏波を有し変調及び遅延を施された無線信号を前記センサ情報取得装置へ送信し、前記センサ情報取得装置において、前記二点給電アンテナは、前記他方の円偏波を有し変調及び遅延を施された無線信号を前記センサ情報生成装置から受信し、互いに９０度の位相差を有し変調及び遅延を施された電気信号を出力し、前記９０度ハイブリッド回路は、前記互いに９０度の位相差を有し変調及び遅延を施された電気信号を入力され、変調及び遅延を施された情報取得側の受信信号を出力し、前記変調及び遅延を施された情報取得側の受信信号から、前記センサ情報が取得されることを特徴とするセンサ情報生成・取得システムである。

この構成によれば、センサ情報取得装置において、９０度ハイブリッド回路及び二点給電アンテナを用いて、一方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置へ送信するとともに、他方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置から受信するため、質問波及び応答波を混信させないうえで、センサ情報取得装置を小型化することができる。

そして、センサ情報生成装置において、一点給電アンテナ及び遅延回路を用いて、一方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報取得装置から受信するとともに、他方の円偏波を有し遅延を施された無線信号をセンサ情報取得装置へ送信するため、質問波及び応答波を混信させないうえで、センサ情報生成装置を小型化することができる。

さらに、質問波及び応答波として、右旋円偏波及び左旋円偏波のうちいずれかの円偏波を有する無線波を使用するため、センサ情報生成装置のアンテナの偏波面とセンサ情報取得装置のアンテナの偏波面とを一致させる必要をなくすことができ、無線波が構造物で反射する際に偏波が逆旋となり多重伝搬路による干渉を低減することができる。

また、本開示は、前記センサ情報生成装置は、複数備えられ、前記センサ情報取得装置において、前記二点給電アンテナは、前記一方の円偏波を有する無線信号を複数の前記センサ情報生成装置へ送信し、各々の前記センサ情報生成装置において、前記センサ回路は、前記情報生成側の受信信号に各々の前記センサ情報で変調を施し、前記遅延回路は、前記情報生成側の受信信号に各々で異なる遅延を施し、前記センサ情報取得装置において、前記二点給電アンテナは、前記他方の円偏波を有し変調及び遅延を施された無線信号を複数の前記センサ情報生成装置から受信し、各々の変調及び各々で異なる遅延を施された情報取得側の受信信号から、各々の前記センサ情報が取得されることを特徴とするセンサ情報生成・取得システムである。

この構成によれば、センサ情報取得装置において、各々で異なる遅延に基づいて、各々のセンサ情報生成装置からの受信信号を識別することができ、各々のセンサ情報生成装置からの受信信号に基づいて、各々のセンサ情報を取得することができる。

このように、本開示によれば、（１）質問波及び応答波を混信させないうえで、センサ情報生成装置及びセンサ情報取得装置を小型化することで、センサ情報生成・取得システムを小型化すること、（２）センサ情報生成装置のアンテナの偏波面とセンサ情報取得装置のアンテナの偏波面とを一致させる必要をなくすこと、及び、（３）無線波が構造物で反射する際の多重伝搬路による干渉を低減することができる。

本開示の第１のセンサ情報生成・取得システムの構成を示す図である。 本開示の第２のセンサ情報生成・取得システムの構成を示す図である。 本開示のクロス八木アンテナの指向性を示す図である。 本開示のクロス八木アンテナのゲイン特性を示す図である。 本開示のクロス八木アンテナのアイソレーション特性を示す図である。 本開示のパッチアンテナの構成及び形状を示す図である。 本開示のパッチアンテナの指向性を示す図である。 本開示のパッチアンテナのゲイン特性を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

本開示の第１のセンサ情報生成・取得システムの構成を図１に示す。センサ情報生成・取得システムＳは、センサ情報を生成するセンサ情報生成装置２と、センサ情報を取得するセンサ情報取得装置１と、を備える。センサ情報生成装置２は、例えば、橋梁等の構造物に設置される。センサ情報取得装置１は、例えば、橋梁等の構造物を検査する。

センサ情報取得装置１は、送信回路１１、９０度ハイブリッド回路１２、二点給電アンテナ１３及び受信回路１４を備える。二点給電アンテナ１３は、クロス八木アンテナ又はスロットアンテナ等（本実施形態では、クロス八木アンテナ）であり、二点給電により円偏波を有する無線波を送受信できるならば、どのようなアンテナであってもよい。

センサ情報生成装置２は、一点給電アンテナ２１、二分配回路２２、センサ回路２３及び遅延回路２４を備える。一点給電アンテナ２１は、本実施形態では、パッチアンテナであり、変形例として、一点給電により円偏波を有する無線波を送受信できるならば、どのようなアンテナであってもよい。センサ回路２３は、振動、圧力、温度又は湿度等をセンシングする。遅延回路２４は、本実施形態では、ＳＡＷ遅延回路であり、変形例として、十分な遅延を施すことができるならば、どのような遅延回路であってもよい。センサ情報生成装置２は、センサ情報取得装置１からの質問波を利用して、センサ情報生成装置２自身に電源がなくても、センサ情報取得装置１への応答波を生成できる。

まず、センサ情報取得装置１における送信処理について説明する。送信回路１１は、送信電力を出力する。９０度ハイブリッド回路１２は、送信電力を入力され、互いに９０度の位相差を有する電気信号を出力する。二点給電アンテナ１３は、互いに９０度の位相差を有する電気信号を入力され、右旋円偏波及び左旋円偏波のうち一方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置２へ送信する。ここで、一方の円偏波とは、本実施形態では、右旋円偏波であるが、変形例として、左旋円偏波であってもよい。そして、９０度ハイブリッド回路１２の４個のポートのうち、送信回路１１からの入力ポートと、受信回路１４への出力ポートと、は互いにアイソレーションポートである。よって、送信回路１１からの送信電力は、受信回路１４への出力ポートにおいて打ち消されて混入しない。

次に、センサ情報生成装置２における送受信処理について説明する。一点給電アンテナ２１は、一方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報取得装置１から受信し、情報生成側の受信信号を出力する。センサ回路２３は、情報生成側の受信信号にセンサ情報で変調を施す。遅延回路２４は、情報生成側の受信信号に遅延Ｔを施す。一点給電アンテナ２１は、変調及び遅延を施された情報生成側の受信信号を入力され、一方の円偏波と逆旋の他方の円偏波を有し変調及び遅延を施された無線信号をセンサ情報取得装置１へ送信する。ここで、他方の円偏波とは、本実施形態では、左旋円偏波であるが、変形例として、右旋円偏波であってもよい。そして、二分配回路２２が、一点給電アンテナ２１と（センサ回路２３及び遅延回路２４）との間に備えられる。よって、まずセンサ回路２３の処理を施し、次に遅延回路２４の処理を施す系統と、まず遅延回路２４の処理を施し、次にセンサ回路２３の処理を施す系統と、が並列されている。

次に、センサ情報取得装置１における受信処理について説明する。二点給電アンテナ１３は、他方の円偏波を有し変調及び遅延を施された無線信号をセンサ情報生成装置２から受信し、互いに９０度の位相差を有し変調及び遅延を施された電気信号を出力する。９０度ハイブリッド回路１２は、互いに９０度の位相差を有し変調及び遅延を施された電気信号を入力され、変調及び遅延を施された情報取得側の受信信号を出力する。受信回路１４は、変調及び遅延を施された情報取得側の受信信号から、センサ情報を取得する。ここで、９０度ハイブリッド回路１２の４個のポートのうち、受信回路１４への出力ポートと、送信回路１１からの入力ポートと、は互いにアイソレーションポートである。よって、受信回路１４への受信信号は、送信回路１１からの入力ポートにおいて打ち消されて混入しない。

センサ情報取得装置１において、９０度ハイブリッド回路１２及び二点給電アンテナ１３を用いて、一方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置２へ送信するとともに、他方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置２から受信するため、質問波及び応答波を混信させないうえで、センサ情報取得装置１を小型化することができる。

センサ情報生成装置２において、一点給電アンテナ２１及び遅延回路２４を用いて、一方の円偏波を有する無線信号をセンサ情報取得装置１から受信するとともに、他方の円偏波を有し遅延を施された無線信号をセンサ情報取得装置１へ送信するため、質問波及び応答波を混信させないうえで、センサ情報生成装置２を小型化することができる。

質問波及び応答波として、右旋円偏波及び左旋円偏波のうちいずれかの円偏波を有する無線波を使用するため、センサ情報生成装置２のアンテナの偏波面とセンサ情報取得装置１のアンテナの偏波面とを一致させる必要をなくすことができ、無線波が構造物で反射する際に偏波が逆旋となり多重伝搬路による干渉を低減することができる。

本開示の第２のセンサ情報生成・取得システムの構成を図２に示す。センサ情報生成・取得システムＳは、各々のセンサ情報を生成する複数のセンサ情報生成装置２−１、・・・、２−Ｎと、各々のセンサ情報を取得するセンサ情報取得装置１と、を備える。

センサ情報取得装置１は、送信回路１１、９０度ハイブリッド回路１２、二点給電アンテナ１３及び受信回路１４を備える。センサ情報生成装置２−１は、一点給電アンテナ２１−１、二分配回路２２−１、センサ回路２３−１及び遅延回路２４−１を備える。・・・センサ情報生成装置２−Ｎは、一点給電アンテナ２１−Ｎ、二分配回路２２−Ｎ、センサ回路２３−Ｎ及び遅延回路２４−Ｎを備える。以下では、図２の場合と図１の場合との相違点については説明するが、図２の場合と図１の場合との共通点については省略する。

まず、センサ情報取得装置１における送信処理について説明する。二点給電アンテナ１３は、一方の円偏波を有する無線信号を複数のセンサ情報生成装置２−１、・・・、２−Ｎへ送信する。その他の送信処理については、図２の場合は図１の場合と同様である。

次に、各々のセンサ情報生成装置２−１、・・・、２−Ｎにおける送受信処理について説明する。センサ回路２３−１、・・・、２３−Ｎは、情報生成側の受信信号に各々のセンサ情報で変調を施す。遅延回路２４−１、・・・、２４−Ｎは、情報生成側の受信信号に各々で異なる遅延Ｔ_１、・・・、Ｔ_Ｎを施す。その他の送受信処理については、図２の場合は図１の場合と同様である。

次に、センサ情報取得装置１における受信処理について説明する。二点給電アンテナ１３は、他方の円偏波を有し変調及び遅延を施された無線信号を複数のセンサ情報生成装置２−１、・・・、２−Ｎから受信する。受信回路１４は、各々の変調及び各々で異なる遅延を施された情報取得側の受信信号から、各々のセンサ情報を取得する。その他の受信処理については、図２の場合は図１の場合と同様である。

センサ情報取得装置１において、各々で異なる遅延に基づいて、各々のセンサ情報生成装置２−１、・・・、２−Ｎからの受信信号を識別することができ、各々のセンサ情報生成装置２−１、・・・、２−Ｎからの受信信号に基づいて、各々のセンサ情報を取得することができる。

本開示のクロス八木アンテナの指向性を図３に示す。図３では、二点給電アンテナ１３は、右旋円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置２へ送信している。図３でのＡｎｇｌｅ＝０ｄｅｇは、センサ情報取得装置１からセンサ情報生成装置２への方向を示す。センサ情報取得装置１からセンサ情報生成装置２への方向に向けて、左旋円偏波を抑圧したうえで右旋円偏波を送信できていることが確認できる。

本開示のクロス八木アンテナのゲイン特性を図４に示す。図４でも、二点給電アンテナ１３は、右旋円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置２へ送信している。図４での周波数領域において、センサ情報取得装置１からセンサ情報生成装置２への方向に向けて、左旋円偏波を抑圧したうえで右旋円偏波を送信できていることが確認できる。

本開示のクロス八木アンテナのアイソレーション特性を図５に示す。図５でも、二点給電アンテナ１３は、右旋円偏波を有する無線信号をセンサ情報生成装置２へ送信している。図５での中心周波数領域において、送信回路１１からの送信電力は、受信回路１４への出力ポートにおいて打ち消されて混入しない（−３０ｄＢ程度）ことが確認できる。

本開示のパッチアンテナの構成及び形状を図６に示す。共平面給電型の一点給電アンテナ２１において、パッチ２１１、給電線２１２及び給電点２１３をできるかぎり面積の小さい地板内に収めるために、給電線２１２を途中で直角に折り曲げている。

本開示のパッチアンテナの指向性を図７に示す。図７では、一点給電アンテナ２１は、右旋円偏波を有する無線信号をセンサ情報取得装置１から受信している。図７でのＡｎｇｌｅ＝０ｄｅｇは、センサ情報生成装置２からセンサ情報取得装置１への方向を示す。センサ情報取得装置１からセンサ情報生成装置２への方向に向けて、左旋円偏波を抑圧したうえで右旋円偏波を受信できていることが確認できる。

本開示のパッチアンテナのゲイン特性を図８に示す。図８でも、一点給電アンテナ２１は、右旋円偏波を有する無線信号をセンサ情報取得装置１から受信している。図８での中心周波数領域において、センサ情報取得装置１からセンサ情報生成装置２への方向に向けて、左旋円偏波を抑圧したうえで右旋円偏波を受信できていることが確認できる。

本開示のセンサ情報生成・取得システムは、橋梁等の構造物の検査等、センサ情報を応答器から質問器へと無線通信する用途に適用することができる。

Ｓ：センサ情報生成・取得システム
１：センサ情報取得装置
２、２−１、２−Ｎ：センサ情報生成装置
１１：送信回路
１２：９０度ハイブリッド回路
１３：二点給電アンテナ
１４：受信回路
２１、２１−１、２１−Ｎ：一点給電アンテナ
２２、２２−１、２２−Ｎ：二分配回路
２３、２３−１、２３−Ｎ：センサ回路
２４、２４−１、２４−Ｎ：遅延回路
２１１：パッチ
２１２：給電線
２１３：給電点

Claims (2)

1. センサ情報を生成するセンサ情報生成装置と、前記センサ情報を取得するセンサ情報取得装置と、を備えるセンサ情報生成・取得システムであって、
   前記センサ情報取得装置は、９０度ハイブリッド回路及び二点給電アンテナを備え、
   前記センサ情報生成装置は、一点給電アンテナ、センサ回路及び遅延回路を備え、
   前記センサ情報取得装置において、前記９０度ハイブリッド回路は、送信電力を入力され、互いに９０度の位相差を有する電気信号を出力し、前記二点給電アンテナは、前記互いに９０度の位相差を有する電気信号を入力され、右旋円偏波及び左旋円偏波のうち一方の円偏波を有する無線信号を前記センサ情報生成装置へ送信し、
   前記センサ情報生成装置において、前記一点給電アンテナは、前記一方の円偏波を有する無線信号を前記センサ情報取得装置から受信し、情報生成側の受信信号を出力し、前記センサ回路は、前記情報生成側の受信信号に前記センサ情報で変調を施し、前記遅延回路は、前記情報生成側の受信信号に遅延を施し、前記一点給電アンテナは、変調及び遅延を施された前記情報生成側の受信信号を入力され、前記一方の円偏波と逆旋の他方の円偏波を有し変調及び遅延を施された無線信号を前記センサ情報取得装置へ送信し、
   前記センサ情報取得装置において、前記二点給電アンテナは、前記他方の円偏波を有し変調及び遅延を施された無線信号を前記センサ情報生成装置から受信し、互いに９０度の位相差を有し変調及び遅延を施された電気信号を出力し、前記９０度ハイブリッド回路は、前記互いに９０度の位相差を有し変調及び遅延を施された電気信号を入力され、変調及び遅延を施された情報取得側の受信信号を出力し、前記変調及び遅延を施された情報取得側の受信信号から、前記センサ情報が取得される
   ことを特徴とするセンサ情報生成・取得システム。
2. 前記センサ情報生成装置は、複数備えられ、
   前記センサ情報取得装置において、前記二点給電アンテナは、前記一方の円偏波を有する無線信号を複数の前記センサ情報生成装置へ送信し、
   各々の前記センサ情報生成装置において、前記センサ回路は、前記情報生成側の受信信号に各々の前記センサ情報で変調を施し、前記遅延回路は、前記情報生成側の受信信号に各々で異なる遅延を施し、
   前記センサ情報取得装置において、前記二点給電アンテナは、前記他方の円偏波を有し変調及び遅延を施された無線信号を複数の前記センサ情報生成装置から受信し、各々の変調及び各々で異なる遅延を施された情報取得側の受信信号から、各々の前記センサ情報が取得される
   ことを特徴とする、請求項１に記載のセンサ情報生成・取得システム。

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