JP2022176741A - temperature measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信によって表面弾性波を利用して温度を測定する無線温度測定装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wireless temperature measuring device that measures temperature using surface acoustic waves through wireless communication.
近年、様々な工業製品もしくは家電の組み立て製造工程、又はそれらの製品の構成部品となる各種電子部品、各種の電池、もしくは、電子部品が実装された基板などのデバイス製造工程において、熱処理のための炉も多様化し、それぞれの機能が大幅に向上している。 In recent years, in the assembly manufacturing process of various industrial products or home appliances, or in the manufacturing process of devices such as various electronic parts, various batteries, or substrates on which electronic parts are mounted, which are the constituent parts of those products, heat treatment Furnaces have also diversified, and the functions of each have greatly improved.
また、被加熱物の温度管理が製品の性能に大きく影響するようになって来ている。 Moreover, the temperature control of the object to be heated has come to greatly affect the performance of the product.
一般的に、小型の炉又は被加熱物を搬送する速度が非常に遅い炉の場合は、被加熱物の温度推移について、炉内に熱電対を取り付けて、炉外の計測部と接続したまま計測することが可能な場合がある。 In general, in the case of a small furnace or a furnace in which the object to be heated is transported very slowly, a thermocouple is attached inside the furnace to monitor the temperature transition of the object to be heated, and it is connected to the measurement part outside the furnace. It may be possible to measure
しかし、搬送距離の長い大型の炉、搬送速度が著しく速い炉、又は搬送経路にシャッターなどの構造物がある場合などは、炉内の熱電対を炉外の計測部と接続した状態での温度測定が困難な場合が多い。このような炉で熱電対を使用する場合、短い熱電対を無線ユニットに接続して無線ユニットとともに炉内に投入し、熱電対の情報を無線で炉外の計測部に送信する方法、あるいは前記の無線ユニット内にデータ記憶装置を搭載しておいて、熱電対の情報等を記憶させておき、無線ユニットを炉外に搬出した後に、記憶装置からデータ情報を抜き出す方法もある。しかし、炉内の温度によっては無線で送信する際の送信器又はデータの記憶装置等の駆動電源となる電池、又は、送信器又は記憶装置そのものの耐熱温度を超えてしまい、使用できない場合も非常に多い。そのため、耐熱温度の低い電池、送信器、又は記憶装置等を搭載しない無線計測センサとして、圧電基板の表面弾性波を利用して温度を測定するセンシング技術が用いられ、例えば特許文献1の方式が知られている。 However, in the case of a large furnace with a long transport distance, a furnace with an extremely fast transport speed, or a structure such as a shutter in the transport path, the temperature when the thermocouple inside the furnace is connected to the measurement part outside the furnace Measurement is often difficult. When using a thermocouple in such a furnace, a method of connecting a short thermocouple to a wireless unit and inserting it into the furnace together with the wireless unit to wirelessly transmit the thermocouple information to the measurement unit outside the furnace, or There is also a method in which a data storage device is mounted in the wireless unit to store information such as thermocouple information, and the data information is extracted from the storage device after the wireless unit is carried out of the furnace. However, depending on the temperature inside the furnace, it may exceed the heat resistance temperature of the battery used as the drive power source for the transmitter or data storage device when transmitting wirelessly, or the transmitter or storage device itself, and it may not be possible to use it. many in Therefore, a sensing technology that measures temperature using surface acoustic waves of a piezoelectric substrate is used as a wireless measurement sensor that does not include a battery, a transmitter, or a storage device that has a low heat resistance. Are known.
図10は特許文献1の従来の温度測定装置20についての説明図である。特許文献1には、圧電基板上に櫛歯状電極を設けた無線、無給電の温度測定装置の一例について記載されている。特許文献1の温度測定装置20は、圧電効果を示す圧電体で構成されるとともに表面弾性波を伝播可能な圧電基板21と、無線送信される駆動信号を受信するとともに応答信号を無線送信するために電波と高周波電気信号とを相互に変換するアンテナ22と、表面弾性波変換手段である第1櫛歯状電極23と、外部から受ける物理量に応じてインピーダンスが変化するインピーダンス変化型センサ25と、インピーダンス変化型センサ25における一方の端子に接続された状態の第2櫛歯状電極24とを備えている。第2櫛歯状電極24が、表面弾性波変換手段である第1櫛歯状電極23によって励振された前記表面弾性波を反射する表面弾性波反射手段を備えており、インピーダンス変化型センサ25のインピーダンスの変動の影響を受けた表面弾性波の特性について分析をすることで、温度測定を行うとしている。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional
また、櫛歯状電極を用いた無線、無給電の温度測定装置において、無線のアンテナ間距離が変動することによる影響を除く手段の一例として、特許文献2の方法が知られている。図11は特許文献2の従来の温度測定装置30についての説明図である。特許文献2の温度測定装置30は、圧電基板31、第1櫛歯状電極32、第2櫛歯状電極33、第3櫛歯状電極34、及び測定器35を含んでいる。第1櫛歯状電極32は、外部アンテナ36に対する電波の送受信を行うためのアンテナ37に電気的に接続されており、圧電基板31に位置している。第2櫛歯状電極33は、外部からの物理量に応じて変化するインピーダンスを有するセンサ38に電気的に接続されており、第1櫛歯状電極32に対向して圧電基板31上に位置している。第3櫛歯状電極34は、第1櫛歯状電極32に対向して圧電基板31上に位置している。測定器35は、外部アンテナ36による電波の送信から、第1櫛歯状電極32及び第2櫛歯状電極33間における表面弾性波の伝播を経て、外部アンテナ36による電波の受信までの時間と、外部アンテナ36による電波の送信から、第1櫛歯状電極32及び第3櫛歯状電極34間における表面弾性波の伝播を経て、外部アンテナ36による電波の受信までの時間との差を測定することで無線での距離の変動の影響を除くとしている。
In addition, in a wireless, non-powered temperature measuring device using pectinate electrodes, the method of
しかしながら、前記特許文献1の構成では、インピーダンス変化型センサ25のインピーダンスの変動の影響情報について分析をする際、移動によるアンテナ間の距離の変動の影響は考慮しておらず、さらには、無線での電気信号の送受信において受信してしまう炉の壁面などからの反射波を始めとする不要な電気信号、いわゆるノイズの影響を受けるが、この電気的なノイズを除去することが困難であるという課題を有している。
However, in the configuration of
また、前記特許文献2の構成では、圧電基板31上を伝播する表面弾性波の伝播距離の異なる反射波を利用してアンテナ36,37間距離の変動による伝播時間の影響を打ち消すとしている。しかし、特にアンテナ36,37間距離が連続的に変動する場合は、炉内の状況が刻々と変化し、そのため、圧電基板31を経由せずに炉の壁面などで反射してアンテナ37で受信する電気的なノイズの状況も刻々と変動するが、このノイズの影響を正確に除去するための構成としては不十分であるといった課題を有している。
Further, in the configuration of
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、無線で送受信するアンテナ間距離が連続的に変動し、かつ圧電基板の温度が連続的に変化する場合であっても、アンテナ間距離及び圧電基板の温度による影響と、圧電基板を経由しないノイズの影響を低減することで信頼性を向上することができる温度測定装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and even when the distance between antennas for wireless transmission and reception changes continuously and the temperature of the piezoelectric substrate changes continuously, the distance between the antennas and the piezoelectric It is an object of the present invention to provide a temperature measuring device capable of improving reliability by reducing the influence of substrate temperature and the influence of noise that does not pass through a piezoelectric substrate.
前記目的を達成するために、本発明の1つの態様にかかる温度測定装置は、
高周波の電気信号を無線で送信する計測部用の送信アンテナ及び受信を行う計測部用の受信アンテナを備えた計測部と、
前記計測部との間で電気信号を送受信する圧電基板用のアンテナを備えた圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、前記計測部の前記計測部用の送信アンテナから受信した電気信号を前記圧電基板上に表面弾性波として励振し、かつ前記圧電基板上を伝播する表面弾性波を電気信号に変換する櫛歯状電極と、を備える温度測定装置であって、
直線状の搬送経路上を搬送される前記圧電基板の前記搬送経路の上流側に前記計測部用の送信アンテナと前記計測部用の受信アンテナとのいずれか一方が配置され、前記搬送経路の下流側に前記計測部用の送信アンテナと前記計測部用の受信アンテナとのいずれか他方が配置され、
前記計測部は、前記計測部用の受信アンテナで受信した電気信号を周波数領域から時間領域に変換し、前記圧電基板を表面弾性波として伝播することで遅延した時間に基づいて分析対象時間の範囲を決定し、決定した前記分析対象時間の範囲での前記圧電基板の温度を算出する温度算出手段を備える。
In order to achieve the above object, a temperature measuring device according to one aspect of the present invention comprises:
a measuring unit including a transmitting antenna for the measuring unit that wirelessly transmits a high-frequency electrical signal and a receiving antenna for the measuring unit that receives the signal;
a piezoelectric substrate including an antenna for the piezoelectric substrate that transmits and receives electrical signals to and from the measurement unit;
An electric signal received from a transmission antenna for the measurement unit of the measurement unit provided on the piezoelectric substrate is excited on the piezoelectric substrate as a surface acoustic wave, and the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is generated as an electric signal. A temperature measuring device comprising a comb-shaped electrode that converts into a signal,
Either one of the transmitting antenna for the measuring section and the receiving antenna for the measuring section is arranged upstream of the conveying path of the piezoelectric substrate conveyed on the linear conveying path, and downstream of the conveying path. Either the transmitting antenna for the measuring unit or the receiving antenna for the measuring unit is arranged on the side,
The measurement unit converts the electrical signal received by the receiving antenna for the measurement unit from the frequency domain to the time domain, and the range of time to be analyzed based on the time delayed by propagating the piezoelectric substrate as a surface acoustic wave. and calculating the temperature of the piezoelectric substrate within the determined analysis target time range.
以上のように、本発明の前記態様にかかる温度測定装置によれば、温度測定対象である圧電基板が移動し、計測部と圧電基板との距離が連続して変化する環境下において、計測部から送信された電気信号を受信して圧電基板上の櫛歯状電極で表面弾性波として励振する。この表面弾性波が圧電基板上を伝播する際に温度影響の情報を周波数特性として有した状態で、櫛歯状電極で電気信号に変換されて計測部に送信される。このとき、距離による時間遅延が一定のため、圧電基板に到達せずに計測部が受信するような反射波などの時間遅延をノイズとして区別することができ、圧電基板の温度を分析するために圧電基板上を表面弾性波として通過した電気信号を選択的に分析対象として圧電基板の温度を温度算出手段で算出することが出来る。 As described above, according to the temperature measuring device according to the aspect of the present invention, the piezoelectric substrate, which is the object of temperature measurement, moves and the distance between the measuring unit and the piezoelectric substrate changes continuously. An electric signal transmitted from the piezoelectric substrate is received and excited as a surface acoustic wave by comb-like electrodes on the piezoelectric substrate. When this surface acoustic wave propagates on the piezoelectric substrate, it is converted into an electrical signal by the comb-shaped electrodes and transmitted to the measuring unit while having information of temperature influence as a frequency characteristic. At this time, since the time delay due to distance is constant, it is possible to distinguish time delays such as reflected waves that are received by the measurement unit without reaching the piezoelectric substrate as noise. The temperature of the piezoelectric substrate can be calculated by the temperature calculating means by selectively analyzing the electrical signal that has passed through the piezoelectric substrate as a surface acoustic wave.
よって、無線で送受信するアンテナ間距離が連続的に変動し、かつ圧電基板の温度が連続的に変化する場合であっても、アンテナ間距離及び圧電基板の温度による影響と、圧電基板を経由しないノイズの影響を低減することで信頼性を向上することができる。 Therefore, even if the distance between the antennas for wireless transmission and reception changes continuously and the temperature of the piezoelectric substrate changes continuously, the effect of the distance between the antennas and the temperature of the piezoelectric substrate and the fact that the piezoelectric substrate does not pass the Reliability can be improved by reducing the influence of noise.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、本発明の実施形態における温度測定装置10の説明図である。
(embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram of a
温度測定装置10は、圧電基板1と、計測部3と、櫛歯状電極8,9とを備えている。
A
計測部3は、高周波の電気信号を送信する計測部用の送信アンテナ4を備える送信器4aと、高周波の電気信号を受信する計測部用の受信アンテナ5を備える受信器5aと備えて、計測本体部3aに送信器4aと受信器5aとがそれぞれ接続されている。計測本体部3aは、高周波の電気信号の送受信を制御する。
圧電基板1は、計測部用の送信アンテナ4から送信された電気信号を受信するための圧電基板用の受信アンテナ2aと、計測部用の受信アンテナ5に電気信号を送信するための圧電基板用の送信アンテナ2bとを備えている。無線及び無給電の状態で温度測定対象である圧電基板1が炉7の中を搬送経路6に沿って搬送される際、計測本体部3aに接続されている計測部用の送信アンテナ4と計測部用の受信アンテナ5とは、炉7の外でかつ、圧電基板1が直線的に移動する搬送経路6の例えば上流側端部と下流側端部とにそれぞれ設置されている。ここで、計測部用の送信アンテナ4と計測部用の受信アンテナ5とは、搬送経路6の上流側と下流側とにそれぞれ設置されている態様に限らず、逆に、搬送経路6の下流側と上流側とにそれぞれ設置されている態様でもよい。
The
The
櫛歯状電極8,9は、第一の櫛歯状電極8及び第二の櫛歯状電極9として圧電基板1上に設けられ、計測部3の計測部用の送信アンテナ4から受信した電気信号を圧電基板1上に表面弾性波として励振し、かつ圧電基板1上を伝播する表面弾性波を電気信号に変換する。
Comb-
さらに、温度測定装置10は、計測本体部3aに接続された温度算出手段75を備えている。温度算出手段75は、計測本体部3a内に配置されてもよいし、計測本体部3a外に配置されてもよい。温度算出手段75は、計測部用の受信アンテナ5で受信した電気信号を周波数領域から時間領域に変換し、圧電基板1を表面弾性波として伝播することで遅延した時間に基づいて分析対象時間の範囲を決定し、決定した分析対象時間の範囲での圧電基板1の温度を算出する。すなわち、温度算出手段75は、圧電基板1上に設けられた櫛歯状電極8,9の間隔の変化などの要因によって、表面弾性波の周波数特性が変化することから、この表面弾性波の周波数特性の変化を圧電基板1の温度と関連付けることが可能であり、高周波の電気信号を分析することで、圧電基板1の温度を算出する。
Furthermore, the
以下、本発明の実施形態における温度測定装置10をさらに詳細に説明する。
The
図2は本発明の実施形態における温度測定装置10の詳細な説明図である。前記したように、圧電基板1には、計測部3との間で電気信号を受信するための圧電基板用の受信アンテナ2a及び送信するための圧電基板用の送信アンテナ2bが設けられている。また、受信アンテナ2aは、圧電基板1上の例えば長手方向の一端側に設けられた第一の櫛歯状電極8と電気的に接続されており、送信アンテナ2bは、圧電基板1上の例えば長手方向の他端側に設けられた第二の櫛歯状電極9と電気的に接続されている。この第一の櫛歯状電極8と第二の櫛歯状電極9とは、圧電基板1上で互いに対向する位置に配置されている。
FIG. 2 is a detailed explanatory diagram of the
計測部3では、所定の周波数、例えば電波法で特定小電力となる420~430MHz、又は、RFIDの915~930MHzの範囲の周波数を含む高周波を掃引する形で、電気信号を送信器4aの送信アンテナ4から無線で送信する。
The
計測本体部3aに接続されている送信器4aの送信アンテナ4から送信される高周波の電気信号を、圧電基板1の受信アンテナ2aで受信して、圧電基板1上に第一の櫛歯状電極8で表面弾性波として励振する。
A high-frequency electrical signal transmitted from the transmitting
その後、励振された表面弾性波が、圧電基板1上を伝播して第二の櫛歯状電極9に到達して再び電気信号に変換されて、圧電基板1の送信アンテナ2bから送信する。
After that, the excited surface acoustic wave propagates on the
この送信アンテナ2bから送信される電気信号を、計測本体部3aに接続されている受信器5aの受信アンテナ5で受信する。
The electrical signal transmitted from the transmitting
受信アンテナ5で受信した、この電気信号を、計測本体部3aに接続された温度算出手段(温度算出部)75で、分析対象時間の範囲で、分析することで、圧電基板1の温度を温度算出手段75で算出する。なお、計測部3での分析対象時間の決定方法についての詳細は後述する。
The temperature calculation means (temperature calculation unit) 75 connected to the measurement
上述した構成によれば、以下の作用により、距離の変化の影響受けることなく、圧電基板1上を表面弾性波として伝播した高周波の電気信号だけを抽出して分析することが可能となるため、圧電基板1と計測部3との各アンテナ4,2a,5,2bとの間の距離が連続的に変化する状況においても、温度測定装置10の温度測定精度を向上することが出来る。
According to the above-described configuration, it is possible to extract and analyze only high-frequency electrical signals propagated as surface acoustic waves on the
図3は、計測部3から送信される高周波の電気信号の伝播についての説明図である。一般的な空間における無線での送受信については、計測本体部3aに接続される送信器4aの送信アンテナ4と圧電基板1の受信アンテナ2aとの間だけの送受信だけでなく、送信アンテナ4から送信された電気信号71は、送信アンテナ4の周囲の各方位に伝播し、送信アンテナ4の周囲に存在する金属壁面13を始めとする様々な物体によっても反射される。その反射信号の強度のレベルは様々であるが、反射された電気信号は、受信器5aの受信アンテナ5に到達して、不要な電気信号、いわゆる反射ノイズ11として受信される。その他に不要な電気信号として代表的なものは、送信アンテナ4から受信アンテナ5に直接伝播する直接波12などである。温度算出手段75で圧電基板1の温度を高精度に分析するためには、圧電基板1に到達して第一の櫛歯状電極8で表面弾性波として励起され、圧電基板1上を表面弾性波として伝播して、温度の影響を周波数特性として受けた上で、対向する第二の櫛歯状電極9に到達して再び電気信号に変換され、圧電基板1から送信されて戻ってくる反射波の電気信号のみを温度算出手段75で抽出して温度算出手段75で分析する必要がある。そのため、温度算出手段75において、この圧電基板1を表面弾性波として通過していない反射ノイズ11及び直接波12については、分析の対象としないように、出来る限り除去する必要がある。
FIG. 3 is an explanatory diagram of propagation of a high-frequency electrical signal transmitted from the
図4は、温度算出手段75において、ノイズ11を除去して必要な電気信号を抽出するための説明図である。計測部3と圧電基板1との送受信は、高周波の電気信号、つまり周波数領域での情報のやり取りとなるが、この情報を逆フーリエ変換することで、時間領域の情報として扱うことが出来る。時間領域に変換することで、空間を通過して送受信される電気信号と、圧電基板1上を表面弾性波として通過して送受信される電気信号との間に時間的な遅延が発生する。発明者による実験の結果、圧電基板1上を通過する際の遅延時間は約200nsであり、空間距離に換算すると、約60mの空間伝播に相当する。時間領域の情報において、この圧電基板1上を表面弾性波が通過する際の遅延時間を利用して、圧電基板1上を通過して戻ってくる電気信号を、分析対象時間として抽出することが可能となる。
FIG. 4 is an explanatory diagram for removing the
具体的には、図4において、周波数領域の情報を逆フーリエ変換する(図4の(1)から(2)を参照。)ことによって時間領域の情報を得る。 Specifically, in FIG. 4, information in the time domain is obtained by inverse Fourier transforming the information in the frequency domain (see (1) to (2) in FIG. 4).
次いで、得られた時間領域の情報の中から、圧電基板1上を通過して遅延した所定の時間幅のデータだけを切り出す(図4の(2)及び(3)を参照。)。
Next, from the obtained information in the time domain, only the data of a predetermined time width delayed through the
この切り出された時間領域の情報について、フーリエ変換によって周波数領域に変換する(図4の(3)から(4)を参照。)ことで、圧電基板1を表面弾性波として通過して戻ってくる電気信号だけについて周波数領域で分析することが可能となる。
This cut out information in the time domain is transformed into the frequency domain by Fourier transform (see (3) to (4) in FIG. 4), so that the surface acoustic wave passes through the
以上のように、反射ノイズを除去するためには、時間領域において圧電基板1を経由した情報についてのみ正確に抽出する必要があるが、この時間領域における分析対象時間は、アンテナ間の距離によっても変化するため、従来は、ノイズと同様にこのアンテナ間の距離による時間遅延も取り除く必要がある。しかしながら、これについては、本実施形態では、以下のように、取り除く必要が無いことが分かった。
As described above, in order to remove reflection noise, it is necessary to accurately extract only the information that has passed through the
図5は、本発明の実施形態における温度測定装置10の位置関係の説明図である。計測部3の送信アンテナ4から送信された高周波の電気信号は、空間を伝播して圧電基板1の受信アンテナ2aに到達し、圧電基板1上で表面弾性波として伝播し、送信アンテナ2bから送信されて再び空間を伝播して計測部3の受信アンテナ5が受信する。このとき、高周波の電気信号が送信アンテナ4から受信アンテナ5に至るまでの空間を伝播する全体の距離を見てみる。搬送経路6沿いで、圧電基板1が送信アンテナ4から距離A1の位置にあるときと、圧電基板1が送信アンテナ4から距離A1から進んで距離A2の位置にあるときとで、空間を伝播する距離の合計は、A1+B1=A2+B2となるため、圧電基板1が搬送経路6のどの位置にあったとしても、空間を伝播する距離は同じとなり、すなわち、空間を伝播することによる時間遅延は変化しないことになる。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the positional relationship of the
よって、時間領域での遅延時間を考慮した分析対象時間については、圧電基板1の移動によって変化しないため、測定の初期条件として最適化した分析対象時間のまま、分析をすればよいことになる。
Therefore, since the analysis target time considering the delay time in the time domain does not change due to the movement of the
なお、圧電基板1の受信アンテナ2aで電気信号を受信し、表面弾性波として圧電基板1上を伝播した後に圧電基板1の送信アンテナ2bから電気信号として送信するまでの間に、圧電基板1自身が移動する距離の影響について検討してみる。発明者が実験によって圧電基板1を表面弾性波が通過するためにかかる時間を測定した結果は約100nsであった。このことから、圧電基板1の一般的な搬送速度を鑑みると、100nsの間での移動距離は無視することができる。
Note that the
なお、圧電基板1の温度による表面弾性波への影響については、温度が変化することによる周波数特性の変化、例えば具体的には温度の変化による圧電基板1自体の膨張若しくは収縮、又は、それに伴う圧電基板1上に設けられた第一の櫛歯状電極8と第二の櫛歯状電極9との間隔の変化などの要因によって、表面弾性波の周波数特性が変化する。この表面弾性波の周波数特性の変化を圧電基板1の温度と関連付けることが可能であるために、高周波の電気信号を分析することで、圧電基板1の温度を温度算出手段75で測定することができる。
Regarding the influence of the temperature of the
以上のように、本実施形態によれば、温度測定対象である圧電基板1が移動し、計測部3と圧電基板1との距離が連続して変化する環境下において、計測部3から送信された電気信号71を受信して圧電基板1上の第一の櫛歯状電極8で表面弾性波として励振する。この表面弾性波が圧電基板1上を伝播する際に温度影響の情報を周波数特性として有した状態で、第二の櫛歯状電極9で電気信号に変換されて計測部3に送信される。このとき、距離による時間遅延が一定のため、圧電基板1に到達せずに計測部3が受信するような反射波などの時間遅延をノイズ11として区別することができ、圧電基板1の温度を分析するために圧電基板1上を表面弾性波として通過した電気信号を選択的に分析対象として圧電基板1の温度を温度算出手段75で算出することが出来る。
As described above, according to the present embodiment, in an environment where the
よって、無線で送受信するアンテナ4,2a,5,2b間距離が連続的に変動し、かつ圧電基板1の温度が連続的に変化する場合であっても、アンテナ4,2a,5,2b間距離及び圧電基板1の温度による影響と、圧電基板1を経由しないノイズ11の影響を低減することで、信頼性を向上することができる。
(変形例)
なお、図1の構成は高周波の表面弾性波による圧電基板1の通過特性S21を利用した構成であるが、変形例として、図6に示すような反射特性S11を利用した構成も可能である。図6の構成は、計測部3の送信アンテナ4と受信アンテナ5とを結ぶ搬送経路6に沿って圧電基板1が移動し、圧電基板1には送受信アンテナ14が設けてある。
Therefore, even if the distance between the
(Modification)
The configuration of FIG. 1 utilizes the transmission characteristics S21 of the
図7は、図6の本発明の実施形態の変形例における温度測定装置10Bの詳細な説明図である。圧電基板1には、計測部3と電気信号を送信あるいは受信するための送受信アンテナ14が設けられている。送受信アンテナ14は、圧電基板1上に設けられた櫛歯状電極15と電気的に接続されている。圧電基板1上において、この櫛歯状電極15と対向する位置に、反射器16が配置されている。
FIG. 7 is a detailed explanatory diagram of the
このような構成によれば、計測本体部3aに接続されている送信器4aの送信アンテナ4から送信される高周波の電気信号を、送受信アンテナ14で受信して、圧電基板1上に櫛歯状電極15で表面弾性波として励振したのち、励振された表面弾性波が圧電基板1上を伝播して反射器16で反射され、櫛歯状電極15に到達して、再び電気信号に変換されて、送受信アンテナ14から送信する。
According to such a configuration, a high-frequency electric signal transmitted from the transmitting
送受信アンテナ14から送信された、この電気信号を、計測本体部3aに接続されている受信器5aの受信アンテナ5で受信する。
This electrical signal transmitted from the transmitting/receiving
受信アンテナ5で受信された、この電気信号を温度算出手段75で分析することで、圧電基板1の温度を温度算出手段75で算出する。
The temperature calculation means 75 calculates the temperature of the
なお、反射特性S11を利用することで、圧電基板1上での表面弾性波の伝播による遅延時間は通過特性S21を利用する場合の2倍となるため、より時間遅延の出力波形は明確になる。
By using the reflection characteristic S11, the delay time due to the propagation of the surface acoustic wave on the
上述した構成によれば、反射特性S11を利用する場合であっても、通過特性S21を利用する場合と同様に、距離の変化の影響受けることなく、圧電基板1上を通過した高周波の電気信号だけを抽出して分析することが可能となるため、圧電基板1と計測部3の各アンテナ間の距離が連続的に変化する状況においても、温度測定装置10Bの温度測定精度を維持することが出来る。つまり、反射特性S11を利用する場合においても、分析対象時間を決定する際の時間領域のデータにおいて、圧電基板1の移動による距離の変化の影響を受けることは無いため、分析対象時間は一定のままでよい。
According to the above-described configuration, even when the reflection characteristic S11 is used, the high-frequency electric signal passing through the
なお、アンテナ間での高周波の電気信号の送受信を安定させるためには、通過特性S21を利用する場合は、偏波を利用することができる。図8はアンテナの配置による偏波の説明図である。図8の(a)に示すように、地面に対して垂直なアンテナ17による偏波を垂直偏波18と言い、図8の(b)に示すように、地面に対して水平なアンテナ17による偏波を水平偏波19と言う。マイクロ波より波長が長い(周波数が低い)場合は、送信する側と受信する側とでアンテナの偏波面を一致させないと、良好な通信ができないことがある。この際のロスを逆に利用するケースとして、垂直と水平とで分けることにより、お互いの干渉を減らすことができる。
In order to stabilize the transmission and reception of high-frequency electrical signals between antennas, polarized waves can be used when using the pass characteristic S21. FIG. 8 is an explanatory diagram of polarization due to the arrangement of antennas. As shown in FIG. 8(a), the polarized wave by the
図9の構成は、計測部3の送信アンテナ4を垂直方向(上下方向)沿いに立設して垂直偏波18となるように配置し、受信アンテナ5を水平方向沿いに配置して水平偏波19となるように配置する。一方、圧電基板1の受信アンテナ2aは垂直方向(上下方向)沿いに立設して垂直偏波18となるように配置し、圧電基板1の送信アンテナ2bは水平方向沿いに配置して水平偏波19となるように配置する。
In the configuration shown in FIG. 9, the transmitting
つまり、計測部3の送信アンテナ4から垂直偏波18を送信することで、圧電基板1の受信アンテナ2aは受信しやすいが、炉7の金属壁面などで反射したノイズ、又は、空間を経由して計測部3の受信アンテナ5に直接伝播する電気信号はロスが大きくなる。
In other words, by transmitting the vertically polarized
また、圧電基板1の送信アンテナ2bを水平偏波19となるように配置することで、圧電基板1を表面弾性波として伝播して、圧電基板1の送信アンテナ2bから送信された電気信号は水平偏波19となり、計測部3の受信アンテナ5でロスが少なく受信することが可能となる。
Further, by arranging the transmitting
これにより、圧電基板1を表面弾性波として伝播した、温度の分析に必要な電気信号だけをロスなく伝達することが可能となる。
As a result, it is possible to transmit only the electrical signal necessary for analyzing the temperature, which has propagated through the
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。 By appropriately combining any of the various embodiments or modifications described above, the respective effects can be obtained. In addition, combinations of embodiments, combinations of examples, or combinations of embodiments and examples are possible, as well as combinations of features in different embodiments or examples.
本発明の前記態様にかかる温度測定装置は、連続で移動する温度測定対象物の温度を計測する際に、ノイズなどの影響を大幅に低減することができ、圧電基板の温度による周波数特性を高精度に分析することが可能となる。このため、本発明の前記態様は、無線、無給電において高精度に温度を測定するシステムとして、搬送を伴う工業製品又は家電製品の製造工程又は各種電子部品の製造工程における乾燥炉、キュア炉、又はリフロー炉などの各種熱処理を行う熱処理方法及び装置に適用できる。 The temperature measuring device according to the above aspect of the present invention can greatly reduce the influence of noise when measuring the temperature of a continuously moving temperature measurement object, and can improve the frequency characteristics due to the temperature of the piezoelectric substrate. Accurate analysis becomes possible. For this reason, the above aspect of the present invention is a system for measuring temperature with high accuracy wirelessly and without power supply. Alternatively, it can be applied to a heat treatment method and apparatus for performing various heat treatments such as a reflow furnace.
1 圧電基板
2a 受信アンテナ
2b 送信アンテナ
3 計測部
3a 計測本体部
4 送信アンテナ
4a 送信器
5 受信アンテナ
5a 受信器
6 搬送経路
7 炉
8 第一の櫛歯状電極
9 第二の櫛歯状電極
10、10B 温度測定装置
11 反射ノイズ
12 直接波
13 金属壁面
14 送受信アンテナ
15 櫛歯状電極
16 反射器
17 アンテナ
18 垂直偏波
19 水平偏波
20 温度測定装置
21 圧電基板
22 アンテナ
23 第1櫛歯状電極
24 第2櫛歯状電極
25 インピーダンス変化型センサ
30 温度測定装置
31 圧電基板
32 第1櫛歯状電極
33 第2櫛歯状電極
34 第3櫛歯状電極
35 測定器
36 外部アンテナ
37 アンテナ
38 センサ
71 計測部から送信された電気信号
75 温度算出手段
1
Claims (2)
前記計測部との間で電気信号を送受信する圧電基板用のアンテナを備えた圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、前記計測部の前記計測部用の送信アンテナから受信した電気信号を前記圧電基板上に表面弾性波として励振し、かつ前記圧電基板上を伝播する表面弾性波を電気信号に変換する櫛歯状電極と、を備える温度測定装置であって、
直線状の搬送経路上を搬送される前記圧電基板の前記搬送経路の上流側に前記計測部用の送信アンテナと前記計測部用の受信アンテナとのいずれか一方が配置され、前記搬送経路の下流側に前記計測部用の送信アンテナと前記計測部用の受信アンテナとのいずれか他方が配置され、
前記計測部は、前記計測部用の受信アンテナで受信した電気信号を周波数領域から時間領域に変換し、前記圧電基板を表面弾性波として伝播することで遅延した時間に基づいて分析対象時間の範囲を決定し、決定した前記分析対象時間の範囲での前記圧電基板の温度を算出する温度算出手段を備える温度測定装置。 a measuring unit including a transmitting antenna for the measuring unit that wirelessly transmits a high-frequency electrical signal and a receiving antenna for the measuring unit that receives the signal;
a piezoelectric substrate including an antenna for the piezoelectric substrate that transmits and receives electrical signals to and from the measurement unit;
An electric signal received from a transmission antenna for the measurement unit of the measurement unit provided on the piezoelectric substrate is excited on the piezoelectric substrate as a surface acoustic wave, and the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is generated as an electric signal. A temperature measuring device comprising a comb-shaped electrode that converts into a signal,
Either one of the transmitting antenna for the measuring section and the receiving antenna for the measuring section is arranged upstream of the conveying path of the piezoelectric substrate conveyed on the linear conveying path, and downstream of the conveying path. Either the transmitting antenna for the measuring unit or the receiving antenna for the measuring unit is arranged on the side,
The measurement unit converts the electrical signal received by the receiving antenna for the measurement unit from the frequency domain to the time domain, and the range of time to be analyzed based on the time delayed by propagating the piezoelectric substrate as a surface acoustic wave. and calculating the temperature of the piezoelectric substrate within the determined analysis target time range.
前記圧電基板用のアンテナを構成しかつ前記第一の櫛歯状電極に電気的に接続された第一のアンテナと、
前記圧電基板用のアンテナを構成しかつ前記第二の櫛歯状電極に電気的に接続された第二のアンテナと、を備え、前記第一の櫛歯状電極は、前記計測部の前記計測部用の送信アンテナから受信した電気信号を前記圧電基板上に表面弾性波として励振し、前記第二の櫛歯状電極は、前記圧電基板上を伝播する表面弾性波を電気信号に変換し、
前記第一のアンテナと前記第二のアンテナとは互いに異なる偏波面に配置され、
前記第一のアンテナは、前記第一のアンテナと電気信号を送受信する前記計測部用の送信アンテナ又は前記計測部用の受信アンテナのいずれか一方と同じ偏波面に配置され、
前記第二のアンテナは、前記第二のアンテナと電気信号を送受信する前記計測部用の送信アンテナ又は前記計測部用の受信アンテナの他方と同じ偏波面に配置されている、請求項1に記載の温度測定装置。 a first comb-shaped electrode and a second comb-shaped electrode that constitute the comb-shaped electrode and are arranged on the piezoelectric substrate so as to face each other;
a first antenna constituting an antenna for the piezoelectric substrate and electrically connected to the first comb-shaped electrode;
a second antenna that constitutes an antenna for the piezoelectric substrate and is electrically connected to the second comb-shaped electrode, wherein the first comb-shaped electrode An electric signal received from a transmission antenna for the unit is excited as a surface acoustic wave on the piezoelectric substrate, and the second comb-shaped electrode converts the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate into an electric signal,
the first antenna and the second antenna are arranged in planes of polarization different from each other;
The first antenna is arranged in the same plane of polarization as either the transmission antenna for the measurement unit or the reception antenna for the measurement unit that transmits and receives electrical signals to and from the first antenna,
2. The second antenna according to claim 1, wherein said second antenna is arranged in the same plane of polarization as the other of said transmitting antenna for said measuring unit and said receiving antenna for said measuring unit that transmits and receives an electric signal to and from said second antenna. temperature measuring device.
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JP2021083319A JP2022176741A (en) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | temperature measuring device |
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