JP5885014B2 - Non-powered wireless sensor module and wireless physical quantity detection system - Google Patents

Non-powered wireless sensor module and wireless physical quantity detection system Download PDF

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Description

本発明は、無線通信を用いて物理的に離れた場所における種々の物理量を無給電で検出することができる無給電ワイヤレス式センサモジュールおよび同無給電ワイヤレス式センサモジュールを備えたワイヤレス式物理量検出システムに関する。   The present invention relates to a non-powered wireless sensor module capable of detecting various physical quantities in physically separated locations using wireless communication without power supply, and a wireless physical quantity detection system including the non-powered wireless sensor module. About.

従来から、光、音、超音波（振動）、圧力、温度、湿度、ガス、電界または磁界などの各種物理量に応じたインピーダンスに変化するインピーダンス変化型センサを備えて、無給電およびワイヤレス（無線）でインピーダンス変化型センサの検出信号をホスト装置に出力することができる無給電ワイヤレス式センサモジュールがある。   Conventionally, it is equipped with an impedance change type sensor that changes to impedance according to various physical quantities such as light, sound, ultrasonic wave (vibration), pressure, temperature, humidity, gas, electric field or magnetic field, and is non-powered and wireless (wireless) There is a non-powered wireless sensor module that can output the detection signal of the impedance change type sensor to the host device.

例えば、下記特許文献１には、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）と高周波信号とを相互に変換する表面弾性波変換ＩＤＴ（Interdigital
Transducer）と、受光素子が接続された表面弾性波反射ＩＤＴとを圧電基板上で対向配置するとともに、表面弾性波変換ＩＤＴと表面弾性波反射ＩＤＴとの間で表面弾性波を往復伝播させた際における表面弾性波反射ＩＤＴの反射率の変化による表面弾性波の変化に基づいて受光素子が受光した光量を検出する無給電ワイヤレス式フォトセンサが開示されている。 For example, Patent Document 1 below discloses a surface acoustic wave conversion IDT (Interdigital) that mutually converts a surface acoustic wave (SAW) and a high-frequency signal.
When the surface acoustic wave is reciprocally propagated between the surface acoustic wave conversion IDT and the surface acoustic wave reflection IDT, the transducer and the surface acoustic wave reflection IDT to which the light receiving element is connected are opposed to each other on the piezoelectric substrate. Discloses a non-powered wireless photosensor that detects the amount of light received by a light receiving element based on a change in surface acoustic wave due to a change in reflectance of the surface acoustic wave reflection IDT.

特開２００６−２６６８４６号公報JP 2006-266846 A

しかしながら、本発明者による実験によれば、上記特許文献１に記載した受光素子のようなインピーダンス変化型センサの両端子を表面弾性波反射ＩＤＴに接続した構成の無給電ワイヤレス式センサモジュール（図８参照）においては、インピーダンス変化型センサの共振現象によって反射係数Ｓ１１（ｄＢ）が二次曲線的に変化するため振幅が一意に定まるインピーダンスの幅が狭く、その結果、無給電ワイヤレス式センサモジュールにおけるセンサとしての感知幅が狭いという問題を知見した。   However, according to an experiment by the present inventor, a parasitic wireless sensor module having a configuration in which both terminals of an impedance change type sensor such as the light receiving element described in Patent Document 1 are connected to a surface acoustic wave reflection IDT (FIG. 8). In the reference), the reflection coefficient S11 (dB) changes in a quadratic curve due to the resonance phenomenon of the impedance change type sensor, so that the width of the impedance whose amplitude is uniquely determined is narrow. As a result, we found the problem that the perceived width was narrow.

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、従来の無給電ワイヤレス式センサモジュールに比べてセンサとしての感知幅を広くすることができる無給電ワイヤレス式センサモジュールおよび同無給電ワイヤレス式センサモジュールを備えたワイヤレス式物理量検出システムを提供することにある。   The present invention has been made to cope with the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a non-powered wireless sensor module and a non-powered power sensor capable of widening a sensing width as a sensor compared to a conventional non-powered wireless sensor module. An object of the present invention is to provide a wireless physical quantity detection system including a wireless sensor module.

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の特徴は、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と、２つの第１櫛歯状電極のうちの一方がアンテナに接続された状態で前記２つの第１櫛歯状電極が圧電基板上で互いに対向配置されて高周波電気信号と表面弾性波とを相互に変換する表面弾性波変換手段と、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と、２つの第２櫛歯状電極のうちの一方がインピーダンス変化型センサにおける一方の端子に接続された状態で前記２つの第２櫛歯状電極が圧電基板上で互いに対向配置されて表面弾性波変換手段によって励振された表面弾性波を反射する表面弾性波反射手段とを備え、表面弾性波変換手段、インピーダンス変化型センサおよび表面弾性波反射手段が電気的にフローティング状態で表面弾性波変換手段における他方の第１櫛歯状電極、表面弾性波反射手段における他方の第２櫛歯状電極およびインピーダンス変化型センサにおける他方の端子が、互いに電気的に接続され、表面弾性波反射手段における表面弾性波の反射率が前記インピーダンス変化型センサのインピーダンスにより変化することにある。
In order to achieve the above object, a feature of the present invention described in claim 1 is that a piezoelectric substrate which is made of a piezoelectric body exhibiting a piezoelectric effect and can propagate a surface acoustic wave, and a drive signal transmitted wirelessly are received. In addition, an antenna that mutually converts radio waves and high-frequency electrical signals to wirelessly transmit a response signal, and the two first comb teeth in a state where one of the two first comb electrodes is connected to the antenna. A surface acoustic wave converting means for mutually converting a high-frequency electrical signal and a surface acoustic wave by mutually opposingly arranging electrode-like electrodes on a piezoelectric substrate, an impedance change type sensor whose impedance changes according to a physical quantity received from the outside, and 2 The two second comb-shaped electrodes are arranged opposite to each other on the piezoelectric substrate in a state where one of the two second comb-shaped electrodes is connected to one terminal of the impedance change type sensor. And a surface acoustic wave reflecting means for reflecting the surface acoustic wave excited by the surface acoustic wave conversion means Te, the surface acoustic wave conversion unit, the surface acoustic impedance change type sensor and the surface acoustic wave reflecting means in an electrically floating state The other first comb-like electrode in the wave converting means, the other second comb-like electrode in the surface acoustic wave reflecting means, and the other terminal in the impedance change type sensor are electrically connected to each other, and the surface acoustic wave reflecting means That is, the reflectance of the surface acoustic wave varies depending on the impedance of the impedance variable sensor.

このように構成した請求項１に記載した本発明の特徴によれば、無給電ワイヤレス式センサモジュールは、アンテナが接続されて高周波電気信号と表面弾性波とを相互に変換する表面弾性波変換手段、インピーダンス変化型センサ、および同インピーダンス変化型センサが接続されて表面弾性波変換手段が励振した表面弾性波を反射させる表面弾性波反射手段が、互いに電気的に接続されている。そして、この場合、表面弾性波変換手段、インピーダンス変化型センサ、および表面弾性波反射手段が互いに電気的に接続されている場合とは、直流的、交流的および／または高周波的に接続されていることを含むものである。これにより、本発明者の実験によれば、インピーダンス変化型センサの共振現象を抑えて反射係数Ｓ１１（ｄＢ）の二次曲線的変化範囲を狭めることができ、従来の無給電ワイヤレス式センサモジュールに比べてセンサとしての感知幅を約２０％増加させることができることを確認した。   According to the characteristics of the present invention as set forth in claim 1, the parasitic wireless sensor module includes a surface acoustic wave conversion means for mutually converting a high-frequency electrical signal and a surface acoustic wave by connecting an antenna. The impedance change type sensor and the surface acoustic wave reflection means for reflecting the surface acoustic wave excited by the surface acoustic wave conversion means connected to the impedance change type sensor are electrically connected to each other. In this case, the surface acoustic wave converting means, the impedance change type sensor, and the surface acoustic wave reflecting means are electrically connected to each other in a direct current, alternating current and / or high frequency manner. Including things. As a result, according to the experiments of the present inventors, it is possible to suppress the resonance phenomenon of the impedance change type sensor and narrow the quadratic change range of the reflection coefficient S11 (dB). In comparison, it was confirmed that the sensing width as a sensor can be increased by about 20%.

また、請求項２に記載した本発明の他の特徴は、前記無給電ワイヤレス式センサモジュールにおいて、表面弾性波反射手段は、表面弾性波変換手段に対向する位置に設けられていることにある。   According to another aspect of the present invention, the surface acoustic wave reflecting means is provided at a position facing the surface acoustic wave converting means in the parasitic wireless sensor module.

このように構成した請求項２に係る本発明の他の特徴によれば、無給電ワイヤレス式センサモジュールは、表面弾性波反射手段が表面弾性波変換手段に対向する位置に設けられている。これにより、表面弾性波変換手段と表面弾性波反射手段との間における表面弾性波の伝播損失を抑えて効率的に表面弾性波を伝播できるとともに無給電ワイヤレス式センサモジュールをコンパクトに構成することができる。   According to another aspect of the present invention according to claim 2 configured as described above, the parasitic wireless sensor module is provided at a position where the surface acoustic wave reflecting means faces the surface acoustic wave converting means. As a result, the surface acoustic wave can be efficiently propagated by suppressing the propagation loss of the surface acoustic wave between the surface acoustic wave conversion means and the surface acoustic wave reflection means, and the parasitic wireless sensor module can be configured compactly. it can.

また、請求項３に記載した本発明の他の特徴は、前記無給電ワイヤレス式センサモジュールにおいて、さらに、圧電基板は、表面弾性波変換手段と表面弾性波反射手段との間における表面弾性波の伝搬領域の外側領域に、表面弾性波変換手段および／または表面弾性波反射手段への表面弾性波の反射を防止するための反射防止部を有することにある。   According to another aspect of the present invention as set forth in claim 3, in the parasitic wireless sensor module, the piezoelectric substrate further includes a surface acoustic wave between the surface acoustic wave conversion means and the surface acoustic wave reflection means. The object is to have an antireflection portion for preventing the surface acoustic wave conversion means and / or the surface acoustic wave reflection means from reflecting to the outer area of the propagation area.

このように構成した請求項３に係る本発明の他の特徴によれば、無給電ワイヤレス式センサモジュールは、圧電基板における表面弾性波変換手段と表面弾性波反射手段との間の外側領域に表面弾性波の反射を防止するための反射防止部が設けられている。これにより、無給電ワイヤレス式センサモジュールは、圧電基板上における表面弾性波の多重反射を抑制することができ、表面弾性波変換手段による表面弾性波の検出精度を向上させることができる。   According to another aspect of the present invention according to claim 3 configured as described above, the parasitic wireless sensor module has a surface in an outer region between the surface acoustic wave conversion means and the surface acoustic wave reflection means in the piezoelectric substrate. An antireflection part for preventing reflection of elastic waves is provided. Thereby, the non-powered wireless sensor module can suppress the multiple reflection of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate, and can improve the detection accuracy of the surface acoustic wave by the surface acoustic wave conversion means.

また、請求項４に記載した本発明の他の特徴は、前記無給電ワイヤレスセンサモジュールにおいて、反射防止部は、表面弾性波の伝搬方向に対して圧電基板の縁部が斜めに傾斜して形成されていることにある。   According to still another aspect of the present invention as set forth in claim 4, in the parasitic wireless sensor module, the antireflection portion is formed such that an edge portion of the piezoelectric substrate is inclined obliquely with respect to a propagation direction of the surface acoustic wave. There is in being.

このように構成した請求項４に係る本発明の他の特徴によれば、無給電ワイヤレス式センサモジュールは、反射防止部が各表面弾性波の進行方向に対して圧電基板の縁部が斜めに延びて形成されている。これにより、簡単な構成で圧電基板上における表面弾性波の多重反射を抑制することができ、表面弾性波変換手段による表面弾性波の検出精度を向上させることができる。   According to another aspect of the present invention according to claim 4 configured as described above, in the parasitic wireless sensor module, the edge of the piezoelectric substrate is inclined with respect to the traveling direction of each surface acoustic wave. It is formed to extend. Thereby, the multiple reflection of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate can be suppressed with a simple configuration, and the detection accuracy of the surface acoustic wave by the surface acoustic wave conversion means can be improved.

また、請求項５に記載した本発明の他の特徴は、前記無給電ワイヤレスセンサモジュールにおいて、インピーダンス変化型センサは、物理量に応じて電荷を蓄える容量が変化する可変キャパシタ、物理量に応じてインダクタンスが変化する可変インダクタ、および物理量に応じて抵抗が変化する可変抵抗のうちの少なくとも１つを含むことことにある。すなわち、無給電ワイヤレスセンサモジュールにおけるインピーダンス変化型センサは、物理現象によってインピーダンスが変化する素子を広く採用することができる。   According to another aspect of the present invention as set forth in claim 5, in the non-powered wireless sensor module, the impedance change type sensor has a variable capacitor whose capacity for storing electric charge changes according to a physical quantity, and an inductance according to a physical quantity. It is intended to include at least one of a variable inductor that changes and a variable resistor whose resistance changes according to a physical quantity. That is, the impedance change type sensor in the non-powered wireless sensor module can widely employ elements whose impedance changes due to a physical phenomenon.

この場合、物理現象としては、例えば、光電効果（光電子放出効果、光伝導効果、光起電力効果など）、熱現象（ゼーベック効果、焦電効果など）、圧電現象、音（または振動）現象、磁気現象（ホール効果、磁気抵抗効果など）、電子放出効果（熱電子放出効果、電界放出効果など）、超伝導現象（ジョセフソン効果など）、化学現象（吸着現象、イオン移動など）がある。   In this case, physical phenomena include, for example, photoelectric effect (photoelectron emission effect, photoconduction effect, photovoltaic effect, etc.), thermal phenomenon (Seebeck effect, pyroelectric effect, etc.), piezoelectric phenomenon, sound (or vibration) phenomenon, There are magnetic phenomena (Hall effect, magnetoresistive effect, etc.), electron emission effects (thermoelectron emission effect, field emission effect, etc.), superconducting phenomena (Josephson effect, etc.), and chemical phenomena (adsorption phenomenon, ion transfer, etc.).

また、光電効果を利用したインピーダンス変化型のセンサや素子としては、例えば、光導電セル、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＰＳＤ、太陽電池およびＵＶトロン（「炎センサ」ともいう）などがある。なお、この場合、「ＵＶトロン」とは、金属の光電効果とガス倍増効果を利用した紫外線センサであり、特に炎から出る微弱な紫外線も検出することができるものである。すなわち、インピーダンス変化型センサとしてＵＶトロンを用いることにより、無給電ワイヤレス炎検出器や火災報知器を構成することができる。   Examples of the impedance change type sensor or element utilizing the photoelectric effect include a photoconductive cell, a photodiode, a phototransistor, a PSD, a solar cell, and a UV tron (also referred to as “flame sensor”). In this case, the “UV tron” is an ultraviolet sensor that uses the photoelectric effect and gas doubling effect of metal, and can detect particularly weak ultraviolet rays emitted from a flame. That is, a non-powered wireless flame detector and a fire alarm can be configured by using a UV tron as an impedance change type sensor.

また、熱現象を利用したインピーダンス変化型のセンサや素子としては、例えば、熱伝対、サーモパイル、サーミスタ、量子型赤外線センサ、焦電温度センサおよび焦電形赤外線センサなどがある。また、圧電現象を利用したインピーダンス変化型のセンサや素子としては、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）、加圧導電シート（ゴム）、トーションバー、ストレンゲージ（ロードセル）、ダイアフラムおよびマイクロフォン（圧電式）などがある。また、音現象または振動現象を利用したインピーダンス変化型のセンサや素子としては、例えば、マイクロフォン（電磁式）、振動センサおよび衝撃センサなどがある。また、磁気現象を利用したインピーダンス変化型のセンサや素子としては、例えば、ホール素子、ＭＲ素子および半導体磁気抵抗素子変位センサなどがある。また、電子放出効果を利用したインピーダンス変化型センサとしては、例えば、電離真空計などがある。また、超伝導現象を利用したインピーダンス変化型のセンサや素子としては、例えば、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）などがある。また、化学現象を利用したインピーダンス変化型のセンサや素子としては、例えば、セラミック湿度センサ、半導体ガスセンサおよび固体電解質形酸素センサなどがある。そして、これらのインピーダンス変化型のセンサや素子は、単独でまたはこれらを適宜組み合わせて用いることができる。これらにより、請求項５に係る本発明の他の特徴によれば、幅広い種類の物理量を効率的に検出することができる。   Examples of impedance change type sensors and elements that use thermal phenomena include thermocouples, thermopiles, thermistors, quantum infrared sensors, pyroelectric temperature sensors, and pyroelectric infrared sensors. Examples of impedance change type sensors and elements using piezoelectric phenomena include piezoelectric elements (piezo elements), pressurized conductive sheets (rubbers), torsion bars, strain gauges (load cells), diaphragms, and microphones (piezoelectric type). and so on. In addition, examples of the impedance change type sensor or element using a sound phenomenon or a vibration phenomenon include a microphone (electromagnetic type), a vibration sensor, and an impact sensor. Examples of the impedance change type sensor or element using a magnetic phenomenon include a Hall element, an MR element, and a semiconductor magnetoresistive element displacement sensor. Moreover, as an impedance change type sensor using the electron emission effect, for example, there is an ionization vacuum gauge. Moreover, as an impedance change type sensor or element using a superconducting phenomenon, for example, there is a SQUID (superconducting quantum interference element). In addition, examples of the impedance change type sensor or element using a chemical phenomenon include a ceramic humidity sensor, a semiconductor gas sensor, and a solid electrolyte oxygen sensor. These impedance change type sensors and elements can be used alone or in appropriate combination. Thus, according to another aspect of the present invention according to claim 5, a wide variety of physical quantities can be detected efficiently.

また、請求項６に記載した本発明の他の特徴は、前記無給電ワイヤレスセンサモジュールにおいて、さらに、導電性を有する材料で構成されて少なくとも圧電基板上に配置される前記他方の第１櫛歯状電極および前記他方の第２櫛歯状電極に対して対向配置される導電性基板を備え、前記他方の第１櫛歯状電極、前記他方の第２櫛歯状電極および前記インピーダンス変化型センサにおける他方の端子が導電性基板を介して互いに電気的に接続されることにある。 According to still another aspect of the present invention as set forth in claim 6, in the parasitic wireless sensor module, the other first comb teeth that are made of a conductive material and are disposed on at least the piezoelectric substrate. And the other second comb- shaped electrode, the other first comb- shaped electrode, the other second comb- shaped electrode, and the impedance change sensor The other terminals in the circuit are electrically connected to each other through the conductive substrate.

このように構成した請求項６に係る本発明の他の特徴によれば、無給電ワイヤレス式センサモジュールは、導電性を有する材料で構成され、少なくとも圧電基板上に配置される前記他方の第１櫛歯状電極と前記他方の第２櫛歯状電極と間に対応する大きさおよび形状に形成されて圧電基板に対向配置される導電性を有する導電性基板を介して表面弾性波変換手段、表面弾性波反射手段およびインピーダンス変化型センサが電気的に接続される。これにより、スルーホールやワイヤボンディングなどにより、少なくとも圧電基板上に配置される表面弾性波変換手段と表面弾性波反射手段とを容易に電気的に接続することができる。また、導電性基板をインピーダンス変化型センサに達する大きさおよび／または形状に形成することにより、表面弾性波変換手段、表面弾性波反射手段およびインピーダンス変化型センサを容易に電気的に接続することができる。 According to another aspect of the present invention according to claim 6 configured as described above, the parasitic wireless sensor module is made of a conductive material and is disposed on at least the piezoelectric substrate. A surface acoustic wave conversion means through a conductive substrate having a conductivity formed in a size and a shape corresponding to the space between the comb- shaped electrode and the other second comb- shaped electrode; The surface acoustic wave reflecting means and the impedance change type sensor are electrically connected. Thereby, at least the surface acoustic wave converting means and the surface acoustic wave reflecting means arranged on the piezoelectric substrate can be easily electrically connected by through holes, wire bonding, or the like. In addition, the surface acoustic wave conversion means, the surface acoustic wave reflection means, and the impedance change type sensor can be easily electrically connected by forming the conductive substrate in a size and / or shape that reaches the impedance change type sensor. it can.

また、本発明は無給電ワイヤレスセンサモジュールの発明として実施できるばかりでなく、無給電ワイヤレスセンサモジュールを備えた同無給電ワイヤレス式センサモジュールを備えたワイヤレス式物理量検出システムの発明としても実施できるものである。   Further, the present invention can be implemented not only as an invention of a non-powered wireless sensor module, but also as an invention of a wireless physical quantity detection system including the non-powered wireless sensor module including the non-powered wireless sensor module. is there.

具体的には、請求項６に示すように、物理量の検出対象に設置される請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載した無給電ワイヤレス式センサモジュールと、無給電ワイヤレス式センサモジュールに対して駆動信号を無線送信するとともに、無給電ワイヤレス式センサモジュールから無線送信される応答信号を受信して前記検出対象における物理量を検出するホスト装置とを備えるとよい。これによれば、上記無給電ワイヤレス式センサモジュールと同様な作用効果を期待することができる。   Specifically, as shown in claim 6, a non-powered wireless sensor module according to any one of claims 1 to 5 installed in a physical quantity detection target, and a non-powered wireless type A host device may be provided that wirelessly transmits a drive signal to the sensor module and receives a response signal wirelessly transmitted from the non-powered wireless sensor module to detect a physical quantity in the detection target. According to this, it is possible to expect the same effect as the non-powered wireless sensor module.

本発明に係る無給電ワイヤレス式センサモジュールを含むワイヤレス式物理量検出システム２００の構成を模式的に示した斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a configuration of a wireless physical quantity detection system 200 including a non-powered wireless sensor module according to the present invention. 本発明の変形例に係る無給電ワイヤレス式センサモジュールの構成の一部を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically a part of structure of the non-powered wireless sensor module which concerns on the modification of this invention. 本発明の他の変形例に係る無給電ワイヤレス式センサモジュールの構成の一部を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically a part of structure of the non-powered wireless sensor module which concerns on the other modification of this invention. 本発明の他の変形例に係る無給電ワイヤレス式センサモジュールの構成の一部を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically a part of structure of the non-powered wireless sensor module which concerns on the other modification of this invention. （Ａ），（Ｂ）は本発明の他の変形例に係る無給電ワイヤレス式センサモジュールの構成の一部を模式的に示す図であり、（Ａ）は無給電ワイヤレス式センサモジュールの平面図であり、（Ｂ）は無給電ワイヤレス式センサモジュールの正面図である。(A), (B) is a figure which shows typically a part of structure of the non-powered wireless sensor module which concerns on the other modification of this invention, (A) is a top view of a non-powered wireless sensor module (B) is a front view of a non-powered wireless sensor module. 本発明の他の変形例に係る無給電ワイヤレス式センサモジュールの構成の一部を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically a part of structure of the non-powered wireless sensor module which concerns on the other modification of this invention. 本発明の他の変形例に係る無給電ワイヤレス式センサモジュールの構成の一部を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically a part of structure of the non-powered wireless sensor module which concerns on the other modification of this invention. 従来技術に係る無給電ワイヤレス式センサモジュールの構成の一部を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically a part of structure of the non-powered wireless sensor module which concerns on a prior art.

以下、本発明に係る無給電ワイヤレス式センサモジュールの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る無給電ワイヤレス式センサモジュール（以下、単に「センサモジュール」という）２００を含むワイヤレス式物理量検出システム１００の構成を模式的に示した斜視図である。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。このセンサモジュール２００は、ホスト装置３００から物理的に離れた場所で物理量（本実施形態においては温度）を検出するとともに検出した物理量に対応する電気信号を無線通信を介してホスト装置３００に出力する検出装置である。   Hereinafter, an embodiment of a non-powered wireless sensor module according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a wireless physical quantity detection system 100 including a non-powered wireless sensor module (hereinafter simply referred to as “sensor module”) 200 according to the present invention. Note that the drawings referred to in this specification are schematically shown by exaggerating some of the components in order to facilitate understanding of the present invention. For this reason, the dimension, ratio, etc. between each component may differ. The sensor module 200 detects a physical quantity (temperature in this embodiment) at a location physically separated from the host apparatus 300 and outputs an electrical signal corresponding to the detected physical quantity to the host apparatus 300 via wireless communication. It is a detection device.

（センサモジュール２００の構成）
ワイヤレス式物理量検出システム１００は、主として、センサモジュール２００とホスト装置３００とで構成されている。センサモジュール２００は、筐体２０１内に圧電基板２０２を備えている。筐体２０１は、センサモジュール２００を構成する圧電基板２０２を含む各種部品を収めるケースであり、金属材料や樹脂材料によって構成されている。なお、図１においては、筐体２０１を二点鎖線で示している。
(Configuration of sensor module 200)
The wireless physical quantity detection system 100 mainly includes a sensor module 200 and a host device 300. The sensor module 200 includes a piezoelectric substrate 202 in a housing 201. The housing 201 is a case that houses various components including the piezoelectric substrate 202 that constitutes the sensor module 200, and is made of a metal material or a resin material. In FIG. 1, the housing 201 is indicated by a two-dot chain line.

圧電基板２０２は、圧電効果によって表面弾性波（破線波線で示す）を発生させるとともに発生させた表面弾性波を伝搬する部品であり、表面弾性波の発生および伝搬が可能な素材で構成されている。より具体的には、圧電基板２０２は、圧電効果によって表面弾性波を発生させる圧電体（「圧電素子」ともいう）によって構成されている。この場合、圧電体としては、各種結晶体（例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、水晶、ランガサイト）や、圧電効果を示す高分子材料（例えば、ＰＶＤＦ）などを用いることができる。本実施形態においては、圧電基板２０２は、結晶体で構成されている。なお、表面弾性波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）とは、弾性体の表面を伝播する縦波および／または横波からなる波である。 The piezoelectric substrate 202 is a component that generates surface acoustic waves (indicated by broken lines) by the piezoelectric effect and propagates the generated surface acoustic waves, and is made of a material that can generate and propagate surface acoustic waves. . More specifically, the piezoelectric substrate 202 is configured by a piezoelectric body (also referred to as “piezoelectric element”) that generates surface acoustic waves by a piezoelectric effect. In this case, as the piezoelectric body, various crystal bodies (for example, lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), crystal, langasite), a polymer material exhibiting a piezoelectric effect (for example, PVDF), and the like Can be used. In the present embodiment, the piezoelectric substrate 202 is made of a crystal. A surface acoustic wave (SAW) is a wave composed of a longitudinal wave and / or a transverse wave that propagates on the surface of an elastic body.

この圧電基板２０２は、図示左右方向に延びる平行四辺形状の板状体に形成されている。本実施形態においては、圧電基板２０２は、約７ｍｍ×４ｍｍ×１ｍｍの大きさで形成されている。この圧電基板２０２の大きさや形状は、センサモジュール２００の使用場所、使用条件、および励振する表面弾性波（図１において破線波線で示す）の周波数などに応じて適宜決定されるものである。また、圧電基板２０２の厚さは、励振する表面弾性波の波長の１波長以上の厚さであればよいが、好ましくは同波長の３倍以上の厚さで構成するとよい。   The piezoelectric substrate 202 is formed as a parallelogram-shaped plate extending in the horizontal direction in the figure. In the present embodiment, the piezoelectric substrate 202 is formed with a size of about 7 mm × 4 mm × 1 mm. The size and shape of the piezoelectric substrate 202 are appropriately determined according to the use place of the sensor module 200, the use conditions, the frequency of the surface acoustic wave to be excited (indicated by the broken line in FIG. 1), and the like. Moreover, the thickness of the piezoelectric substrate 202 may be a thickness that is one wavelength or more of the wavelength of the surface acoustic wave to be excited, but is preferably configured to have a thickness that is three times or more the same wavelength.

圧電基板２０２における長手方向両端部には、反射防止部２０３ａ，２０３ｂが設けられている。反射防止部２０３ａ，２０３ｂは、後述する表面弾性変換ＩＤＴ２０６によって励振された表面弾性波および表面弾性波反射ＩＤＴ２０７によって反射された表面弾性波の表面弾性波変換ＩＤＴ２０６および表面弾性波反射ＩＤＴ２０７への反射を防止するための部分である。本実施形態においては、反射防止部２０３ａ，２０３ｂは、平行四辺形に形成された圧電基板２０２における長手方向両端部の互いに平行に延びる２つの斜辺によって構成されている。本実施形態においては、反射防止部２０３ａ，２０３ｂを構成する２つの斜辺は、圧電基板２０２の長辺に対して約６０°の角度で形成されている。   Antireflection portions 203 a and 203 b are provided at both longitudinal ends of the piezoelectric substrate 202. The antireflection units 203a and 203b reflect the surface acoustic wave excited by the surface acoustic conversion IDT 206 described later and the surface acoustic wave reflected by the surface acoustic wave reflection IDT 207 to the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207. This is a part to prevent. In the present embodiment, the antireflection portions 203a and 203b are configured by two oblique sides extending in parallel with each other at both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 202 formed in a parallelogram. In the present embodiment, the two oblique sides constituting the antireflection portions 203 a and 203 b are formed at an angle of about 60 ° with respect to the long side of the piezoelectric substrate 202.

なお、圧電基板２０２は、前記圧電体と、表面弾性波を伝搬可能な基体とを組み合わせて構成することもできる。例えば、圧電基板２０２は、ＰＺＴなどの圧電セラミックスや酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなる圧電薄膜をガラス、シリコンまたは樹脂などからなる基板表面の全面または部分的に積層して構成することもできる。   The piezoelectric substrate 202 can also be configured by combining the piezoelectric body and a substrate capable of propagating surface acoustic waves. For example, the piezoelectric substrate 202 is configured by laminating a piezoelectric thin film made of piezoelectric ceramics such as PZT, zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN) or the like on the entire surface or part of the substrate surface made of glass, silicon, resin, or the like. You can also

この圧電基板２０２は、絶縁層２０４で被覆された導電性基板２０５上に固定されている。絶縁層２０４は、導電性基板２０５を筐体２０１内において電気的に絶縁して静電遮蔽するための誘電体層であり、高分子材料（例えば、ＢＣＢ、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂など）やセラミック材料で構成されている。なお、図１においては、導電性基板２０５の構成を明確に表すために導電性基板２０５の側面における絶縁層２０４を敢えて省略して示すとともに断面をハッチングで示している。また、導電性基板２０５は、後述する表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９に共通電位を供給するための導体で構成された板状の部材ある。本実施形態においては、導電性基板２０５は銅板によって構成されている。この導電性基板２０５は、絶縁層２０４によって筐体２０１内において完全に電気的に絶縁されて静電遮蔽された状態で固定されている。   The piezoelectric substrate 202 is fixed on a conductive substrate 205 covered with an insulating layer 204. The insulating layer 204 is a dielectric layer for electrically insulating and electrostatically shielding the conductive substrate 205 in the housing 201, and is made of a polymer material (for example, BCB, epoxy resin, polyimide resin, etc.) or ceramic. Consists of materials. In FIG. 1, in order to clearly show the configuration of the conductive substrate 205, the insulating layer 204 on the side surface of the conductive substrate 205 is omitted and the cross section is hatched. The conductive substrate 205 is a plate-like member made of a conductor for supplying a common potential to a surface acoustic wave conversion IDT 206, a surface acoustic wave reflection IDT 207, and a thermistor 209, which will be described later. In the present embodiment, the conductive substrate 205 is made of a copper plate. The conductive substrate 205 is fixed in a state where it is completely electrically insulated and electrostatically shielded in the housing 201 by the insulating layer 204.

一方、圧電基板２０２の図示上面には、長手方向両側に互いに対向した状態で表面弾性波変換ＩＤＴ２０６および表面弾性波反射ＩＤＴ２０７がそれぞれ設けられている。これらのうち、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６は、後述するアンテナ２０８から入力する高周波信号に対応する表面弾性波を圧電基板２０２に励振するとともに、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７によって反射された表面弾性波を受けて同受信した表面弾性波に対応する高周波信号を生成してアンテナ２０８に出力する電極である。すなわち、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６は、アンテナ２０８と圧電基板２０２との間で高周波信号と表面弾性波とを相互に変換する電極であり、本発明に係る表面弾性波変換手段に相当する。   On the other hand, a surface acoustic wave conversion IDT 206 and a surface acoustic wave reflection IDT 207 are provided on the upper surface of the piezoelectric substrate 202 in the state of being opposed to each other in the longitudinal direction. Among these, the surface acoustic wave conversion IDT 206 excites a surface acoustic wave corresponding to a high frequency signal input from an antenna 208 described later to the piezoelectric substrate 202 and receives the surface acoustic wave reflected by the surface acoustic wave reflection IDT 207. This is an electrode that generates a high-frequency signal corresponding to the received surface acoustic wave and outputs it to the antenna 208. That is, the surface acoustic wave conversion IDT 206 is an electrode that mutually converts a high-frequency signal and a surface acoustic wave between the antenna 208 and the piezoelectric substrate 202, and corresponds to a surface acoustic wave conversion unit according to the present invention.

また、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７は、前記表面弾性波変換ＩＤＴ２０６によって励振された表面弾性波を同表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に向けて反射するための電極であり、本発明に係る表面弾性波反射手段に相当する。これらの表面弾性波変換ＩＤＴ２０６および表面弾性波反射ＩＤＴ２０７は、それぞれ２つの櫛歯状電極、具体的には、２つの第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂおよび２つの櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂがそれぞれ互いに対向配置されたＩＤＴ（Interdigital
Transducer）によって構成されている。 The surface acoustic wave reflection IDT 207 is an electrode for reflecting the surface acoustic wave excited by the surface acoustic wave conversion IDT 206 toward the surface acoustic wave conversion IDT 206. The surface acoustic wave reflection IDT 207 is applied to the surface acoustic wave reflection means according to the present invention. Equivalent to. Each of the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207 includes two comb-like electrodes, specifically, two first comb-like electrodes 206a and 206b and two comb-like electrodes 207a and 207b. IDTs (Interdigital) arranged opposite each other
Transducer).

各２つの第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂおよび第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂは、圧電基板２０２に対して電圧を加えまたは受けることができる電極であり、正極（＋）側および負極（―）側の一対の櫛歯状の電極によって構成されている。具体的には、直線状に延びる基部から直交する方向に互いに平行に延びる複数の電極指によって構成された２つの櫛歯状の電極が、互いの電極指間に入り込んだ状態で形成されている。   Each of the two first comb-shaped electrodes 206a and 206b and the second comb-shaped electrodes 207a and 207b is an electrode that can apply or receive a voltage to the piezoelectric substrate 202. The positive electrode (+) side and the negative electrode ( It is composed of a pair of comb-like electrodes on the −) side. Specifically, two comb-like electrodes composed of a plurality of electrode fingers extending in parallel to each other in a direction orthogonal to a linearly extending base are formed in a state of being inserted between the electrode fingers. .

これらの第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂおよび第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂのうち、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６を構成する第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂは、正極側の電極指と負極側の電極指との間隔Ｐが、励振する表面弾性波の波長の１／２の整数倍の長さに設定されている。本実施形態においては、第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂにおける各正極側の電極指と各負極側の電極指との間隔Ｐは、２つの第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂによって励振する表面弾性波の波長の１／２の長さに設定している。また、一対の櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂを構成する各電極指間の間隔λも、励振する表面弾性波の波長の整数倍の長さに設定されている。   Of these first comb-shaped electrodes 206a and 206b and second comb-shaped electrodes 207a and 207b, the first comb-shaped electrodes 206a and 206b constituting the surface acoustic wave conversion IDT 206 are the positive electrode finger and the negative electrode. The distance P between the electrode fingers on the side is set to a length that is an integral multiple of 1/2 the wavelength of the surface acoustic wave to be excited. In the present embodiment, the spacing P between the positive electrode fingers and the negative electrode fingers of the first comb electrodes 206a and 206b is the surface excited by the two first comb electrodes 206a and 206b. The length is set to 1/2 of the wavelength of the elastic wave. Further, the interval λ between the electrode fingers constituting the pair of comb-like electrodes 206a and 206b is also set to a length that is an integral multiple of the wavelength of the surface acoustic wave to be excited.

一方、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７を構成する第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂは、必ずしも、各正極側の電極指と各負極側の電極指との間隔Ｐや材質などの構成を第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂと同一にする必要はないが、本実施形態においては、第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂは第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂと同一に構成されている。   On the other hand, the second comb-shaped electrodes 207a and 207b constituting the surface acoustic wave reflection IDT 207 are not necessarily limited to the configuration of the first comb teeth, such as the interval P and the material between the electrode fingers on the positive electrode side and the electrode fingers on the negative electrode side. However, in the present embodiment, the second comb-like electrodes 207a and 207b are configured the same as the first comb-like electrodes 206a and 206b.

また、第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂ（表面弾性波反射ＩＤＴ２０７）は、第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂ（表面弾性波変換ＩＤＴ２０６）に対して第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂが励振する表面弾性波の図示右側の伝搬方向上に配置される。この場合、第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂと第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂとの距離は、センサモジュール２００の仕様（使用条件、励振する表面弾性波の周波数など）に応じて適宜決定されるものであり、特に限定されるものではない。この場合、例えば、第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂと第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂとは、第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂによって励振される表面弾性波の振幅とは無関係に配置してもよいし、同表面弾性波の振幅が２つの第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂの電極指間に一致するように表面弾性波の波長の整数倍の間隔を介して配置することもできる。   The second comb-like electrodes 207a and 207b (surface acoustic wave reflection IDT 207) are excited by the first comb-like electrodes 206a and 206b with respect to the first comb-like electrodes 206a and 206b (surface acoustic wave conversion IDT 206). The surface acoustic wave is arranged in the propagation direction on the right side of the figure. In this case, the distance between the second comb-shaped electrodes 207a and 207b and the first comb-shaped electrodes 206a and 206b is appropriately determined according to the specifications of the sensor module 200 (use conditions, frequency of surface acoustic wave to be excited, etc.). There is no particular limitation. In this case, for example, the first comb-shaped electrodes 206a and 206b and the second comb-shaped electrodes 207a and 207b are arranged regardless of the amplitude of the surface acoustic wave excited by the first comb-shaped electrodes 206a and 206b. Alternatively, the surface acoustic wave may be arranged through an interval that is an integral multiple of the wavelength of the surface acoustic wave so that the amplitude of the surface acoustic wave matches between the electrode fingers of the two second comb-shaped electrodes 207a and 207b. it can.

これらの各２つずつの第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂおよび第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂは、Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｐｔなどの金属単体、これらの組み合わせ、またはこれらの合金によって構成されており、圧電基板２０２の長手方向に沿って表面弾性波を励振させる向き、具体的には、櫛歯状の電極指が圧電基板２０２の長手方向に直交する向きで設けられている。これらの各２つずつの第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂおよび第２櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂは、スパッタ法、フォトリソグラフィーなどにより圧電基板２０２の表面にそれぞれ形成される。   Each of the two first comb-like electrodes 206a and 206b and the second comb-like electrodes 207a and 207b is composed of a single metal such as Al, Au, Cu, Cr, Ti, Pt, a combination thereof, or these In which the surface acoustic wave is excited along the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 202, specifically, the comb-like electrode fingers are provided in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 202. ing. Each of these two first comb-shaped electrodes 206a and 206b and second comb-shaped electrodes 207a and 207b are formed on the surface of the piezoelectric substrate 202 by sputtering, photolithography, or the like.

表面弾性波変換ＩＤＴ２０６を構成する２つの第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂは、一方の第１櫛歯状電極２０６ａがアンテナ２０８に接続されるとともに、他方の第１櫛歯状電極２０６ｂが導電性基板２０５に接続されている。アンテナ２０８は、ホスト装置３００から送信される電波（図１において破線屈曲線で示す）を高周波信号に変換して表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に出力するとともに、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６によって生成された高周波信号を電波に変換して送信出力する送受信器である。なお、このアンテナ２０８と表面弾性波変換ＩＤＴ２０６における第１櫛歯状電極２０６ａとの間には、互いのインピーダンスを整合させるための図示しないインピーダンスマッチング回路が設けられている。   The two first comb-shaped electrodes 206a and 206b constituting the surface acoustic wave conversion IDT 206 have one first comb-shaped electrode 206a connected to the antenna 208 and the other first comb-shaped electrode 206b conducting. Connected to the conductive substrate 205. The antenna 208 converts a radio wave (indicated by a broken line in FIG. 1) transmitted from the host device 300 into a high-frequency signal and outputs the high-frequency signal to the surface acoustic wave conversion IDT 206, and the high-frequency signal generated by the surface acoustic wave conversion IDT 206 Is a transmitter / receiver that converts a signal into a radio wave and transmits it. An impedance matching circuit (not shown) is provided between the antenna 208 and the first comb-like electrode 206a in the surface acoustic wave conversion IDT 206 for matching the impedances of each other.

一方、表面弾性波変換ＩＤＴ２０７を構成する２つの櫛歯状電極２０７ａ，２０７ｂは、一方の第２櫛歯状電極２０７ａがサーミスタ２０９に接続されるとともに、他方の第２櫛歯状電極２０７ｂが導電性基板２０５に接続されている。サーミスタ２０９は、外部から受ける温度変化に対してインピーダンスが著しく変化するとともに同温度に対応する電気信号を出力する半導体素子である。このサーミスタ２０９は、一方の端子２０９ａが表面弾性波反射ＩＤＴ２０７を構成する第２櫛歯状電極２０７ａに接続されるとともに他方の端子２０９ｂが導電性基板２０５に接続された状態で、導電性基板２０５上に固定されている。   On the other hand, in the two comb-like electrodes 207a and 207b constituting the surface acoustic wave conversion IDT 207, one second comb-like electrode 207a is connected to the thermistor 209 and the other second comb-like electrode 207b is electrically conductive. Connected to the conductive substrate 205. The thermistor 209 is a semiconductor element that outputs an electrical signal corresponding to the temperature while the impedance changes remarkably with respect to the temperature change received from the outside. This thermistor 209 has a conductive substrate 205 in a state where one terminal 209a is connected to the second comb-like electrode 207a constituting the surface acoustic wave reflection IDT 207 and the other terminal 209b is connected to the conductive substrate 205. It is fixed on the top.

すなわち、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９が導電性基板２０５を介してそれぞれ電気的に接続されている。これにより、センサモジュール２００は、センサモジュール２００の電気系全体が他の電気系、例えば、センサモジュール２００が設置される場所やホスト装置３００の電気系から浮いた所謂フローティング状態となっている。なお、図１においては、理解を容易にするために表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９は、導電性基板２０５に対してそれぞれ導線によって接続されている。しかし、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９と導電性基板２０５との接続方法は、電気的に接続されていればよく、例えば、各種ボンディングやスルーホールによって接続することができる。   That is, the surface acoustic wave conversion IDT 206, the surface acoustic wave reflection IDT 207, and the thermistor 209 are electrically connected through the conductive substrate 205. Thereby, the sensor module 200 is in a so-called floating state in which the entire electrical system of the sensor module 200 is floated from another electrical system, for example, the place where the sensor module 200 is installed or the electrical system of the host device 300. In FIG. 1, the surface acoustic wave conversion IDT 206, the surface acoustic wave reflection IDT 207, and the thermistor 209 are connected to the conductive substrate 205 by conducting wires for easy understanding. However, the surface acoustic wave conversion IDT 206, the surface acoustic wave reflection IDT 207, and the thermistor 209 may be connected to the conductive substrate 205 as long as they are electrically connected. For example, they can be connected by various bondings or through holes. .

ホスト装置３００は、センサモジュール２００に対して表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に高周波信号を供給するための駆動信号（電波）を送信するとともにセンサモジュール２００から送信される応答信号（電波）を受信して表面弾性波変換ＩＤＴ２０６によって生成された電気信号を解析する計算装置である。すなわち、本実施形態においては、このホスト装置３００は、物理的に離れた場所に設置されるセンサモジュール２００からの応答信号を解析してセンサモジュール２００の設置場所における物理量（本実施形態においては、温度）を計算する。なお、このホスト装置３００は、内蔵する各種回路を駆動するための電源を備え、または電源に接続されるように構成されている。   The host device 300 transmits a drive signal (radio wave) for supplying a high-frequency signal to the surface acoustic wave conversion IDT 206 to the sensor module 200 and receives a response signal (radio wave) transmitted from the sensor module 200. It is a calculation device that analyzes the electrical signal generated by the elastic wave conversion IDT 206. That is, in the present embodiment, the host device 300 analyzes a response signal from the sensor module 200 installed at a physically separated location, and determines a physical quantity (in this embodiment, at the installation location of the sensor module 200). Temperature). The host device 300 includes a power source for driving various built-in circuits or is configured to be connected to the power source.

（センサモジュール２００の作動）
次に、上記のように構成したセンサモジュール２００の作動について説明する。センサモジュール２００の使用者は、センサモジュール２００をホスト装置３００から物理的な離れた場所であって温度測定の対象となる場所に設置する。この場合、センサモジュール２００は、電源を持たないとともにホスト装置３００からの駆動信号の送信がないため、作動停止状態にある。次いで、使用者は、ホスト装置３００の電源をＯＮにするとともにホスト装置３００の作動を開始させる。これにより、ホスト装置３００は、センサモジュール２００に表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に高周波信号を供給してセンサモジュール２００からの応答信号を得るための駆動信号を送信する。この場合、ホスト装置３００は、駆動信号をバースト出力することにより、センサモジュール２００からの応答信号を検波し易くなる。 (Operation of sensor module 200)
Next, the operation of the sensor module 200 configured as described above will be described. A user of the sensor module 200 installs the sensor module 200 in a place physically separated from the host device 300 and a target of temperature measurement. In this case, since the sensor module 200 does not have a power supply and does not transmit a drive signal from the host device 300, the sensor module 200 is in an operation stopped state. Next, the user turns on the power of the host device 300 and starts the operation of the host device 300. Accordingly, the host device 300 supplies a high frequency signal to the surface acoustic wave conversion IDT 206 to the sensor module 200 and transmits a drive signal for obtaining a response signal from the sensor module 200. In this case, the host device 300 can easily detect the response signal from the sensor module 200 by outputting the drive signal in a burst.

ホスト装置３００から送信された駆動信号は、センサモジュール２００のアンテナ２０８によって受信される。アンテナ２０８は、受信した電波（駆動信号）に対応する高周波信号に変換して表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に出力する。表面弾性波変換ＩＤＴ２０６は、アンテナ２０８から出力された高周波信号に対応する表面弾性波を圧電基板２０２上に励振する。これにより、圧電基板２０２上に励振された表面弾性波は、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６の中心として反射防止部２０３ａ側および表面弾性波反射ＩＤＴ２０７側にそれぞれ伝搬する。これらのうち、反射防止部２０３ａ側に伝搬した表面弾性波は、反射防止部２０３ａによって圧電基板２０２の図示下側の長辺に向って反射する。これにより、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６から反射防止部２０３ａ側に伝搬した表面弾性波が再び表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に戻ることが防止される。   The drive signal transmitted from the host device 300 is received by the antenna 208 of the sensor module 200. The antenna 208 converts the received radio wave (driving signal) into a high-frequency signal and outputs it to the surface acoustic wave conversion IDT 206. The surface acoustic wave conversion IDT 206 excites a surface acoustic wave corresponding to the high frequency signal output from the antenna 208 on the piezoelectric substrate 202. Thereby, the surface acoustic wave excited on the piezoelectric substrate 202 propagates to the antireflection portion 203a side and the surface acoustic wave reflection IDT 207 side as the center of the surface acoustic wave conversion IDT 206, respectively. Of these, the surface acoustic wave propagated to the antireflection portion 203a is reflected by the antireflection portion 203a toward the lower long side of the piezoelectric substrate 202 in the figure. Thereby, the surface acoustic wave propagated from the surface acoustic wave conversion IDT 206 to the antireflection portion 203a side is prevented from returning to the surface acoustic wave conversion IDT 206 again.

一方、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７側に向って伝搬した表面弾性波は、一部が表面弾性波反射ＩＤＴ２０７によって表面弾性波変換ＩＤＴ２０６側に反射されるとともに、他の一部が表面弾性波反射ＩＤＴ２０７を通り抜ける。この場合、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７を通り抜けた表面弾性波は、反射防止部２０３ｂによって圧電基板２０２の図示上側の長辺に向って反射する。これにより、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７を通り抜けた表面弾性波が再び表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に戻ることが防止される。   On the other hand, a part of the surface acoustic wave propagated toward the surface acoustic wave reflection IDT 207 side is reflected by the surface acoustic wave reflection IDT 207 to the surface acoustic wave conversion IDT 206 side, and the other part is reflected by the surface acoustic wave reflection IDT 207. Go through. In this case, the surface acoustic wave that has passed through the surface acoustic wave reflection IDT 207 is reflected by the antireflection portion 203b toward the upper side of the piezoelectric substrate 202 in the figure. This prevents the surface acoustic wave that has passed through the surface acoustic wave reflection IDT 207 from returning to the surface acoustic wave conversion IDT 206 again.

また、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７は、第２櫛歯状電極２０７ａに接続されたサーミスタ２０９のインピーダンスに応じた反射率によって表面弾性波を反射する。より具体的には、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７は、受けた表面弾性波に応じた高周波信号を生成してサーミスタ２０９に出力する。この場合、サーミスタ２０９は、サーミスタ２０９の周囲温度に応じたインピーダンスとなっている。このため、サーミスタ２０９に接続された表面弾性波反射ＩＤＴ２０７のインピーダンスがサーミスタ２０９のインピーダンスの変化に応じて変化する。すなわち、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７のインピーダンスは、サーミスタ２０９の周囲の温度に応じて変化する。   The surface acoustic wave reflection IDT 207 reflects the surface acoustic wave with a reflectance according to the impedance of the thermistor 209 connected to the second comb-like electrode 207a. More specifically, the surface acoustic wave reflection IDT 207 generates a high frequency signal corresponding to the received surface acoustic wave and outputs it to the thermistor 209. In this case, the thermistor 209 has an impedance corresponding to the ambient temperature of the thermistor 209. For this reason, the impedance of the surface acoustic wave reflection IDT 207 connected to the thermistor 209 changes according to the change in the impedance of the thermistor 209. That is, the impedance of the surface acoustic wave reflection IDT 207 changes according to the temperature around the thermistor 209.

そして、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７から出力された高周波信号は、サーミスタ２０９および表面弾性波反射ＩＤＴ２０７のインピーダンス変化に応じて変化した後、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７によって表面弾性波に変換される。すなわち、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７における表面弾性波の反射率は、サーミスタ２０９の周囲温度に応じたものとなる。   The high-frequency signal output from the surface acoustic wave reflection IDT 207 changes in accordance with impedance changes of the thermistor 209 and the surface acoustic wave reflection IDT 207, and is then converted into a surface acoustic wave by the surface acoustic wave reflection IDT 207. That is, the reflectance of the surface acoustic wave in the surface acoustic wave reflection IDT 207 corresponds to the ambient temperature of the thermistor 209.

したがって、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７は、サーミスタ２０９のインピーダンス（換言すれば、周囲温度）に応じた所定の反射率によって表面弾性波を反射させる。表面弾性波反射ＩＤＴ２０７によって所定の反射率で反射された表面弾性波は、圧電基板２０２上を表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に向って伝搬する。表面弾性波変換ＩＤＴ２０６は、受信した表面弾性波に対応する高周波信号に変換するとともに同高周波信号をアンテナ２０８に出力する。アンテナ２０８は、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６から出力された高周波信号を電波（応答信号）に変換して送信する。アンテナ２０８から送信された応答信号は、ホスト装置３００によって受信される。   Therefore, the surface acoustic wave reflection IDT 207 reflects the surface acoustic wave with a predetermined reflectance according to the impedance of the thermistor 209 (in other words, ambient temperature). The surface acoustic wave reflected at a predetermined reflectance by the surface acoustic wave reflection IDT 207 propagates on the piezoelectric substrate 202 toward the surface acoustic wave conversion IDT 206. The surface acoustic wave conversion IDT 206 converts the received surface acoustic wave into a high frequency signal corresponding to the received surface acoustic wave and outputs the high frequency signal to the antenna 208. The antenna 208 converts the high frequency signal output from the surface acoustic wave conversion IDT 206 into a radio wave (response signal) and transmits the radio wave. The response signal transmitted from the antenna 208 is received by the host device 300.

なお、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７は、表面弾性波を反射させる際、反射防止部２０３ｂ側にも表面弾性波を励振させる。この場合、反射防止部２０３ｂ側に伝搬した表面弾性波は、反射防止部２０３ｂによって圧電基板２０２の図示上側の長辺に向って反射する。これにより、表面弾性波用反射ＩＤＴ２０７から反射防止部２０３ｂ側に伝搬した表面弾性波が再び表面弾性波反射ＩＤＴ２０７に戻ることが防止される。   The surface acoustic wave reflection IDT 207 excites the surface acoustic wave also on the antireflection portion 203b side when reflecting the surface acoustic wave. In this case, the surface acoustic wave propagated to the antireflection portion 203b is reflected by the antireflection portion 203b toward the long side on the upper side of the piezoelectric substrate 202 in the drawing. As a result, the surface acoustic wave propagated from the surface acoustic wave reflection IDT 207 to the antireflection portion 203b side is prevented from returning to the surface acoustic wave reflection IDT 207 again.

そして、ホスト装置３００は、受信した電波（応答信号）を高周波電気信号に変換した後、この高周波信号を解析することによりサーミスタ２０９の検出した温度を計算する。この場合、ホスト装置３００による信号の発信と受信との間には、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７との距離（伝搬経路長）や圧電基板２０２での伝搬速度に応じた遅延が生じる。したがって、ホスト装置３００は、この遅延時間を利用して受信信号を検波する。また、ホスト装置３００は、センサモジュール２００への送信信号をバースト出力した場合には、より精度良く受信信号を検波することができる。   Then, the host device 300 converts the received radio wave (response signal) into a high-frequency electric signal, and then calculates the temperature detected by the thermistor 209 by analyzing the high-frequency signal. In this case, a delay corresponding to the distance (propagation path length) between the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207 and the propagation speed in the piezoelectric substrate 202 is between the transmission and reception of the signal by the host device 300. Arise. Therefore, the host device 300 detects the received signal using this delay time. Further, the host device 300 can detect the received signal with higher accuracy when the transmission signal to the sensor module 200 is output in bursts.

次に、本発明者によるセンサモジュール２００のセンサとして感知幅の測定実験について説明する。本発明者は、本発明に係るセンサモジュール２００のセンサとして感知幅と
従来技術に係るセンサモジュール９０のセンサとして感知幅とを測定する実験を行なった。図８は、従来技術に係るセンサモジュール９０を示している。この従来技術に係るセンサモジュール９０は、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６における第１櫛歯状電極２０６ｂをアースに接続するとともに、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７における他方の櫛歯状電極である第２櫛歯状電極２０７ｂとサーミスタ２０９の他方の端子２０９ｂとを互いに接続した構成において本発明に係るセンサモジュール２００と相違する。 Next, a measurement experiment of the sensing width as a sensor of the sensor module 200 by the inventor will be described. The inventor conducted an experiment to measure the sensing width as the sensor of the sensor module 200 according to the present invention and the sensing width as the sensor of the sensor module 90 according to the related art. FIG. 8 shows a sensor module 90 according to the prior art. The sensor module 90 according to the prior art connects the first comb-shaped electrode 206b in the surface acoustic wave conversion IDT 206 to the ground and the second comb-shaped electrode which is the other comb-shaped electrode in the surface acoustic wave reflection IDT 207. The configuration in which 207b and the other terminal 209b of the thermistor 209 are connected to each other is different from the sensor module 200 according to the present invention.

この測定結果により本発明者は、従来技術に係るセンサモジュール９０のセンサの感知幅に対して本発明に係るセンサモジュール２００のセンサとして感知幅が約２０％増加したことを確認した。すなわち、本発明に係るセンサモジュール２００によれば、従来技術に係るセンサモジュール９０に比べて検出対象となる物理量をより広範な範囲で検出することができる。このように、センサモジュール２００のセンサとして感知幅が約２０％増加する理由としては、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９を互い接続して共通電位を供給することにより、サーミスタ２０９の共振を抑えることができたためと考えられる。   From this measurement result, the present inventor confirmed that the sensing width of the sensor module 200 according to the present invention was increased by about 20% with respect to the sensing width of the sensor module 90 according to the prior art. That is, according to the sensor module 200 according to the present invention, it is possible to detect a physical quantity to be detected in a wider range compared to the sensor module 90 according to the related art. As described above, the reason why the sensing width of the sensor module 200 is increased by about 20% is that the surface acoustic wave conversion IDT 206, the surface acoustic wave reflection IDT 207, and the thermistor 209 are connected to each other to supply a common potential. This is probably because the resonance of 209 could be suppressed.

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、センサモジュール２００（ワイヤレス式物理量検出システム１００）は、アンテナ２０８が接続されて高周波電気信号と表面弾性波とを相互に変換する表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、インピーダンス変化型センサとしてのサーミスタ２０９および同サーミスタ２０９が接続されて表面弾性波変換ＩＤＴ２０６が励振した表面弾性波を反射させる表面弾性波反射ＩＤＴ２０７が、互いに電気的に接続されて共通電位となる導電性基板２０５に接続されている。これにより、本発明者の実験によれば、サーミスタ２０９の共振現象を抑えて従来の無給電ワイヤレス式センサモジュールに比べてセンサとしての感知幅を約２０％増加させることができる。   As can be understood from the above description of operation, according to the above embodiment, the sensor module 200 (wireless physical quantity detection system 100) is a surface to which an antenna 208 is connected and which converts a high-frequency electrical signal and a surface acoustic wave into each other. The elastic wave conversion IDT 206, the thermistor 209 as an impedance change type sensor, and the surface acoustic wave reflection IDT 207 that reflects the surface acoustic wave excited by the surface acoustic wave conversion IDT 206 are connected to each other and are commonly connected. It is connected to a conductive substrate 205 that becomes a potential. As a result, according to the experiment of the present inventor, it is possible to suppress the resonance phenomenon of the thermistor 209 and increase the sensing width as a sensor by about 20% compared to the conventional non-powered wireless sensor module.

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記変形例の説明においては、参照する各図における上記実施形態と同様の構成部分に同じ符号または対応する符号を付すとともに直接関わらない部分については一部の構成を適宜省略して示して、それらの説明も省略する。また、各図において、破線矢印は表面弾性波を示す。   Furthermore, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention. In the following description of the modification, the same or corresponding reference numerals are given to the same constituent parts as those in the above-described embodiments in each of the drawings to be referred to, and parts of the parts that are not directly related are omitted as appropriate. The description thereof is also omitted. Moreover, in each figure, the broken-line arrow shows a surface acoustic wave.

例えば、上記実施形態においては、センサモジュール２００は、サーミスタ２０９を備えることによりサーミスタ２０９の周囲温度に応じて表面弾性波反射ＩＤＴ２０７における表面弾性波の反射率を変化させるように構成した。すなわち、サーミスタ２０９が、本発明に係るインピーダンス変化型センサに相当する。しかし、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７における表面弾性波の反射率を変化させるためのインピーダンス変化型センサは、外部から受ける物理量の変化に応じてインピーダンスが変化するもの、すなわち、キャパシタ、インダクタンスまたは抵抗が変化する素子であれば、必ずしもサーミスタに限定されるものではない。すなわち、インピーダンス変化型センサは、光、音、超音波（振動）、圧力、温度、湿度、ガス、電界または磁界などの物理量に応じたインピーダンスとなるインピーダンス変換素子を用いることができる。この場合、例えば、温度検出であればサーミスタのほかサーモスタットや熱伝対、圧力検出であればストレンゲージ（ロードセル）や圧電素子（ピエゾ素子）、光検出であればフォトダイオードやフォトレジスタなどを用いることができる。なお、インピーダンス変化型センサは、前記した各種インピーダンス変換素子を単独で、またはこれらを適宜組み合わせて構成することができる。   For example, in the above embodiment, the sensor module 200 is configured to change the reflectance of the surface acoustic wave in the surface acoustic wave reflection IDT 207 according to the ambient temperature of the thermistor 209 by including the thermistor 209. That is, the thermistor 209 corresponds to the impedance change type sensor according to the present invention. However, the impedance change type sensor for changing the reflectance of the surface acoustic wave in the surface acoustic wave reflection IDT 207 changes in impedance according to the change in physical quantity received from the outside, that is, changes in the capacitor, inductance or resistance. If it is an element, it is not necessarily limited to a thermistor. That is, the impedance change type sensor can use an impedance conversion element having an impedance corresponding to a physical quantity such as light, sound, ultrasonic wave (vibration), pressure, temperature, humidity, gas, electric field, or magnetic field. In this case, for example, a thermostat or thermocouple is used in addition to a thermistor for temperature detection, a strain gauge (load cell) or a piezoelectric element (piezo element) is used for pressure detection, and a photodiode or a photoresistor is used for light detection. be able to. In addition, the impedance change type sensor can be configured by combining various impedance conversion elements described above alone or in combination as appropriate.

また、上記実施形態においては、インピーダンス変化型センサであるサーミスタ２０９を圧電基板２０２および導電性基板２０５と同じ筐体２０１内に配置した。しかし、サーミスタ２０９などによって構成されるインピーダンス変化型センサは、これらを収める筐体２０１の外側に配置されていてもよい。   In the above embodiment, the thermistor 209 which is an impedance change type sensor is arranged in the same casing 201 as the piezoelectric substrate 202 and the conductive substrate 205. However, the impedance change type sensor constituted by the thermistor 209 or the like may be arranged outside the casing 201 that houses them.

また、上記実施形態においては、センサモジュール２００におけるアンテナ２０８は、図１に示されるようにポール形のアンテナを採用している。しかし、アンテナ２０８は、ホスト装置３００との間で電波の送受信、すなわち、駆動信号の受信と応答信号の送信を行うことができる形式のものであれば、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、アンテナ２０８は、フィルム状やコイル状のアンテナを採用することができる。また、アンテナ２０８の配置位置も筐体２０１の外側であっても内側であってもよい。また、アンテナ２０８としてフィルム状のアンテナを採用した場合、このフィルム状のアンテナ２０８は、圧電基板２０２の表裏面や絶縁層２０４で被覆された導電性基板２０５の表裏面に貼り付けて設けることもできる。   In the above embodiment, the antenna 208 in the sensor module 200 employs a pole-shaped antenna as shown in FIG. However, the antenna 208 is not limited to the above embodiment as long as it has a format capable of transmitting and receiving radio waves with the host apparatus 300, that is, receiving drive signals and transmitting response signals. . In other words, the antenna 208 can be a film or coil antenna. In addition, the arrangement position of the antenna 208 may be outside or inside the housing 201. When a film-like antenna is employed as the antenna 208, the film-like antenna 208 may be attached to the front and back surfaces of the piezoelectric substrate 202 or the conductive substrate 205 covered with the insulating layer 204. it can.

また、上記実施形態においては、センサモジュール２００は、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９を導電性基板２０５に接続することにより、これらの表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９を互いに電気的に接続して共通電位を供給するように構成した。しかし、センサモジュール２００は、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９は互いに電気的に接続されて共通電位が供給されていればよく、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。   In the above embodiment, the sensor module 200 connects the surface acoustic wave conversion IDT 206, the surface acoustic wave reflection IDT 207, and the thermistor 209 to the conductive substrate 205, so that these surface acoustic wave conversion IDT 206, surface acoustic wave reflection The IDT 207 and the thermistor 209 are electrically connected to each other to supply a common potential. However, in the sensor module 200, the surface acoustic wave conversion IDT 206, the surface acoustic wave reflection IDT 207, and the thermistor 209 need only be electrically connected to each other and supplied with a common potential, and are not necessarily limited to the above embodiment. .

例えば、センサモジュール２００は、図２に示すように、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６の第１櫛歯状電極２０６ｂ、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７の第２櫛歯状電極２０７ｂおよびサーミスタ２０９の他方の端子２０９ｂを互いに直結することにより、これらの表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９に共通電位を供給するように構成することもできる。   For example, as shown in FIG. 2, the sensor module 200 includes a first comb electrode 206b of the surface acoustic wave conversion IDT 206, a second comb electrode 207b of the surface acoustic wave reflection IDT 207, and the other terminal 209b of the thermistor 209. By directly connecting each other, a common potential can be supplied to the surface acoustic wave conversion IDT 206, the surface acoustic wave reflection IDT 207, and the thermistor 209.

また、上記実施形態においては、導電性基板２０５は、圧電基板２０２およびサーミスタ２０９を載置可能な大きさおよび形状に形成した。これにより、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６、表面弾性波反射ＩＤＴ２０７およびサーミスタ２０９を容易に電気的に接続することができる。しかし、導電性基板２０５は、導電性を有する材料で構成され、少なくとも圧電基板２０２上に配置される他方の第１櫛歯電極２０６ｂと他方の第２櫛歯電極２０７ｂ間に対応する大きさおよび形状に形成されて圧電基板２０２に対向配置されていれば、スルーホールやワイヤボンディングなどにより、少なくとも圧電基板２０２上に配置される表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７とを容易に電気的に接続することができる。なお、導電性基板２０５を構成する材料は、上記実施形態における銅材のほか電気を通すことができる材料（電気伝導率が高い材料）であれば特に限定されるものではない。例えば、導電性基板２０５の材料としては、アルミニウムなどの軽金属、金や銀などの貴金属、導電性セラミックおよび導電性高分子などを用いることができる。また、導電性基板２０５は、これらの材料を適宜組み合わせて構成することができるとともに、これらの材料と絶縁材料との組み合わせ、例えば、高周波回路で多用されるガラスエポキシ基板の両面に銅箔を設けて導電性基板２０５を構成することもできる。   Further, in the above embodiment, the conductive substrate 205 is formed in a size and shape on which the piezoelectric substrate 202 and the thermistor 209 can be placed. Accordingly, the surface acoustic wave conversion IDT 206, the surface acoustic wave reflection IDT 207, and the thermistor 209 can be easily electrically connected. However, the conductive substrate 205 is made of a conductive material and has a size corresponding to at least between the other first comb electrode 206b and the other second comb electrode 207b disposed on the piezoelectric substrate 202. If formed in a shape and disposed opposite to the piezoelectric substrate 202, at least the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207 disposed on the piezoelectric substrate 202 can be easily electrically connected by through holes or wire bonding. Can be connected to. In addition, the material which comprises the conductive substrate 205 will not be specifically limited if it is the material (material with high electrical conductivity) which can conduct electricity besides the copper material in the said embodiment. For example, as a material of the conductive substrate 205, a light metal such as aluminum, a noble metal such as gold or silver, a conductive ceramic, a conductive polymer, or the like can be used. In addition, the conductive substrate 205 can be configured by appropriately combining these materials, and a combination of these materials and an insulating material, for example, copper foil is provided on both surfaces of a glass epoxy substrate frequently used in a high-frequency circuit. Thus, the conductive substrate 205 can be formed.

また、上記実施形態においては、圧電基板２０２における長手方向両端部の２つの斜辺をそれぞれ反射防止部２０３ａ，２０３とした。しかし、反射防止部２０３ａ，２０３ｂは、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６および／または表面弾性波反射ＩＤＴ２０７から励振された表面弾性波の表面弾性波変換ＩＤＴ２０６および／または表面弾性波反射ＩＤＴ２０７への反射を防止することができれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、反射防止部２０３ａ，２０３は、圧電基板２０２上における表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７との間における表面弾性波の伝搬領域の外側領域に設けられていればよい。この場合、反射防止部２０３ａ，２０３は、表面弾性波の進行方向の延長線上に設けるとよい。   In the above embodiment, the two hypotenuses at both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 202 are the antireflection portions 203a and 203, respectively. However, the antireflection units 203a and 203b prevent reflection of the surface acoustic wave excited from the surface acoustic wave conversion IDT 206 and / or the surface acoustic wave reflection IDT 207 to the surface acoustic wave conversion IDT 206 and / or the surface acoustic wave reflection IDT 207. If possible, it is not necessarily limited to the above embodiment. In other words, the antireflection portions 203a and 203 only need to be provided in the outer region of the surface acoustic wave propagation region between the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207 on the piezoelectric substrate 202. In this case, the antireflection portions 203a and 203 are preferably provided on an extension line in the traveling direction of the surface acoustic wave.

例えば、反射防止部２０３ａ，２０３ｂは、図３に示すように、圧電基板２０２を図示左右方向に延びる略長方形状に形成するとともに、この略長方形状の圧電基板２０２における長手方向両端辺を連続する凹凸形状に形成することができる。これによれば、反射防止部２０３ａ，２０３ｂに達した表面弾性波を分散することができる。   For example, the antireflection portions 203a and 203b, as shown in FIG. 3, form the piezoelectric substrate 202 in a substantially rectangular shape extending in the left-right direction in the figure, and the longitudinal ends of the substantially rectangular piezoelectric substrate 202 are continuous. It can be formed in an uneven shape. According to this, the surface acoustic waves that have reached the antireflection portions 203a and 203b can be dispersed.

また、例えば、図４に示すように、圧電基板２０２を図示左右方向に延びる長方形状に形成するとともに、この長方形状の圧電基板２０２上の対角線状に表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７とを互いに対向配置する。すなわち、長方形状に形成した圧電基板２０２における対角を反射防止部２０３ａ，２０３ｂとすることもできる。これによっても、反射防止部２０３ａ，２０３ｂに達した表面弾性波を分散することができる。また、この場合、圧電基板２０２の対角によって構成される反射防止部２０３ａ，２０３ｂを、前記変形例における図３に示した凹凸形状を採用することもできる。なお、上記実施形態および各変形例を含めて、圧電基板２０２における表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７と間の結晶の面方位は、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７と間で表面弾性波が効率的に伝搬する面方位、例えば、Ａ面サファイア基板を用いる場合には、六角柱形状のサファイア単結晶の（１１２０）の面方位で示される面方位が好適であり、Ｒ面サファイア基板を用いる場合には、サファイア単結晶の（０１１２）の面方位で示される面が表面となる面方位が好適である。   Further, for example, as shown in FIG. 4, the piezoelectric substrate 202 is formed in a rectangular shape extending in the horizontal direction in the figure, and the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207 are diagonally formed on the rectangular piezoelectric substrate 202. Are arranged opposite to each other. That is, the diagonal in the rectangular piezoelectric substrate 202 can be the antireflection portions 203a and 203b. This also makes it possible to disperse the surface acoustic waves that have reached the antireflection portions 203a and 203b. Further, in this case, the uneven shape shown in FIG. 3 in the modified example can be adopted for the antireflection portions 203a and 203b configured by the diagonal of the piezoelectric substrate 202. It should be noted that the crystal orientation between the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207 in the piezoelectric substrate 202, including the above-described embodiment and each modification, is between the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207. In the case of using a plane orientation in which surface acoustic waves propagate efficiently, for example, an A-plane sapphire substrate, the plane orientation indicated by the (1120) plane orientation of a hexagonal columnar sapphire single crystal is preferred, and R When a plane sapphire substrate is used, a plane orientation in which the plane indicated by the (0112) plane orientation of the sapphire single crystal is the surface is preferable.

また、例えば、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、圧電基板２０２を図示左右方向に延びる長方形状に形成するとともに、この長方形状の圧電基板２０２における長手方向両端部の上面に吸振性を有する弾性体や粘性体（例えば、エポキシ樹脂、ゴム材、シリコンゴムおよびグリースなど）からなる反射防止部２０３ａ，２０３ｂを設けることもできる。この弾性体や粘性体によって構成される反射防止部２０３ａ，２０３ｂは、上記実施形態、前記図２および図３に示した各変形例における各反射防止部２０３ａ，２０３ｂに代えてまたは加えて用いることができることは、当然である。   Further, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B, the piezoelectric substrate 202 is formed in a rectangular shape extending in the left-right direction in the figure, and vibration is absorbed on the upper surfaces of both ends in the longitudinal direction of the rectangular piezoelectric substrate 202. It is also possible to provide antireflection portions 203a and 203b made of an elastic body or a viscous body (for example, epoxy resin, rubber material, silicon rubber, grease, etc.). The antireflection portions 203a and 203b constituted by the elastic body and the viscous body are used in place of or in addition to the antireflection portions 203a and 203b in the above-described embodiment and the modifications shown in FIGS. It is natural that you can.

また、上記実施形態および各変形例を含めて各反射防止部２０３ａ，２０３ｂは、反射防止部２０３ａおよび反射防止部２０３ｂのうちのいずれか一方で構成してもよいし、反射防止部２０３ａ，２０３ｂによって反射される表面弾性波の伝搬方向上に更に設けるようにしてもよい。   In addition, each of the antireflection portions 203a and 203b including the above-described embodiment and each modification may be configured by either one of the antireflection portion 203a or the antireflection portion 203b, or the antireflection portions 203a and 203b. It may be further provided in the propagation direction of the surface acoustic wave reflected by.

また、圧電基板２０２上における表面弾性波の反射を考慮する必要がない場合、例えば、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６によって変換された高周波信号の中から必要な高周波信号を各種演算処理にて抽出可能な場合などには、反射防止部２０３ａ，２０３ｂを省略することもできる。   In addition, when it is not necessary to consider the reflection of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate 202, for example, when a necessary high frequency signal can be extracted from the high frequency signal converted by the surface acoustic wave conversion IDT 206 by various arithmetic processes. For example, the antireflection portions 203a and 203b can be omitted.

また、上記実施形態においては、センサモジュール２００は、一組の表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７とを設けた。しかし、センサモジュール２００は、複数組の表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７とを設けることもできる。この場合、各組における表面弾性波の伝搬経路長を互いに異なるものとした所謂タグを用いることにより各組のごとの応答信号を区別するようにするとよい。   In the above embodiment, the sensor module 200 is provided with a set of surface acoustic wave conversion IDT 206 and surface acoustic wave reflection IDT 207. However, the sensor module 200 may be provided with a plurality of sets of surface acoustic wave conversion IDTs 206 and surface acoustic wave reflection IDTs 207. In this case, it is preferable to distinguish the response signals for each group by using so-called tags having different propagation lengths of surface acoustic waves in each group.

また、センサモジュール２００は、１つの表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に対して２つ以上の表面弾性波反射ＩＤＴ２０７を設けて構成することができるとともに、１つの表面弾性波反射ＩＤＴ２０７に対して２つ以上の表面弾性波変換ＩＤＴ２０６を設けて構成することもできる。この場合、センサモジュール２００は、例えば、図６に示すように、１つの表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に対して２つの表面弾性波の伝搬方向上にそれぞれ表面弾性波反射ＩＤＴ２０７を設けて構成することができる。この場合、２つの表面弾性波反射ＩＤＴ２０７には、それぞれサーミスタ２０９が設けられている。なお、この場合、２つの表面弾性波反射ＩＤＴ２０７に、互いに異なる物理量を検出するインピーダンス型センサを設けるようにしてもよい。   In addition, the sensor module 200 can be configured by providing two or more surface acoustic wave reflection IDTs 207 for one surface acoustic wave conversion IDT 206 and two or more surface acoustic wave reflection IDTs 207. A surface acoustic wave conversion IDT 206 may be provided. In this case, for example, as shown in FIG. 6, the sensor module 200 may be configured by providing surface acoustic wave reflection IDTs 207 in the propagation direction of two surface acoustic waves for one surface acoustic wave conversion IDT 206. it can. In this case, a thermistor 209 is provided in each of the two surface acoustic wave reflection IDTs 207. In this case, two surface acoustic wave reflection IDTs 207 may be provided with impedance type sensors that detect different physical quantities.

また、例えば、センサモジュール２００は、圧電基板２０２上における表面弾性波の伝搬経路上に表面弾性波を２方向に伝搬（例えば、入射した表面弾性波の一部を通過させるとともに他の一部を反射）させる反射体を設けて構成することもできる。これらの場合、２つの表面弾性波反射ＩＤＴ２０７に対応する２つの表面弾性波の伝搬経路長を互いに異ならせることにより２つの表面弾性波を区別して検出できるようにしておくとよい。   Further, for example, the sensor module 200 propagates the surface acoustic wave in two directions on the propagation path of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate 202 (for example, passes a part of the incident surface acoustic wave and transmits the other part). It is also possible to provide a reflector to be reflected. In these cases, it is preferable that the two surface acoustic waves can be distinguished and detected by making the propagation path lengths of the two surface acoustic waves corresponding to the two surface acoustic wave reflection IDTs 207 different from each other.

また、上記実施形態においては、ワイヤレス式物理量検出システム１００は、１つのセンサモジュール２００に対して駆動信号の無線送信および応答信号の無線受信を行なう構成とした。しかし、ワイヤレス式物理量検出システム１００は、１つのワイヤレス式物理量検出システム１００に対して複数のセンサモジュール２００に対して駆動信号の無線送信および応答信号の無線受信を行なう構成とすることもできる。   In the above embodiment, the wireless physical quantity detection system 100 is configured to perform wireless transmission of the drive signal and wireless reception of the response signal with respect to one sensor module 200. However, the wireless physical quantity detection system 100 may be configured to perform wireless transmission of drive signals and wireless reception of response signals to a plurality of sensor modules 200 with respect to one wireless physical quantity detection system 100.

また、上記実施形態においては、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７とを互いに対向配置した。しかし、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６と表面弾性波反射ＩＤＴ２０７とは、互いに表面弾性波が往復伝搬できれば、必ずしも対向配置する必要はない。例えば、図７に示すように、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６によって励振される表面弾性波の伝搬経路上に表面弾性波の進行方向を変更する反射部２１０を設けることにより表面弾性波反射ＩＤＴ２０７を表面弾性波変換ＩＤＴ２０６に対して対向しない位置（図７においては、表面弾性波変換ＩＤＴ２０６によって励振された表面弾性波の伝搬方向に対して直角方向）に自由に配置することもできる。この場合、圧電基板２０２の端面を直線状に形成することにより表面弾性波を反射することができるため、表面弾性波の進行方向を変更するための反射部２１０は、圧電基板２０２の端面を直線状に形成することにより形成することができる。また、この反射部２１０は、前記圧電基板２０２の端面を直線状に形成することに代えてまたは加えて第１櫛歯状電極２０６ａ，２０６ｂおよび第２櫛歯状２０７ａ，２０７ｂなどを電極で構成することもできる。   In the above-described embodiment, the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207 are arranged to face each other. However, the surface acoustic wave conversion IDT 206 and the surface acoustic wave reflection IDT 207 do not necessarily have to face each other as long as the surface acoustic waves can propagate back and forth. For example, as shown in FIG. 7, the surface acoustic wave reflection IDT 207 is made surface elastic by providing a reflection unit 210 that changes the traveling direction of the surface acoustic wave on the propagation path of the surface acoustic wave excited by the surface acoustic wave conversion IDT 206. It can also be freely arranged at a position not facing the wave conversion IDT 206 (in FIG. 7, a direction perpendicular to the propagation direction of the surface acoustic wave excited by the surface acoustic wave conversion IDT 206). In this case, since the surface acoustic wave can be reflected by forming the end surface of the piezoelectric substrate 202 in a straight line, the reflection unit 210 for changing the traveling direction of the surface acoustic wave has the end surface of the piezoelectric substrate 202 straight. It can form by forming in a shape. In addition, instead of or in addition to forming the end face of the piezoelectric substrate 202 in a straight line, the reflecting portion 210 includes first comb-shaped electrodes 206a and 206b, second comb-shaped electrodes 207a and 207b, and the like. You can also

また、上記実施形態においては、ホスト装置３００は、センサモジュール２００に対して電波を送信する機能と受信する機能を共に兼ね備えて構成されている。すなわち、ホスト装置３００は、センサモジュール２００に対して駆動信号を無線送信するとともに同センサモジュール２００からの応答信号を無線受信する。しかし、ホスト装置３００は、駆動信号を無線送信する機能と応答信号を無線受信する機能とを別個の装置で構成されていてもよい。   In the above embodiment, the host device 300 is configured to have both a function of transmitting radio waves to the sensor module 200 and a function of receiving radio waves. That is, the host device 300 wirelessly transmits a drive signal to the sensor module 200 and wirelessly receives a response signal from the sensor module 200. However, the host device 300 may be configured with separate devices for the function of wirelessly transmitting the drive signal and the function of wirelessly receiving the response signal.

９０…従来技術に係るセンサモジュール、
１００…ワイヤレス式物理量検出システム、
２００…無給電ワイヤレス式センサモジュール（センサモジュール）、２０１…筐体、２０２…圧電基板、２０３ａ，２０３ｂ…反射防止部、２０４…絶縁層、２０５…導電性基板、２０６…表面弾性波変換ＩＤＴ、２０６ａ，２０６ｂ…第１櫛歯状電極、２０７…表面弾性波反射ＩＤＴ、２０７ａ，２０７ｂ…第２櫛歯状電極、２０８…アンテナ、２０９…サーミスタ、２０９ａ，２０９ｂ…端子、２１０…反射部、
３００…ホスト装置。 90 ... sensor module according to the prior art,
100: Wireless physical quantity detection system,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... Wireless powerless sensor module (sensor module), 201 ... Housing, 202 ... Piezoelectric substrate, 203a, 203b ... Antireflection part, 204 ... Insulating layer, 205 ... Conductive substrate, 206 ... Surface acoustic wave conversion IDT, 206a, 206b ... first comb-like electrode, 207 ... surface acoustic wave reflection IDT, 207a, 207b ... second comb-like electrode, 208 ... antenna, 209 ... thermistor, 209a, 209b ... terminal, 210 ... reflector,
300: Host device.

Claims (7)

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と、
２つの第１櫛歯状電極のうちの一方が前記アンテナに接続された状態で前記２つの第１櫛歯状電極が前記圧電基板上で互いに対向配置されて前記高周波電気信号と前記表面弾性波とを相互に変換する表面弾性波変換手段と、
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と、
２つの第２櫛歯状電極のうちの一方が前記インピーダンス変化型センサにおける一方の端子に接続された状態で前記２つの第２櫛歯状電極が前記圧電基板上で互いに対向配置されて前記表面弾性波変換手段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とを備え、
前記表面弾性波変換手段、前記インピーダンス変化型センサおよび前記表面弾性波反射手段が電気的にフローティング状態で前記表面弾性波変換手段における他方の第１櫛歯状電極、前記表面弾性波反射手段における他方の第２櫛歯状電極および前記インピーダンス変化型センサにおける他方の端子が、互いに電気的に接続され、
前記表面弾性波反射手段における前記表面弾性波の反射率が前記インピーダンス変化型センサのインピーダンスにより変化することを特徴とする無給電ワイヤレス式センサモジュール。

A piezoelectric substrate made of a piezoelectric material exhibiting a piezoelectric effect and capable of propagating surface acoustic waves;
An antenna that receives a drive signal transmitted wirelessly and converts a radio wave and a high-frequency electrical signal to each other to wirelessly transmit a response signal;
In a state where one of the two first comb-shaped electrodes is connected to the antenna, the two first comb-shaped electrodes are arranged to face each other on the piezoelectric substrate, so that the high-frequency electric signal and the surface acoustic wave are arranged. A surface acoustic wave conversion means for mutually converting
An impedance change type sensor whose impedance changes according to a physical quantity received from the outside;
The two second comb-shaped electrodes are arranged opposite to each other on the piezoelectric substrate in a state where one of the two second comb-shaped electrodes is connected to one terminal of the impedance change sensor. A surface acoustic wave reflecting means for reflecting the surface acoustic wave excited by the acoustic wave converting means,
The other first comb-like electrode in the surface acoustic wave conversion means and the other in the surface acoustic wave reflection means when the surface acoustic wave conversion means, the impedance change sensor and the surface acoustic wave reflection means are in an electrically floating state. The second comb-like electrode and the other terminal of the impedance change sensor are electrically connected to each other,
The parasitic power wireless sensor module, wherein the reflectance of the surface acoustic wave in the surface acoustic wave reflecting means changes depending on the impedance of the impedance change type sensor.

請求項１に記載した無給電ワイヤレス式センサモジュールにおいて、
前記表面弾性波反射手段は、前記表面弾性波変換手段に対向する位置に設けられていることを特徴とする無給電ワイヤレス式センサモジュール。 In the non-powered wireless sensor module according to claim 1,
The surface acoustic wave reflecting means is provided at a position facing the surface acoustic wave converting means. 請求項１または請求項２に記載した無給電ワイヤレス式センサモジュールにおいて、さらに、
前記圧電基板は、
前記表面弾性波変換手段と前記表面弾性波反射手段との間における前記表面弾性波の伝搬領域の外側領域に、前記表面弾性波変換手段および／または前記表面弾性波反射手段への前記表面弾性波の反射を防止するための反射防止部を有することを特徴とする無給電ワイヤレス式センサモジュール。 The parasitic wireless sensor module according to claim 1 or 2, further comprising:
The piezoelectric substrate is
The surface acoustic wave to the surface acoustic wave conversion means and / or the surface acoustic wave reflection means is provided outside the surface acoustic wave propagation region between the surface acoustic wave conversion means and the surface acoustic wave reflection means. A non-powered wireless sensor module comprising an antireflection portion for preventing reflection of light. 請求項３に記載した無給電ワイヤレス式センサモジュールにおいて、
前記反射防止部は、前記表面弾性波の伝搬方向に対して前記圧電基板の縁部が斜めに傾斜して形成されていることを特徴とする無給電ワイヤレス式センサモジュール。 In the non-powered wireless sensor module according to claim 3,
The parasitic anti-power sensor module, wherein the antireflection part is formed with an edge of the piezoelectric substrate inclined obliquely with respect to a propagation direction of the surface acoustic wave. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した無給電ワイヤレス式センサモジュールにおいて、
前記インピーダンス変化型センサは、前記物理量に応じて電荷を蓄える容量が変化する可変キャパシタ、前記物理量に応じてインダクタンスが変化する可変インダクタ、および前記物理量に応じて抵抗が変化する可変抵抗のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする無給電ワイヤレス式センサモジュール。 In the non-powered wireless sensor module according to any one of claims 1 to 4,
The impedance change type sensor includes at least one of a variable capacitor that changes a capacity for storing electric charge according to the physical quantity, a variable inductor that changes an inductance according to the physical quantity, and a variable resistor whose resistance changes according to the physical quantity. A non-powered wireless sensor module including one. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載した無給電ワイヤレス式センサモジュールにおいて、さらに、
導電性を有する材料で構成されて少なくとも前記圧電基板上に配置される前記他方の第１櫛歯状電極および前記他方の第２櫛歯状電極に対して対向配置される導電性基板を備え、
前記他方の第１櫛歯状電極、前記他方の第２櫛歯状電極および前記インピーダンス変化型センサにおける他方の端子が前記導電性基板を介して互いに電気的に接続されることを特徴とする無給電ワイヤレス式センサモジュール。 The parasitic wireless sensor module according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
A conductive substrate made of a conductive material and disposed opposite to at least the other first comb- shaped electrode and the other second comb- shaped electrode disposed on the piezoelectric substrate;
The other first comb- like electrode, the other second comb- like electrode, and the other terminal of the impedance change sensor are electrically connected to each other through the conductive substrate. Power supply wireless sensor module. 物理量の検出対象に設置される請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載した無給電ワイヤレス式センサモジュールと、
前記無給電ワイヤレス式センサモジュールに対して駆動信号を無線送信するとともに、前記無給電ワイヤレス式センサモジュールから無線送信される応答信号を受信して前記検出対象における前記物理量を検出するホスト装置とを備えたことを特徴とするワイヤレス式物理量検出システム。 The non-powered wireless sensor module according to any one of claims 1 to 6, which is installed in a physical quantity detection target,
A host device that wirelessly transmits a drive signal to the parasitic wireless sensor module and receives a response signal wirelessly transmitted from the parasitic wireless sensor module to detect the physical quantity in the detection target. Wireless physical quantity detection system characterized by that.
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