JP6021213B2 - Wireless gas detection system, rectenna - Google Patents

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Description

本発明は、ガスの微量漏洩を検出するガス検知システムに関する。   The present invention relates to a gas detection system that detects a small amount of gas leakage.

燃料電池やプラント、ロケットエンジン等を安全に運用する上では、水素ガス等のガス漏れに起因する事故を未然に防止する等の観点から、水素ガス等の微量漏洩を高精度に検出可能なガス検知システムが不可欠である。このようなガス検知システムに用いられる水素ガスセンサとしては、例えば接触燃焼式センサ、気体熱伝導式センサ、熱線型半導体式センサ等が実用化されている（例えば非特許文献１を参照）。また近年は、水素ガスセンサとしてＧａＮ系材料を用いたショットキーバリアダイオードの研究開発が進められている（例えば非特許文献２を参照）。このＧａＮ系材料を用いたショットキーバリアダイオードは、水素ガスに反応して電流電圧特性が変化する性質を有するダイオードである。   For safe operation of fuel cells, plants, rocket engines, etc., a gas that can detect minute leaks of hydrogen gas etc. with high accuracy from the viewpoint of preventing accidents caused by gas leaks of hydrogen gas etc. A detection system is essential. As a hydrogen gas sensor used in such a gas detection system, for example, a catalytic combustion type sensor, a gas heat conduction type sensor, a hot-wire semiconductor type sensor, etc. have been put into practical use (for example, see Non-Patent Document 1). In recent years, research and development of a Schottky barrier diode using a GaN-based material as a hydrogen gas sensor has been advanced (for example, see Non-Patent Document 2). The Schottky barrier diode using this GaN-based material is a diode having a property that current-voltage characteristics change in response to hydrogen gas.

また燃料電池やプラント、ロケットエンジン等のガス検知システムにおいては、ガスセンサを有線接続で配置することが困難な場合もある。この場合、例えばガスセンサへの電力供給及びガスセンサからの検出信号の受信を無線で行うことが可能になれば、従来配置することができなかった場所にもガスセンサを配置することが可能になる。   Further, in a gas detection system such as a fuel cell, a plant, or a rocket engine, it may be difficult to arrange the gas sensor by wired connection. In this case, for example, if the power supply to the gas sensor and the reception of the detection signal from the gas sensor can be performed wirelessly, the gas sensor can be arranged in a place where the conventional sensor could not be arranged.

無線電力伝送技術の一例としては、近年、研究開発が進められているレクテナ（Rectenna)技術が公知である。このレクテナ技術は、微小な消費電力の電子機器への無線給電に適している。ここでレクテナとは、例えばダイポールアンテナと整流回路とで構成され、マイクロ波のエネルギーを直流電流に整流変換するアンテナである（例えば非特許文献３を参照）。   As an example of the wireless power transmission technology, a rectenna technology that has been researched and developed in recent years is known. This rectenna technology is suitable for wireless power supply to electronic devices with minute power consumption. Here, the rectenna is an antenna that includes, for example, a dipole antenna and a rectifier circuit and rectifies and converts microwave energy into a direct current (see, for example, Non-Patent Document 3).

福井 清、“水素ガスセンサの現状と将来”、［online］、表面技術、［平成２３年１２月６日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.jstage.jst.go.jp/article/sfj/57/4/244/#pdf/-char/ja/〉Kiyoshi Fukui, “Current Status and Future of Hydrogen Gas Sensors”, [online], Surface Technology, [Searched on December 6, 2011], Internet <URL: http://www.jstage.jst.go.jp/article/ sfj / 57/4/244 / # pdf / -char / ja /〉 松尾 一心、他３名、“ＧａＮ系ショットキー形水素ガスセンサーの作製と評価”、［online］、［平成２３年１２月６日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://annex.jsap.or.jp/hokkaido/yokousyuu40th/B-3.pdf〉Kazushin Matsuo and three others, “Production and evaluation of GaN-based Schottky hydrogen gas sensor”, [online], [Searched on December 6, 2011], Internet <URL: http: //annex.jsap.or .jp / hokkaido / yokousyuu40th / B-3.pdf> 篠原 真毅、他３名、“レクテナ技術のバッテリレス微小電力機器への応用”、［online］、信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE SPS2009-17(2010-03)、［平成２３年１２月６日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.ieice.org/~wpt/paper/SPS2009-17.pdf〉Shingo Shinohara and three others, “Application of Rectenna Technology to Battery-less Micropower Devices”, [online], IEICE Technical Report Technical Report of IEICE SPS2009-17 (2010-03), [December 6, 2011 Search], Internet <URL: http://www.ieice.org/~wpt/paper/SPS2009-17.pdf>

前述したように、ガスセンサへの電力供給及びガスセンサからの検出信号の受信を無線で行うことが可能になれば、例えば従来配置することができなかった場所にもガスセンサを配置することが可能になる。またガス検出の対象となる場所は、人間が立ち入ることが困難な環境条件となる場合が多いため、緊急時等に現場においてガスセンサを有線接続で設置するのは容易ではない。しかしガスセンサへの電力供給及びガスセンサからの検出信号の受信を無線で行うことが可能になれば、そのような場所に予めガスセンサを配置しておくだけで、緊急時等にガスの微量漏洩の有無を検出することが容易に可能になる。   As described above, if the power supply to the gas sensor and the reception of the detection signal from the gas sensor can be performed wirelessly, it becomes possible to arrange the gas sensor, for example, in a place where the conventional sensor could not be arranged. . In addition, since gas detection targets often have environmental conditions that are difficult for humans to enter, it is not easy to install a gas sensor in a wired connection in an emergency or the like. However, if it is possible to wirelessly supply power to the gas sensor and receive detection signals from the gas sensor, it is only necessary to place the gas sensor in advance in such a place, and whether there is a minute gas leak in an emergency, etc. Can be easily detected.

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a wireless gas detection system capable of wirelessly detecting a small amount of gas leakage.

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、所定の周波数の電磁波を送信する送電装置と、前記送電装置から送信される電磁波を受信するアンテナ、前記アンテナに誘起する交流電力を整流し、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する整流素子を含み、前記整流素子が前記所定のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合するレクテナと、前記アンテナから送信される電磁波を受信して測定する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システムである。
尚、本発明において「電磁波を送信」とは、電磁波を放射することを意味し、「電磁波を受信」とは、電磁波を電気エネルギーに変換することを意味する。 <First Aspect of the Present Invention>
A first aspect of the present invention includes a power transmission device that transmits an electromagnetic wave having a predetermined frequency, an antenna that receives the electromagnetic wave transmitted from the power transmission device, rectifies AC power that is induced in the antenna, and reacts to a predetermined gas. And a rectenna whose impedance is matched at the predetermined frequency in a state where the rectifying element does not react to the predetermined gas, and an electromagnetic wave transmitted from the antenna is received. And a radio gas detection system comprising an electromagnetic wave measurement device that measures the electromagnetic wave.
In the present invention, “transmitting electromagnetic waves” means radiating electromagnetic waves, and “receiving electromagnetic waves” means converting electromagnetic waves into electrical energy.

レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置する。そして所定の周波数の電磁波を送電装置からレクテナへ送信する。レクテナは、整流素子が所定のガスに反応していない状態において所定の周波数でインピーダンスが整合する。したがって整流素子が所定のガスに反応していない状態においては、レクテナから反射波はほとんど生じない。他方、レクテナは、整流素子が所定のガスに反応すると、整流素子の電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、所定の周波数の電磁波となってアンテナから送信される。   The rectenna is placed at a desired location as a gas sensor. Then, an electromagnetic wave having a predetermined frequency is transmitted from the power transmission device to the rectenna. The rectenna has impedance matching at a predetermined frequency in a state where the rectifying element does not react to the predetermined gas. Therefore, in a state where the rectifying element does not react to the predetermined gas, almost no reflected wave is generated from the rectenna. On the other hand, in the rectenna, when the rectifying element reacts to a predetermined gas, the current-voltage characteristics of the rectifying element change, so that impedance mismatch occurs and reflected waves increase. This reflected wave becomes an electromagnetic wave having a predetermined frequency and is transmitted from the antenna.

したがってレクテナから送信される所定の周波数の電磁波の有無や強度の変化を電磁波測定装置で測定することによって、そのレクテナの整流素子が所定のガスに反応しているか否かを特定することができる。つまり所望の場所における所定のガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができる。   Therefore, it is possible to specify whether or not the rectifying element of the rectenna is reacting to a predetermined gas by measuring the presence or absence of an electromagnetic wave having a predetermined frequency transmitted from the rectenna and a change in intensity thereof with an electromagnetic wave measuring device. That is, it is possible to wirelessly detect a minute leak of a predetermined gas at a desired place.

これにより本発明の第１の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。   Thereby, according to the 1st aspect of this invention, the effect that the wireless gas detection system which can detect the trace amount leak of gas wirelessly can be provided is acquired.

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、第１周波数及び第２周波数を含む周波数帯域で周波数が変化する電磁波を送信する送電装置と、前記送電装置から送信される電磁波を受信する第１アンテナ、前記第１アンテナに誘起する交流電力を整流し、第１のガスに反応して電流電圧特性が変化する第１整流素子、前記第１アンテナと前記第１整流素子との間に設けられ、前記第１周波数を中心周波数とする第１バンドパスフィルタを含み、前記第１整流素子が前記第１のガスに反応していない状態において前記第１周波数でインピーダンスが整合する第１レクテナと、前記送電装置から送信される電磁波を受信する第２アンテナ、前記第２アンテナに誘起する交流電力を整流し、第２のガスに反応して電流電圧特性が変化する第２整流素子、前記第２アンテナと前記第２整流素子との間に設けられ、前記第２周波数を中心周波数とする第２バンドパスフィルタを含み、前記第２整流素子が前記第２のガスに反応していない状態において前記第２周波数でインピーダンスが整合する第２レクテナと、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナから送信される電磁波を受信して測定する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システムである。 <Second Aspect of the Present Invention>
According to a second aspect of the present invention, there is provided a power transmission device that transmits an electromagnetic wave whose frequency changes in a frequency band including a first frequency and a second frequency, a first antenna that receives an electromagnetic wave transmitted from the power transmission device, A first rectifier element that rectifies AC power induced in one antenna and changes a current-voltage characteristic in response to a first gas; and is provided between the first antenna and the first rectifier element, A first rectenna including a first bandpass filter having a frequency as a center frequency, wherein the first rectifier element is not responsive to the first gas, and impedance is matched at the first frequency; and A second antenna that receives electromagnetic waves to be transmitted; a second rectifier that rectifies AC power induced in the second antenna and changes a current-voltage characteristic in response to a second gas; and the second antenna. A second band-pass filter provided between the second rectifying element and having the second frequency as a center frequency, wherein the second rectifying element does not react to the second gas; A wireless gas detection system comprising: a second rectenna whose impedance is matched with a frequency; and an electromagnetic wave measurement device that receives and measures an electromagnetic wave transmitted from the first antenna and the second antenna.

第１レクテナ及び第２レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置する。そして第１周波数及び第２周波数を含む周波数帯域で周波数が変化する電磁波を送電装置から第１レクテナ及び第２レクテナへ送信する。第１レクテナは、第１周波数を中心周波数とする第１バンドパスフィルタが設けられているので、第１周波数及びその近傍の周波数の電磁波だけを送受信することになる。同様に、第２レクテナは、第２周波数を中心周波数とする第２バンドパスフィルタが設けられているので、第２周波数及びその近傍の周波数の電磁波だけを送受信することになる。   A 1st rectenna and a 2nd rectenna are arrange | positioned as a gas sensor in a desired place. Then, an electromagnetic wave whose frequency changes in a frequency band including the first frequency and the second frequency is transmitted from the power transmission device to the first rectenna and the second rectenna. Since the first rectenna is provided with a first band-pass filter having the first frequency as the center frequency, only the electromagnetic waves having the first frequency and the frequencies in the vicinity thereof are transmitted and received. Similarly, since the second rectenna is provided with a second bandpass filter having the second frequency as a center frequency, only the electromagnetic waves having the second frequency and the frequencies in the vicinity thereof are transmitted and received.

第１レクテナは、第１整流素子が第１のガスに反応すると、第１整流素子の電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、第１周波数の電磁波となって第１アンテナから送信される。また第２レクテナは、第２整流素子が第２のガスに反応すると、第２整流素子の電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、第２周波数の電磁波となって第２アンテナから送信される。   In the first rectenna, when the first rectifier element reacts to the first gas, the current-voltage characteristic of the first rectifier element changes, so that impedance mismatch occurs and the reflected wave increases. The reflected wave is transmitted from the first antenna as an electromagnetic wave having the first frequency. Further, in the second rectenna, when the second rectifying element reacts to the second gas, the current-voltage characteristic of the second rectifying element changes, so that impedance mismatch occurs and the reflected wave increases. This reflected wave is transmitted from the second antenna as an electromagnetic wave of the second frequency.

そして電磁波測定装置において、第１レクテナから送信される第１周波数の電磁波、及び第２レクテナから送信される第２周波数の電磁波の有無や強度の変化を個々に測定する。それによって第１整流素子が第１のガスに反応しているか否か、第２整流素子が第２のガスに反応しているか否かをそれぞれ特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができるとともに、その微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。   In the electromagnetic wave measuring apparatus, the presence or absence and intensity change of the first frequency electromagnetic wave transmitted from the first rectenna and the second frequency electromagnetic wave transmitted from the second rectenna are individually measured. Accordingly, it can be specified whether or not the first rectifying element is reacting to the first gas and whether or not the second rectifying element is reacting to the second gas. That is, it is possible to detect a small amount of gas leakage at a desired location wirelessly and to identify the type of gas in which the minute amount leakage occurs.

これにより本発明の第２の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。またその微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。   Thereby, according to the 2nd aspect of this invention, the effect that the wireless gas detection system which can detect the trace amount leak of gas wirelessly can be provided is acquired. In addition, it is possible to specify the type of gas in which the minute leakage occurs.

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、所定の周波数の電磁波を送信する送電装置と、前記送電装置から送信される電磁波を受信する第１アンテナ、前記第１アンテナに誘起する交流電力を整流し、第１のガスに反応して電流電圧特性が変化する第１整流素子、前記第１整流素子で整流された直流電力で動作し、第１識別情報を含む信号の電磁波を前記第１アンテナから送信する第１送信回路を含み、前記第１整流素子が前記第１のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合する第１レクテナと、前記送電装置から送信される電磁波を受信する第２アンテナ、前記第２アンテナに誘起する交流電力を整流し、第２のガスに反応して電流電圧特性が変化する第２整流素子、前記第２整流素子で整流された直流電力で動作し、第２識別情報を含む信号の電磁波を前記第２アンテナから送信する第２送信回路を含み、前記第２整流素子が前記第２のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合する第２レクテナと、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナから送信される電磁波を受信して測定する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システムである。 <Third Aspect of the Present Invention>
According to a third aspect of the present invention, there is provided a power transmission device that transmits an electromagnetic wave having a predetermined frequency, a first antenna that receives the electromagnetic wave transmitted from the power transmission device, rectifying AC power induced in the first antenna, A first rectifier element whose current-voltage characteristics change in response to one gas, operates with DC power rectified by the first rectifier element, and transmits an electromagnetic wave of a signal including first identification information from the first antenna. A first rectenna including a first transmission circuit, the impedance of which is matched at the predetermined frequency in a state where the first rectifying element does not react with the first gas, and an electromagnetic wave transmitted from the power transmission device; The second antenna, the AC power induced in the second antenna is rectified, the second rectifier element whose current-voltage characteristics change in response to the second gas, and the DC power rectified by the second rectifier element operates. , 2 includes a second transmission circuit that transmits an electromagnetic wave of a signal including identification information from the second antenna, and impedance is matched at the predetermined frequency in a state where the second rectifying element does not react to the second gas. A wireless gas detection system comprising: a second rectenna; and an electromagnetic wave measuring device that receives and measures electromagnetic waves transmitted from the first antenna and the second antenna.

第１レクテナ及び第２レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置する。そして所定の周波数の電磁波を送電装置から第１レクテナ及び第２レクテナへ送信する。第１レクテナの第１送信回路は、第１整流素子で整流された直流電力で動作し、第１識別情報を含む信号の電磁波を第１アンテナから送信する。また第２レクテナの第２送信回路は、第２整流素子で整流された直流電力で動作し、第２識別情報を含む信号の電磁波を第２アンテナから送信する。   A 1st rectenna and a 2nd rectenna are arrange | positioned as a gas sensor in a desired place. Then, an electromagnetic wave having a predetermined frequency is transmitted from the power transmission device to the first rectenna and the second rectenna. The first transmission circuit of the first rectenna operates with DC power rectified by the first rectifier element, and transmits an electromagnetic wave of a signal including first identification information from the first antenna. The second transmission circuit of the second rectenna operates with DC power rectified by the second rectifying element, and transmits an electromagnetic wave of a signal including second identification information from the second antenna.

第１整流素子が第１のガスに反応すると、第１整流素子の電流電圧特性が変化するため、第１レクテナのインピーダンス不整合が生じる。それによって第１送信回路へ供給される直流電力が低下するため、第１送信回路から送信される第１識別情報を含む信号の電磁波は、強度が低下するか、全く送信されない状態となる。また第２整流素子が第２のガスに反応すると、第２整流素子の電流電圧特性が変化するため、第２レクテナのインピーダンス不整合が生じる。それによって第２送信回路へ供給される直流電力が低下するため、第２送信回路から送信される第２識別情報を含む信号の電磁波は、強度が低下するか、全く送信されない状態となる。   When the first rectifying element reacts to the first gas, the current-voltage characteristic of the first rectifying element changes, and impedance mismatch of the first rectenna occurs. As a result, the direct-current power supplied to the first transmission circuit is reduced, so that the electromagnetic wave of the signal including the first identification information transmitted from the first transmission circuit is reduced in intensity or not transmitted at all. Further, when the second rectifying element reacts with the second gas, the current-voltage characteristic of the second rectifying element changes, so that impedance mismatch of the second rectenna occurs. As a result, the direct-current power supplied to the second transmission circuit is reduced, so that the electromagnetic wave of the signal including the second identification information transmitted from the second transmission circuit is reduced in intensity or not transmitted at all.

そして電磁波測定装置において、第１レクテナから送信される第１識別情報を含む信号の電磁波、及び第２レクテナから送信される第２識別情報を含む信号の電磁波の有無や強度の変化を個々に測定する。それによって第１整流素子が第１のガスに反応しているか否か、第２整流素子が第２のガスに反応しているか否かをそれぞれ特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができるとともに、その微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。   In the electromagnetic wave measuring apparatus, the presence or absence or intensity change of the electromagnetic wave of the signal including the first identification information transmitted from the first rectenna and the electromagnetic wave of the signal including the second identification information transmitted from the second rectenna are individually measured. To do. Accordingly, it can be specified whether or not the first rectifying element is reacting to the first gas and whether or not the second rectifying element is reacting to the second gas. That is, it is possible to detect a small amount of gas leakage at a desired location wirelessly and to identify the type of gas in which the minute amount leakage occurs.

これにより本発明の第３の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。またその微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。   Thereby, according to the 3rd aspect of this invention, the effect that the wireless gas detection system which can detect the trace amount leak of gas wirelessly can be provided is acquired. In addition, it is possible to specify the type of gas in which the minute leakage occurs.

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、所定の周波数の電磁波を受信するアンテナと、前記アンテナに誘起する交流電力を整流し、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する整流素子と、を備え、前記整流素子が前記所定のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合する、ことを特徴とするレクテナである。 <Fourth aspect of the present invention>
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an antenna that receives an electromagnetic wave having a predetermined frequency, and a rectifying element that rectifies AC power induced in the antenna and changes a current-voltage characteristic in response to a predetermined gas. The rectenna is characterized in that impedance is matched at the predetermined frequency in a state where the rectifying element does not react to the predetermined gas.

レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置し、所定の周波数の電磁波をレクテナへ送信する。レクテナは、整流素子が所定のガスに反応していない状態において所定の周波数でインピーダンスが整合する。したがって整流素子が所定のガスに反応していない状態においては、レクテナから反射波はほとんど生じない。他方、整流素子が所定のガスに反応すると、整流素子の電流電圧特性が変化するため、レクテナのインピーダンス不整合が生じてレクテナからの反射波が増加する。この反射波は、所定の周波数の電磁波となってアンテナから送信される。   A rectenna is arranged at a desired location as a gas sensor, and an electromagnetic wave having a predetermined frequency is transmitted to the rectenna. The rectenna has impedance matching at a predetermined frequency in a state where the rectifying element does not react to the predetermined gas. Therefore, in a state where the rectifying element does not react to the predetermined gas, almost no reflected wave is generated from the rectenna. On the other hand, when the rectifying element reacts to a predetermined gas, the current-voltage characteristics of the rectifying element change, so that the impedance mismatch of the rectenna occurs and the reflected wave from the rectenna increases. This reflected wave becomes an electromagnetic wave having a predetermined frequency and is transmitted from the antenna.

したがってレクテナから送信される所定の周波数の電磁波の有無や強度の変化を測定することによって、そのレクテナの整流素子が所定のガスに反応しているか否かを特定することができる。つまり所望の場所における所定のガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができる。これにより本発明の第４の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。   Therefore, by measuring the presence or absence of the electromagnetic wave having a predetermined frequency transmitted from the rectenna and the change in intensity, it is possible to specify whether or not the rectifying element of the rectenna is reacting to the predetermined gas. That is, it is possible to wirelessly detect a minute leak of a predetermined gas at a desired place. Thereby, according to the 4th aspect of this invention, the effect that the wireless gas detection system which can detect the trace amount leak of gas wirelessly can be provided is acquired.

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第４の態様において、前記アンテナと前記整流素子との間に設けられ、前記所定の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタをさらに備える、ことを特徴とするレクテナである。
本発明の第５の態様によれば、前述した本発明の第４の態様で得られる作用効果に加えて、所定の周波数以外の周波数の電磁波に対して反射波が出力されることを防止することができるので、不要な反射波の発生を抑制することができるという作用効果が得られる。 <Fifth aspect of the present invention>
According to a fifth aspect of the present invention, in the above-described fourth aspect of the present invention, a fifth aspect of the present invention further includes a bandpass filter provided between the antenna and the rectifying element and having the predetermined frequency as a center frequency. It is a rectenna characterized by.
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the operational effects obtained in the fourth aspect of the present invention described above, it is possible to prevent a reflected wave from being output with respect to an electromagnetic wave having a frequency other than a predetermined frequency. Therefore, the effect that the generation | occurrence | production of an unnecessary reflected wave can be suppressed is acquired.

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第４の態様において、前記整流素子で整流された直流電力で動作し、所定の識別情報を含む信号の電磁波を前記アンテナから送信する送信回路をさらに備える、ことを特徴とするレクテナである。 <Sixth aspect of the present invention>
According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention described above, a transmission circuit that operates with DC power rectified by the rectifying element and transmits an electromagnetic wave of a signal including predetermined identification information from the antenna. A rectenna characterized by further comprising:

レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置し、所定の周波数の電磁波をレクテナへ送信する。レクテナは、整流素子が所定のガスに反応していない状態において所定の周波数でインピーダンスが整合する。したがって整流素子が所定のガスに反応していない状態においては、レクテナの送信回路は、整流素子で整流された直流電力で動作し、所定の識別情報を含む信号の電磁波をアンテナから送信する。他方、整流素子が所定のガスに反応すると、整流素子の電流電圧特性が変化するため、レクテナのインピーダンス不整合が生じる。それによって送信回路へ供給される直流電力が低下するため、送信回路から送信される所定の識別情報を含む信号の電磁波は、強度が低下するか、全く送信されない状態となる。   A rectenna is arranged at a desired location as a gas sensor, and an electromagnetic wave having a predetermined frequency is transmitted to the rectenna. The rectenna has impedance matching at a predetermined frequency in a state where the rectifying element does not react to the predetermined gas. Therefore, in a state where the rectifying element does not react to the predetermined gas, the rectenna transmission circuit operates with the DC power rectified by the rectifying element, and transmits an electromagnetic wave of a signal including predetermined identification information from the antenna. On the other hand, when the rectifying element reacts to a predetermined gas, the current-voltage characteristic of the rectifying element changes, and thus impedance mismatch of the rectenna occurs. As a result, the direct-current power supplied to the transmission circuit is reduced, so that the electromagnetic wave of the signal including the predetermined identification information transmitted from the transmission circuit is reduced in intensity or not transmitted at all.

したがってレクテナから送信される所定の識別情報を含む信号の電磁波の有無や強度の変化を測定することによって、そのレクテナの整流素子が所定のガスに反応しているか否かを特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができる。これにより本発明の第６の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。   Therefore, it is possible to determine whether or not the rectifying element of the rectenna is reacting to a predetermined gas by measuring the presence or absence of the electromagnetic wave of the signal including the predetermined identification information transmitted from the rectenna and the change in intensity. That is, it is possible to detect a small amount of gas leakage at a desired location wirelessly. Thereby, according to the 6th aspect of this invention, the effect that the radio | wireless gas detection system which can detect the trace amount leak of gas by radio | wireless can be provided is acquired.

本発明によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wireless gas detection system which can detect the trace amount leak of gas wirelessly can be provided.

第１実施例の無線ガス検知システムの構成を図示したブロック図。The block diagram which illustrated the structure of the wireless gas detection system of 1st Example. 第１実施例のレクテナの回路図。The circuit diagram of the rectenna of 1st Example. 第２実施例の無線ガス検知システムの構成を図示したブロック図。The block diagram which illustrated the structure of the wireless gas detection system of 2nd Example. 第２実施例の第１レクテナ及び第２レクテナの回路図。The circuit diagram of the 1st rectenna and 2nd rectenna of 2nd Example. 第３実施例の第１レクテナ及び第２レクテナの回路図。The circuit diagram of the 1st rectenna and 2nd rectenna of 3rd Example.

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。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, this invention is not specifically limited to the Example demonstrated below, It cannot be overemphasized that a various deformation | transformation is possible within the range of the invention described in the claim.

＜第１実施例＞
本発明に係る無線ガス検知システムの第１実施例について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、第１実施例の無線ガス検知システムの構成を図示したブロック図である。図２は、第１実施例のレクテナの回路図である。 <First embodiment>
A first embodiment of a wireless gas detection system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of the wireless gas detection system of the first embodiment. FIG. 2 is a circuit diagram of the rectenna of the first embodiment.

第１実施例の無線ガス検知システムは、送電装置１０、レクテナ２０及び電磁波測定装置３０を備える。   The wireless gas detection system of the first embodiment includes a power transmission device 10, a rectenna 20, and an electromagnetic wave measurement device 30.

送電装置１０は送電アンテナ１１を含む。送電装置１０は、例えば１０ＧＨｚの周波数（所定の周波数）の電磁波を送電アンテナ１１から送信する。より具体的には送電装置１０は、交流信号を発生する発振器、発振器が出力する交流信号を変調する変調回路、変調回路の出力信号を増幅する電力増幅器等を含む公知の装置である。   The power transmission device 10 includes a power transmission antenna 11. The power transmission device 10 transmits an electromagnetic wave having a frequency (predetermined frequency) of, for example, 10 GHz from the power transmission antenna 11. More specifically, the power transmission device 10 is a known device including an oscillator that generates an AC signal, a modulation circuit that modulates the AC signal output from the oscillator, a power amplifier that amplifies the output signal of the modulation circuit, and the like.

レクテナ２０は、受電アンテナ２１、ショットキーバリアダイオード２２、コンデンサ２３、抵抗器２４を含む。   The rectenna 20 includes a power receiving antenna 21, a Schottky barrier diode 22, a capacitor 23, and a resistor 24.

「アンテナ」としての受電アンテナ２１は、送電装置１０の送電アンテナ１１から送信される電磁波を受信する。「整流素子」としてのショットキーバリアダイオード２２は、受電アンテナ２１に誘起する交流電力を整流して直流電力に変換する。またショットキーバリアダイオード２２は、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する素子であり、例えば水素ガスに反応して電流電圧特性が変化するＧａＮ系ショットキーバリアダイオードである。この「整流素子」としては、特に高周波特性に優れるショットキーバリアダイオードが好適であるが、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する素子であれば、例えばダイオード等の整流素子を用いることもできる。コンデンサ２３は、主に平滑コンデンサとして機能する。抵抗器２４は負荷抵抗である。   The power receiving antenna 21 as an “antenna” receives an electromagnetic wave transmitted from the power transmitting antenna 11 of the power transmitting device 10. The Schottky barrier diode 22 as a “rectifier element” rectifies AC power induced in the power receiving antenna 21 and converts it into DC power. The Schottky barrier diode 22 is an element whose current-voltage characteristic changes in response to a predetermined gas, for example, a GaN Schottky barrier diode whose current-voltage characteristic changes in response to hydrogen gas. As this “rectifier element”, a Schottky barrier diode having excellent high-frequency characteristics is particularly suitable. However, for example, a rectifier element such as a diode is used as long as the element changes its current-voltage characteristics in response to a predetermined gas. You can also. The capacitor 23 mainly functions as a smoothing capacitor. The resistor 24 is a load resistance.

レクテナ２０は、ショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応していない状態において、１０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。レクテナ２０のインピーダンスは、例えばショットキーバリアダイオード２２の特性、コンデンサ２３の容量、抵抗器２４の抵抗値、ショットキーバリアダイオード２２とコンデンサ２３との間の配線長を調整することによって整合させることができる。より高精度にレクテナ２０のインピーダンスを整合させる上では、例えばインピーダンス調整用のスタブ（stub）をレクテナ２０に設けるのが好ましい。   The rectenna 20 has impedance matching at a frequency of 10 GHz in a state where the Schottky barrier diode 22 does not react with hydrogen gas. The impedance of the rectenna 20 can be matched, for example, by adjusting the characteristics of the Schottky barrier diode 22, the capacitance of the capacitor 23, the resistance value of the resistor 24, and the wiring length between the Schottky barrier diode 22 and the capacitor 23. it can. In order to match the impedance of the rectenna 20 with higher accuracy, it is preferable to provide the rectenna 20 with a stub for adjusting impedance, for example.

電磁波測定装置３０は、受信アンテナ３１を含む。電磁波測定装置３０は、公知の電波測定器等であり、レクテナ２０の受電アンテナ２１から送信される電磁波を受信して測定するための装置である。   The electromagnetic wave measuring device 30 includes a receiving antenna 31. The electromagnetic wave measuring device 30 is a known radio wave measuring device or the like, and is a device for receiving and measuring an electromagnetic wave transmitted from the power receiving antenna 21 of the rectenna 20.

このような構成の第１実施例の無線ガス検知システムにおいて、レクテナ２０は、ガスセンサとして所望の場所に配置される。そして１０ＧＨｚの周波数の電磁波が送電装置１０からレクテナ２０へ送信される。レクテナ２０は、ショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応していない状態において１０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。したがってショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応していない状態においては、レクテナ２０から反射波はほとんど生じない。他方、レクテナ２０は、ショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応すると、ショットキーバリアダイオード２２の電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、１０ＧＨｚの周波数の電磁波となって受電アンテナ２１から送信される。   In the wireless gas detection system of the first embodiment having such a configuration, the rectenna 20 is disposed at a desired place as a gas sensor. Then, an electromagnetic wave having a frequency of 10 GHz is transmitted from the power transmission device 10 to the rectenna 20. The rectenna 20 has impedance matching at a frequency of 10 GHz in a state where the Schottky barrier diode 22 does not react with hydrogen gas. Therefore, in a state where the Schottky barrier diode 22 does not react with hydrogen gas, almost no reflected wave is generated from the rectenna 20. On the other hand, in the rectenna 20, when the Schottky barrier diode 22 reacts with hydrogen gas, the current-voltage characteristics of the Schottky barrier diode 22 change, so that impedance mismatch occurs and the reflected wave increases. The reflected wave is transmitted from the power receiving antenna 21 as an electromagnetic wave having a frequency of 10 GHz.

したがってレクテナ２０から送信される１０ＧＨｚの周波数の電磁波の有無や強度の変化を電磁波測定装置３０で測定することによって、そのレクテナ２０のショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応しているか否かを特定することができる。つまり所望の場所における水素ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができる。   Therefore, whether or not the Schottky barrier diode 22 of the rectenna 20 is reacting to hydrogen gas is determined by measuring the presence or absence of an electromagnetic wave having a frequency of 10 GHz transmitted from the rectenna 20 and the change in intensity with the electromagnetic wave measuring device 30. can do. That is, it is possible to wirelessly detect a small amount of hydrogen gas leakage at a desired location.

このようにして本発明によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができる。   Thus, according to the present invention, it is possible to provide a wireless gas detection system that can detect a small amount of gas leakage wirelessly.

＜第２実施例＞
本発明に係る無線ガス検知システムの第２実施例について、図３及び図４を参照しながら説明する。
図３は、第２実施例の無線ガス検知システムの構成を図示したブロック図である。図４は、第２実施例の第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂの回路図である。 <Second embodiment>
A second embodiment of the wireless gas detection system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the wireless gas detection system of the second embodiment. FIG. 4 is a circuit diagram of the first rectenna 20a and the second rectenna 20b of the second embodiment.

第２実施例の無線ガス検知システムは、送電装置１０、第１レクテナ２０ａ、第２レクテナ２０ｂ及び電磁波測定装置３０を備える。電磁波測定装置３０については、第１実施例と同様であるため詳細な説明を省略する。   The wireless gas detection system of the second embodiment includes a power transmission device 10, a first rectenna 20a, a second rectenna 20b, and an electromagnetic wave measurement device 30. Since the electromagnetic wave measuring device 30 is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

第２実施例の送電装置１０は、第１周波数及び第２周波数を含む周波数帯域で周波数が変化する電磁波を送信する。ここで例えば第１周波数を２０ＧＨｚ、第２周波数を３０ＧＨｚとすると、送電装置１０は、２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの範囲で周波数が周期的にスイープする電磁波を送電アンテナ１１から送信する。あるいは２０ＧＨｚ及び３０ＧＨｚの周波数の電磁波を送電アンテナ１１から交互に送信してもよい。   The power transmission device 10 according to the second embodiment transmits an electromagnetic wave whose frequency changes in a frequency band including the first frequency and the second frequency. Here, for example, when the first frequency is 20 GHz and the second frequency is 30 GHz, the power transmission device 10 transmits from the power transmission antenna 11 an electromagnetic wave whose frequency periodically sweeps in the range of 20 GHz to 30 GHz. Or you may transmit the electromagnetic waves of the frequency of 20 GHz and 30 GHz from the power transmission antenna 11 by turns.

第２実施例の第１レクテナ２０ａは、第１受電アンテナ２１ａ、第１ショットキーバリアダイオード２２ａ、第１コンデンサ２３ａ、第１抵抗器２４ａ、第１バンドパスフィルタ２５ａを含む。   The first rectenna 20a of the second embodiment includes a first power receiving antenna 21a, a first Schottky barrier diode 22a, a first capacitor 23a, a first resistor 24a, and a first bandpass filter 25a.

「第１アンテナ」としての第１受電アンテナ２１ａは、送電装置１０の送電アンテナ１１から送信される電磁波を受信する。「第１整流素子」としての第１ショットキーバリアダイオード２２ａは、第１受電アンテナ２１ａに誘起する交流電力を整流して直流電力に変換する。また第１ショットキーバリアダイオード２２ａは、第１のガス（例えば水素ガス）に反応して電流電圧特性が変化する素子である。第１コンデンサ２３ａは、主に平滑コンデンサとして機能する。第１抵抗器２４ａは負荷抵抗である。第１バンドパスフィルタ２５ａは、第１受電アンテナ２１ａと第１ショットキーバリアダイオード２２ａとの間に設けられており、中心周波数が２０ＧＨｚのバンドパスフィルタである。   The first power receiving antenna 21 a as the “first antenna” receives the electromagnetic wave transmitted from the power transmitting antenna 11 of the power transmitting device 10. The first Schottky barrier diode 22a as the “first rectifying element” rectifies AC power induced in the first power receiving antenna 21a and converts it into DC power. The first Schottky barrier diode 22a is an element whose current-voltage characteristics change in response to a first gas (for example, hydrogen gas). The first capacitor 23a mainly functions as a smoothing capacitor. The first resistor 24a is a load resistance. The first bandpass filter 25a is a bandpass filter that is provided between the first power receiving antenna 21a and the first Schottky barrier diode 22a and has a center frequency of 20 GHz.

第２レクテナ２０ｂは、回路構成は第１レクテナ２０ａと同じであり、第２受電アンテナ２１ｂ、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂ、第２コンデンサ２３ｂ、第２抵抗器２４ｂ、第２バンドパスフィルタ２５ｂを含む。   The second rectenna 20b has the same circuit configuration as the first rectenna 20a, and includes a second power receiving antenna 21b, a second Schottky barrier diode 22b, a second capacitor 23b, a second resistor 24b, and a second bandpass filter 25b. Including.

「第２アンテナ」としての第２受電アンテナ２１ｂは、送電装置１０の送電アンテナ１１から送信される電磁波を受信する。「第２整流素子」としての第２ショットキーバリアダイオード２２ｂは、第２受電アンテナ２１ｂに誘起する交流電力を整流して直流電力に変換する。また第２ショットキーバリアダイオード２２ｂは、第２のガス（第１のガスと異なる種類のガス）に反応して電流電圧特性が変化する素子である。第２コンデンサ２３ｂは、主に平滑コンデンサとして機能する。第２抵抗器２４ｂは負荷抵抗である。第２バンドパスフィルタ２５ｂは、第２受電アンテナ２１ｂと第２ショットキーバリアダイオード２２ｂとの間に設けられており、中心周波数が３０ＧＨｚのバンドパスフィルタである。   The second power receiving antenna 21 b as the “second antenna” receives the electromagnetic wave transmitted from the power transmitting antenna 11 of the power transmitting device 10. The second Schottky barrier diode 22b as the “second rectifier element” rectifies AC power induced in the second power receiving antenna 21b and converts it into DC power. The second Schottky barrier diode 22b is an element whose current-voltage characteristics change in response to a second gas (a different type of gas from the first gas). The second capacitor 23b mainly functions as a smoothing capacitor. The second resistor 24b is a load resistance. The second band pass filter 25b is provided between the second power receiving antenna 21b and the second Schottky barrier diode 22b, and is a band pass filter having a center frequency of 30 GHz.

第２実施例の第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応していない状態において、２０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。他方、第２実施例の第２レクテナ２０ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応していない状態において、３０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。   The impedance of the first rectenna 20a of the second embodiment is matched at a frequency of 20 GHz in a state where the first Schottky barrier diode 22a does not react with the first gas. On the other hand, the impedance of the second rectenna 20b of the second embodiment is matched at a frequency of 30 GHz in a state where the second Schottky barrier diode 22b does not react to the second gas.

このような構成の第２実施例の無線ガス検知システムにおいて、第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂは、ガスセンサとして所望の場所にそれぞれ配置される。そして２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの範囲で周波数が周期的にスイープする電磁波が送電装置１０から第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂへ送信される。あるいは２０ＧＨｚ及び３０ＧＨｚの周波数の電磁波が送電アンテナ１１から交互に送信されるようにしてもよい。第１レクテナ２０ａは、中心周波数が２０ＧＨｚの第１バンドパスフィルタ２５ａが設けられているので、２０ＧＨｚ及びその近傍の周波数の電磁波だけを送受信することになる。同様に、第２レクテナ２０ｂは、中心周波数が３０ＧＨｚの第２バンドパスフィルタ２５ｂが設けられているので、３０ＧＨｚ及びその近傍の周波数の電磁波だけを送受信することになる。   In the wireless gas detection system of the second embodiment having such a configuration, the first rectenna 20a and the second rectenna 20b are respectively disposed at desired locations as gas sensors. Then, an electromagnetic wave whose frequency periodically sweeps in the range of 20 GHz to 30 GHz is transmitted from the power transmission apparatus 10 to the first rectenna 20a and the second rectenna 20b. Alternatively, electromagnetic waves having frequencies of 20 GHz and 30 GHz may be alternately transmitted from the power transmission antenna 11. Since the first rectenna 20a is provided with the first band-pass filter 25a having a center frequency of 20 GHz, only the electromagnetic wave having a frequency of 20 GHz and the vicinity thereof is transmitted and received. Similarly, since the second rectenna 20b is provided with the second band-pass filter 25b having a center frequency of 30 GHz, only the electromagnetic wave having a frequency of 30 GHz and the vicinity thereof is transmitted and received.

第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応すると、第１ショットキーバリアダイオード２２ａの電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、２０ＧＨｚの周波数の電磁波となって第１受電アンテナ２１ａから送信される。また第２レクテナ２０ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応すると、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂの電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、３０ＧＨｚの周波数の電磁波となって第２受電アンテナ２１ｂから送信される。   In the first rectenna 20a, when the first Schottky barrier diode 22a reacts to the first gas, the current-voltage characteristics of the first Schottky barrier diode 22a change, so that impedance mismatch occurs and the reflected wave increases. This reflected wave is transmitted from the first power receiving antenna 21a as an electromagnetic wave having a frequency of 20 GHz. In addition, when the second Schottky barrier diode 22b reacts to the second gas, the second rectenna 20b changes the current-voltage characteristics of the second Schottky barrier diode 22b, so that impedance mismatch occurs and the reflected wave increases. . This reflected wave is transmitted from the second power receiving antenna 21b as an electromagnetic wave having a frequency of 30 GHz.

そして電磁波測定装置３０において、第１レクテナ２０ａから送信される２０ＧＨｚの周波数の電磁波、及び第２レクテナ２０ｂから送信される３０ＧＨｚの周波数の電磁波の有無や強度の変化を個々に測定する。それによって第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応しているか否か、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応しているか否かをそれぞれ特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができるとともに、その微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。   Then, the electromagnetic wave measuring device 30 individually measures the presence or absence of the electromagnetic wave with the frequency of 20 GHz transmitted from the first rectenna 20a and the presence or intensity change of the electromagnetic wave with the frequency of 30 GHz transmitted from the second rectenna 20b. Thereby, it is possible to specify whether or not the first Schottky barrier diode 22a is reacting to the first gas and whether or not the second Schottky barrier diode 22b is reacting to the second gas. That is, it is possible to detect a small amount of gas leakage at a desired location wirelessly and to identify the type of gas in which the minute amount leakage occurs.

このようにして本発明によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができる。またその微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。
尚、第２実施例は、第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂを備える無線ガス検知システムを例に説明したが、レクテナの数は、特にこの２つに限定されるものではなく、３つ以上のレクテナを設けても本発明が実施可能であることは言うまでもない。 Thus, according to the present invention, it is possible to provide a wireless gas detection system that can detect a small amount of gas leakage wirelessly. In addition, it is possible to specify the type of gas in which the minute leakage occurs.
In the second embodiment, the wireless gas detection system including the first rectenna 20a and the second rectenna 20b has been described as an example. However, the number of rectennas is not particularly limited to these two, and three or more. It goes without saying that the present invention can be implemented even if the rectenna is provided.

＜第３実施例＞
本発明に係る無線ガス検知システムの第３実施例について、図３及び図５を参照しながら説明する。
第３実施例の無線ガス検知システムは、第２実施例と同様に、送電装置１０、第１レクテナ２０ａ、第２レクテナ２０ｂ及び電磁波測定装置３０を備える（図３）。ただし第３実施例の送電装置１０は、第１実施例と同様に、例えば１０ＧＨｚの周波数（所定の周波数）の電磁波を送電アンテナ１１から送信する。電磁波測定装置３０については、第１実施例と同様であるため詳細な説明を省略する。 <Third embodiment>
A third embodiment of the wireless gas detection system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As in the second embodiment, the wireless gas detection system of the third embodiment includes a power transmission device 10, a first rectenna 20a, a second rectenna 20b, and an electromagnetic wave measurement device 30 (FIG. 3). However, similarly to the first embodiment, the power transmission device 10 of the third embodiment transmits, for example, an electromagnetic wave having a frequency of 10 GHz (predetermined frequency) from the power transmission antenna 11. Since the electromagnetic wave measuring device 30 is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

図５は、第３実施例の第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂの回路図である。
第３実施例の第１レクテナ２０ａは、第１受電アンテナ２１ａ、第１ショットキーバリアダイオード２２ａ、第１コンデンサ２３ａ、第１ＲＦスイッチ２６ａ、第１電源回路２７ａ、第１変調制御回路２８ａを含む。 FIG. 5 is a circuit diagram of the first rectenna 20a and the second rectenna 20b of the third embodiment.
The first rectenna 20a of the third embodiment includes a first power receiving antenna 21a, a first Schottky barrier diode 22a, a first capacitor 23a, a first RF switch 26a, a first power supply circuit 27a, and a first modulation control circuit 28a.

「第１アンテナ」としての第１受電アンテナ２１ａ、「第１整流素子」としての第１ショットキーバリアダイオード２２ａ、第１コンデンサ２３ａは、第２実施例と同様である。第１ＲＦスイッチ２６ａ、第１電源回路２７ａ、第１変調制御回路２８ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａで整流された直流電力で動作し、第１識別情報を含む信号の電磁波を第１受電アンテナ２１ａから送信する「第１送信回路」を構成する。   The first power receiving antenna 21a as the “first antenna”, the first Schottky barrier diode 22a as the “first rectifying element”, and the first capacitor 23a are the same as in the second embodiment. The first RF switch 26a, the first power supply circuit 27a, and the first modulation control circuit 28a operate with the DC power rectified by the first Schottky barrier diode 22a, and transmit the electromagnetic wave of the signal including the first identification information to the first power receiving antenna. The “first transmission circuit” for transmitting from 21a is configured.

第１ＲＦスイッチ２６ａは、高周波スイッチ回路であり、第１受電アンテナ２１ａから第１ショットキーバリアダイオード２２ａへの信号経路と、第１変調制御回路２８ａから第１受電アンテナ２１ａへの信号経路とを切り替えるスイッチである。第１電源回路２７ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａで整流された直流電力で動作し、一定の直流電圧を第１変調制御回路２８ａへ供給する。第１変調制御回路２８ａは、第１電源回路２７ａが出力する直流電圧で動作し、第１ＲＦスイッチ２６ａを介して、第１識別情報を含む交流信号を第１受電アンテナ２１ａへ出力する。この第１識別情報は、複数のレクテナの中から第１レクテナ２０ａを識別して特定するための情報であり、第１レクテナ２０ａに固有の情報である。   The first RF switch 26a is a high-frequency switch circuit, and switches a signal path from the first power receiving antenna 21a to the first Schottky barrier diode 22a and a signal path from the first modulation control circuit 28a to the first power receiving antenna 21a. Switch. The first power supply circuit 27a operates with DC power rectified by the first Schottky barrier diode 22a and supplies a constant DC voltage to the first modulation control circuit 28a. The first modulation control circuit 28a operates with a DC voltage output from the first power supply circuit 27a, and outputs an AC signal including first identification information to the first power receiving antenna 21a via the first RF switch 26a. The first identification information is information for identifying and specifying the first rectenna 20a from among a plurality of rectennas, and is information unique to the first rectenna 20a.

第２レクテナ２０ｂは、回路構成は第１レクテナ２０ａと同じであり、第２受電アンテナ２１ｂ、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂ、第２コンデンサ２３ｂ、第２ＲＦスイッチ２６ｂ、第２電源回路２７ｂ、第２変調制御回路２８ｂを含む。   The second rectenna 20b has the same circuit configuration as the first rectenna 20a, and includes a second power receiving antenna 21b, a second Schottky barrier diode 22b, a second capacitor 23b, a second RF switch 26b, a second power supply circuit 27b, A modulation control circuit 28b is included.

「第２アンテナ」としての第２受電アンテナ２１ｂ、「第２整流素子」としての第２ショットキーバリアダイオード２２ｂ、第２コンデンサ２３ｂは、第２実施例と同様である。第２ＲＦスイッチ２６ｂ、第２電源回路２７ｂ、第２変調制御回路２８ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂで整流された直流電力で動作し、第２識別情報を含む信号の電磁波を第２受電アンテナ２１ｂから送信する「第２送信回路」を構成する。   The second power receiving antenna 21b as the “second antenna”, the second Schottky barrier diode 22b as the “second rectifying element”, and the second capacitor 23b are the same as in the second embodiment. The second RF switch 26b, the second power supply circuit 27b, and the second modulation control circuit 28b operate with the DC power rectified by the second Schottky barrier diode 22b, and transmit the electromagnetic wave of the signal including the second identification information to the second power receiving antenna. The “second transmission circuit” for transmitting from 21b is configured.

第２ＲＦスイッチ２６ｂは、高周波スイッチ回路であり、第２受電アンテナ２１ｂから第２ショットキーバリアダイオード２２ｂへの信号経路と、第２変調制御回路２８ｂから第２受電アンテナ２１ｂへの信号経路とを切り替えるスイッチである。第２電源回路２７ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂで整流された直流電力で動作し、一定の直流電圧を第２変調制御回路２８ｂへ供給する。第２変調制御回路２８ｂは、第２電源回路２７ｂが出力する直流電圧で動作し、第２ＲＦスイッチ２６ｂを介して、第２識別情報を含む交流信号を第２受電アンテナ２１ｂへ出力する。この第２識別情報は、複数のレクテナの中から第２レクテナ２０ｂを識別して特定するための情報であり、第２レクテナ２０ｂに固有の情報である。   The second RF switch 26b is a high-frequency switch circuit, and switches between a signal path from the second power receiving antenna 21b to the second Schottky barrier diode 22b and a signal path from the second modulation control circuit 28b to the second power receiving antenna 21b. Switch. The second power supply circuit 27b operates with the DC power rectified by the second Schottky barrier diode 22b and supplies a constant DC voltage to the second modulation control circuit 28b. The second modulation control circuit 28b operates with a DC voltage output from the second power supply circuit 27b, and outputs an AC signal including second identification information to the second power receiving antenna 21b via the second RF switch 26b. The second identification information is information for identifying and specifying the second rectenna 20b from among the plurality of rectennas, and is information unique to the second rectenna 20b.

第３実施例の第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応していない状態において、１０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。同様に、第３実施例の第２レクテナ２０ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応していない状態において、１０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。   The first rectenna 20a of the third embodiment has impedance matching at a frequency of 10 GHz in a state where the first Schottky barrier diode 22a is not reacting with the first gas. Similarly, the impedance of the second rectenna 20b of the third embodiment is matched at a frequency of 10 GHz in a state where the second Schottky barrier diode 22b does not react to the second gas.

このような構成の第３実施例の無線ガス検知システムにおいて、第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂは、ガスセンサとして所望の場所にそれぞれ配置される。そして１０ＧＨｚの周波数の電磁波を送電装置１０から第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂへ送信する。第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａで整流された直流電力で第１電源回路２７ａが動作する。それによって第１変調制御回路２８ａが生成する第１識別情報を含む交流信号の電磁波が第１受電アンテナ２１ａから送信される。また第２レクテナ２０ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂで整流された直流電力で第２電源回路２７ｂが動作する。それによって第２変調制御回路２８ｂが生成する第２識別情報を含む交流信号の電磁波が第２受電アンテナ２１ｂから送信される。   In the wireless gas detection system of the third embodiment having such a configuration, the first rectenna 20a and the second rectenna 20b are respectively arranged at desired locations as gas sensors. Then, an electromagnetic wave having a frequency of 10 GHz is transmitted from the power transmission device 10 to the first rectenna 20a and the second rectenna 20b. In the first rectenna 20a, the first power supply circuit 27a operates with DC power rectified by the first Schottky barrier diode 22a. Thereby, an electromagnetic wave of an AC signal including the first identification information generated by the first modulation control circuit 28a is transmitted from the first power receiving antenna 21a. In the second rectenna 20b, the second power supply circuit 27b operates with DC power rectified by the second Schottky barrier diode 22b. Thereby, an electromagnetic wave of an AC signal including the second identification information generated by the second modulation control circuit 28b is transmitted from the second power receiving antenna 21b.

第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応すると、第１ショットキーバリアダイオード２２ａの電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じる。それによって第１電源回路２７ａへ供給される直流電力が低下するため、第１変調制御回路２８ａが動作しなくなり、第１識別情報を含む信号の電磁波が第１受電アンテナ２１ａから送信されない状態となる。また第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応すると、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂの電流電圧特性が変化するため、第２レクテナ２０ｂのインピーダンス不整合が生じる。それによって第２電源回路２７ｂへ供給される直流電力が低下するため、第２変調制御回路２８ｂが動作しなくなり、第２識別情報を含む信号の電磁波が第２受電アンテナ２１ｂから送信されない状態となる。   In the first rectenna 20a, when the first Schottky barrier diode 22a reacts to the first gas, the current-voltage characteristic of the first Schottky barrier diode 22a changes, and thus impedance mismatch occurs. As a result, the direct-current power supplied to the first power supply circuit 27a decreases, so that the first modulation control circuit 28a does not operate and the electromagnetic wave of the signal including the first identification information is not transmitted from the first power receiving antenna 21a. . Further, when the second Schottky barrier diode 22b reacts to the second gas, the current-voltage characteristic of the second Schottky barrier diode 22b changes, so that impedance mismatch of the second rectenna 20b occurs. As a result, the direct-current power supplied to the second power supply circuit 27b decreases, so that the second modulation control circuit 28b does not operate, and the electromagnetic wave of the signal including the second identification information is not transmitted from the second power receiving antenna 21b. .

そして電磁波測定装置３０において、第１レクテナ２０ａから送信される第１識別情報を含む信号の電磁波、及び第２レクテナ２０ｂから送信される第２識別情報を含む信号の電磁波の有無や強度の変化を個々に測定する。それによって第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応しているか否か、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応しているか否かをそれぞれ特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができるとともに、その微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。   Then, in the electromagnetic wave measuring device 30, the presence or absence or intensity change of the electromagnetic wave of the signal including the first identification information transmitted from the first rectenna 20a and the electromagnetic wave of the signal including the second identification information transmitted from the second rectenna 20b is detected. Measure individually. Thereby, it is possible to specify whether or not the first Schottky barrier diode 22a is reacting to the first gas and whether or not the second Schottky barrier diode 22b is reacting to the second gas. That is, it is possible to detect a small amount of gas leakage at a desired location wirelessly and to identify the type of gas in which the minute amount leakage occurs.

このようにして本発明によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができる。またその微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。
尚、第３実施例は、第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂを備える無線ガス検知システムを例に説明したが、レクテナの数は、特にこの２つに限定されるものではなく、３つ以上のレクテナを設けても本発明が実施可能であることは言うまでもない。 Thus, according to the present invention, it is possible to provide a wireless gas detection system that can detect a small amount of gas leakage wirelessly. In addition, it is possible to specify the type of gas in which the minute leakage occurs.
In the third embodiment, the wireless gas detection system including the first rectenna 20a and the second rectenna 20b has been described as an example. However, the number of rectennas is not particularly limited to these two, and three or more. It goes without saying that the present invention can be implemented even if the rectenna is provided.

１０ 送電装置
１１ 送電アンテナ
２０ レクテナ
２１ 受電アンテナ
２２ ショットキーバリアダイオード
３０ 電磁波測定装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power transmission apparatus 11 Power transmission antenna 20 Rectenna 21 Power receiving antenna 22 Schottky barrier diode 30 Electromagnetic wave measuring apparatus

Claims (6)

所定の周波数の電磁波を送信する送電装置と、
前記送電装置から送信される電磁波を受信するアンテナ、前記アンテナに誘起する交流電力を整流し、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する整流素子を含み、前記整流素子が前記所定のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合し、前記整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて前記所定の周波数の反射波が増加するレクテナと、
前記アンテナから送信される電磁波を受信して測定することによって前記所定のガスを検出する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システム。 A power transmission device that transmits electromagnetic waves of a predetermined frequency;
An antenna that receives an electromagnetic wave transmitted from the power transmission device; and a rectifier that rectifies AC power induced in the antenna and changes a current-voltage characteristic in response to a predetermined gas, wherein the rectifier element is the predetermined gas. A rectenna in which impedance is matched at the predetermined frequency in a state of not reacting to the impedance, and impedance mismatch occurs when the current-voltage characteristics of the rectifying element change, and the reflected wave of the predetermined frequency increases ;
A radio gas detection system comprising: an electromagnetic wave measurement device that detects the predetermined gas by receiving and measuring an electromagnetic wave transmitted from the antenna. 第１周波数及び第２周波数を含む周波数帯域で周波数が変化する電磁波を送信する送電装置と、
前記送電装置から送信される電磁波を受信する第１アンテナ、前記第１アンテナに誘起する交流電力を整流し、第１のガスに反応して電流電圧特性が変化する第１整流素子、前記第１アンテナと前記第１整流素子との間に設けられ、前記第１周波数を中心周波数とする第１バンドパスフィルタを含み、前記第１整流素子が前記第１のガスに反応していない状態において前記第１周波数でインピーダンスが整合し、前記第１整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて前記第１周波数の反射波が増加する第１レクテナと、
前記送電装置から送信される電磁波を受信する第２アンテナ、前記第２アンテナに誘起する交流電力を整流し、第２のガスに反応して電流電圧特性が変化する第２整流素子、前記第２アンテナと前記第２整流素子との間に設けられ、前記第２周波数を中心周波数とする第２バンドパスフィルタを含み、前記第２整流素子が前記第２のガスに反応していない状態において前記第２周波数でインピーダンスが整合し、前記第２整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて前記第２周波数の反射波が増加する第２レクテナと、
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナから送信される電磁波を受信して測定することによって前記第１のガス及び前記第２のガスをそれぞれ検出する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システム。 A power transmission device that transmits an electromagnetic wave whose frequency changes in a frequency band including the first frequency and the second frequency;
A first antenna that receives an electromagnetic wave transmitted from the power transmission device; a first rectifier that rectifies AC power induced in the first antenna and changes a current-voltage characteristic in response to a first gas; A first band-pass filter provided between an antenna and the first rectifying element and having the first frequency as a center frequency, wherein the first rectifying element is not reacting to the first gas; A first rectenna in which impedance is matched at a first frequency and impedance mismatch occurs when a current-voltage characteristic of the first rectifying element is changed to increase a reflected wave of the first frequency ;
A second antenna that receives an electromagnetic wave transmitted from the power transmission device; a second rectifier that rectifies AC power induced in the second antenna and changes a current-voltage characteristic in response to a second gas; A second band-pass filter provided between an antenna and the second rectifying element and having the second frequency as a center frequency, wherein the second rectifying element does not react to the second gas; A second rectenna in which impedance is matched at a second frequency and impedance mismatch occurs when a current-voltage characteristic of the second rectifying element changes, and a reflected wave at the second frequency increases ;
A radio gas detection system comprising: an electromagnetic wave measurement device that detects the first gas and the second gas by receiving and measuring electromagnetic waves transmitted from the first antenna and the second antenna , respectively . 所定の周波数の電磁波を送信する送電装置と、
前記送電装置から送信される電磁波を受信する第１アンテナ、前記第１アンテナに誘起する交流電力を整流し、第１のガスに反応して電流電圧特性が変化する第１整流素子、前記第１整流素子で整流された直流電力で動作し、第１識別情報を含む信号の電磁波を前記第１アンテナから送信する第１送信回路を含み、前記第１整流素子が前記第１のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合し、前記第１整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて、前記第１整流素子から前記第１送信回路へ供給される直流電力が低下し、前記第１アンテナから送信される前記第１識別情報を含む信号の電磁波の強度が低下する第１レクテナと、
前記送電装置から送信される電磁波を受信する第２アンテナ、前記第２アンテナに誘起する交流電力を整流し、第２のガスに反応して電流電圧特性が変化する第２整流素子、前記第２整流素子で整流された直流電力で動作し、第２識別情報を含む信号の電磁波を前記第２アンテナから送信する第２送信回路を含み、前記第２整流素子が前記第２のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合し、前記第２整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて、前記第２整流素子から前記第２送信回路へ供給される直流電力が低下し、前記第２アンテナから送信される前記第２識別情報を含む信号の電磁波の強度が低下する第２レクテナと、
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナから送信される電磁波を受信して測定することによって前記第１のガス及び前記第２のガスをそれぞれ検出する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システム。 A power transmission device that transmits electromagnetic waves of a predetermined frequency;
A first antenna that receives an electromagnetic wave transmitted from the power transmission device; a first rectifier that rectifies AC power induced in the first antenna and changes a current-voltage characteristic in response to a first gas; A first transmission circuit that operates from direct current power rectified by the rectifying element and that transmits an electromagnetic wave of a signal including first identification information from the first antenna, wherein the first rectifying element reacts to the first gas; When the impedance is matched at the predetermined frequency in a state where the current is not present, and the current-voltage characteristics of the first rectifier element change, impedance mismatch occurs and is supplied from the first rectifier element to the first transmission circuit. A first rectenna in which direct current power is reduced and the electromagnetic wave intensity of the signal including the first identification information transmitted from the first antenna is reduced ;
A second antenna that receives an electromagnetic wave transmitted from the power transmission device; a second rectifier that rectifies AC power induced in the second antenna and changes a current-voltage characteristic in response to a second gas; A second transmission circuit that operates from direct current power rectified by the rectifying element and that transmits an electromagnetic wave of a signal including second identification information from the second antenna, wherein the second rectifying element reacts to the second gas; When the impedance is matched at the predetermined frequency in a state where the second rectifier element is not in a state where the current-voltage characteristics of the second rectifier element change, impedance mismatch occurs and the second rectifier element supplies the second transmitter circuit with the impedance mismatch. A second rectenna in which direct current power is reduced and the electromagnetic wave intensity of the signal including the second identification information transmitted from the second antenna is reduced ;
A radio gas detection system comprising: an electromagnetic wave measurement device that detects the first gas and the second gas by receiving and measuring electromagnetic waves transmitted from the first antenna and the second antenna , respectively . 所定の周波数の電磁波を受信するアンテナと、
前記アンテナに誘起する交流電力を整流し、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する整流素子と、を備え、
前記整流素子が前記所定のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合し、前記整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて前記所定の周波数の反射波が増加する、ことを特徴とするレクテナ。 An antenna for receiving electromagnetic waves of a predetermined frequency;
Rectifying AC power induced in the antenna, and a rectifying element whose current-voltage characteristics change in response to a predetermined gas,
When the rectifying element does not react to the predetermined gas, impedance is matched at the predetermined frequency, and impedance mismatch occurs when the current-voltage characteristics of the rectifying element change, and the reflected wave of the predetermined frequency Rectena, characterized by an increase . 請求項４に記載のレクテナにおいて、前記アンテナと前記整流素子との間に設けられ、前記所定の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタをさらに備える、ことを特徴とするレクテナ。   5. The rectenna according to claim 4, further comprising a band-pass filter provided between the antenna and the rectifying element and having the predetermined frequency as a center frequency. 請求項４に記載のレクテナにおいて、前記整流素子で整流された直流電力で動作し、所定の識別情報を含む信号の電磁波を前記アンテナから送信する送信回路をさらに備える、ことを特徴とするレクテナ。   5. The rectenna according to claim 4, further comprising a transmission circuit that operates with direct-current power rectified by the rectifying element and transmits an electromagnetic wave of a signal including predetermined identification information from the antenna.
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