JP6519384B2 - SAW sensor resonance frequency detection device - Google Patents
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Description
本発明は、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)センサの共振周波数検出装置に関する。 The present invention relates to a resonance frequency detection device of a surface acoustic wave (SAW) sensor.
弾性表面波センサ(以下、SAWセンサと称す)は温度又は歪みによる測定対象の物理量の変化を受けると、これに応じてSAWの伝搬速度等が変化し電気的特性が変化する。このようなシステムの中で、SAWセンサの共振周波数を検出することに応じて物理量を検出するシステムが開発されている(例えば、非特許文献1参照)。この非特許文献1記載の技術によれば、SAWの反射特性S11のレベルが最小となる周波数を検出することで共振周波数を検出している(例えば、非特許文献1のFig.3参照)。
When a surface acoustic wave sensor (hereinafter referred to as a SAW sensor) receives a change in the physical quantity of the object to be measured due to temperature or strain, the propagation speed of the SAW changes accordingly and the electrical characteristics change. Among such systems, a system for detecting a physical quantity in response to detection of a resonant frequency of a SAW sensor has been developed (see, for example, Non-Patent Document 1). According to the technology described in
発明者が非特許文献1記載の技術を検討し、受信信号とキャリア周波数の信号とをミキシングしてダウンコンバートした場合、キャリア周波数がある周波数を超えた高周波数範囲では低周波数範囲と同一傾向の出力値が得られるため、ある周波数を超えた高周波数範囲と低周波数範囲とを一意に区別できないことが導かれた。単調変化する周波数範囲内でSAWセンサの共振周波数を検出しようとすると、この共振周波数を検出可能な周波数範囲(ロッキングレンジ)を広くすることができず、設計の自由度が劣ることが判明した。
When the inventor examines the technique described in
本発明の目的は、ロッキングレンジを極力広範に保ちながらSAWセンサの共振周波数を検出できるようにしたSAWセンサの共振周波数検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a resonant frequency detector for a SAW sensor, which can detect the resonant frequency of the SAW sensor while keeping the locking range as wide as possible.
請求項1記載の発明によれば、送信器はキャリアに狭帯域周波数変調した信号を共振型のSAW素子を備えるSAWセンサに送信し、受信器は送信器によりSAWセンサに送信された送信信号をSAWセンサのSAW素子を介して受信する。共振周波数検出装置は、受信器の受信信号に応じて検出される位相成分に基づいてSAWセンサのSAW素子の共振周波数を検出する。 According to the first aspect of the present invention, the transmitter transmits the narrowband frequency-modulated signal to the carrier to the SAW sensor including the resonant SAW element, and the receiver transmits the transmission signal transmitted to the SAW sensor by the transmitter. The signal is received via the SAW element of the SAW sensor. The resonance frequency detection device detects the resonance frequency of the SAW element of the SAW sensor based on the phase component detected according to the reception signal of the receiver.
このとき、補助回路は、送信器の送信信号と受信器の受信信号とを混合したときの送信信号及び受信信号の振幅積の周波数特性が振幅共振周波数において最小値となり振幅共振周波数より低い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少すると共に振幅共振周波数より高い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加する特性であり、且つ、送信信号及び受信信号の位相差が位相差共振周波数において最大値となり位相差共振周波数より低い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加すると共に位相差共振周波数より高い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少する特性となるように構成されている。 At this time, in the auxiliary circuit, the frequency characteristic of the amplitude product of the transmission signal and the reception signal when the transmission signal of the transmitter and the reception signal of the receiver are mixed has a minimum value at the amplitude resonance frequency and a frequency region lower than the amplitude resonance frequency. The characteristic is monotonically decreasing according to the frequency increase and monotonously increasing according to the frequency increase in the frequency domain higher than the amplitude resonance frequency, and the phase difference between the transmission signal and the reception signal becomes maximum at the phase difference resonance frequency. It is configured to have a characteristic of monotonously increasing in response to an increase in frequency in a frequency range lower than the phase difference resonance frequency and decreasing monotonically in response to a frequency increase in a frequency range higher than the phase difference resonance frequency.
受信器は、送信器によりSAWセンサに送信された送信信号を、補助回路及びSAWセンサを介して受信し、SAWセンサからの受信信号を変換して取得される変調信号の周波数成分と変調信号生成部の変調信号との位相差に応じた位相差成分を送信器にフィードバックして変調信号生成部の変調信号に重畳させる。送信器は、変調信号に位相差成分が重畳された信号を制御信号として信号を発振させキャリア周波数をSAWセンサの共振周波数に収束させる。この結果、SAWセンサの共振周波数を精度良く検出できるようになる。 The receiver receives the transmission signal transmitted to the SAW sensor by the transmitter through the auxiliary circuit and the SAW sensor, converts the reception signal from the SAW sensor, and generates the frequency component of the modulation signal and the modulation signal The phase difference component according to the phase difference with the modulation signal of the unit is fed back to the transmitter and superimposed on the modulation signal of the modulation signal generation unit. The transmitter oscillates a signal using a signal in which the phase difference component is superimposed on the modulation signal as a control signal, and causes the carrier frequency to converge on the resonance frequency of the SAW sensor. As a result, the resonance frequency of the SAW sensor can be detected with high accuracy.
以下、SAW(Surface Acoustic Wave)センサの共振周波数検出装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施形態において、同一又は類似の動作を行う構成については、同一又は類似の符号を付して必要に応じて説明を省略する。 Hereinafter, some embodiments of a resonant frequency detection device of a SAW (Surface Acoustic Wave) sensor will be described with reference to the drawings. In each embodiment described below, the same or similar reference numerals are assigned to components performing the same or similar operations, and the description will be omitted as necessary.
(第1実施形態)
図1〜図9は第1実施形態の説明図を示す。図1に示すセンシングシステム1は、外的に与えられる歪みに応じて変形するように配置されたSAWセンサ2と、このSAWセンサ2に接続された共振周波数検出装置3と、を備える。図2は図1に示すセンシングシステム1の具体的な電気的構成例を示す。
First Embodiment
1 to 9 show an explanatory view of the first embodiment. The
共振周波数検出装置3は、変調信号生成器(変調信号生成部相当)4、加算器5、発振器6を備える送信器7と、アンプ8,9、ダウンコンバージョン部10、フィルタ11、位相比較器(位相比較部相当)12、フィルタ13及び、演算器14を備える受信器15と、を備え、送信器7と受信器15との間に補助回路16を接続して構成される。アンプ8、9は必要に応じて設ければ良く、信号レベルが十分であれば追加しなくてもよい。
The resonance
図2に示すように、発振器6は例えばVCO6z(Voltage- Controlled Oscillator)により構成される。ダウンコンバージョン部10は例えばミキサ10zにより構成される。フィルタ11は例えばBPF11z(Band-Pass Filter)により構成される。位相比較器12は例えばミキサ12zにより構成される。フィルタ13は例えばLPF13z(Low-Pass Filter)により構成される。補助回路16は、例えば受動回路(容量性回路又は誘導性回路)により構成され、例えば単一素子による補助素子16z(例えばキャパシタ素子、インダクタ素子)を用いて構成される。
As shown in FIG. 2, the
送信器7の変調信号生成器4は、例えば狭帯域FM変調用の所定の変調周波数の変調信号(交流信号)を出力する。加算器5は、変調信号生成器4の変調信号(例えばAC電圧)と演算器14の出力信号(例えばDC電圧)とを重畳し制御信号Vctrlとして発振器6に出力する。発振器6は、加算器5から入力された信号を制御信号Vctrlとして入力してキャリアを制御し、その制御後の狭帯域周波数変調された信号をアンプ8に出力すると共に補助回路16を通じてSAWセンサ2及びアンプ9に出力する。
The
発振器6は、後述する受信器15から出力されるDC成分(位相差成分相当)が変化すると当該DC成分に応じてキャリア周波数fcを変化させる。
2つのアンプ8、9は、その入力インピーダンスが、発振器6の出力信号を伝送するノードN1などの伝送線路の特性インピーダンス(例えば50Ω)と同一又は近い値(数十Ω)に設定されている。2つのアンプ8、9の入力端子のノードをそれぞれ第1ノードN1、第2ノードN2とすると、これらの第1ノードN1、及び、第2ノードN2間には補助回路16が接続されている。この補助回路16は、例えば受動回路を用いて構成される。
The input impedances of the two
図3にSAWセンサ2の周辺の構成及び信号伝搬イメージを模式的に示すように、SAWセンサ2は、ノードN2側に接続されたアンテナ17(図1には図示せず)を介在して接続されている。SAWセンサ2は、アンテナ18を接続して構成された共振型のSAW素子19を備える。SAW素子19は、圧電体基板(符号なし)上にすだれ状電極20を配置すると共に、このすだれ状電極20の両側方に位置してすだれ状電極20と同一の電極膜で構成されたストリップ状の反射器21が配置されている。SAW素子19は、アンテナ18を通じて入力された送信信号VTXを入力し、同時にアンテナ18、17を通じてノードN2の側に伝搬信号を出力する。アンテナ17、18は、例えば誘導性アンテナまたは共振型アンテナを用いて構成できる。
As schematically shown in FIG. 3 the peripheral configuration and signal propagation image of the
SAWセンサ2から反射された受信信号VRXは、その振幅と位相がSAWセンサ2の送受信伝達関数に応じて送信信号VTXの周波数成分中における各周波数毎に変化することになる。送信信号VTXと受信信号VRXの振幅積と位相差とは共振周波数に依存するため、後述する受信器15では回路を用いて共振周波数を算出している。これにより、SAWセンサ2に印加された歪み(物理量)を検出できる。
The amplitude and the phase of the reception signal V RX reflected from the
2つのアンプ8、9は、互いに同一増幅度又はその増幅度が予め定められた所定比に予め設定された増幅器であり、増幅された信号をダウンコンバージョン部10に出力する。ダウンコンバージョン部10は、これらの2つのアンプ8、9により増幅された信号を乗算することで、SAWセンサ2からの受信信号VRXを送信信号VTXによりダウンコンバートし、キャリア周波数fcの成分を打消し合わせる。フィルタ11は、ダウンコンバージョン部10によりダウンコンバートされた後の信号について変調周波数fmodの成分を通過させるフィルタ処理を行うものであり、不要成分(例えばDC成分、変調周波数fmodの成分、変調周波数fmodの2倍の成分等)をカットする。
The two
位相比較器12は、変調信号生成器4の出力信号とフィルタ11の出力信号との位相を比較した信号をフィルタ13に出力する。この位相比較器12では、変調周波数fmodの成分を打消し合わせる。フィルタ13は、DC成分を通過して不要成分(変調周波数の2倍の成分)をカットし、演算器14に出力しDC成分を加算器5にフィードバックする。演算器14は、フィルタ11のDC電圧を発振器6のロッキングレンジ内の電圧範囲内に制御する機能を備える。加算器5は、この位相差に応じたDC成分を変調信号生成器4の出力信号に加算して発振器6に制御信号Vctrlとして出力する。発振器6は、この制御信号Vctrlに応じてキャリア周波数fcを調整して2つのアンプ8、9に出力する。これらの一連の処理は、発振器6が出力するキャリアのキャリア周波数fcがSAWセンサ2の共振周波数frに収束するまで繰り返される。
The
前記の構成の意義について数式を用いて説明する。まず、発振器6の出力信号C(t)を(1)式のように定義する。ここでfcはキャリア周波数を示し、φは初期位相角を示す。
The significance of the above configuration will be described using mathematical formulas. First, the output signal C (t) of the
この(9)式を要素毎に分解したときの各要素の周波数依存性の傾向を図4、図5に示している。図4は各項の振幅積の絶対値の周波数依存性の傾向を示しており、図5は位相差の余弦値の周波数依存性を示している。また、図6は送信信号VTXと受信信号VRXの位相差θrの周波数依存性を示している。これらの周波数特性は、補助回路として適当な素子(例えば単一素子(例えばコンデンサ))または回路(例えば容量性回路)を選定したときに得られる所定周波数範囲内の周波数特性を示している。 The tendency of the frequency dependency of each element when the equation (9) is decomposed into each element is shown in FIG. 4 and FIG. FIG. 4 shows the tendency of the frequency dependency of the absolute value of the amplitude product of each term, and FIG. 5 shows the frequency dependency of the cosine value of the phase difference. Further, FIG. 6 shows the frequency dependency of the phase difference θ r between the transmission signal V TX and the reception signal V RX . These frequency characteristics indicate frequency characteristics within a predetermined frequency range obtained when an appropriate element (for example, a single element (for example, a capacitor)) or a circuit (for example, a capacitive circuit) is selected as an auxiliary circuit.
図4に示す周波数範囲内においては、振幅積は振幅共振周波数fr_Ampにおける値を最小値とし、振幅共振周波数fr_Ampより低い周波数領域では周波数増加に応じて単調減少し、振幅共振周波数fr_Ampより高い周波数領域では周波数増加に応じて単調増加する特性となる。図5に示すように、位相差の余弦値は、位相差共振周波数fr_p−pにおける値を最小値とし、位相差共振周波数fr_p−pより低い周波数領域では周波数増加に応じて単調減少し、位相差共振周波数fr_p−pより高い周波数領域では周波数増加に応じて単調増加する特性となる。 Within the frequency range shown in FIG. 4, the amplitude product is a minimum value in the amplitude resonance frequency f R_Amp, monotonically decreases in accordance with the frequency increased in the frequency region lower than the amplitude resonance frequency f R_Amp, than the amplitude resonance frequency f R_Amp In the high frequency region, the characteristic is monotonically increasing according to the frequency increase. As shown in FIG. 5, the cosine value of the phase difference has a value at the phase difference resonance frequency fr_p-p as the minimum value, and monotonously decreases in the frequency region lower than the phase difference resonance frequency fr_p-p according to the frequency increase. In the frequency range higher than the phase difference resonance frequency fr_p-p, the characteristic is monotonically increasing according to the frequency increase.
適切な補助回路16を選定することで、図6に示す周波数範囲では、送信信号VTXと受信信号VRXの位相差θrが、位相共振周波数fr_Phaseで最大値となる。位相差θrは、位相共振周波数fr_Phaseより低い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加し、位相共振周波数fr_Phaseより高い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少する特性となる。
By selecting an appropriate
ここで(9−1)式の成分は、送信信号VTXのキャリア周波数の振幅ALO0を含む成分を主成分としているため(9−2)式の成分より大幅に大きくなり無視可能な値となる。このため、以下では(9−1)式の成分の数式を用いて説明する。 Here, since the component of the equation (9-1) has a component including the amplitude A LO0 of the carrier frequency of the transmission signal V TX as the main component, the component of the equation (9-2) is significantly larger than the component of the equation (9-2). Become. For this reason, below, it demonstrates using the numerical formula of the component of (9-1) Formula.
まず、補助回路16に適切な回路を選定したときには、キャリア周波数fcが予め定められたロッキングレンジ内において、(9−1)式の第1項の位相差の余弦値を同一符号で変化させると共に第2項の位相差の余弦値を同一符号で変化させるように選定することが望ましい。さらに、位相差の余弦値の伝達特性を後述するように周波数変化に応じてV字特性とするため、0〜90[deg]、90〜180[deg]、−90〜0[deg]、−90〜−180[deg]の範囲で位相差の変化を抑えることが望ましい。なお、これらの範囲を超えても良いが、この範囲を超えるときには、送信信号VTX、受信信号VRXの何れか一方又は両方に位相移相器(必要に応じて、アンプ、フィルタ等)を設けることで位相差をシフトし、送信信号VTX、受信信号VRXに関係する位相差を前述の範囲に設定することが望ましい。
First, when an appropriate circuit is selected as the
さて、このような条件下において、振幅積が下記の(10−1)式の関係を満たすと共に、位相差の余弦値が下記の(10−2)式の関係を満たすときには、(9−1)式の第1項の負の値が第2項の正の値を上回ることになり、DC成分は負の値となる。このとき、図4、図5に示す特性上では、図4の振幅積FA1、図5の余弦値FT1に示す領域で動作し、概ね、振幅共振周波数fr_Amp、位相差共振周波数fr_p−pよりも低い周波数において動作する。負のDC成分は、演算器14を通じて加算器5にフィードバックされることでキャリア周波数fcが高域側に調整されることになる。
Now, under such conditions, when the amplitude product satisfies the relationship of the following equation (10-1) and the cosine value of the phase difference satisfies the relationship of the following equation (10-2), (9-1) The negative value of the first term of equation (1) exceeds the positive value of the second term, and the DC component becomes a negative value. At this time, on the characteristics shown in FIG. 4 and FIG. 5, it operates in the region shown by the amplitude product FA1 of FIG. 4 and the cosine value FT1 of FIG. 5 and approximately amplitude resonance frequency fr_Amp , phase difference resonance frequency fr_p-p Operate at lower frequencies. The negative DC component is fed back to the adder 5 through the
このとき、位相差θrを極力大きくすることでQ値を大きくでき精度を高めることができるが、他方、ロッキングレンジを広くするにはQ値を小さくすることが望ましい。これらは、トレードオフの関係にあるが、本形態の回路構成を採用すると、これらを極力自由に調整できるようになり、設計の自由度を向上できる。 At this time, the Q value can be increased by increasing the phase difference θ r as much as possible, and the accuracy can be improved. On the other hand, in order to widen the locking range, it is desirable to reduce the Q value. Although these are in a trade-off relationship, when the circuit configuration of this embodiment is adopted, these can be adjusted as freely as possible, and the degree of freedom in design can be improved.
図7は発明者らが補助回路として容量素子を用いてシミュレーションしたときのDC成分出力の周波数特性FX1〜FX3を概略的に示す図である。この図7は、SAWセンサ2のインピーダンスZsを所定周波数(数百MHz)で誘導性としたときのシミュレーション結果を示している。
FIG. 7 is a view schematically showing frequency characteristics FX1 to FX3 of DC component output when the inventors simulate using a capacitive element as an auxiliary circuit. FIG. 7 shows a simulation result when the impedance Z s of the
発明者らは、補助回路16を構成する容量素子の容量値を大小調整することで、DC成分出力のキャリア周波数fcに対する勾配変化を可能にできることを確認している。すなわち、ロッキングレンジを広くするには、特性FX1に示すように容量値を小さく(容量値C3)すると良く、ロッキングレンジを狭くしても精度を高めるのであれば、特性FX3に示すように容量値を大きく(容量値C1)することが望ましい。
The inventors have confirmed that, by adjusting the capacitance value of the capacitive element forming the
<従来の比較例の説明>
従来、非特許文献1のように構成すると、図8に示すような周波数変化に応じた特性変化が得られることが発明者らにより確認されている。すなわち、非特許文献1に示す構成を用いると、前述した振幅積や位相差に相当する指標が一つの共振周波数frで一致することになり、この共振周波数frを調整するためのパラメータ(例えば送信ノードと受信ノードの間の抵抗の抵抗値)を調整したとしても、そのQ値を調整可能になるだけであり、前述した図7に示したようにキャリア周波数fcに対する勾配(感度)を調整することは困難であることが判明している。
<Description of Conventional Comparative Example>
Conventionally, it has been confirmed by the inventors that when configured as in
<本実施形態のまとめ>
本実施形態によれば、補助回路16が第1ノードN1と第2ノードN2との間に接続されている。この補助回路16は、前述した特性を示すように設けられているため、キャリア周波数fcを位相共振周波数fr_phaseに収束させることで当該周波数を精度良く検出できる。しかも設計の自由度を向上できる。
<Summary of this embodiment>
According to this embodiment, the
図8に対応して本実施形態の特性を図9に示すように、振幅積や位相差が異なる振幅共振周波数fr_Amp、位相共振周波数fr_phaseで共振する関係性を有することから、この影響に応じて、図7に示すように、キャリア周波数fcに対する勾配(感度)を容易に調整できる。 As shown in FIG. 9 corresponding to FIG. 8, the characteristics of the present embodiment are related to resonance because they have resonance relationships at an amplitude resonance frequency f r — Amp and a phase resonance frequency f r — phase with different amplitude products and phase differences. Accordingly, as shown in FIG. 7, the slope (sensitivity) with respect to the carrier frequency fc can be easily adjusted.
すなわち、補助回路16が例えば容量性回路である場合、その容量値が比較的小さい(容量値C3)のときには、振幅共振周波数fr_Amp、位相共振周波数fr_phaseの周波数差(|fr_phase−fr_Amp|)が比較的大きくなることが確認されており、図7の特性FX1に示すように、フィルタ13の出力の周波数変化勾配を緩やかにすることができ、ロッキングレンジを比較的広く確保することが可能となる。
That is, when the
また、補助回路16を構成する容量性回路の容量値が比較的大きい(容量値C1)のときには、振幅共振周波数fr_Amp、位相共振周波数fr_phaseの周波数差(|fr_phase−fr_Amp|)が比較的小さくなることが確認されており、図7の特性FX3に示すようにフィルタ出力の周波数変化勾配を急峻にすることができ、共振周波数の検出精度を高めることができる。この結果、検出時の精度とロッキングレンジとをトレードオフの関係で調整できるようになり、設計の自由度を高めることができる。補助回路16は図2に一例として単一素子16z(例えば単一のキャパシタ素子)である例を示したが、これに限られるものではない。
In addition, when the capacitance value of the capacitive circuit constituting the
また、振幅共振周波数fr_Ampが位相差共振周波数fr_p−pを異なる周波数で動作させることでロッキングレンジを広範囲にできる。
送信器7の発振器6は、キャリアに狭帯域周波数変調された信号をSAWセンサ2に送信し、受信器15は、送信器7の送信信号VTXとSAWセンサ2からの受信信号VRXの位相差θrに応じたDC成分(フィルタ11の出力と位相比較器12に入力する変調信号生成器4の出力との間の位相差成分)をフィードバックし、変調周波数fmodの変調信号に重畳し、送信器7の発振器6は、変調信号にDC成分(位相差成分)が重畳された信号を制御信号Vctrlとして信号を発振させキャリア周波数fcを共振周波数frに収束させるようにしている。これにより、SAWセンサ2の共振周波数frを精度良く検出でき、実用性の高いSAWセンサ2の共振周波数検出装置3を提供できる。
In addition, the rocking range can be made wide by operating the phase resonance frequency fr_p-p with different amplitude resonance frequency fr_Amp .
The
(第2実施形態)
図10及び図11は第2実施形態の追加説明図を示している。本実施形態では、SAWセンサ102としてSAW素子119a、119b(図11参照)を2つ設けた形態を示している。SAWセンサ102は温度変化に依存して伝搬特性が変化する。この温度依存特性をキャンセルするため、2つの物理量(歪み、温度)を検出可能なように、SAWセンサ102としてSAW素子119a、119bを2つまたは3つ以上用いることが望ましい。
Second Embodiment
10 and 11 show an additional explanatory view of the second embodiment. In the present embodiment, an embodiment in which two
ここで、図10には、2つのSAW素子119a、119bを用いた場合、SAWセンサ102を「SAW1+SAW2」と記している。図11に示すように、SAWセンサ102は、複数のSAW素子119a、119bを並列接続して構成される。SAW素子119a、119bは、互いに共振周波数fr1、fr2の異なる共振型のSAW素子により構成される。SAW素子119aは、圧電体基板(符号なし)上に、すだれ状電極20aと、当該すだれ状電極20aの両側方に位置してすだれ状電極20aと同一の電極膜で構成されたストリップ状の反射器21aとを配置して構成している。アンテナ17、18を通じて入力された送信信号VTXをSAW素子119aの基板に伝搬し、再びアンテナ18、17を通じてアンプ109aの入力ノードN102の側に出力する。SAW素子119bもまた、圧電体基板(符号なし)上に、すだれ状電極20bと、当該すだれ状電極20bの両側方に位置してすだれ状電極20bと同一の電極膜で構成されたストリップ状の反射器21bとを配置して構成している。アンテナ17、18を通じて入力された送信信号VTXをSAW素子119bの基板に伝搬し、再びアンテナ18、17を通じてアンプ109aの入力ノードN102の側に出力する。
Here, in FIG. 10, when two
図10に示す第2実施形態のセンシングシステム101の共振周波数検出装置103が、第1実施形態のセンシングシステム1の共振周波数検出装置3と異なるところは、第1実施形態の加算器5、発振器6(VCO6z)、2つのアンプ8,9、ダウンコンバージョン部10(ミキサ10z)、フィルタ11(BPF11z)、位相比較器12(ミキサ12z)、フィルタ13(LPF13z)、演算器14を、それぞれのSAW素子119a、119bに適した形態で、2組ずつ2系統設けているところである。以下、第1系統のSAW素子119aに対応して構成された第1送信器107a及び第1受信器115aと、第2系統のSAW素子119bに対応した構成された第2送信器107b及び第2受信器115bと、を分けて説明する。
The difference between the resonant
第1送信器107aは、変調周波数fmodの変調信号を生成する変調信号生成器4、加算器105a、及び、発振器106aを備える。第2送信器107bは、変調信号生成器4、加算器105b、及び、発振器106bを備える。発振器106a、106bは例えば電圧制御発振器(VCO)6zにより構成される。
The
第1受信器115aは、2つのアンプ108a,109a、ダウンコンバージョン部110a、フィルタ111a、位相比較器112a、フィルタ113a、及び、演算器14aを接続して構成される。第2受信器115bもまた、2つのアンプ108b,109b、ダウンコンバージョン部110b、フィルタ111b、位相比較器112b、フィルタ113b、及び、演算器14bを接続して構成される。ダウンコンバージョン部110a、110bは、それぞれ例えばミキサ10zにより構成される。位相比較器112a、112bは、それぞれ例えばミキサ12zにより構成される。フィルタ111a、111bは、それぞれ例えばバンドパスフィルタ(BPF)11zにより構成される。フィルタ113a、113bは、それぞれ例えばローパスフィルタ(LPF)13zにより構成される。
The
変調信号生成器4が生成する変調周波数fmodの変調信号は、加算器105a,105bを通じて発振器106a、106bにそれぞれ入力される。加算器105aは、変調信号生成器4の変調信号(例えばAC電圧)とフィルタ113aから演算器14aを通じて出力される信号(例えばDC電圧)とを重畳し、制御信号Vctrl1として発振器106aに出力する。発振器106aは、加算器105aから入力された信号を制御信号Vctrl1として入力し、キャリア(キャリア周波数fc1)を制御し、その制御後の狭帯域周波数変調された信号をノードN101aに出力する。このノードN101aはアンプ108aの入力に接続されている。
The modulation signal of the modulation frequency f mod generated by the
他方、加算器105bもまた、変調信号生成器4の変調信号(例えばAC電圧)とフィルタ113bから演算器14bを通じて出力される信号(例えばDC電圧)とを重畳し制御信号Vctrl2として発振器106bに出力する。発振器106bは、加算器105bから入力された信号を制御信号Vctrl2として入力し、キャリア(キャリア周波数fc2)を制御し、その制御後の狭帯域周波数変調された信号をノードN101bに出力する。このノードN101bはアンプ108bの入力に接続されている。
On the other hand, the
本実施形態においては、これらの発振器106a、106bの出力信号を加算する加算器122をさらに備える。加算器122は、2つの発振器106a、106bの出力信号を加算して補助回路116を通じてSAWセンサ102に印加する。補助回路116は、発振器106aの出力ノードとなるアンプ108aの入力ノードN101aと、受信信号VRXのアンプ109aの入力ノードN102との間に接続されている。また、この補助回路116は、発振器106bの出力ノードとなるアンプ108bの入力ノードN101bとアンプ109bの入力ノードN102との間に接続されている。
In the present embodiment, an
この補助回路116は、送受信部の2系統に1つだけ設けられており、第1実施形態と同様の特性を備えるように構成されるものである。送信信号VTX及び受信信号VRXの増幅用のアンプ108a、108b、109a、109bは、それぞれ、その入力インピーダンスが発振器106a、106bの出力信号を伝送する伝送線路の特性インピーダンス(例えば50Ω)と同等レベルに設定されている。これらのアンプ108a、108b、109a、109bはゲインが確保可能であれば設けなくても良い。
Only one
SAWセンサ102は、2つの発振器106a、106bにより出力される信号を加算器122により加算して入力するため、キャリア周波数fc1、fc2のキャリアが狭帯域周波数変調された信号を入力する。したがって、受信器115a、115bがSAWセンサ102を通じて各アンプ108a、108b、109a、109bに入力する受信信号VRXは、周波数成分がfc1、fc2、fc1−fmod、fc1+fmod、fc2−fmod、fc2+fmodの概ね6種類となる。ここで、fc2−fc1の絶対値はfmodよりはるかに大きいため、キャリア周波数fc1、fc2という2つの変調信号がお互いに干渉することはない。
In the
また、送信信号VTX及び受信信号VRXの増幅用のアンプ108a、108b、109a、109bは、互いに同一増幅度又はその増幅度が予め定められた所定比に予め設定された増幅器である。アンプ108a、108bは送信信号VTXを増幅し、アンプ109a、109bは、SAWセンサ102を通じて入力された受信信号VRXを増幅し、増幅された信号をダウンコンバージョン部110a、110bに出力する。
Further, the amplification of the
ダウンコンバージョン部110aは、2つのアンプ108a、109aにより増幅された信号を混合することで、受信信号VRXを送信信号VTXによりダウンコンバート処理し、キャリア周波数fc1の成分を打ち消し合わせる。同様に、ダウンコンバージョン部110bは、2つのアンプ108b、109bにより増幅された信号を混合することで、受信信号VRXを送信信号VTXによりダウンコンバート処理し、キャリア周波数fc2の成分を打ち消し合わせる。これにより、これらのダウンコンバージョン部110a、110bの出力信号の周波数成分は、それぞれ変調周波数fmodの成分が主成分となる。
フィルタ111aは、変調周波数fmodの成分を通過させるためのフィルタであり、不要成分(DC成分、変調周波数fmod成分、変調周波数fmodの2倍の成分等)をカットする。同様に、フィルタ111bは、変調周波数fmodの成分を通過させるためのフィルタであり、不要成分(DC成分、変調周波数fmod成分、変調周波数fmodの2倍の成分等)をカットする。
Filter 111a is a filter for passing the component of the modulation frequency f mod, cuts unnecessary component (DC component, the modulation frequency f mod components, twice the components such as the modulation frequency f mod). Similarly, the
位相比較器112aは、変調信号生成器4の出力信号とフィルタ111aの出力信号との位相を比較し位相比較信号をフィルタ113aに出力する。位相比較器112aは変調周波数fmodの成分を打ち消しあう。位相比較器112bもまた、変調信号生成器4の出力信号とフィルタ111bの出力信号との位相を比較し位相比較信号をフィルタ113bに出力する。位相比較器112bは変調周波数fmodの成分を打ち消しあう。
The
フィルタ113aはDC成分を通過して不要成分(変調周波数fmodの2倍の成分等)をカットして演算器14aに出力し加算器105aにフィードバックする。フィルタ113bはDC成分を通過して不要成分(変調周波数fmodの2倍の成分等)をカットして演算器14bに出力し加算器105bにフィードバックする。
The
加算器105aは、位相差に応じた位相差成分を変調信号生成器4の出力信号に加算して発振器106aに制御信号Vctrl1として出力する。発振器106aは、この制御信号Vctrl1に応じてキャリア周波数fc1を調整してアンプ108aに出力する。加算器105bは、この位相差に応じた位相差成分を変調信号生成器4の出力信号に加算して発振器106bに制御信号Vctrl2として出力する。発振器106bは、この制御信号Vctrl2に応じてキャリア周波数fc2を調整してアンプ108bに出力する。
The
これらの一連の処理は、発振器106aが出力するキャリアのキャリア周波数fc1がSAWセンサ102を構成するSAW素子119aの共振周波数fr1に収束するまで繰り返されると共に、発振器106bが出力するキャリアのキャリア周波数fc2がSAWセンサ102を構成するSAW素子119bの共振周波数fr2に収束するまで繰り返される。
These series of processes, with the carrier frequency f c1 of the
この結果、第1系統の受信器115aは、第1系統のSAW素子119aの送受信伝搬特性に応じた位相情報を検出でき、これに応じてキャリア周波数fc1を調整できる。また、第2系統の受信器115bは、第2系統のSAW素子119bの送受信伝搬特性に応じた位相情報を検出でき、これに応じてキャリア周波数fc2を調整できる。このようにして、キャリア周波数fc1、fc2をそれぞれ独立して共振周波数fr1、fr2に調整できる。
As a result, the
本実施形態によれば、2つのSAW素子119a、119bを使用した場合においても、キャリア周波数fc1、fc2をそれぞれ独立して共振周波数fr1、fr2に調整でき、この結果、歪み及び温度などに関連した2つの物理量のパラメータを導出することができ、歪みの温度依存性などの2つの物理量(相関関係等)を求めることができる。なお、この第2実施形態においても、後述する第4実施形態と同様に、補助回路116を送信器107a及び受信器115a間、送信器107b及び受信器115b間に個別に設けても良い。
According to the present embodiment, even when two
(第3実施形態)
図12及び図13は第3実施形態の追加説明図を示している。この第3実施形態は、ダウンコンバージョン部10として包絡線検波部210を備えているところに特徴を備える。第1実施形態の説明と同一機能を備える部分については同一符号を付して説明を省略する。
Third Embodiment
12 and 13 show an additional explanatory view of the third embodiment. The third embodiment is characterized in that an
図12に示すように、センシングシステム201の共振周波数検出装置203は、送信器7及び受信器215を備える。本実施形態に係る受信器215は、包絡線検波部210、フィルタ11、位相比較部12、フィルタ13、及び、演算器14を縦続接続して構成されている。送信器7の発振器6は、変調信号生成器4により生成された変調信号について加算器5を通じて入力し、加算器5から入力された信号を制御信号Vctrlとして入力してキャリアを制御し、その制御後の信号である狭帯域周波数変調された信号に応じて発振した発振信号を送信信号VTXとしてノードN1に出力する。補助回路16は、この発振器6の出力ノードN1(送信器7の出力ノード)と包絡線検波部210の入力ノードN2(受信器215の入力ノード)との間に接続されている。
As shown in FIG. 12, the resonant
送信信号VTXは補助回路16を通じてSAWセンサ2に出力される。受信器215は、SAWセンサ2を通じて受信された信号を受信信号VRXとして入力する。包絡線検波部210はSAWセンサ2から受信される受信信号VRXを包絡線検波する。図13は包絡線検波部210の電気的構成例を示す。包絡線検波部210は、例えばダイオードD、抵抗R、コンデンサCを用いて構成され、ダイオードDと抵抗R及びコンデンサCの並列回路とを直列接続して構成される。包絡線検波部210に入力された信号電圧は、ダイオードD及び抵抗Rにより整流されコンデンサCの作用に応じて高周波成分をカットできる。各素子D、R、Cの各パラメータを調整することで包絡線を直接検出できる。この包絡線信号(電圧)は変調周波数fmodを主成分とする信号にできる。
The transmission signal V TX is output to the
図12に示すフィルタ11は、包絡線検波部210により検波された信号について変調周波数fmodを通過し不要成分をカットする。位相比較器12は、フィルタ11を通過した後の信号と変調信号生成器4による変調信号とを混合(ミキシング)し、この混合(ミキシング)後の信号を位相差成分としてフィルタ13に出力する。フィルタ13は、位相比較器12により位相比較された後の信号のDC成分(位相差成分)を通過し、演算器14を通じて加算器5にフィードバックする。加算器5の処理は前述実施形態の動作と同様であるため説明を省略する。すると、発振器6のキャリア周波数fcを共振周波数frに制御できる。本実施形態に示すように、包絡線検波部210により包絡線を検波する構成を採用しても、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
The
(第4実施形態)
図14は第4実施形態の追加説明図を示す。第4実施形態においては、SAWセンサ319a、319bを2つ設けている。また、これらのSAWセンサ319a、319bに対応するように送信器307a、307b及び受信器315a、315bを設けている。SAWセンサ319aは、SAW素子119aを備えたSAWセンサであり、SAWセンサ319bは、SAW素子119bを備えたSAWセンサである。センシングシステム301は、共振周波数検出装置303を備え、共振周波数検出装置303は、送信器307a、307b及び受信器315a、315bを備える。
Fourth Embodiment
FIG. 14 shows an additional explanatory view of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, two
これらの送信器307a、307b及び受信器315a、315bは2系統設けられている。送信器307aは、変調信号生成器4、加算器305a、発振器306aを備え、送信器308bは、変調信号生成器4、加算器305b、発振器306bを備える。受信器315aは、包絡線検波部310a、フィルタ311a、位相比較器312a、フィルタ313a、演算器314aを縦続接続して構成される。受信器315bは、包絡線検波部310b、フィルタ311b、位相比較器312b、フィルタ313b、演算器314bを縦続接続して構成される。これらの送信器307a、307b及び受信器315a、315bの各構成は、前述実施形態で説明した対応する構成(十の位と一の位に同一符号を付した構成)と同様の機能を備えるため、その個別の機能説明を省略する。
Two
そして、補助回路316aが送信器307aの出力ノードN301aと受信器315aの入力ノードN302aとの間に設けられており、補助回路316bが送信器307bの出力ノードN301bと受信器315bの入力ノードN302bとの間に設けられている。この場合も、前述実施形態で説明した内容と同様に、各受信器315a、315bの位相比較器312a、312b(例えばミキサ)が、フィルタ311a、311bの出力信号と変調信号生成器4の変調信号とを混合して位相差成分を取得してフィードバックするため、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。このような形態においても前述実施形態と同様の効果を奏する。
An
(第5実施形態)
図15は第5実施形態の追加説明図を示す。本実施形態では、別途発振器(第2発振器相当)423を設け、発振器423がフィルタ13及び演算器14を通過した後のDC成分に基づいて発振周波数を変化させ、この信号を用いてダウンコンバージョン部10(例えばミキサ10z)により変調周波数fmodの成分を取得する形態を示す。図15は図1に代えて示す構成図であり、図1と異なる部分を説明する。
Fifth Embodiment
FIG. 15 shows an additional explanatory view of the fifth embodiment. In the present embodiment, an oscillator (corresponding to a second oscillator) 423 is separately provided, and the oscillation frequency is changed based on the DC component after the
図15に示すように、センシングシステム401は共振周波数検出装置403を備え、共振周波数検出装置403は送信器7及び受信器415を備える。受信器415は、2つのアンプ8、9、ダウンコンバージョン部10、フィルタ11、位相比較器12、フィルタ13、演算器14を縦続接続して構成されると共に、発振器423をさらに備える。
As shown in FIG. 15, the
アンプ8の入力ノードN401は発振器6の出力ノードN1には接続されていない。受信器415のフィルタ13及び演算器14の出力信号は加算器5に入力されると共に、別の発振器423に入力されている。すなわち、発振器423は、フィルタ13及び演算器14の出力信号(例えばDC電圧)に基づいて、所謂ワントーンのキャリア周波数fcrの発振信号をアンプ8に入力させる。
The input node N401 of the
発振器423が、キャリア周波数fcrを第2周波数として調整している最中、加算器5は、変調信号生成器4の変調信号(例えば変調周波数fmodのAC電圧)と演算器14の出力信号(例えばDC電圧)を加算して発振器6に出力する。発振器6はフィルタ13及び積分器14の出力信号(例えばDC電圧)を入力して発振する。発振器6及び423は、その発振信号の周波数特性について同一の制御信号Vctrl依存性を有している。このため、ダウンコンバージョン部10がSAWセンサ2からの受信信号VRXと発振器423の出力信号とを混合(ミキシング)することで、発振器6及び423の発振信号のキャリア周波数fcをfcrに収束させることができ、ダウンコンバージョン部10によりダウンコンバート処理されることによって変調周波数fmodの成分を取得できる。
While the
フィルタ11は、この変調周波数fmodの成分を通過してその他の不要成分をカットし、位相比較部12がこのフィルタ11の出力信号と変調信号生成器4による変調信号との位相を比較し、フィルタ13から演算器14を通じてこの比較結果のDC成分を発振器6にフィードバックする。これにより、発振器6が出力する信号のキャリア周波数fcをSAWセンサ2の共振周波数frに制御できる。このような構成においても、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
The
(第6実施形態)
図16は第6実施形態の追加説明図を示す。第6実施形態が、第2実施形態と異なるところは、第5実施形態に示したようにフィルタ及び演算器を通過した後の出力信号(DC成分)に基づいて発振周波数を変化させた信号を用いてダウンコンバージョン部(例えばミキサ)により変調周波数fmodの成分を取得しているところにある。図16は第2実施形態の図10に代えて示す構成図である。
Sixth Embodiment
FIG. 16 shows an additional explanatory view of the sixth embodiment. The sixth embodiment differs from the second embodiment in that, as shown in the fifth embodiment, a signal in which the oscillation frequency is changed based on an output signal (DC component) after passing through a filter and an arithmetic unit The component of the modulation frequency f mod is acquired by the down conversion unit (for example, a mixer) using this. FIG. 16 is a block diagram instead of FIG. 10 of the second embodiment.
図16に示すように、センシングシステム501は共振周波数検出装置503を備え、共振周波数検出装置503は送信器507a、507b及び受信器515a、515bを備える。送信器507aは、変調信号生成器4、加算器505a、発振器506aを備え、送信器507bは、変調信号生成器4、加算器505b、発振器506bを備える。
As shown in FIG. 16, the
受信器515aは、アンプ508a、509a、ダウンコンバージョン部510a、フィルタ511a、位相比較器512a、フィルタ513a、演算器514aを備え、さらに発振器(第2発振器相当)523aを備える。受信器515bは、アンプ508b、509b、ダウンコンバージョン部510b、フィルタ511b、位相比較器512b、フィルタ513b、積分器514bを備え、さらに発振器(第2発振器相当)523bを備える。これらの送信器507a、507b及び受信器515a、515bの各構成は、前述実施形態で説明した対応する構成(十の位と一の位に同一符号を付した構成)と同様の機能を備えるため、その個別の機能説明を省略する。SAWセンサ502の構成はSAWセンサ102と同様であり、複数のSAW素子119a、119bを接続して構成される。そして、補助回路516が送信器507aの出力ノードN501aと受信器515aの入力ノードN502との間に設けられると共に、送信器507bの出力ノードN501bと受信器515bの入力ノードN502との間に設けられている。この補助回路516は、各送信器507a及び受信器515a間、送信器507b及び受信器515b間で共用されている。
The
図16に示すように、アンプ508aの入力ノードN501cは発振器506aの出力ノードN501aには接続されておらず、アンプ508bの入力ノードN501dも発振器506bの出力ノードN501bには接続されていない。受信器515aのフィルタ513a及び積分器514aの出力信号(例えばDC電圧)は加算器505aに入力されると共に、別途設けられた発振器523aに入力されている。発振器523aは、フィルタ513aから演算器514aを通じて出力された信号に基づいてキャリア周波数fcを制御し、その発振信号を、ノードN501cを通じてアンプ508aに入力させている。
As shown in FIG. 16, the input node N501c of the
また、受信器515bのフィルタ513b、演算器514bの出力信号は、加算器505bに入力されると共に別途設けられた発振器523bに入力されている。発振器523bは、フィルタ513b及び演算器514bの出力信号に基づいてキャリア周波数fcを制御し、その発振信号を、ノードN501dを通じてアンプ508bに入力させている。
The output signals of the
発振器506a、523aは、それらの発振信号の周波数特性について例えば同一の制御信号Vctrl1の依存性を有する。同様に、発振器506b、523bは、その発振信号の周波数特性について例えば同一の制御信号Vctrl2の依存性を有する。
The
このため、ダウンコンバージョン部510a、510bがSAWセンサ502からの受信信号VRXと発振器523a、523bの出力信号とを混合(ミキシング)することで変調周波数fmodの成分を取得できる。フィルタ511a、511bは、この変調周波数fmodの成分を通過してその他の不要成分をカットし、位相比較部512a、512bがこれらのフィルタ511a、511bの出力信号と変調信号生成器4による変調信号との位相を比較し、フィルタ513a、513bから積分器514a、514bを通じてこの位相比較信号となるDC成分を発振器506a、506b、523a、523bにフィードバックする。これにより、発振器506a、506bが出力する信号のキャリア周波数fc1、fc2をSAWセンサ502の各SAW素子119a、119bの共振周波数frに制御できる。このような構成においても、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
Therefore, the components of the modulation frequency f mod can be acquired by mixing (mixing) the reception signal V RX from the
(第7実施形態)
図17は第7実施形態の追加説明図を示す。センシングシステム601は共振周波数検出装置603を備える。センシングシステム601の共振周波数検出装置603は、変調信号生成器(変調信号生成部相当)4、加算器5、発振器6を備える送信器7と、アンプ8,9、ダウンコンバージョン部10、フィルタ11、位相比較器(位相比較部相当)12、フィルタ13、及び演算器14を備える受信器15と、を備える。
Seventh Embodiment
FIG. 17 shows an additional explanatory view of the seventh embodiment. The
また、共振周波数検出装置603は送信器7と受信器15との間に補助回路616を接続して構成される。補助回路616は、複数のコンデンサ16za、16zb、16zcと複数のスイッチSa、Sb、Scとをそれぞれ直列接続した回路を並列接続して構成される。
Also, the resonance
また共振周波数検出装置603は、フィルタ13の出力信号をモニタするモニタ回路624、及び、制御回路625を備える。制御回路625は、スイッチSa、Sb、Sbをオンオフ制御可能になっており、モニタ回路624のモニタ結果に基づいて補助回路616の複数のスイッチSa、Sb、Scをオンオフ制御する。これにより、補助回路616はインピーダンスを制御可能になっている。また、制御回路625は加算器5に制御信号(例えばDC電圧)を出力することで制御電圧Vctrlを加減算制御し発振器6のキャリア周波数fcを変更可能になっている。
The resonance
センシングシステム601が通常動作を開始する前には、制御回路625がスイッチSa、Sb、Scをオンオフ制御して補助回路616のインピーダンスを変更させながら発振器6のキャリア周波数fcを変更制御する。このときモニタ回路624はフィルタ13の出力値(位相差成分相当)をモニタする。このとき、制御回路625は、予め定められているロッキングレンジの仕様と、モニタされた実際のロッキングレンジとを比較する。制御回路625は、フィルタ13の出力値の最大値と最小値に対応する周波数の差を比較することでロッキングレンジを比較する。そして、制御回路625は、ロッキングレンジの仕様と、実際のロッキングレンジとを比較して最も近接する条件における補助回路616のインピーダンスを決定し、スイッチSa、Sb、Scのオンオフ状態を決定する。
そして、制御回路625は補助回路616のインピーダンスを固定した状態でセンシングシステム601を通常動作させる。このような処理を経ることで、キャリア周波数fcを共振周波数frに収束させることができる。この結果、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
Then, the
本実施形態によれば、ロッキングレンジの仕様に合わせて、補助回路616の最適なインピーダンスを決定できる。本実施形態の構成は例えば2つのセンサ素子102を用いた構成にも適用可能である。また、前述実施形態の内容を組み合わせて適用できる。
According to this embodiment, the optimum impedance of the
図面中、4は変調信号生成器(変調信号生成部)、6、106a、106b、306a、306b、506a、506bは発振器、6zはVCO(発振器)、7、107a、107b、307a、307b、507a、507bは送信器、15、115a、115b、215、315a、315b、415、515a、515bは受信器、16、116、316a、316b、516、616は補助回路、16z、16za、16zb、16zcは補助素子(補助回路)、19、119a、119bはSAW素子、624はモニタ回路、625は制御回路、N1、N101a、N101b、N301a、N301b、N501a、N501bは第1ノード、N2、N102、N302a、N302b、N502は第2ノード、fc、fc1、fc2はキャリアの周波数、fr、fr1、fr2はSAWセンサの共振周波数、を示す。
In the drawing, 4 is a modulation signal generator (modulation signal generation unit), 6, 106a, 106b, 306a, 306b, 506a, 506b is an oscillator, 6z is a VCO (oscillator) 7, 107a, 107b, 307a, 307b, 507a. , 507b is a transmitter, 15, 115a, 115b, 215, 315a, 315b, 415, 515a, 515b is a receiver, 16, 116, 316a, 316b, 516, 616 is an auxiliary circuit, 16z, 16za, 16zb, 16zc is Auxiliary elements (auxiliary circuits) 19, 119a, 119b are SAW elements, 624 is a monitor circuit, 625 is a control circuit, N1, N101a, N101b, N301a, N301b, N501a, N501b are first nodes, N2, N102, N302a, N 302 b and
Claims (10)
前記送信器により前記SAWセンサに送信された送信信号を前記SAWセンサのSAW素子を介して受信する受信器(15;115a、115b;215;315a、315b;415;515a、515b)と、
前記送信器が送信信号を送信する第1ノード(N1;N101a、N101b;N301a、N301b;N501a、N501b)と前記受信器が受信信号を受信する第2ノード(N2;N102;N302a、N302b;N502)との間に、前記送信器の送信信号と前記受信器の受信信号とを混合したときの送信信号及び受信信号の振幅積の周波数特性が振幅共振周波数(fr_Amp)において最小値となり前記振幅共振周波数より低い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少すると共に前記振幅共振周波数より高い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加する特性であり、且つ、前記送信信号及び前記受信信号の位相差が位相差共振周波数(fr_p−p)において最大値となり前記位相差共振周波数より低い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加すると共に前記位相差共振周波数より高い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少する特性となるように構成される補助回路(16;16z;16za、16zb、16zc;116;316a、316b;516;616)と、を備え、
前記受信器は、前記送信器により前記SAWセンサに送信された送信信号を、前記補助回路及び前記SAWセンサを介して受信し、前記SAWセンサからの受信信号を変換して取得される変調信号の周波数成分の前記変調信号生成部の変調信号との位相差に応じた位相差成分を前記送信器にフィードバックして前記送信器の前記変調信号生成部の変調信号に重畳させ、
前記送信器の発振器は、前記変調信号に前記位相差成分が重畳された信号を前記制御信号として信号を発振させ前記キャリアの周波数(fc;fc1、fc2)を前記SAWセンサの共振周波数(fr;fr1、fr2)に収束させるSAWセンサの共振周波数検出装置。 Modulation signal generator for outputting a modulated signal (4), and, the modulation signal control signal; oscillator narrowband frequency modulated signal to the carrier in response to an input to the control signal as (V ctrl V ctrl1, V ctrl2 ) 106a, 106b; 306a, 306b; 506a, 506b), and the narrow band frequency-modulated signal is provided in a resonant type SAW element (19; 119a, 119b). 102; 319a, 319b; 502) transmitters (7; 107a, 107b; 307a, 307b; 507a, 507b), and
A receiver (15; 115a, 115b; 215; 315a, 315b; 415; 515a, 515b) that receives the transmission signal transmitted to the SAW sensor by the transmitter via the SAW element of the SAW sensor;
The first node (N1; N101a, N101b; N301a, N301b; N501a, N501b) from which the transmitter transmits transmission signals, and the second node (N2; N102; N302a, N302b; N502) from which the receiver receives reception signals. The frequency characteristic of the amplitude product of the transmission signal and the reception signal when the transmission signal of the transmitter and the reception signal of the receiver are mixed is the minimum value at the amplitude resonance frequency ( fr_Amp ), and the amplitude A characteristic that monotonically decreases in response to an increase in frequency in a frequency range lower than the resonance frequency and monotonously increases in response to an increase in frequency in a frequency range higher than the amplitude resonance frequency, and Maximum value at the phase difference resonance frequency ( frp-p ) and lower than the phase difference resonance frequency An auxiliary circuit (16; 16z; 16za, 16zb,) configured to have characteristics of monotonously increasing in response to frequency increase and decreasing monotonically in response to frequency increase in a frequency region higher than the phase difference resonance frequency. 16zc; 116; 316a, 316b; 516; 616);
The receiver receives a transmission signal transmitted to the SAW sensor by the transmitter via the auxiliary circuit and the SAW sensor, and converts the reception signal from the SAW sensor to obtain the modulation signal. The phase difference component according to the phase difference between the frequency component and the modulation signal of the modulation signal generation unit is fed back to the transmitter and superimposed on the modulation signal of the modulation signal generation unit of the transmitter.
The oscillator of the transmitter oscillates a signal using the signal in which the phase difference component is superimposed on the modulated signal as the control signal to make the carrier frequency (f c ; f c1 , f c2 ) the resonance frequency of the SAW sensor A resonant frequency detection device of a SAW sensor which converges to (f r ; f r1 , f r2 ).
前記補助回路は
前記振幅共振周波数(fr_Amp)が前記位相差共振周波数(fr_p−p)と異なる周波数で動作させるように構成されるSAWセンサの共振周波数検出装置。 In the resonance frequency detection device of the SAW sensor according to claim 1,
A resonant frequency detection device of a SAW sensor, wherein the auxiliary circuit is configured to operate the amplitude resonant frequency ( fr_Amp ) at a frequency different from the phase difference resonant frequency ( fr_p-p ).
前記補助回路(616、16za、16zb、16zc)はインピーダンスを変更可能な構成とされ、
通常動作する前に前記補助回路のインピーダンスを変更させながら前記キャリアの周波数を変更制御する制御回路(625)と、
前記制御回路により変更制御された状態で前記受信器による位相差成分をモニタするモニタ回路(624)と、を備え、
前記制御回路は、前記モニタ回路によるモニタ結果に応じて前記補助回路のインピーダンスを決定した後に通常動作させるSAWセンサの共振周波数検出装置。 In the resonance frequency detection device of the SAW sensor according to claim 1,
The auxiliary circuits (616, 16za, 16zb, 16zc) are configured to be able to change the impedance,
A control circuit (625) for changing and controlling the frequency of the carrier while changing the impedance of the auxiliary circuit before normal operation;
A monitor circuit (624) for monitoring a phase difference component by the receiver in a state of being change-controlled by the control circuit;
The resonance frequency detection device for a SAW sensor, wherein the control circuit is operated normally after the impedance of the auxiliary circuit is determined according to the monitor result by the monitor circuit.
前記受信器(15;115a、115b)は、
前記SAWセンサからの受信信号を前記送信信号によりダウンコンバートするダウンコンバージョン部(10;10z;110a、110b)と、
前記ダウンコンバージョン部によりダウンコンバートされた信号をフィルタ処理することで前記変調信号の周波数成分を通過させるフィルタ(11:11z;111a、111b)と、
前記フィルタを通過した変調信号の周波数成分と前記送信器の変調信号生成器による変調信号とを位相比較して前記位相差成分を検出する位相比較部(12;12z;112a、112b)と、を備えるSAWセンサの共振周波数検出装置。 The resonance frequency detection apparatus for a SAW sensor according to any one of claims 1 to 3.
The receivers (15; 115a, 115b)
A down conversion unit (10; 10z; 110a, 110b) for down converting the reception signal from the SAW sensor by the transmission signal;
A filter (11: 11z; 111a, 111b) for passing frequency components of the modulated signal by filtering the signal downconverted by the downconversion unit;
A phase comparison unit (12; 12z; 112a, 112b) for detecting the phase difference component by phase comparison of the frequency component of the modulation signal that has passed through the filter and the modulation signal of the modulation signal generator of the transmitter; The resonance frequency detection apparatus of a SAW sensor provided.
前記受信器(215;315a、315b)は、
前記SAWセンサからの受信信号を包絡線検波する包絡線検波部(210;310a、310b)と、
前記包絡線検波部により包絡線検波された信号をフィルタ処理することで前記変調信号の周波数成分を通過させるフィルタ(11;311a、311b)と、
前記包絡線検波部により取得される変調信号の変調周波数の成分と前記送信器の変調信号生成器による変調信号とを位相比較して前記位相差成分を検出する位相比較部(12;312a、312b)と、を備えるSAWセンサの共振周波数検出装置。 The resonance frequency detection apparatus for a SAW sensor according to any one of claims 1 to 3.
The receiver (215; 315a, 315b)
An envelope detection unit (210; 310a, 310b) for performing envelope detection on a received signal from the SAW sensor;
A filter (11; 311a, 311b) that passes frequency components of the modulated signal by filtering the signal whose envelope has been detected by the envelope detection unit;
A phase comparison unit (12; 312a, 312b) for detecting the phase difference component by phase comparison of the modulation frequency component of the modulation signal acquired by the envelope detection unit and the modulation signal by the modulation signal generator of the transmitter And a resonant frequency detector for a SAW sensor.
前記受信器(415;515a、515b)は、第2発振器(423;523a、523b)をさらに備え、
前記SAWセンサからの受信信号を前記第2発振器の第2周波数によりダウンコンバートするダウンコンバージョン部(10;10z;510a、510b)と、
前記ダウンコンバージョン部によりダウンコンバートされた信号をフィルタ処理することで前記変調信号の周波数成分を通過させるフィルタ(11:11z;511a、511b)と、
前記フィルタを通過した変調信号の周波数成分と前記送信器の変調信号生成器による変調信号とを位相比較して前記位相差成分を検出する位相比較部(12;12z;512a、512b)と、を備え、
前記位相比較部の位相差成分を前記送信器にフィードバックして前記変調信号生成部の変調信号に重畳させると共に前記第2発振器の制御信号にフィードバックして前記第2周波数を前記送信信号のキャリアの周波数(fc;fc1、fc2)に収束させるSAWセンサの共振周波数検出装置。 The resonance frequency detection apparatus for a SAW sensor according to any one of claims 1 to 3.
The receiver (415; 515a, 515b) further comprises a second oscillator (423; 523a, 523b),
A down-conversion unit (10; 10z; 510a, 510b) for down-converting the reception signal from the SAW sensor by the second frequency of the second oscillator;
A filter (11: 11z; 511a, 511b) for passing the frequency component of the modulated signal by filtering the signal downconverted by the downconversion unit;
A phase comparison unit (12; 12z; 512a, 512b) for detecting the phase difference component by phase comparison of the frequency component of the modulation signal that has passed through the filter and the modulation signal by the modulation signal generator of the transmitter; Equipped
The phase difference component of the phase comparison unit is fed back to the transmitter and superimposed on the modulation signal of the modulation signal generation unit, and is also fed back to the control signal of the second oscillator to cause the second frequency to be the carrier of the transmission signal. A resonant frequency detection device of a SAW sensor which converges to a frequency (f c ; f c1 , f c2 ).
前記ダウンコンバージョン部(10;10z;110a、110b;510a、510b)は、ミキサ(10z)を備えるSAWセンサの共振周波数検出装置。 In the SAW sensor resonance frequency detection device according to claim 4 or 6,
The resonance frequency detection device of a SAW sensor, wherein the down conversion units (10; 10z; 110a, 110b; 510a, 510b) include a mixer (10z).
前記SAWセンサ(102;502)は複数の前記SAW素子(119a、119b)を備えるSAWセンサの共振周波数検出装置。 9. The resonant frequency detection device for a SAW sensor according to any one of claims 1 to 8.
The resonant frequency detection device of a SAW sensor, wherein the SAW sensor (102; 502) comprises a plurality of the SAW elements (119a, 119b).
前記送信器(107a、107b;507a、507b)は前記複数のSAW素子にそれぞれ対応して設けられると共に、前記受信器(115a、115b;515a、515b)は前記複数のSAW素子にそれぞれ対応して設けられ、
前記補助回路(116;516)は、前記複数の送信器と前記複数の受信器との間に共用して構成されるSAWセンサの共振周波数検出装置。 In the SAW sensor resonance frequency detection device according to claim 9,
The transmitters (107a, 107b; 507a, 507b) are provided corresponding to the plurality of SAW elements, and the receivers (115a, 115b; 515a, 515) are respectively corresponding to the plurality of SAW elements. Provided
The resonance frequency detection device for a SAW sensor, wherein the auxiliary circuit (116; 516) is shared between the plurality of transmitters and the plurality of receivers.
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