JP6519803B2 - Sensor and measuring device - Google Patents
Sensor and measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6519803B2 JP6519803B2 JP2016067626A JP2016067626A JP6519803B2 JP 6519803 B2 JP6519803 B2 JP 6519803B2 JP 2016067626 A JP2016067626 A JP 2016067626A JP 2016067626 A JP2016067626 A JP 2016067626A JP 6519803 B2 JP6519803 B2 JP 6519803B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- comb electrode
- sensor
- electrode
- antenna
- variable capacitance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 53
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 claims description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、センサおよび測定装置に関する。 The present invention relates to sensors and measuring devices.
特許文献1には、SAW(Surface Acoustic Wave;表面弾性波)を利用した無電源ワイヤレス式のセンサについて開示されている。この特許文献1に開示されているセンサでは、圧電基板上に形成された表面弾性波反射IDT(Interdigital Transducer;櫛形電極)に対して、インピーダンス変化型センサの一例としてサーミスタが接続されている。特許文献1に記載されたセンサは、サーミスタのインピーダンスの温度変化によって表面弾性波反射IDTの反射率を変化させることで、温度を検出する。 Patent Document 1 discloses a non-power wireless sensor using SAW (Surface Acoustic Wave). In the sensor disclosed in Patent Document 1, a thermistor is connected as an example of an impedance change type sensor to a surface acoustic wave reflection IDT (Interdigital Transducer; comb-shaped electrode) formed on a piezoelectric substrate. The sensor described in Patent Document 1 detects the temperature by changing the reflectance of the surface acoustic wave reflection IDT according to the temperature change of the impedance of the thermistor.
上述した特許文献1では、上述したインピーダンス変化型センサとして、物理現象によってインピーダンスが変化する素子を広く採用することができるとされている。しかしながら、高周波の受動素子ではインピーダンスが大きく変化するものは限られている。そのため、センサの感度が低くなってしまうことがある。例えば、歪センサは抵抗変化が微量であり、これを使うためには電源付きのアンプが必要である。すなわち、電源付きのアンプなしでは感度が低くなる。また、圧電素子では、発生電圧は変化するものの、インピーダンス変化は小さい。このため、反射特性を大きく変化させることは難しく、センシング感度が低くなる。 In Patent Document 1 mentioned above, it is supposed that an element whose impedance changes due to a physical phenomenon can be widely adopted as the above-mentioned impedance change type sensor. However, in high frequency passive elements, those whose impedance changes significantly are limited. Therefore, the sensitivity of the sensor may be lowered. For example, a strain sensor has a small amount of resistance change, and to use this, an amplifier with a power supply is required. That is, without an amplifier with a power supply, the sensitivity is low. Further, in the piezoelectric element, although the generated voltage changes, the impedance change is small. For this reason, it is difficult to significantly change the reflection characteristic, and the sensing sensitivity becomes low.
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、センシング感度を向上させることができるセンサおよび測定装置を提供する。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and provides a sensor and a measuring device capable of improving the sensing sensitivity.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、アンテナに接続された第1櫛形電極と、前記第1櫛形電極から離れて配置された第2櫛形電極とを有する圧電基板と、振動に応じた電圧を発生する振動検出素子と、前記第2櫛形電極に接続されるとともに前記振動検出素子が発生した電圧が印加される可変容量素子とを備え、前記第1櫛形電極が、前記アンテナから入力された電気信号を表面弾性波に変換して送信し、前記第2櫛形電極が、当該第2櫛形電極間のインピーダンスに応じて反射率を変化させて前記第1櫛形電極が送信した表面弾性波を反射し、そして、前記第1櫛形電極が、前記第2櫛形電極が反射した表面弾性波を受信して、電気信号に変換して前記アンテナへ出力するセンサである。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention relates to a piezoelectric substrate having a first comb-shaped electrode connected to an antenna and a second comb-shaped electrode spaced apart from the first comb-shaped electrode; And a variable capacitance element connected to the second comb electrode and to which the voltage generated by the vibration detection element is applied, the first comb electrode being input from the antenna The surface acoustic wave transmitted from the first comb-shaped electrode by converting the converted electric signal into a surface acoustic wave and transmitting it, and the second comb-shaped electrode changes the reflectance according to the impedance between the second comb-shaped electrodes. , And the first comb electrode receives the surface acoustic wave reflected by the second comb electrode, converts the surface acoustic wave into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the antenna.
また、本発明の一態様は、上記センサであって、前記振動検出素子が圧電素子である。 Moreover, one aspect of the present invention is the above-mentioned sensor, wherein the vibration detection element is a piezoelectric element.
また、本発明の一態様は、上記センサであって、前記第2櫛形電極に接続される回路のインピーダンスを調整する調整用素子をさらに備える。 One aspect of the present invention is the above-mentioned sensor, further comprising an adjustment element for adjusting the impedance of the circuit connected to the second comb electrode.
また、本発明の一態様は、上記センサであって、前記第2櫛形電極を構成する互いに対向する第1電極と第2電極とのうち、前記第1電極に前記可変容量素子(以下、第1可変容量素子)の一端が接続され、前記第2電極に前記第1可変容量素子とは異なる第2可変容量素子の一端が接続され、前記第1可変容量素子の他端と前記第2可変容量素子の他端とがともに負荷素子の一端に接続されている。 One embodiment of the present invention is the above-mentioned sensor, wherein the first electrode and the second electrode of the second comb-like electrode, the first electrode and the second electrode, the first electrode is the variable capacitance element (hereinafter referred to as the second sensor). One end of one variable capacitance element is connected, one end of a second variable capacitance element different from the first variable capacitance element is connected to the second electrode, and the other end of the first variable capacitance element and the second variable The other end of the capacitive element is connected to one end of the load element.
また、本発明の一態様は、上記センサであって、前記表面弾性波の動作特性が互いに異なる複数のセンサと、前記センサの前記アンテナに対して所定の電波を送信する送信部と、前記センサの前記アンテナから送信された電波を受信する受信部とを備えた計測装置である。 One aspect of the present invention is the above-mentioned sensor, wherein a plurality of sensors having different operation characteristics of the surface acoustic wave, a transmitting unit for transmitting a predetermined radio wave to the antenna of the sensor, and the sensor And a receiver configured to receive the radio wave transmitted from the antenna.
本発明によれば、振動検出素子と可変容量素子とを組み合わせることでインピーダンスの大きな変化を取り出すことができる。よって、センシング感度を向上させることができる。 According to the present invention, a large change in impedance can be extracted by combining the vibration detection element and the variable capacitance element. Thus, the sensing sensitivity can be improved.
<第1の実施形態>
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明によるセンサの第1の実施形態の構成例を示す模式図である。図1に示したセンサ10は、圧電基板1と、アンテナ2と、櫛形電極3と、櫛形電極4と、バリキャップダイオード5と、振動検出素子6と、インダクタ7とを備える。櫛形電極3と櫛形電極4とは、互いに離して配置されて圧電基板1上に形成されている。ここで、振動検出素子6は、振動に応じた電圧を発生する受動素子である。振動検出素子6としては、一例として圧電素子があげられる。櫛形電極3はアンテナ2に接続されている。櫛形電極4を構成する互いに対向する電極4aと電極4bとのうち、電極4aはバリキャップダイオード5のカソードとインダクタ7の一端とに接続されている。電極4bはグランドに接続されている。バリキャップダイオード5のアノードはグランドに接続されている。インダクタ7の他端は振動検出素子6の一端に接続されている。そして、振動検出素子6の他端はグランドに接続されている。
First Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a first embodiment of a sensor according to the present invention. The
圧電基板1は、水晶、リチウムナイオベート(LiNbO3)、リチウムタンタレート(LiTaO3)等の圧電性材料によって形成されている。アンテナ2は、図示していない外部の送信装置が送信した電波を受信し、高周波の電気信号に変換して櫛形電極3へ出力する。櫛形電極3は、アンテナ2から入力した高周波信号によって励振され、圧電基板1の表面にSAW11を発生する。櫛形電極4は到達したSAW11を高周波信号に変換する。そして、櫛形電極4は、到達したSAW11を、電極4aおよび電極4b間のインピーダンスに応じた反射率で、SAW12として反射する。櫛形電極3は、SAW12を高周波信号に変換し、アンテナ2に対して出力する。アンテナ2は、櫛形電極3から入力した高周波信号を電波に変換して送信する。
The piezoelectric substrate 1 is formed of a piezoelectric material such as quartz, lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ) or the like. The
一方、振動検出素子6は、圧電効果を利用した受動素子であり、外力を電圧に変換する。振動が振動検出素子6に加えられると、振動検出素子6は振動に応じた電圧を発生する。振動検出素子6が発生した電圧は、インダクタ7を介してバリキャップダイオード5に印加される。また、インダクタ7は、櫛形電極4で発生した高周波信号が振動検出素子6に流れ込むのを阻止する。すなわち、インダクタ7を振動検出素子6と直列に設けることで、振動検出素子6が有する静電容量に高周波信号が入力されるのを防いでいる。また、バリキャップダイオード5は、可変容量素子であり、印加された逆方向電圧の大きさに応じて静電容量を変化させる。逆方向電圧が大きくなると容量は減少し、逆方向電圧が小さくなると容量は増加する。したがって、振動検出素子6で振動が観測された場合、次の流れで櫛形電極4が反射した反射波SAW12のレベルが変化する。すなわち、振動検出素子6で振動が観測されると、振動検出素子6が発生する電圧が変化する。振動検出素子6が発生する電圧が変化すると、バリキャップダイオード5の容量が変化する。バリキャップダイオード5の容量が変化すると、櫛形電極4のインピーダンスが変化する。そして、櫛形電極4のインピーダンスが変化すると、反射波SAW12のレベルが変化する。
On the other hand, the
例えば、図2に示したように、振動検出素子6に加えられた振動が波形(振動波形)21のように正弦波状に変化した場合、櫛形電極4の反射率は、振動波形21の半波分の変化に対応して実線22のように変化する。図2は、振動検出素子6に加えられた力(この場合、加速度)の向きおよび大きさの時間変化を波形21として、また、櫛形電極4の反射率の大きさの時間変化を実線22として、模式的に表している。
For example, as shown in FIG. 2, when the vibration applied to the
次に、図3を参照して、図1に示したセンサ10の動作例について説明する。図3は、アンテナ2の入出力信号の時間変化を示す模式図である。なお、センサ10の櫛形電極3と櫛形電極4との間のSAW遅延は1μsであるとする。また、図示していない外部の送信装置は、1μsの時間幅を有する周波数430MHzのバースト波を5μs毎に送信することとする。この場合、アンテナ2は、5μs毎に時間幅1μsの周波数430MHzのバースト信号31を櫛形電極3へ出力する。一方、櫛形電極3からアンテナ2へは、バースト信号31からSAW遅延の2倍の2μs遅延した反射信号32が5μs毎に入力される。このように送信信号をバーストパルスとすることで入出力信号を時間軸で分離することができる。なお、上述したように、反射信号32の大きさは、振動検出素子6へ加えられる振動に応じて変化する。振動検出素子6に加えられる振動の周期が5μsより十分大きい場合、振動の時間変化を十分とらえることができる。
Next, an operation example of the
以上のように、本実施形態によれば、無電源ワイヤレス式の振動センサにおいて、振動検出素子6とバリキャップダイオード5(可変容量素子)とを組み合わせることで、振動に応じて大きなインピーダンスの変化を発生させることができる。すなわち、センシング感度を容易に高めることができる。
As described above, according to the present embodiment, in the non-power supply wireless type vibration sensor, by combining the
なお、本実施形態のセンサ10は、アンテナ2に接続された櫛形電極3(第1櫛形電極)と、櫛形電極3から離れて配置された櫛形電極4(第2櫛形電極)とを有する圧電基板1と、振動に応じた電圧を発生する受動素子である振動検出素子6(振動検出素子)と、櫛形電極4に接続されるとともに振動検出素子6が発生した電圧が印加されるバリキャップダイオード5(可変容量素子)とを備えている。
The
また、振動検出素子や可変容量素子は、圧電素子やバリキャプダイオードに限定されない。振動検出素子は、振動に応じた電圧を発生する受動素子であればよく、例えば、コイルとすることができる。すなわち、振動検出素子をコイルとして、磁石やバネと組み合わせることで、振動を電圧変化として検出することができる。また、可変容量素子は、印加電圧に応じて容量が変化する素子であればよく、半導体素子に限らず、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)可変容量素子でもよい。また、振動検出素子や可変容量素子は、複数の素子を並列または直列に接続したものであってもよいし、例えば圧電素子とコイル等、異なる方式の素子を組み合わせたものであってもよい。 Further, the vibration detection element and the variable capacitance element are not limited to the piezoelectric element and the varicap diode. The vibration detection element may be a passive element that generates a voltage according to the vibration, and can be, for example, a coil. That is, by combining the vibration detection element as a coil with a magnet or a spring, vibration can be detected as a voltage change. The variable capacitance element is not limited to the semiconductor element, and may be, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) variable capacitance element, as long as the element has a capacitance that changes according to the applied voltage. The vibration detection element or the variable capacitance element may be a plurality of elements connected in parallel or in series, or may be a combination of elements of different systems such as a piezoelectric element and a coil.
また、アンテナ2での入出力信号の分離は図3を参照して説明したバーストパルスを用いる方式に限定されない。例えば、外部の送受信装置の送信アンテナと受信アンテナとを分ければ、FMCW(frequency modulated continuous wave;周波数変調連続波)方式で定在波によって送信波と反射波とを分離することができる。
Further, separation of input and output signals in the
次に、図4および図5を参照して、図1に示した第1の実施形態の変形例について説明する。図4に示したセンサ10aおよび図5に示したセンサ10bは、図1に示したセンサ10に対して1または複数のインダクタ、コンデンサまたは抵抗を追加した構成を有している。なお、図4および図5において、図1に示したものと同一または対応する構成には同一の符号をつけて説明を省略する。
Next, a variation of the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The
図4に示したセンサ10aは、図1に示したセンサ10と比較して、コンデンサ41と、抵抗42と、インダクタ43とを新たに備える。コンデンサ41は、バリキャップダイオード5のカソードと櫛形電極4の電極4aとの間に挿入されている。抵抗42の一端はバリキャップダイオード5のカソードに接続され、他端はインダクタ43の一端に接続されている。インダクタ43の他端はグランドに接続されている。
The
コンデンサ41は、振動検出素子6が発生する低周波の電圧が櫛形電極4に印加されないように設けられている。コンデンサ41を設けることで、振動検出素子6が発生する電圧を、櫛形電極4の耐圧を超える電圧に設定することができる。
The
インダクタ43は、櫛形電極4に接続される回路のインピーダンスを調整する調整用素子として機能する。例えば、櫛形電極4が出力する高周波信号の周波数において、インダクタ43とバリキャップダイオード5とが並列共振回路を構成するように、インダクタ43のインダクタンス値を設定する。この場合、櫛形電極4に接続される回路を共振点で動作させた場合、櫛形電極4の反射率を大きくすることができる。なお、抵抗42は、振動検出素子6が発生する低周波の電圧がグランドに低インピーダンスで接続されることを防止する。
The
一方、図5に示したセンサ10bは、図1に示したセンサ10と比較して、抵抗51と、インダクタ52とを新たに備える。抵抗51は、バリキャップダイオード5のカソードと櫛形電極4の電極4aとの間に挿入されている。インダクタ52は、一端が電極4aに接続され、他端がグランドに接続されている。
On the other hand, the
抵抗51は、振動検出素子6が発生する電圧が、直接(低インピーダンスで)、櫛形電極4に印加されないようにするとともに、インダクタ52を介して低インピーダンスでグランドに印加されないようにするために設けられている。この抵抗51を設けることで、例えば櫛形電極4の耐圧を超える電圧に、振動検出素子6が発生する電圧を設定することができる。
The
インダクタ52は調整用素子であり、図4に示したインダクタ43に対応する。インダクタ52は、インダクタ43と同様に、櫛形電極4に接続される回路のインピーダンスを調整する。例えば、櫛形電極4が出力する高周波信号の周波数において、インダクタ52とバリキャップダイオード5とが並列共振回路を構成するように、インダクタ52のインダクタンス値を設定する。上述したように、櫛形電極4に接続される回路を共振点で動作させた場合、櫛形電極4の反射率を大きくすることができる。なお、抵抗51は、コンデンサに代えてもよい。
The
<第2の実施形態>
次に、図6を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。図6(A)は本発明の第2の実施形態のセンサ100の構成例を示した模式図である。図6(B)〜(F)は、図6(A)に示したセンサ100の動作を説明するための模式図である。なお、図6において、図1に示したものと同一または対応する構成には同一の符号を付けて説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a schematic view showing a configuration example of the
図6(A)に示したセンサ100は、櫛形電極4に接続される回路が、バリキャップダイオード61および62と、インダクタ63〜65と、振動検出素子66とから構成されている。櫛形電極4の一方の電極4aには、バリキャップダイオード61のカソードとインダクタ64の一方の端子とが接続されている。他方の電極4bには、バリキャップダイオード62のカソードとインダクタ65の一方の端子とが接続されている。バリキャップダイオード61のアノードおよびバリキャップダイオード62のアノードはともにインダクタ63の一方の端子に接続されている。インダクタ63の他方の端子はグランドに接続されている。インダクタ64の他方の端子は振動検出素子66の一方の端子に接続されている。そして、インダクタ65の他方の端子は振動検出素子66の他方の端子に接続されている。
In the
次に、図6(B)〜(F)を参照して、図6(A)に示したセンサ100の動作例について説明する。図6(B)および図6(C)は、センサ100の簡易的な等価回路を示す。図6(B)は、振動検出素子6が発生した電圧の極性がインダクタ64側が負である場合のセンサ100の簡易的な等価回路である。この場合、バリキャップダイオード61は短絡した状態であり、バリキャップダイオード62が容量の変化するコンデンサとして動作する。また、破線のブロック67内は櫛形電極4から高周波的には見えない。図6(B)に示した回路において、振動検出素子66に加えられた力が図2の波形21のように正弦波状に変化したとすると、バリキャップダイオード62の容量変化に応じて、櫛形電極4の反射率の大きさは、図6(E)に実線で示したように振動波形21の半波分の変化に対応して変化する。
Next, an operation example of the
一方、図6(C)は、振動検出素子66が発生した電圧の極性がインダクタ64側が正である場合のセンサ100の簡易的な等価回路である。この場合、バリキャップダイオード62は短絡した状態であり、バリキャップダイオード61が容量の変化するコンデンサとして動作する。また、破線のブロック67内は櫛形電極4から高周波的には見えない。図6(C)に示した回路において、振動検出素子66に加えられた力が図2の波形21のように正弦波状に変化したとすると、バリキャップダイオード61の容量変化に応じて、櫛形電極4の反射率の大きさは、図6(F)に実線で示したように振動波形21の半波分の変化に対応して変化する。
On the other hand, FIG. 6C is a simple equivalent circuit of the
したがって、図6(A)に示したセンサ100において、振動検出素子66に加えられた力が図2の波形21のように正弦波状に変化した場合、バリキャップダイオード61および62の容量変化に応じて、櫛形電極4の反射率の大きさは、図6(D)に実線で示したように振動波形21の半波分の変化に対応して変化する。
Therefore, in the
以上のように、本実施形態によれば、無電源ワイヤレス式の振動センサにおいて、振動検出素子66とバリキャップダイオード61とバリキャップダイオード62とを組み合わせることで、振動検出素子66が発生する電圧の極性にかかわらずインピーダンスの大きな変化を取り出すことができる。
As described above, according to the present embodiment, in the vibration sensor without power supply, the combination of the
なお、本実施形態のセンサ100では、櫛形電極4(第2櫛形電極)を構成する互いに対向する電極4a(第1電極)と電極4b(第2電極)とのうち、電極4aにバリキャップダイオード61(第1可変容量素子)の一端が接続されている。また、電極4bにバリキャップダイオード62(第2可変容量素子)の一端が接続されている。そして、バリキャップダイオード61の他端とバリキャップダイオード62の他端とがともにインダクタ63(負荷素子)の一端に接続されている。
In the
<第3の実施形態>
次に、図7および図8を参照して、本発明の第3の実施形態について説明する。図7は本発明の第3の実施形態の計測装置200の構成例を示した模式図である。そして、図8は、図7に示した計測装置200の動作例を説明するための模式図である。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a schematic view showing a configuration example of a
図7に示した計測装置200は、親機23と、センサ10−1、10−2および10−3とを備える。この場合、親機23およびセンサ10−1〜10−3は、橋梁71に設置されている。親機23は、例えば路肩からメンテナンスできるように設置することができる。
The measuring
センサ10−1、10−2および10−3は、上述した第1の実施形態または第2の実施形態のセンサ10、10a、10bまたは100である。センサ10−1、10−2および10−3は、SAWの動作特性が互いに異なる。SAWの動作特性とは、SAWの動作状態の性質である。SAWの動作特性としては、例えば、櫛形電極3と櫛形電極4との間のSAW遅延の大きさがあげられる。あるいは、SAWを最も強く励振する櫛形電極3に印加される交流電圧の周波数があげられる。この交流電圧の周波数は、櫛形電極3および櫛形電極4を構成するすだれ状の電極の周期で決定される。以下、センサ10−1、10−2および10−3は、図1に示したセンサ10であり、櫛形電極3と櫛形電極4との間のSAW遅延がそれぞれ1μs、2μsおよび3μsであるとして説明を行う。
The sensors 10-1, 10-2 and 10-3 are the
親機23は、図示していない送信部と受信部とを内部に備えるとともに、アンテナ24とアンテナ25とを備える。送信部は、アンテナ24を用いて、センサ10−1〜10−3のアンテナ2に対して所定の電波を送信する。受信部は、アンテナ24を用いて、センサ10−1〜10−3のアンテナ2から送信された電波を受信する。また、親機23は、図示していない制御部と通信部とを内部に備える。制御部は、送信部と受信部とを制御し、センサ10−1〜10−3からの受信(反射)信号の大きさを集積し、例えば、大きさと振動周波数の対応テーブルから振動の周波数を取得する。また、制御部は、通信部を制御し、アンテナ25を用いて所定の通信網に接続し、検出結果を表すデータを所定の通信先に対して送信する。
The
次に、図8を参照して、図7に示した計測装置200の動作例について説明する。図8は、センサ10−1〜10−3の各アンテナ2の入出力信号の時間変化を示す模式図である。なお、親機23は、1μsの時間幅を有する周波数430MHzのバースト波を8μs毎に送信することとする。この場合、各アンテナ2は、8μs毎に時間幅1μsの周波数430MHzのバースト信号81を出力する。一方、各アンテナ2へは、バースト信号81からSAW遅延の2倍の2μs、4μsまたは6μs遅延した反射信号82、83または84が8μs毎に入力される。このように送信信号をバーストパルスとし、さらにSAW遅延の大きさを異ならせることで信号81〜84を時間軸で分離することができる。
Next, an operation example of the measuring
センサ10−1〜10−3は、バッテリレスおよびワイヤレスで、取り付け箇所の振動を感度良く検出することができる。したがって、バッテリレスであることから保守コストを低く抑えることができる。また、ワイヤレスであることから設置の自由度が高い。 The sensors 10-1 to 10-3 can detect the vibration of the attachment location with high sensitivity in a batteryless and wireless manner. Therefore, the maintenance cost can be reduced because the battery is not used. In addition, because it is wireless, there is a high degree of freedom in installation.
なお、上記の説明では、センサ10−1〜10−3においてSAW遅延を異ならせることとしたが、SAWを最も強く励振する櫛形電極3に印加される交流電圧の周波数を異ならせる場合には、例えば、次のようにして各センサの検出値を別々に取り出すことができる。すなわち、親機23からは、複数の異なる周波数の信号を同時にまたは時間差を持たせて送信する。この場合、センサ10−1〜10−3は、観測している振動に応じた信号をそれぞれのSAWを最も強く励振する周波数で送信する。したがって、親機23は、受信信号から各周波数の信号を別々に取り出すことで、センサ10−1〜10−3の各反射信号を取得することができる。
In the above description, the SAW delay is made different in the sensors 10-1 to 10-3. However, in the case where the frequency of the AC voltage applied to the
<その他の実施形態>
なお、本発明の実施形態は上記のものに限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、振動検出素子6を他の物理量を電圧に変換する検出素子に代えてもよい。例えば、図1に示した振動検出素子6を、熱電対や熱電堆に代えることで熱や光を検出するセンサに変更することができる。また、例えば、図1に示した振動検出素子6を、例えば風力や水力を動力源とする発電機に代えることで風力や水力を検出するセンサに変更することができる。
<Other Embodiments>
The embodiments of the present invention are not limited to the above, but also include design etc. within the scope of the present invention. For example, the
10、10a、10b、100、10−1〜10−3 センサ
200 計測装置
23 親機
1 圧電基板
2、24、25 アンテナ
3、4 櫛形電極
5、61、62 バリキャップダイオード
6、66 振動検出素子
7、43、52、63〜65 インダクタ
41 コンデンサ
42、51 抵抗
10, 10a, 10b, 100, 10-1 to 10-3
Claims (5)
振動に応じた電圧を発生する振動検出素子と、
前記第2櫛形電極に接続されるとともに前記振動検出素子が発生した電圧が印加される可変容量素子と
を備え、
前記第1櫛形電極が、前記アンテナから入力された電気信号を表面弾性波に変換して送信し、
前記第2櫛形電極が、当該第2櫛形電極間のインピーダンスに応じて反射率を変化させて前記第1櫛形電極が送信した表面弾性波を反射し、そして、
前記第1櫛形電極が、前記第2櫛形電極が反射した表面弾性波を受信して、電気信号に変換して前記アンテナへ出力する
センサ。 A piezoelectric substrate having a first comb electrode connected to an antenna and a second comb electrode spaced apart from the first comb electrode;
A vibration detection element that generates a voltage according to the vibration;
And a variable capacitance element connected to the second comb electrode and to which a voltage generated by the vibration detection element is applied.
The first comb electrode converts an electric signal input from the antenna into a surface acoustic wave and transmits the surface acoustic wave,
The second comb electrode changes the reflectance according to the impedance between the second comb electrodes to reflect the surface acoustic wave transmitted by the first comb electrode, and
A sensor, wherein the first comb electrode receives the surface acoustic wave reflected by the second comb electrode, converts the surface acoustic wave into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the antenna.
請求項1に記載のセンサ。 The sensor according to claim 1, wherein the vibration detection element is a piezoelectric element.
さらに備える請求項1または2に記載のセンサ。 The sensor according to claim 1, further comprising an adjusting element that adjusts an impedance of a circuit connected to the second comb electrode.
前記第1電極に前記可変容量素子(以下、第1可変容量素子)の一端が接続され、
前記第2電極に前記第1可変容量素子とは異なる第2可変容量素子の一端が接続され、
前記第1可変容量素子の他端と前記第2可変容量素子の他端とがともに負荷素子の一端に接続されている
請求項1から3のいずれか1項に記載のセンサ。 Of the first and second electrodes facing each other that constitute the second comb electrode,
One end of the variable capacitance element (hereinafter referred to as a first variable capacitance element) is connected to the first electrode,
One end of a second variable capacitance element different from the first variable capacitance element is connected to the second electrode,
The sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the other end of the first variable capacitance element and the other end of the second variable capacitance element are both connected to one end of a load element.
前記センサの前記アンテナに対して所定の電波を送信する送信部と、
前記センサの前記アンテナから送信された電波を受信する受信部と
を備えた測定装置。 The sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of sensors having different operation characteristics of the surface acoustic wave,
A transmitter configured to transmit a predetermined radio wave to the antenna of the sensor;
And a receiver configured to receive radio waves transmitted from the antenna of the sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016067626A JP6519803B2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Sensor and measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016067626A JP6519803B2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Sensor and measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017181248A JP2017181248A (en) | 2017-10-05 |
JP6519803B2 true JP6519803B2 (en) | 2019-05-29 |
Family
ID=60004414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016067626A Active JP6519803B2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Sensor and measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6519803B2 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS50147647A (en) * | 1974-05-16 | 1975-11-26 | ||
JP4947713B2 (en) * | 2007-08-06 | 2012-06-06 | Necトーキン株式会社 | Vibration detector |
JP5885014B2 (en) * | 2011-06-08 | 2016-03-15 | 国立大学法人静岡大学 | Non-powered wireless sensor module and wireless physical quantity detection system |
JP6232642B2 (en) * | 2014-02-03 | 2017-11-22 | 国立大学法人静岡大学 | Physical quantity detection sensor module and physical quantity detection system |
CN105318960B (en) * | 2014-08-02 | 2018-09-28 | 软控股份有限公司 | SAW resonator type vibrating sensor and vibration detecting system |
-
2016
- 2016-03-30 JP JP2016067626A patent/JP6519803B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017181248A (en) | 2017-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100763020B1 (en) | SAW based passive radio sensig system using piezoelectric power and wireless power transmission | |
JP5543289B2 (en) | Apparatus and method for generation of encoded high frequency signal | |
JP4026849B2 (en) | Wireless interrogative surface wave technology sensor | |
EP1653771B1 (en) | Frequency detector | |
KR100600807B1 (en) | SAW based passive radio sensors using energy gatherer | |
JP4945407B2 (en) | Backscatter sensor | |
GB2430752A (en) | Sensing system with output frequency dependent on sensor capacitance | |
US7663290B2 (en) | Sensor | |
US7343802B2 (en) | Dynamic-quantity sensor | |
KR20170129397A (en) | wireless temperature measurement device using surface acoustic wave device | |
JP2003534561A (en) | Sensor, sensor system and method for remotely detecting a measurand | |
US20070057772A1 (en) | Hybrid SAW/BAW sensor | |
JP2011028424A (en) | Rfid tag with sensor function, and rfid system using the same | |
JP6519803B2 (en) | Sensor and measuring device | |
JP6232642B2 (en) | Physical quantity detection sensor module and physical quantity detection system | |
JP2005121498A (en) | Surface acoustic sensing system | |
JP2017096841A (en) | Parasitic wireless sensor, measuring system using the same, and detection method of measuring system | |
KR100807843B1 (en) | Transmitter for TPMS | |
EP3882579B1 (en) | Ultrasonic flow meter and method for ultrasonic flow metering | |
TW201324499A (en) | Oscillating device for frequency detection, ultrasonic transceiver system and frequency detection method thereof | |
JP2005291941A (en) | Ultrasonic sensor and wave transmitting element for the same | |
JP2009281975A (en) | Surface acoustic wave device and sensor | |
Ferrari et al. | Autonomous sensor module with piezoelectric power harvesting and RF transmission of measurement signals | |
JP6451035B2 (en) | Resonant element wireless measurement system | |
KR101093002B1 (en) | Sonic transducer improved in temperature sensing unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181217 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20190125 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20190125 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190320 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190326 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190410 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6519803 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |