JP7492121B2 - Physical quantity measuring system and physical quantity measuring device - Google Patents

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Description

弾性表面波素子を備えた物理量測定システム、および、物理量測定装置に関する。 This relates to a physical quantity measuring system and a physical quantity measuring device equipped with a surface acoustic wave element.

特許文献1には、弾性表面波センサが開示されている。特許文献1に開示された弾性表面波センサは、遅延線タイプの弾性表面波素子を備え、周波数の異なる2種類の信号で弾性表面素子にバースト信号を入力し、バースト信号が弾性表面波素子により遅延して出力される出力信号の位相角を算出する。そして、2種類の出力信号の位相角の差をもとに温度などの物理量を算出する。このように、周波数の異なる2種類の出力信号の位相角の差をもとに物理量を算出することで、測定可能な物理量範囲を広くすることができる。 Patent Document 1 discloses a surface acoustic wave sensor. The surface acoustic wave sensor disclosed in Patent Document 1 includes a delay line type surface acoustic wave element, and inputs a burst signal to the surface acoustic wave element using two types of signals with different frequencies, and calculates the phase angle of the output signal that is output after the burst signal is delayed by the surface acoustic wave element. Then, a physical quantity such as temperature is calculated based on the difference in phase angle of the two types of output signals. In this way, by calculating a physical quantity based on the difference in phase angle of two types of output signals with different frequencies, the range of measurable physical quantities can be widened.

特許第5942656号公報Japanese Patent No. 5942656

特許文献1に開示された技術は、位相角に対する物理量の感度、すなわち、位相角の変化に対する物理量の変化を擬似的に低感度化させる。低感度化により、物理量の測定精度が低下する恐れがある。 The technology disclosed in Patent Document 1 artificially reduces the sensitivity of a physical quantity to a phase angle, i.e., the change in the physical quantity relative to a change in the phase angle. This reduction in sensitivity may result in a decrease in the measurement accuracy of the physical quantity.

本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、物理量測定範囲を広くしつつ、物理量測定精度を高くすることができる物理量測定システムおよび物理量測定装置を提供することにある。 This disclosure was made based on these circumstances, and its purpose is to provide a physical quantity measurement system and a physical quantity measurement device that can increase the accuracy of physical quantity measurement while widening the range of physical quantity measurement.

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示した技術的範囲を限定するものではない。 The above object is achieved by a combination of features recited in the independent claims, and the subclaims define further advantageous specific examples. The reference characters in parentheses in the claims indicate a correspondence with the specific means described in the embodiments described below as one aspect, and do not limit the disclosed technical scope.

上記目的を達成するための物理量測定システムに係る1つの開示は、
互いに近接して配置され、かつ、伝播距離が異なる第1素子部(20a)および第2素子部(20b)を含む遅延線型の弾性表面波素子(20)と、
弾性表面波素子に向けて2種類以上の周波数でバースト信号を送信し、弾性表面波素子からの応答波を受信する無線部(30a)と、
無線部が逐次送信した2種類の周波数の電波について、第1素子部および第2素子部にて反射される応答波の位相差を2素子位相差(Δφ1i)として算出し、2種類の周波数についてそれぞれ算出した2素子位相差の位相差を2周波位相差(Δθi)としてさらに算出する2周波位相差算出部(S75)と、
2周波位相差と物理量との予め設定されている関係と、2周波位相差算出部が算出した2周波位相差とに基づいて絶対物理量(Ti)を決定する物理量決定部(S76)と、
無線部が逐次送信した1種類の周波数の電波に対する応答波の位相を繰り返し測定し、前回測定した位相と今回測定した位相との差を時間位相差(Δφti)として連続的に算出する時間位相差算出部(S65)と、
時間位相差に基づいて物理量変化量(ΔTi)を算出する物理量変化量算出部(S94)と、
応答波の電力により評価される信頼度が予め設定した当該信頼度に対する閾値を超えるか否かの判断を繰り返し実行する判断部(S50)と、
応答波の信頼度が閾値を超えるとの第1判断が判断部によって得られた場合に、物理量決定部により絶対物理量の決定を行わせるとともに、決定した絶対物理量を記憶部に保存する一方、応答波の信頼度が閾値を超えないとの第2判断が判断部により得られた場合に、物理量決定部に絶対物理量の決定を行わせない選択部と、
第2判断が得られたときの絶対物理量を、記憶部に保存された絶対物理量と、第2判断が得られたときに算出された時間位相差に基づく物理量変化量とに基づいて推定する物理量推定部(S95)と、
を備える物理量測定システムである。
One disclosure relating to a physical quantity measurement system for achieving the above object includes:
a delay line type surface acoustic wave element (20) including a first element portion (20a) and a second element portion (20b) arranged close to each other and having different propagation distances;
a radio section (30a) for transmitting burst signals at two or more frequencies to the surface acoustic wave element and receiving a response wave from the surface acoustic wave element;
a two-frequency phase difference calculation unit (S75) that calculates a phase difference between response waves reflected by the first element unit and the second element unit as a two-element phase difference (Δφ1i) for radio waves of two kinds of frequencies successively transmitted by the radio unit, and further calculates a phase difference between the two-element phase differences calculated for the two kinds of frequencies as a two-frequency phase difference (Δθi);
a physical quantity determining unit (S76) that determines an absolute physical quantity (Ti) based on a preset relationship between the two-frequency phase difference and the physical quantity and the two-frequency phase difference calculated by the two-frequency phase difference calculating unit;
a time phase difference calculation unit (S65) that repeatedly measures the phase of a reply wave in response to a radio wave of one type of frequency successively transmitted by the wireless unit, and continuously calculates the difference between the previously measured phase and the currently measured phase as a time phase difference (Δφt i );
A physical quantity change calculation unit (S94) that calculates a physical quantity change amount (ΔTi) based on the time phase difference;
a determination unit (S50) that repeatedly determines whether or not a reliability evaluated based on the power of the response wave exceeds a preset threshold value for the reliability;
a selection unit which, when a first determination is made by the determination unit that the reliability of the response wave exceeds a threshold, causes the physical quantity determination unit to determine an absolute physical quantity and stores the determined absolute physical quantity in the storage unit, and, when a second determination is made by the determination unit that the reliability of the response wave does not exceed the threshold, does not cause the physical quantity determination unit to determine the absolute physical quantity;
a physical quantity estimation unit (S95) that estimates an absolute physical quantity at the time when the second judgment is obtained based on the absolute physical quantity stored in the storage unit and a physical quantity change amount based on a time phase difference calculated at the time when the second judgment is obtained;
A physical quantity measurement system comprising:

この物理量測定システムは、2周波位相差算出部と物理量決定部を備える。2周波位相差から決定する物理量は、広い測定範囲で物理量を測定できる。ただし、2周波位相差から決定する絶対物理量は、感度を擬似的に低感度化させてしまうので、必要な精度が確保できない恐れがある。 This physical quantity measurement system includes a two-frequency phase difference calculation unit and a physical quantity determination unit. The physical quantity determined from the two-frequency phase difference can be measured over a wide measurement range. However, the absolute physical quantity determined from the two-frequency phase difference artificially reduces the sensitivity, so there is a risk that the required accuracy cannot be ensured.

そこで、選択部を備え、応答波の信頼度が2周波位相差から絶対物理量を必要な精度で決定できる信頼度であることに基づいて、2周波位相差算出部と物理量決定部により物理量を決定する。 Therefore, a selection unit is provided, and the physical quantity is determined by a two-frequency phase difference calculation unit and a physical quantity determination unit based on the reliability of the response wave being such that the absolute physical quantity can be determined from the two-frequency phase difference with the required accuracy.

また、選択部は、応答波の信頼度が、2周波位相差から絶対物理量を必要な精度で決定できる信頼度ではないことに基づいて、時間位相差算出部、物理量変化量算出部により物理量変化量を算出する。時間位相差は、周波数の種類が1つのみであり、低感度化していないので、精度低下を抑制できるからである。 The selection unit also calculates the physical quantity change amount using the time phase difference calculation unit and the physical quantity change amount calculation unit, based on the fact that the reliability of the response wave is not high enough to determine the absolute physical quantity from the two-frequency phase difference with the necessary accuracy. This is because the time phase difference has only one type of frequency and is not low-sensitivity, so a decrease in accuracy can be suppressed.

ただし、周波数が1種類であると、位相差は物理量測定範囲が狭いので、広い物理量範囲で物理量を測定することは難しい。そこで、時間位相差を算出するとともに、その時間位相差から物理量変化量を算出する。そして、物理量推定部において、決定あるいは推定済みの絶対物理量を変化前後の一方とする物理量変化量と、その絶対物理量とから、未決定かつ未推定の絶対物理量を推定する。これにより、連続的に算出した物理量変化量をもとに連続的に絶対物理量を推定する。このようにして絶対物理量を推定すれば、広い物理量範囲で絶対物理量を推定でき、かつ、測定精度も確保しやすい。 However, when there is only one type of frequency, the phase difference has a narrow physical quantity measurement range, making it difficult to measure the physical quantity over a wide physical quantity range. Therefore, the time phase difference is calculated, and the physical quantity change amount is calculated from the time phase difference. Then, in the physical quantity estimation unit, an undetermined and unestimated absolute physical quantity is estimated from the physical quantity change amount, which has the determined or estimated absolute physical quantity as either before or after the change, and the absolute physical quantity. In this way, the absolute physical quantity is continuously estimated based on the continuously calculated physical quantity change amounts. By estimating the absolute physical quantity in this way, the absolute physical quantity can be estimated over a wide physical quantity range, and measurement accuracy is easily ensured.

選択部は、応答波の電力(S)が閾値としての2周波数閾値(TH)よりも高い場合に、応答波の信頼度は、2周波位相差から絶対物理量を必要な精度で決定できる信頼度であるとしてもよい。 The selection unit may determine that when the power (S) of the response wave is higher than a two-frequency threshold (TH) as a threshold , the reliability of the response wave is the reliability that allows the absolute physical quantity to be determined with the required accuracy from the two-frequency phase difference.

応答波の電力が高ければ、必要なSN比を確保しやすい。そして、SN比が高ければ、物理量測定精度を高くすることができる。 If the power of the response wave is high, it is easier to ensure the required signal-to-noise ratio. And if the signal-to-noise ratio is high, the accuracy of measuring physical quantities can be improved.

弾性表面波素子は、移動体(40)に取り付けられるものであ
時間位相差算出部は、2素子位相差を繰り返し算出し、前回算出した2素子位相差と今回算出した2素子位相差との位相差を、時間位相差として算出することができる。
The surface acoustic wave element is attached to a moving body (40),
The time phase difference calculation section repeatedly calculates the two-element phase difference , and can calculate the phase difference between the previously calculated two-element phase difference and the currently calculated two-element phase difference as the time phase difference.

移動体に取り付けられる場合、無線部と弾性表面波素子との距離が逐次変化する。そうすると、1つの素子部のみでは、位相の変化が距離の変化によるものか、物理量の変化によるものかを判断することができない。しかし、この物理量測定システムは、弾性表面波素子は、互いに近接して配置され、伝播距離が異なる第1素子部と第2素子部を備える。第1素子部と第2素子部は互いに近接して配置されるので、物理量は同じと見ることができる。また、第1素子部および第2素子部は距離が変化するものではない。したがって、時間位相差として、2素子位相差の時間による位相差を算出し、また、2周波位相差として、2素子位相差の周波数による位相差を算出すれば、無線部と弾性表面波素子との距離が逐次変化することによる位相の変化を相殺して、物理量を測定することができる。 When attached to a moving object, the distance between the wireless unit and the surface acoustic wave element changes successively. In that case, it is not possible to determine whether a phase change is due to a change in distance or a change in physical quantity with only one element unit. However, in this physical quantity measurement system, the surface acoustic wave element is provided with a first element unit and a second element unit that are arranged close to each other and have different propagation distances. Since the first element unit and the second element unit are arranged close to each other, the physical quantity can be considered to be the same. In addition, the distance between the first element unit and the second element unit does not change. Therefore, if the phase difference over time of the two-element phase difference is calculated as the time phase difference, and the phase difference over frequency of the two-element phase difference is calculated as the two-frequency phase difference, the phase change due to the successive change in the distance between the wireless unit and the surface acoustic wave element can be offset and the physical quantity can be measured.

上記物理量測定システムにおいて、第1素子部と第2素子部は、ともに反射型遅延線型であり、櫛形電極を共有してもよい。 In the above physical quantity measurement system, the first element section and the second element section may both be of a reflective delay line type and may share a comb electrode.

第1素子部と第2素子部を、互いに近接して配置する態様の一例としては、このように櫛形電極を共有する態様がある。 One example of a mode in which the first element portion and the second element portion are arranged close to each other is a mode in which they share a comb-shaped electrode like this.

無線部は、選択部が、2周波位相差算出部と物理量決定部により物理量を決定することを選択した場合、無線部が送信する電波の周波数を2種類とし、選択部が、時間位相差算出部、物理量変化量算出部、物理量推定部により物理量を推定することを選択した場合、無線部が送信する電波の周波数を1種類としてもよい。 When the selection unit selects to determine the physical quantity using the two-frequency phase difference calculation unit and the physical quantity determination unit, the radio unit may transmit radio waves of two different frequencies, and when the selection unit selects to estimate the physical quantity using the time phase difference calculation unit, the physical quantity change calculation unit, and the physical quantity estimation unit, the radio unit may transmit radio waves of one different frequency.

このように、選択部が選択した周波数の数に応じて、無線部が送信する周波数の数を切り替えることができる。 In this way, the number of frequencies transmitted by the radio unit can be switched depending on the number of frequencies selected by the selection unit.

物理量変化量算出部は、第1回数分の時間位相差を平均した物理量変化量を算出し、
物理量決定部は、第2回数分の2周波位相差を平均して物理量を決定するようになっており、
第1回数は第2回数よりも多くしてもよい。
the physical quantity change calculation unit calculates a physical quantity change amount by averaging the time phase differences for the first number of times;
the physical quantity determination unit determines the physical quantity by averaging the two-frequency phase differences for the second number of times;
The first number may be greater than the second number.

このようにすれば、無線部が送信する電波の周波数を1種類としているときは、無線部が送信する電波の周波数を2種類としているときよりも、平均する回数を多くすることになる。 In this way, when the radio unit transmits radio waves at one frequency, the number of averaging operations is increased compared to when the radio unit transmits radio waves at two frequencies.

送信する電波の周波数が1種類であれば、送信する電波の周波数が2種類である場合より、単位時間当たりに1種類の周波数の電波を送信することができる回数を多くすることが可能である。そこで、無線部が送信する電波の周波数を1種類としているときは、無線部が送信する電波の周波数を2種類としているときよりも、平均する回数を多くする。平均回数を多くするとノイズは低減する。その結果、このようにすることで、時間位相差およびその時間位相差から算出する物理量変化量および絶対物理量の精度をより向上させることができる。 If there is one type of radio wave to be transmitted, it is possible to transmit radio waves of one type of frequency more times per unit time than when there are two types of radio waves to be transmitted. Therefore, when the radio unit transmits radio waves of one type of frequency, the number of averaging is increased compared to when the radio unit transmits radio waves of two types of frequencies. Increasing the number of averaging reduces noise. As a result, by doing this, it is possible to further improve the accuracy of the time phase difference and the amount of change in physical quantity and absolute physical quantity calculated from that time phase difference.

無線部は、
スペクトルマスクにより規定される1つの送信許可周波数帯に含まれる3種類の周波数でバースト信号を送信し、
送信する電波の周波数を1種類とする場合、3種類の周波数のうち最も送信許可周波数帯の中心周波数に近い周波数を、送信する電波の周波数とし、送信する電波の周波数を2種類とする場合、3種類の周波数のうち残りの2つの周波数を送信する電波の周波数とし、かつ、
送信する電波の周波数を1種類とした場合の送信電力を、送信する電波の周波数を2種類とした場合の送信電力よりも高くしてもよい。
The radio section is
Transmitting burst signals at three frequencies included in one permitted transmission frequency band defined by a spectrum mask;
When there is one type of frequency of radio waves to be transmitted, the frequency of the three types of frequencies that is closest to the center frequency of the permitted transmission frequency band shall be the frequency of the radio waves to be transmitted, and when there are two types of frequencies of radio waves to be transmitted, the remaining two frequencies of the three types of frequencies shall be the frequencies of the radio waves to be transmitted, and
The transmission power when the radio waves to be transmitted have one frequency may be higher than the transmission power when the radio waves to be transmitted have two frequencies.

送信する電波の周波数によらず、周波数に対して法規により定められた上限電力以下にする必要がある。この上限電力をスペクトルマスクという。スペクトルマスクにより規定される1つの送信許可周波数帯に含まれる送信周波数を2種類とする場合を考える。周波数が2種類であると、そのうちの一方の周波数を、時間位相差を算出するための周波数、および、2周波位相差を算出する周波数とすることになる。 Regardless of the frequency of the radio waves being transmitted, the power must be below the upper limit set by law for that frequency. This upper limit power is called the spectrum mask. Consider the case where there are two types of transmission frequencies contained in one permitted transmission frequency band defined by the spectrum mask. If there are two types of frequencies, one of the frequencies will be used as the frequency for calculating the time phase difference and the frequency for calculating the two-frequency phase difference.

この場合、2種類の周波数は、いずれも、送信許可周波数帯において最も送信電力を高くすることができる周波数にすることができない。他方の周波数が、相対的に最も送信電力を高くすることができる周波数から離れてしまう結果、他方の周波数の送信電力を高くすることができないからである。そして、2周波位相差を算出する場合、2種類の周波数の電波の送信電力は同じである必要がある。したがって、2周波位相差を算出することを考えると、2種類の周波数とも、信許可周波数帯において最も送信電力を高くすることができる周波数にすることができないのである。 In this case, neither of the two frequencies can be set to the frequency that allows the highest transmission power in the permitted transmission frequency band. This is because the other frequency is far from the frequency that allows the highest transmission power relatively, and as a result, the transmission power of the other frequency cannot be increased. When calculating the two-frequency phase difference, the transmission power of the radio waves of the two frequencies must be the same. Therefore, when considering calculating the two-frequency phase difference, neither of the two frequencies can be set to the frequency that allows the highest transmission power in the permitted transmission frequency band.

そこで、上記のように3種類の周波数でバースト信号を送信するようにする。このようにすれば、無線部が送信する電波の周波数を1種類とする場合、3種類の周波数のうち、最もスペクトルマスクの中心周波数に近い周波数を送信する電波の周波数とすることができる。 Therefore, the burst signal is transmitted at three different frequencies as described above. In this way, if the radio unit transmits radio waves at one frequency, the frequency of the three frequencies that is closest to the center frequency of the spectrum mask can be used as the frequency of the radio waves to be transmitted.

これにより、周波数帯が広いという特性があるバースト信号であっても、スペクトルマスクを超えないようにしつつ、送信する電波の周波数を1種類とする場合の送信電力を高くすることができる。 This makes it possible to increase the transmission power when only one type of radio frequency is transmitted without exceeding the spectrum mask, even for burst signals that have the characteristic of having a wide frequency band.

無線部は、選択部の選択結果によらず、2種類以上の周波数を順次送信し、
選択部は、
2種類以上の周波数の応答波の電力(S)である応答電力に基づき応答波の信頼度をそれぞれ決定し、2種類以上の周波数の応答波の信頼度が閾値を超えることに基づいて、2周波位相差算出部と物理量決定部により絶対物理量を決定し、
信頼度が閾値を超える応答波が1種類以下である場合、最も信頼度が高い1つの応答波を用いて、時間位相差を算出してもよい。
The radio unit sequentially transmits two or more types of frequencies regardless of the selection result of the selection unit,
The selection section is
determining the reliability of each of the response waves based on the response power, which is the power (S) of the response waves of two or more frequencies; and determining an absolute physical quantity by a two-frequency phase difference calculation unit and a physical quantity determination unit based on the reliability of the response waves of two or more frequencies exceeding a threshold value ;
When there is one or less type of response wave whose reliability exceeds the threshold, the time phase difference may be calculated using the single response wave with the highest reliability.

信頼度が高い応答波を用いることで、物理量の推定精度を向上させることができる。 By using highly reliable response waves, the accuracy of estimating physical quantities can be improved.

上記目的を達成するための物理量測定装置に係る1つの開示は、上記物理量測定システムが備える物理量測定装置である。その物理量測定装置は、
互いに近接して配置され、かつ、伝播距離が異なる第1素子部(20a)および第2素子部(20b)を含む遅延線型の弾性表面波素子(20)に向けて2種類以上の周波数でバースト信号を送信し、弾性表面波素子からの応答波を受信する無線部(30a)と、
無線部が逐次送信した2種類の周波数の電波について、第1素子部および第2素子部にて反射される応答波の位相差を2素子位相差(Δφ1i)として算出し、2種類の周波数についてそれぞれ算出した2素子位相差の位相差を2周波位相差(Δθi)としてさらに算出する2周波位相差算出部(S75)と、
2周波位相差と物理量との予め設定されている関係と、2周波位相差算出部が算出した2周波位相差とに基づいて絶対物理量(Ti)を決定する物理量決定部(S76)と、
無線部が逐次送信した1種類の周波数の電波に対する応答波の位相を繰り返し測定し、前回測定した位相と今回測定した位相との差を時間位相差(Δφti)として連続的に算出する時間位相差算出部(S65)と、
時間位相差に基づいて物理量変化量(ΔTi)を算出する物理量変化量算出部(S94)と、
応答波の電力により評価される信頼度が予め設定した当該信頼度に対する閾値を超えるか否かの判断を繰り返し実行する判断部(S50)と、
応答波の信頼度が閾値を超えるとの第1判断が判断部によって得られた場合に、物理量決定部により絶対物理量の決定を行わせるとともに、決定した絶対物理量を記憶部に保存する一方、応答波の信頼度が閾値を超えないとの第2判断が判断部により得られた場合に、物理量決定部に絶対物理量の決定を行わせない選択部と、
第2判断が得られたときの絶対物理量を、記憶部に保存された絶対物理量と、第2判断が得られたときに算出された時間位相差に基づく物理量変化量とに基づいて推定する物理量推定部(S95)と、を備える。
One disclosure relating to a physical quantity measuring device for achieving the above object is a physical quantity measuring device included in the physical quantity measuring system. The physical quantity measuring device includes:
a radio section (30a) that transmits burst signals at two or more frequencies to a delay line type surface acoustic wave element (20) including a first element section (20a) and a second element section (20b) that are arranged close to each other and have different propagation distances, and receives a response wave from the surface acoustic wave element;
a two-frequency phase difference calculation unit (S75) that calculates a phase difference between response waves reflected by the first element unit and the second element unit as a two-element phase difference (Δφ1i) for radio waves of two kinds of frequencies successively transmitted by the radio unit, and further calculates a phase difference between the two-element phase differences calculated for the two kinds of frequencies as a two-frequency phase difference (Δθi);
a physical quantity determining unit (S76) that determines an absolute physical quantity (Ti) based on a preset relationship between the two-frequency phase difference and the physical quantity and the two-frequency phase difference calculated by the two-frequency phase difference calculating unit;
a time phase difference calculation unit (S65) that repeatedly measures the phase of a reply wave in response to a radio wave of one type of frequency successively transmitted by the wireless unit, and continuously calculates the difference between the previously measured phase and the currently measured phase as a time phase difference (Δφt i );
A physical quantity change calculation unit (S94) that calculates a physical quantity change amount (ΔTi) based on the time phase difference;
a determination unit (S50) that repeatedly determines whether or not a reliability evaluated based on the power of the response wave exceeds a preset threshold value for the reliability;
a selection unit which, when a first determination is made by the determination unit that the reliability of the response wave exceeds a threshold, causes the physical quantity determination unit to determine an absolute physical quantity and stores the determined absolute physical quantity in the storage unit, and, when a second determination is made by the determination unit that the reliability of the response wave does not exceed the threshold, does not cause the physical quantity determination unit to determine the absolute physical quantity;
and a physical quantity estimation unit (S95) that estimates the absolute physical quantity at the time when the second judgment is obtained, based on the absolute physical quantity stored in the memory unit and the physical quantity change amount based on the time phase difference calculated at the time when the second judgment is obtained.

第1実施形態の温度測定システム10の使用状態を説明する図。1A and 1B are diagrams illustrating a state in which the temperature measurement system 10 of the first embodiment is used. 弾性表面波素子20の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a surface acoustic wave element 20. 温度測定装置30の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a temperature measuring device 30. 第1実施形態において演算部30bが実行する処理を示す図。5 is a diagram showing a process executed by a calculation unit 30b in the first embodiment. FIG. 図4のS60の詳細処理を示す図。FIG. 5 is a diagram showing detailed processing of S60 in FIG. 4; 図4のS70の詳細処理を示す図。FIG. 5 is a diagram showing detailed processing of S70 in FIG. 4; 図4のS90の詳細処理を示す図。FIG. 5 is a diagram showing detailed processing of S90 in FIG. 4; S95の処理を説明する図であって、S95を適用する前の図。FIG. 13 is a diagram for explaining the process of S95, and is a diagram before S95 is applied. S95の処理を説明する図であって、S95を適用した後の図。FIG. 13 is a diagram for explaining the process of S95, and is a diagram after S95 has been applied. バースト信号の送信タイミングを示す図。FIG. 4 is a diagram showing transmission timing of a burst signal. 第3周波数f3のバースト信号を、横軸を周波数軸として示す図。13 is a diagram showing a burst signal of a third frequency f3, with the horizontal axis representing frequency. 第1周波数f1のバースト信号を、横軸を周波数軸として示す図。2 is a diagram showing a burst signal of a first frequency f1, with the horizontal axis representing frequency. 第2周波数f2のバースト信号を、横軸を周波数軸として示す図。4 is a diagram showing a burst signal of a second frequency f2, with the horizontal axis representing frequency. 第3実施形態において図4に代えて実行する処理を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a process executed in place of FIG. 4 in the third embodiment;

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態では、物理量として温度を測定する。つまり、第1実施形態の物理量測定システムは温度測定システム10である。図1は、第1実施形態の温度測定システム10の使用状態を説明する図である。温度測定システム10は、弾性表面波素子20、温度測定装置30、操作端末50を備えている。弾性表面波素子20は、温度を測定する測定対象物40に取り付けられている。測定対象物40は、ベルト41により図1に示す矢印の方向に移動する。つまり、測定対象物40は移動体である。測定対象物40はベルト41により搬送されて炉42の中に導入される。測定対象物40は、炉42の中でロウ付け等が行われる。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. In the embodiments, temperature is measured as a physical quantity. That is, the physical quantity measurement system of the first embodiment is a temperature measurement system 10. FIG. 1 is a diagram for explaining the use state of the temperature measurement system 10 of the first embodiment. The temperature measurement system 10 includes a surface acoustic wave element 20, a temperature measurement device 30, and an operation terminal 50. The surface acoustic wave element 20 is attached to a measurement object 40 whose temperature is to be measured. The measurement object 40 moves in the direction of the arrow shown in FIG. 1 by a belt 41. That is, the measurement object 40 is a moving body. The measurement object 40 is transported by the belt 41 and introduced into a furnace 42. The measurement object 40 is brazed or the like in the furnace 42.

物理量測定装置である温度測定装置30は、炉42の長手方向中央に固定されている。温度測定装置30は、弾性表面波素子20にバースト信号を送信し、応答波Rを受信する。弾性表面波素子20は、この応答波Rの位相φに基づいて弾性表面波素子20の温度を測定する。この温度は、測定対象物40の温度とみなすことができる。操作端末50は、温度測定装置30を操作するためにユーザが操作する端末であり、温度測定装置30と接続されている。操作端末50は、ユーザが操作するスイッチなどを備えた操作部51、温度測定装置30による測定結果などが表示される表示部52を備える。 The temperature measuring device 30, which is a physical quantity measuring device, is fixed to the center of the furnace 42 in the longitudinal direction. The temperature measuring device 30 transmits a burst signal to the surface acoustic wave element 20 and receives a response wave R. The surface acoustic wave element 20 measures the temperature of the surface acoustic wave element 20 based on the phase φ of this response wave R. This temperature can be considered as the temperature of the measurement object 40. The operation terminal 50 is a terminal operated by the user to operate the temperature measuring device 30, and is connected to the temperature measuring device 30. The operation terminal 50 includes an operation unit 51 equipped with switches operated by the user, and a display unit 52 on which the measurement results by the temperature measuring device 30 are displayed.

〔弾性表面波素子20の構成〕
図2に、弾性表面波素子20の構成を示す。弾性表面波素子20は、圧電体基板21に、バースト信号の入力により弾性表面波(surface acoustic wave、以下、SAW)を生じさせる櫛形電極22と、SAWを反射する2つの反射器23、24を備える。また、バースト信号を受信して櫛形電極22に入力するアンテナ25を備える。櫛形電極22は、2つの櫛形の電極が対になった構成であり、対になった電極のうち1つの電極は接地され、他方の電極がアンテナ25に接続されている。
[Configuration of the surface acoustic wave element 20]
2 shows the configuration of a surface acoustic wave element 20. The surface acoustic wave element 20 includes a piezoelectric substrate 21, a comb-shaped electrode 22 that generates a surface acoustic wave (hereinafter, SAW) in response to an input of a burst signal, and two reflectors 23 and 24 that reflect the SAW. The element also includes an antenna 25 that receives the burst signal and inputs it to the comb-shaped electrode 22. The comb-shaped electrode 22 is configured with two comb-shaped electrodes in a pair, one of which is grounded and the other connected to the antenna 25.

反射器23、24は、櫛形電極22と同一の材料であって、SAWの進行方向と垂直な方向に延びた複数本の電極が所定のピッチで並んだ構成である。櫛形電極22にバースト信号が入力されると、圧電体基板21に横波のSAWが発生し、櫛形電極22から反射器23、24に向かって進行いていく。そして、SAWは、反射器23、24により反射され、櫛形電極22に戻ることによって、応答波Rがアンテナ25から送信される。 The reflectors 23 and 24 are made of the same material as the comb electrode 22, and are configured with multiple electrodes extending in a direction perpendicular to the direction of travel of the SAW, arranged at a specified pitch. When a burst signal is input to the comb electrode 22, a transverse SAW is generated in the piezoelectric substrate 21, and travels from the comb electrode 22 toward the reflectors 23 and 24. The SAW is then reflected by the reflectors 23 and 24 and returns to the comb electrode 22, causing a response wave R to be transmitted from the antenna 25.

反射器23と反射器24は、櫛形電極22からの距離が互いに異なるように配置されている。櫛形電極22と反射器23との間の距離と、櫛形電極22と反射器24との間の距離は、それらの反射器23、24からSAWが櫛形電極22に届く時間が重ならないように設計されている。温度変化を考慮しても、反射器23、24からSAWが櫛形電極22に届く時間が重ならないようにしつつ、反射器23および反射器24から櫛形電極22までの距離はできるだけ短くすることが好ましい。距離が長くなると、反射器23と反射器24の温度が同じとみなしにくくなるからである。 Reflectors 23 and 24 are arranged at different distances from comb electrode 22. The distance between comb electrode 22 and reflector 23 and the distance between comb electrode 22 and reflector 24 are designed so that the time when the SAW reaches comb electrode 22 from reflectors 23 and 24 do not overlap. Even when considering temperature changes, it is preferable to make the distance from reflector 23 and reflector 24 to comb electrode 22 as short as possible while preventing the time when the SAW reaches comb electrode 22 from reflectors 23 and 24 from overlapping. This is because if the distance is long, it becomes difficult to consider the temperatures of reflector 23 and reflector 24 to be the same.

櫛形電極22から反射器23、24で反射して櫛形電極22に届くSAWの伝播距離の長さは、櫛形電極22における実効的なSAWの発生位置から、反射器23、24における実効的なSAWの反射位置まで長さの2倍である。アンテナ25は、温度測定装置30が送信する周波数fの電波を受信可能な電気長になっている。 The propagation distance of the SAW that travels from the comb electrode 22 to the comb electrode 22 after being reflected by the reflectors 23 and 24 is twice the length from the effective SAW generation position in the comb electrode 22 to the effective SAW reflection position in the reflectors 23 and 24. The antenna 25 has an electrical length that allows it to receive radio waves of frequency f transmitted by the temperature measuring device 30.

この構成により、弾性表面波素子20は、1つのバースト信号を受信して、送信時間が互いに異なる2つの応答波Rを送信する。よって、弾性表面波素子20は、互いに近接して配置された第1素子部20aと第2素子部20bを備えた構成と見ることができる。第1素子部20aと第2素子部20bは、櫛形電極22、アンテナ25を共有している共有していない部材として、第1素子部20aは反射器23を備え、第2素子部20bは反射器24を備える。 With this configuration, the surface acoustic wave element 20 receives one burst signal and transmits two response waves R with different transmission times. Therefore, the surface acoustic wave element 20 can be seen as having a configuration including a first element portion 20a and a second element portion 20b arranged close to each other. The first element portion 20a and the second element portion 20b share the comb-shaped electrode 22 and the antenna 25, but as non-shared members, the first element portion 20a includes a reflector 23, and the second element portion 20b includes a reflector 24.

〔温度測定装置30の構成〕
図3に温度測定装置30の構成を示す。温度測定装置30は、無線部30aと演算部30bを備える。温度測定装置30は、演算部30bが実行する演算の内容以外は、一般的なタグリーダと同じである。無線部30aは、アンテナ31、送信機32、カプラ33、アンテナ共用器34、直交復調器35、バンドパスフィルタ36i、36q、ADコンバータ37i、37qを備えている。
[Configuration of temperature measuring device 30]
3 shows the configuration of the temperature measuring device 30. The temperature measuring device 30 includes a wireless unit 30a and a calculation unit 30b. The temperature measuring device 30 is the same as a general tag reader except for the content of the calculation performed by the calculation unit 30b. The wireless unit 30a includes an antenna 31, a transmitter 32, a coupler 33, an antenna duplexer 34, a quadrature demodulator 35, bandpass filters 36i and 36q, and AD converters 37i and 37q.

アンテナ31は、バースト信号を電波として弾性表面波素子20に送信し、弾性表面波素子20からの応答波Rを受信する。アンテナ31が送受信する電波の周波数fは、本実施形態では第1周波数f1と第2周波数f2の2種類である。第1周波数f1は916.8MHzであり、第2周波数f2は923.4MHzである。これらの周波数fは、無線タグにて広く用いられている周波数fである。 The antenna 31 transmits a burst signal as radio waves to the surface acoustic wave element 20 and receives a response wave R from the surface acoustic wave element 20. In this embodiment, the frequency f of the radio waves transmitted and received by the antenna 31 is of two types: a first frequency f1 and a second frequency f2. The first frequency f1 is 916.8 MHz, and the second frequency f2 is 923.4 MHz. These frequencies f are widely used in wireless tags.

送信機32は、弾性表面波素子20に向けて送信するバースト信号を生成して出力する。送信機32は、発振回路を備えており、発信回路にて上記2種類の周波数fの信号を発生させる。バースト信号は、時間的には短時間の信号である。一例としては、バースト信号の時間幅は500nsである。弾性表面波素子20に向けて送信する信号を時間幅の短い信号としている理由は、1つは、位相φの算出精度を高くするためである。もう一つは、反射器23からのSAWが櫛形電極22に届く時刻と、反射器24からのSAWが櫛形電極22に届く時刻とが重ならないようにするためである。 The transmitter 32 generates and outputs a burst signal to be transmitted to the surface acoustic wave element 20. The transmitter 32 is equipped with an oscillator circuit, which generates signals of the two types of frequency f. The burst signal is a signal with a short duration. As an example, the duration of the burst signal is 500 ns. One reason for making the signal transmitted to the surface acoustic wave element 20 a signal with a short duration is to improve the accuracy of calculating the phase φ. Another reason is to prevent the time when the SAW from the reflector 23 reaches the comb electrode 22 from overlapping with the time when the SAW from the reflector 24 reaches the comb electrode 22.

バースト信号は、カプラ33により分岐されて、アンテナ共用器34および直交復調器35に向かう。アンテナ共用器34は、送信機32からの信号はアンテナ31に出力し、アンテナ31が受信した受信波を表す信号は、直交復調器35に出力する。アンテナ31は、バースト信号を空中に放射し、弾性表面波素子20からの応答波Rを受信する。 The burst signal is branched by the coupler 33 and directed to the antenna duplexer 34 and the quadrature demodulator 35. The antenna duplexer 34 outputs the signal from the transmitter 32 to the antenna 31, and outputs a signal representing the received wave received by the antenna 31 to the quadrature demodulator 35. The antenna 31 radiates the burst signal into the air and receives the response wave R from the surface acoustic wave element 20.

アンテナ31が受信した応答波Rが電気信号(以下、応答信号)として、直交復調器35に入力される。直交復調器35は、移相器351と、2つのミキサ352i、352qを備えている。移相器351には、カプラ33で分岐したバースト信号が入力される。一方のミキサ352iには、応答信号とバースト信号とが入力される。応答信号とバースト信号とがミキサ352iで混合されると、ベースバンド信号の同相成分であるI信号が得られる。他方のミキサ352qには、応答信号と、バースト信号が移相器351により位相φが90度移相された信号が入力される。このミキサ352qからは、ベースバンド信号の直交成分であるQ信号が得られる。 The response wave R received by the antenna 31 is input to the quadrature demodulator 35 as an electrical signal (hereinafter, the response signal). The quadrature demodulator 35 includes a phase shifter 351 and two mixers 352i and 352q. The burst signal branched by the coupler 33 is input to the phase shifter 351. The response signal and the burst signal are input to one of the mixers, 352i. When the response signal and the burst signal are mixed in the mixer 352i, an I signal, which is an in-phase component of the baseband signal, is obtained. The response signal and a signal in which the phase φ of the burst signal has been shifted by 90 degrees by the phase shifter 351, are input to the other mixer 352q. A Q signal, which is an orthogonal component of the baseband signal, is obtained from this mixer 352q.

ミキサ352iで得られた信号はバンドパスフィルタ36i、ADコンバータ37iを介して演算部30bに入力され、ミキサ352qで得られた信号はバンドパスフィルタ36q、ADコンバータ37qを介して演算部30bに入力される。 The signal obtained by mixer 352i is input to calculation unit 30b via bandpass filter 36i and AD converter 37i, and the signal obtained by mixer 352q is input to calculation unit 30b via bandpass filter 36q and AD converter 37q.

演算部30bは、CPU、ROM、RAM等を備えたコンピュータであり、CPUが、RAMの一時記憶機能を利用しつつ、ROMなどの記録媒体に記憶されているプログラムを実行することで、図4以下にフローチャートで示す処理を実行する。図4以下に示す処理を実行することは、プログラムに対応する方法が実行されることを意味する。なお、演算部30bが備える機能ブロックの一部又は全部は、一つあるいは複数のIC等を用いて(換言すればハードウェアとして)実現してもよい。また、演算部30bが備える機能の一部又は全部は、CPUによるソフトウェアの実行とハードウェア部材の組み合わせによって実現されてもよい。 The calculation unit 30b is a computer equipped with a CPU, ROM, RAM, etc., and the CPU executes a program stored in a recording medium such as ROM while utilizing the temporary storage function of the RAM, thereby executing the processes shown in the flowcharts in FIG. 4 and subsequent figures. Executing the processes shown in FIG. 4 and subsequent figures means that a method corresponding to the program is executed. Note that some or all of the functional blocks provided in the calculation unit 30b may be realized using one or more ICs, etc. (in other words, as hardware). Also, some or all of the functions provided in the calculation unit 30b may be realized by a combination of software execution by the CPU and hardware components.

〔演算部30bの処理〕
演算部30bは、弾性表面波素子20の温度を測定するために、図4に示す処理を実行する。図4に示す処理は、ユーザによる測定開始操作により開始される。測定開始操作は、操作部51に対する操作でもよいし、温度測定装置30の電源オンが測定開始操作でもよい。
[Processing of Calculation Unit 30b]
The calculation unit 30b executes the process shown in Fig. 4 in order to measure the temperature of the surface acoustic wave element 20. The process shown in Fig. 4 is started by a measurement start operation by a user. The measurement start operation may be an operation on the operation unit 51, or may be turning on the power of the temperature measuring device 30.

ステップ(以下、ステップを省略)S10では、第1周波数f1でn回、応答波Rの位相φを測定する。応答波Rの位相φは式1から算出する。式1において、AはQ信号の振幅であり、AはI信号の振幅である。なお、本実施形態では、位相φは-180度~180度の値として算出するものとする。 In step (hereinafter, step will be omitted) S10, the phase φ of the response wave R is measured n times at the first frequency f1. The phase φ of the response wave R is calculated from Equation 1. In Equation 1, A Q is the amplitude of the Q signal, and A I is the amplitude of the I signal. In this embodiment, the phase φ is calculated as a value between -180 degrees and 180 degrees.

(式1) φ=tan-1(A/A
位相φは、周波数fを特定しない場合の記載とする。第1周波数f1で送信した応答波Rの位相φである場合は位相φ(f1)と記載し、第2周波数f2で送信した応答波Rの位相φである場合は位相φ(f2)と記載する。
(Equation 1) φ=tan −1 (A Q /A I )
The phase φ is described without specifying the frequency f. When the phase φ is the phase of the reply wave R transmitted at the first frequency f1, it is described as the phase φ(f1), and when the phase φ is the phase of the reply wave R transmitted at the second frequency f2, it is described as the phase φ(f2).

また、応答波Rは、反射器23からの応答波R1と反射器24からの応答波R2の2種類ある。第1周波数f1で送信したバースト信号の応答波R1の位相φを、位相φ(f1R1)とし、第1周波数f1で送信したバースト信号の応答波R2の位相φを、位相φ(f1R2)とする。 There are two types of response waves R: response wave R1 from reflector 23 and response wave R2 from reflector 24. The phase φ of response wave R1 of the burst signal transmitted at the first frequency f1 is phase φ(f1R1), and the phase φ of response wave R2 of the burst signal transmitted at the first frequency f1 is phase φ(f1R2).

S10では、位相φ(f1R1)と位相φ(f1R2)をn回算出する。この位相φを算出するために、第1周波数f1でn回、バースト信号を送信する。 In S10, the phase φ (f1R1) and the phase φ (f1R2) are calculated n times. To calculate this phase φ, a burst signal is transmitted n times at the first frequency f1.

S20では、i=0とする。S30では、S10で測定したn回分の測定データ、すなわち、n回分の位相φ(f1R1)と位相φ(f1R2)を周波数別に平均する。 In S20, i = 0. In S30, the n measurement data measured in S10, i.e., the n phases φ(f1R1) and φ(f1R2), are averaged by frequency.

S40では、2素子位相差Δφ1iと、応答電力S1i(dBm)を算出する。2素子位相差Δφ1iは、i番目の位相φ(f1R1)と位相φ(f1R2)の差である。応答電力S1iはi番目の応答波Rの受信電力である。受信電力は式2から算出する。 In S40, the two-element phase difference Δφ1i and the response power S1i (dBm) are calculated. The two-element phase difference Δφ1i is the difference between the i-th phase φ(f1R1) and phase φ(f1R2). The response power S1i is the received power of the i-th response wave R. The received power is calculated using Equation 2.

(式2) S1=√(A +A
S50は選択部に相当する。S50では、最新の応答電力S1が、2周波数閾値THよりも大きいか否かを判断する。2周波数閾値THは、2つの周波数fによる位相差Δθを用いても温度決定精度がそれほど低くならないかどうかを判断するための閾値である。2周波数閾値THの具体的値は実験等に基づいて決定する。
S1=√(A Q 2 +A I 2 ) (Equation 2)
S50 corresponds to a selection unit. In S50, it is determined whether the latest response power S1 is greater than the two-frequency threshold TH. The two-frequency threshold TH is a threshold for determining whether the temperature determination accuracy is not significantly reduced even if the phase difference Δθ due to the two frequencies f is used. The specific value of the two-frequency threshold TH is determined based on an experiment or the like.

S50の判断結果がYESであればS60に進む。S60では、時間位相差Δφtiを算出する。S60の処理は図5に示す。S61では、S10と同じ処理を実行する。すなわち、位相φ(f1R1)と位相φ(f1R2)をn回算出する。S62では、iに1を加える。S63では、S61で測定したn回分の測定データ、すなわち、n回分の位相φ(f1R1)と位相φ(f1R2)を周波数別に平均する。 If the determination result in S50 is YES, the process proceeds to S60. In S60, the time phase difference Δφti is calculated. The process of S60 is shown in FIG. 5. In S61, the same process as in S10 is executed. That is, the phase φ(f1R1) and the phase φ(f1R2) are calculated n times. In S62, 1 is added to i. In S63, the n measurement data measured in S61, that is, the n phases φ(f1R1) and phases φ(f1R2), are averaged by frequency.

S64は、S40と同じ処理であり、2素子位相差Δφ1iと応答電力S1iを算出する。S65は時間位相差算出部に相当する。そのS65では、2素子位相差Δφ1iの時間位相差Δφtiを算出し、所定の記憶部に記憶する。記憶部は、たとえば、演算部30b内のRAMを用いる。2素子位相差Δφ1iの時間位相差Δφtiは、今回のS64で算出した2素子位相差Δφ1iから、前回のS64で算出した2素子位相差Δφ1(i-1)を引くことで算出する。S60の処理は、測温終了ボタンが押下される前であって、S50の判断結果がNOである状態では繰り返し(換言すれば連続的に)、実行する。したがって、時間位相差Δφtiは、測温終了ボタンが押下される前であって、S50の判断結果がNOである状態では連続的に算出する。 S64 is the same process as S40, and calculates the two-element phase difference Δφ1i and the response power S1i. S65 corresponds to the time phase difference calculation unit. In S65, the time phase difference Δφti of the two-element phase difference Δφ1i is calculated and stored in a predetermined memory unit. The memory unit uses, for example, the RAM in the calculation unit 30b. The time phase difference Δφti of the two-element phase difference Δφ1i is calculated by subtracting the two-element phase difference Δφ1(i-1) calculated in the previous S64 from the two-element phase difference Δφ1i calculated in the current S64. The process of S60 is executed repeatedly (in other words, continuously) before the temperature measurement end button is pressed and the judgment result of S50 is NO. Therefore, the time phase difference Δφti is calculated continuously before the temperature measurement end button is pressed and the judgment result of S50 is NO.

説明を図4に戻す。S60を実行後はS80に進む。S80では、測温終了ボタンが押されたか否かを判断する。S80の判断結果がNOであればS50に戻る。図1に示したように、ベルト41による弾性表面波素子20の移動方向において炉42の中央に温度測定装置30が配置されている。したがって、図1の位置に弾性表面波素子20があった場合、弾性表面波素子20は次第に温度測定装置30に接近する。弾性表面波素子20が温度測定装置30に接近すればS50の判断結果がYESになる。S50の判断結果がYESになればS70に進む。 Referring back to FIG. 4 for the explanation, after S60 has been executed, the process proceeds to S80. In S80, it is determined whether the temperature measurement end button has been pressed. If the determination result in S80 is NO, the process returns to S50. As shown in FIG. 1, the temperature measuring device 30 is disposed in the center of the furnace 42 in the direction of movement of the surface acoustic wave element 20 by the belt 41. Therefore, if the surface acoustic wave element 20 is located in the position shown in FIG. 1, the surface acoustic wave element 20 gradually approaches the temperature measuring device 30. If the surface acoustic wave element 20 approaches the temperature measuring device 30, the determination result in S50 becomes YES. If the determination result in S50 becomes YES, the process proceeds to S70.

S70では絶対温度決定処理を実行する。絶対温度決定処理は図6に詳しく示す。図6において、S71では、第1周波数f1と第2周波数f2で、それぞれ、n/2回ずつ応答波Rの位相φを測定する。それぞれの周波数fで、応答波R1の位相φと応答波R2の位相φとがある。したがって、S71では、4種類の位相φ(f1R1)、φ(f1R2)、φ(f2R1)、位相φ(f2R2)を測定する。 In S70, absolute temperature determination processing is executed. The absolute temperature determination processing is shown in detail in FIG. 6. In FIG. 6, in S71, the phase φ of the response wave R is measured n/2 times at each of the first frequency f1 and the second frequency f2. At each frequency f, there is a phase φ of the response wave R1 and a phase φ of the response wave R2. Therefore, in S71, four types of phases φ(f1R1), φ(f1R2), φ(f2R1), and phase φ(f2R2) are measured.

S72では、iに1を加える。S73では、S71で周波数別に測定したn/2回分の測定データをそれぞれ平均する。S74では、第1周波数f1の2素子位相差Δφ1iと応答電力S1i、および、第2周波数f2の2素子位相差Δφ2iと応答電力S2iを算出する。第1周波数f1の2素子位相差Δφ1iと応答電力S1iは、S64と同じ処理により算出する。第2周波数f2の2素子位相差Δφ2iは、φ(f2R1)-φ(f2R2)により算出する。 In S72, i is incremented by 1. In S73, the n/2 pieces of measurement data measured for each frequency in S71 are averaged. In S74, the two-element phase difference Δφ1i and response power S1i for the first frequency f1, and the two-element phase difference Δφ2i and response power S2i for the second frequency f2 are calculated. The two-element phase difference Δφ1i and response power S1i for the first frequency f1 are calculated using the same process as in S64. The two-element phase difference Δφ2i for the second frequency f2 is calculated using φ(f2R1) - φ(f2R2).

S75は2周波位相差算出部に相当する。そのS75では、S74で2種類の周波数fに対してそれぞれ算出した2つの2素子位相差Δφ1i、Δφ2iの位相差(以下、2周波位相差)ΔθiをΔφ1i-Δφ2iにより算出する。この2周波位相差Δθiは、特許文献1に記載のものと同じである。2周波位相差Δθiは、絶対温度Tiとの関係が予め設定されて記憶されている。 S75 corresponds to a two-frequency phase difference calculation unit. In S75, the phase difference Δθi between the two two-element phase differences Δφ1i and Δφ2i calculated for the two frequencies f in S74 (hereinafter, the two-frequency phase difference) is calculated by Δφ1i-Δφ2i. This two-frequency phase difference Δθi is the same as that described in Patent Document 1. The relationship between the two-frequency phase difference Δθi and the absolute temperature Ti is preset and stored.

S76は物理量決定部に相当する。そのS76では、2周波位相差Δθiと絶対温度Tiとの予め設定された関係と、S75で算出した2周波位相差Δθiとから、絶対温度Tiを決定する。なお、絶対温度Tiは絶対物理量の一例である。 S76 corresponds to a physical quantity determination unit. In S76, the absolute temperature Ti is determined from a preset relationship between the two-frequency phase difference Δθi and the absolute temperature Ti and the two-frequency phase difference Δθi calculated in S75. The absolute temperature Ti is an example of an absolute physical quantity.

S77では、今回のS74で算出した2素子位相差Δφ1iから、前回のS74で算出した2素子位相差Δφ1(i-1)を引くことで、2素子位相差Δφ1iの時間位相差Δφtiを算出する。S77では、さらに、この時間位相差ΔφtiとS76で決定した絶対温度Tiを記憶する。 In S77, the time phase difference Δφti of the two-element phase difference Δφ1i is calculated by subtracting the two-element phase difference Δφ1(i-1) calculated in the previous S74 from the two-element phase difference Δφ1i calculated in this S74. In S77, this time phase difference Δφti and the absolute temperature Ti determined in S76 are further stored.

説明を図4に戻す。S70を実行した場合もS80に進む。S80の判断結果がYESであればS90に進む。S90では、推定温度算出処理を実行する。推定温度算出処理は図7に詳しく示す。 Referring back to FIG. 4 for the explanation, even if S70 is executed, the process proceeds to S80. If the determination result of S80 is YES, the process proceeds to S90. In S90, an estimated temperature calculation process is executed. The estimated temperature calculation process is shown in detail in FIG. 7.

S91では、応答電力Siの最大値すなわち最大応答電力Smを決定する。なお、最大の応答電力Siが複数ある場合には、iが最小のものを最大応答電力Smとする。 In S91, the maximum value of the response power Si, i.e., the maximum response power Sm, is determined. Note that if there are multiple maximum response powers Si, the one with the smallest i is set as the maximum response power Sm.

S92では、S91で決定した最大応答電力Smが2周波数閾値THよりも大きいか否かを判断する。S92の判断結果がNOである場合にはS93に進む。S93では、測定失敗を表示部52に表示する。 In S92, it is determined whether the maximum response power Sm determined in S91 is greater than the two-frequency threshold TH. If the determination result in S92 is NO, the process proceeds to S93. In S93, the measurement failure is displayed on the display unit 52.

S94は物理量変化量算出部に相当する。そのS94では、絶対温度Tiがないiに対する温度変化量ΔTiを算出する。温度変化量ΔTiは、式3により算出する。式3において1/UTは時間位相差Δφtiを温度変化量ΔTiに換算する係数であり、単位時間位相差あたりの変化温度を意味する。この係数は実験に基づいて予め設定されている。1/UTは、たとえば20℃である。 S94 corresponds to a physical quantity change calculation unit. In S94, the temperature change amount ΔTi for i without absolute temperature Ti is calculated. The temperature change amount ΔTi is calculated using Equation 3. In Equation 3, 1/UT is a coefficient that converts the time phase difference Δφti into the temperature change amount ΔTi, and means the change in temperature per unit time phase difference. This coefficient is preset based on experiments. 1/UT is, for example, 20°C.

(式3) ΔTi=Δφti/UT
S95は物理量推定部に相当する。そのS95では、絶対温度Tiのないiに対する絶対温度Tiを推定する。そして、S76で決定した絶対温度Tiとともに表示部52に表示する。推定方法は、絶対温度Tiがないiのうち、絶対温度Tiがあるiに最も近いiから順次、推定する。絶対温度Tiがあるiに最も近いiは、絶対温度TiのないiよりもS91で決定した最大応答電力Smに近いiである。
(Equation 3) ΔTi=Δφti/UT
S95 corresponds to a physical quantity estimation unit. In S95, absolute temperatures Ti for i without absolute temperatures Ti are estimated. Then, they are displayed on the display unit 52 together with the absolute temperatures Ti determined in S76. The estimation method is to sequentially estimate from the i without absolute temperatures Ti that is closest to the i with absolute temperatures Ti. The i closest to the i with absolute temperatures Ti is the i that is closer to the maximum response power Sm determined in S91 than the i without absolute temperatures Ti.

絶対温度Tiがあるiに最も近いiは、温度変化量ΔTiの変化前または後の絶対温度Tiが分かっていることになる。ΔTi=Ti-T(i-1)であるので、絶対温度Tiを推定することができる。 The closest i to the i with absolute temperature Ti is the absolute temperature Ti before or after the temperature change ΔTi. Since ΔTi = Ti - T(i - 1), the absolute temperature Ti can be estimated.

S95の処理を、図8、図9を用いて具体的に説明する。図8には、S95を実行する前に得られている絶対温度Tiを示す。また、図8には、その絶対温度Tiとともに温度変化量ΔTiも示している。 The process of S95 will be described in detail with reference to Figures 8 and 9. Figure 8 shows the absolute temperature Ti obtained before executing S95. Figure 8 also shows the temperature change amount ΔTi along with the absolute temperature Ti.

図8に示す例では、i=4、5、6、7、8は絶対温度Tiが得られているが、i=0~3、9~11は絶対温度Tiが得られていない。図8の例において、絶対温度Tiがないiのうち、絶対温度Tiがあるiに最も近いiは、i=3、9である。i=3については、温度変化後の絶対温度T4が56℃であると分かっているので、温度変化後の絶対温度T4である56℃から、その絶対温度T4に至るときの温度変化量ΔT4である12℃を減算することで、絶対温度T3が44℃であると推定する。以下、順に、絶対温度T2、T1、T0も、同様にして推定する。 In the example shown in Figure 8, absolute temperatures Ti have been obtained for i=4, 5, 6, 7, and 8, but not for i=0 to 3 and 9 to 11. In the example shown in Figure 8, among the i's without absolute temperatures Ti, the i's closest to the i's with absolute temperatures Ti are i=3 and 9. For i=3, it is known that the absolute temperature T4 after the temperature change is 56°C, so absolute temperature T3 is estimated to be 44°C by subtracting 12°C, which is the temperature change ΔT4 when reaching absolute temperature T4, from 56°C, which is the absolute temperature T4 after the temperature change. Absolute temperatures T2, T1, and T0 are estimated in the same way.

また、i=9については、参照できる絶対温度T8が温度変化前の温度であることから、絶対温度T8である90℃に、推定する絶対温度T9と同じiの温度変化量ΔT9である-4℃を加算して絶対温度T9が86℃であると推定する。このようにして推定した絶対温度Tiを追加した図が図9である。図9では、S95で推定した絶対温度Tiを下線付きの数字で示している。 For i=9, since the referenceable absolute temperature T8 is the temperature before the temperature change, the absolute temperature T9 is estimated to be 86°C by adding the temperature change amount ΔT9 of i, which is the same as the estimated absolute temperature T9, -4°C to the absolute temperature T8, which is 90°C. Figure 9 shows the absolute temperature Ti estimated in this way. In Figure 9, the absolute temperature Ti estimated in S95 is shown with an underlined number.

〔第1実施形態のまとめ〕
以上、説明した本実施形態では、絶対温度決定処理S70を実行する。絶対温度決定処理S70では、2種類の周波数f1、f2の電波に対するそれぞれの応答波Rの位相差である2周波位相差Δθiを算出する(S75)。
Summary of the First Embodiment
In the embodiment described above, the absolute temperature determination process S70 is executed. In the absolute temperature determination process S70, a two-frequency phase difference Δθi, which is the phase difference between each of the response waves R to the radio waves of the two frequencies f1 and f2, is calculated (S75).

2周波位相差Δθiは、特許文献1でも説明されているように、広い測定範囲で温度を測定できる。ただし、2周波位相差Δθiから決定する絶対温度Tiは、感度を擬似的に低感度化させてしまうので、必要なSN比が確保できない恐れがある。 As explained in Patent Document 1, the two-frequency phase difference Δθi can measure temperature over a wide measurement range. However, the absolute temperature Ti determined from the two-frequency phase difference Δθi artificially reduces the sensitivity, so there is a risk that the required signal-to-noise ratio cannot be ensured.

そこで、本実施形態では、応答電力Siが2周波数閾値THよりも高いことに基づいて、2周波位相差Δθiから絶対温度Tiを決定する(S76)。応答波Rの電力が高ければ、必要なSN比を確保しやすいからである。 Therefore, in this embodiment, the absolute temperature Ti is determined from the two-frequency phase difference Δθi based on the fact that the response power Si is higher than the two-frequency threshold TH (S76). This is because if the power of the response wave R is high, it is easier to ensure the required S/N ratio.

また、応答電力S1が2周波数閾値TH以下である場合(S50:NO)、時間位相差Δφtiから温度変化量ΔTiを算出する(S60、S94)。時間位相差Δφtiは、周波数fの種類が1つのみであり、低感度化していないので、応答波Rの電力が低くても必要なSN比を確保しやすい。そして、必要なSN比を確保できれば、温度測定精度を高くすることができる。 If the response power S1 is equal to or less than the two-frequency threshold TH (S50: NO), the temperature change amount ΔTi is calculated from the time phase difference Δφti (S60, S94). Since the time phase difference Δφti has only one type of frequency f and is not low-sensitivity, it is easy to ensure the required S/N ratio even if the power of the response wave R is low. And if the required S/N ratio can be ensured, the temperature measurement accuracy can be improved.

ただし、周波数fが1種類であると、位相差は温度測定範囲が狭いので、広い温度範囲で温度を測定することは難しい。そこで、時間位相差Δφtiを算出し(S65)、その時間位相差Δφtiから温度変化量ΔTiを算出している(S94)。そして、決定あるいは推定済みの絶対温度Tiを変化前後の一方とする温度変化量ΔTiと、その絶対温度Tiとから、未決定かつ未推定の絶対温度Tiを推定する(S95)。これにより、連続的に算出した温度変化量ΔTiをもとに連続的に絶対温度Tiを推定する。このようにして絶対温度Tiを推定すれば、広い温度範囲で絶対温度Tiを推定でき、かつ、SN比も確保しやすい。 However, if there is only one type of frequency f, the phase difference has a narrow temperature measurement range, making it difficult to measure temperature over a wide temperature range. Therefore, the time phase difference Δφti is calculated (S65), and the temperature change amount ΔTi is calculated from the time phase difference Δφti (S94). Then, an undetermined and unestimated absolute temperature Ti is estimated from the temperature change amount ΔTi, which is either before or after the change and the absolute temperature Ti, with the determined or estimated absolute temperature Ti being used (S95). In this way, the absolute temperature Ti is continuously estimated based on the continuously calculated temperature change amount ΔTi. By estimating the absolute temperature Ti in this way, it is possible to estimate the absolute temperature Ti over a wide temperature range, and it is also easy to ensure a high signal-to-noise ratio.

また、本実施形態の弾性表面波素子20は、互いに近接して配置され、伝播距離が異なる第1素子部20aと第2素子部20bを備える。第1素子部20aと第2素子部20bの温度は同じと見ることができる。また、第1素子部20aおよび第2素子部20bはともに伝播距離が変化しない。 The surface acoustic wave element 20 of this embodiment includes a first element portion 20a and a second element portion 20b that are arranged close to each other and have different propagation distances. The temperatures of the first element portion 20a and the second element portion 20b can be considered to be the same. Furthermore, the propagation distance of both the first element portion 20a and the second element portion 20b does not change.

そして、本実施形態では、時間位相差Δφtiとして、2素子位相差Δφの時間位相差Δφtiを算出し(S65)、また、2周波位相差Δθiとして、2素子位相差Δφの周波数fによる位相差を算出している(S75)。したがって、無線部30aと弾性表面波素子20との距離が逐次変化することによる位相φの変化を相殺して、温度を測定することができる。 In this embodiment, the time phase difference Δφti of the two-element phase difference Δφ is calculated as the time phase difference Δφti (S65), and the phase difference due to the frequency f of the two-element phase difference Δφ is calculated as the two-frequency phase difference Δθi (S75). Therefore, the change in phase φ caused by the successive changes in the distance between the wireless unit 30a and the surface acoustic wave element 20 can be offset to measure the temperature.

また、本実施形態では、S50がYESになり、絶対温度決定処理S70を実行する場合、無線部30aが送信する電波の周波数fを2種類としている。一方、S50がNOになり、時間位相差算出処理S60を実行する場合、無線部30aが送信する電波の周波数fを1種類としている。 In addition, in this embodiment, when S50 is YES and the absolute temperature determination process S70 is executed, the frequency f of the radio waves transmitted by the wireless unit 30a is two types. On the other hand, when S50 is NO and the time phase difference calculation process S60 is executed, the frequency f of the radio waves transmitted by the wireless unit 30a is one type.

送信する周波数fの数を1種類とすることで、S60を実行するときは、同じ測定時間内において、1つの周波数fについて電波を送信する回数を、S50を実行するときよりも多くすることができる。具体的には、S60では、周波数f1の電波を送信する回数がn回であるのに対して、S50で周波数f1の電波を送信する回数はn/2回である。n回を第1回数とし、n/2回を第2回数とすると、第1回数は第2回数の2倍である。 By transmitting only one type of frequency f, when S60 is executed, the number of times radio waves are transmitted for one frequency f can be greater within the same measurement time than when S50 is executed. Specifically, in S60, radio waves of frequency f1 are transmitted n times, whereas in S50, radio waves of frequency f1 are transmitted n/2 times. If n times is the first number of times and n/2 times is the second number of times, the first number of times is twice the second number of times.

測定データ数の違いにより、S60では、S50の2倍の測定データ数を平均することができる。平均するデータ数を多くするとノイズは低減する。したがって、時間位相差Δφtiおよびその時間位相差Δφtiから算出する温度変化量ΔTiおよび絶対温度TiのSN比をより向上させることができる。 Due to the difference in the number of measurement data, S60 can average twice as many measurement data as S50. Increasing the number of data to be averaged reduces noise. Therefore, it is possible to further improve the signal-to-noise ratio of the time phase difference Δφti and the temperature change ΔTi and absolute temperature Ti calculated from the time phase difference Δφti.

S60を実行するのは、応答電力Sが2周波数閾値TH以下、すなわち、応答電力Sが低い時である。応答電力Sが低いとノイズが多くなる。このような状況において、測定データ数を多くしてSN比を向上できるので、弾性表面波素子20が温度測定装置30から遠い位置にある状況から、SN比の基準を満たした絶対温度Tiの推定が可能になる。 S60 is executed when the response power S is equal to or less than the two-frequency threshold TH, i.e., when the response power S is low. When the response power S is low, there is a lot of noise. In such a situation, the number of measurement data can be increased to improve the S/N ratio, so that it becomes possible to estimate the absolute temperature Ti that satisfies the S/N ratio criteria even when the surface acoustic wave element 20 is located far from the temperature measuring device 30.

<第2実施形態>
次に、第2実施形態を説明する。この第2実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、 構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. In the following description of the second embodiment, elements having the same reference numbers as those used in the previous embodiments are the same as those having the same reference numbers in the previous embodiments, unless otherwise specified. Furthermore, when only a part of the configuration is described, the previously described embodiment can be applied to the other parts of the configuration.

第2実施形態では、無線部30aが送信する周波数fの種類数が第1実施形態と相違する。第2実施形態では、無線部30aは3種類の周波数fの電波を送信する。具体的には、第2実施形態の無線部30aは、第1実施形態と同じ第1周波数f1、第2周波数f2に加えて第3周波数f3の電波を送信する。 In the second embodiment, the number of types of frequencies f transmitted by the wireless unit 30a differs from that of the first embodiment. In the second embodiment, the wireless unit 30a transmits radio waves of three types of frequencies f. Specifically, the wireless unit 30a of the second embodiment transmits radio waves of a third frequency f3 in addition to the first frequency f1 and second frequency f2 as in the first embodiment.

第2実施形態でも、演算部30bは、図4~図7の処理を実行する。絶対温度決定処理S70は、第1実施形態と同じ第1周波数f1と2周波数f2を用いる。一方、第2実施形態の時間位相差算出処理S60では、第1周波数f1ではなく第3周波数f3を用いる。第3周波数f3は、第1周波数f1と第2周波数f2の間の周波数fである。第1周波数f1が916.8MHzであり、第2周波数f2が923.4MHzである場合、第3周波数f3は、たとえば、922.2MHzである。なお、いずれの周波数fも中心周波数を意味している。 In the second embodiment, the calculation unit 30b also executes the processes shown in Figures 4 to 7. The absolute temperature determination process S70 uses the first frequency f1 and the second frequency f2, which are the same as in the first embodiment. On the other hand, the time phase difference calculation process S60 in the second embodiment uses the third frequency f3 instead of the first frequency f1. The third frequency f3 is a frequency f between the first frequency f1 and the second frequency f2. When the first frequency f1 is 916.8 MHz and the second frequency f2 is 923.4 MHz, the third frequency f3 is, for example, 922.2 MHz. Note that all frequencies f refer to the center frequency.

図10に、第2実施形態のS61で送信するバースト信号のタイミングを示す。なお、第1実施形態のS61でも、周波数fが違うのみでS61で送信するバースト信号のタイミングは同じである。 Figure 10 shows the timing of the burst signal transmitted in S61 in the second embodiment. Note that the timing of the burst signal transmitted in S61 in the first embodiment is the same as in S61 in the first embodiment, except for the frequency f.

図10に示す例では、バースト信号はパルス形状であって、パルス幅は500ns、送信間隔は500μsである。図11は、第3周波数f3のバースト信号を、横軸を周波数軸として示す図である。バースト信号は時間幅が狭いので、周波数帯域は広くなる。また、電力は、中心周波数が最も高く、中心周波数からずれていくと、徐々に低下する。 In the example shown in FIG. 10, the burst signal is pulsed, with a pulse width of 500 ns and a transmission interval of 500 μs. FIG. 11 is a diagram showing a burst signal of the third frequency f3, with the horizontal axis representing frequency. Since the burst signal has a narrow time width, the frequency band is wide. Also, the power is highest at the center frequency, and gradually decreases as the frequency deviates from the center frequency.

図11には、スペクトルマスクも示している。スペクトルマスクは、周波数fに対して法規により定められた上限電力を示すものである。図11に示すように、上限電力は周波数fにより相違する。上限電力が高くなっている周波数帯を送信許可周波数帯という。 Figure 11 also shows a spectrum mask. The spectrum mask indicates the upper limit power for frequency f set by regulations. As shown in Figure 11, the upper limit power differs depending on frequency f. Frequency bands with higher upper limit power are called permitted transmission frequency bands.

第3周波数f3は、送信許可周波数帯の中心付近の周波数fである。図11に示すように、スペクトルマスクにより規定される送信電力の低下に沿って、バースト信号の電力が低下する。したがって、無線部30aが送信する電波の周波数fを1種類とする場合において、その周波数fを第1周波数f1あるいは第2周波数f2よりも、送信電力を高くすることができる。 The third frequency f3 is a frequency f near the center of the permitted transmission frequency band. As shown in FIG. 11, the power of the burst signal decreases in accordance with the decrease in transmission power defined by the spectrum mask. Therefore, when the radio unit 30a transmits radio waves at one frequency f, the frequency f can have a higher transmission power than the first frequency f1 or the second frequency f2.

図12は、第1周波数f1のバースト信号を、横軸を周波数軸として示す図である。また、図13は、第2周波数f2のバースト信号を、横軸を周波数軸として示す図である。図11、図12、図13を比較すると、第3周波数f3が、送信電力を最も高くできることが分かる。第3周波数f3である図11は送信電力が-10.5dBmであり、第1周波数f1である図12、第2周波数f2である図13は、送信電力が-19.5dBmである。 Figure 12 is a diagram showing a burst signal of the first frequency f1, with the horizontal axis representing frequency. Figure 13 is a diagram showing a burst signal of the second frequency f2, with the horizontal axis representing frequency. Comparing Figures 11, 12, and 13, it can be seen that the third frequency f3 allows the highest transmission power. Figure 11, which shows the third frequency f3, has a transmission power of -10.5 dBm, while Figure 12, which shows the first frequency f1, and Figure 13, which shows the second frequency f2, have a transmission power of -19.5 dBm.

〔第2実施形態のまとめ〕
この第2実施形態では、無線部30aは、1つの送信許可周波数帯に含まれる3種類の周波数f1、f2、f3でバースト信号を送信することができる。
Summary of the Second Embodiment
In the second embodiment, the radio unit 30a can transmit burst signals at three different frequencies f1, f2, and f3 included in one permitted transmission frequency band.

第1実施形態のように、送信する周波数fの種類が第1周波数f1と第2周波数f2の2種類であると、そのうちの一方の周波数fを、時間位相差Δφtiを算出するための周波数f、および、2周波位相差Δθiを算出する周波数fとすることになる。 As in the first embodiment, when there are two types of frequencies f to be transmitted, a first frequency f1 and a second frequency f2, one of the frequencies f is set as the frequency f for calculating the time phase difference Δφti and the frequency f for calculating the two-frequency phase difference Δθi.

また、2周波位相差Δθiを算出するための他方の周波数fも同じ送信許可周波数帯に入るようにしつつ、第1周波数f1の電波の電力と第2周波数f2の電波の電力をともに高くする必要がある。したがって、いずれか一方を、送信許可周波数帯において最も送信電力を高くできる周波数fとすることができない。 In addition, it is necessary to increase the power of the radio waves of both the first frequency f1 and the second frequency f2 while ensuring that the other frequency f for calculating the two-frequency phase difference Δθi is also within the same permitted transmission frequency band. Therefore, it is not possible to set either one of the frequencies f as the frequency at which the transmission power can be maximized in the permitted transmission frequency band.

その結果、第1周波数f1、第2周波数f2ともに、送信電力を第3周波数f3ほどには高くすることができない。そこで、この第2実施形態では、無線部30aが送信する周波数fを1種類とする場合、第1周波数f1および第2周波数f2よりも送信許可周波数帯の中心周波数に近い第3周波数f3を、送信する電波の周波数fとする。これにより、周波数帯が広いという特性があるバースト信号であっても、スペクトルマスクを超えないようにしつつ、送信する電波の周波数fを1種類とする場合の送信電力を高くすることができる。 As a result, the transmission power of the first frequency f1 and the second frequency f2 cannot be made as high as that of the third frequency f3. Therefore, in this second embodiment, when the frequency f transmitted by the wireless unit 30a is one type, the third frequency f3, which is closer to the center frequency of the permitted transmission frequency band than the first frequency f1 and the second frequency f2, is set as the frequency f of the transmitted radio waves. This makes it possible to increase the transmission power when the frequency f of the transmitted radio waves is one type while preventing the spectrum mask from being exceeded, even for burst signals that have a wide frequency band characteristic.

<第3実施形態>
次に、第3実施形態を説明する。第3実施形態では、第1実施形態と同様、無線部30aは第1周波数f1、第2周波数f2の2種類の電波を送信する。第3実施形態では、演算部30bが、図4に示した処理に代えて図14に示す処理を実行する。図14において、S110では、i=0とする。S120はS71と同じであり、第1周波数f1と第2周波数f2で、それぞれ、n/2回ずつ応答波Rの位相φを測定する。S130では、S120で周波数別に測定したn/2回分の測定データをそれぞれ平均する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, similarly to the first embodiment, the wireless unit 30a transmits two types of radio waves, a first frequency f1 and a second frequency f2. In the third embodiment, the calculation unit 30b executes the process shown in FIG. 14 instead of the process shown in FIG. 4. In FIG. 14, i=0 in S110. S120 is the same as S71, and measures the phase φ of the response wave R n/2 times at each of the first frequency f1 and the second frequency f2. In S130, the measurement data for n/2 times measured by frequency in S120 is averaged.

S140では、S130で平均した値をもとに、周波数別に信頼度を決定する。本実施形態では、信頼度は5段階とする。もちろん、これとは異なり、信頼度を6段階以上、あるいは、2~4段階としてもよい。信頼度は応答電力Siの大きさから決定することができる。応答電力Siが高いほど信頼度は高いとする。応答電力Siが高いほどSN比を向上させることができる。その結果、絶対温度Tiの決定精度を高くすることができる、換言すれば、信頼性のある絶対温度Tiを決定できるからである。 In S140, the reliability is determined for each frequency based on the values averaged in S130. In this embodiment, there are five levels of reliability. Of course, instead, there may be six or more levels of reliability, or two to four levels. The reliability can be determined from the magnitude of the response power Si. The higher the response power Si, the higher the reliability. The higher the response power Si, the more the S/N ratio can be improved. As a result, the accuracy of determining the absolute temperature Ti can be increased, in other words, a reliable absolute temperature Ti can be determined.

応答電力Siの他にも、RSSIから信頼度を決定してもよい。RSSIは相対指標ではあるが、応答電力Siと同じく電力の大きさを示しているからである。また、各iにおける応答電力SiまたはRSSIの標準偏差または分散をもとに信頼度を決定してもよい。標準偏差または分散が小さいほど、信頼度が高いとする。 In addition to the response power Si, the reliability may be determined from the RSSI. This is because, although the RSSI is a relative index, it indicates the magnitude of power, just like the response power Si. The reliability may also be determined based on the standard deviation or variance of the response power Si or RSSI at each i. The smaller the standard deviation or variance, the higher the reliability.

S150も選択部としての処理である。S150では、S140で決定した信頼度は2種類の周波数fとも高いか否かを判断する。予め設定した信頼度に対する閾値(たとえば3)以上であれば、信頼度は高いとする。この閾値は、2種類の周波数f1、f2の応答波R1、R2の信頼度が、2周波位相差Δθiから絶対温度Tiを必要な精度で決定できる信頼度であるか否かを判断するための閾値である。S150の判断結果がNOであればS160に進む。 S150 is also a process that functions as a selection unit. In S150, it is determined whether the reliability determined in S140 is high for both frequencies f. If it is equal to or greater than a preset threshold value for reliability (e.g., 3), the reliability is deemed high. This threshold value is used to determine whether the reliability of the response waves R1 and R2 of the two frequencies f1 and f2 is high enough to determine the absolute temperature Ti from the two-frequency phase difference Δθi with the required accuracy. If the determination result in S150 is NO, the process proceeds to S160.

S160では時間位相差算出処理を実行する。S160で実行する時間位相差算出処理では、2つの周波数f1、f2のうち相対的に信頼度が高い側を用い、図5に示したS64とS65を実行する。 In S160, a time phase difference calculation process is executed. In the time phase difference calculation process executed in S160, the one having the relatively higher reliability of the two frequencies f1 and f2 is used, and S64 and S65 shown in FIG. 5 are executed.

S150の判断結果がNOであればS170に進む。S170では絶対温度決定処理を実行する。S170で実行する絶対温度決定処理は、図6に示したS74からS77を実行する。 If the determination result in S150 is NO, proceed to S170. In S170, absolute temperature determination processing is executed. The absolute temperature determination processing executed in S170 executes S74 to S77 shown in FIG. 6.

S160またはS170を実行した後はS180に進む。S180では、測温終了ボタンが押されたか否かを判断する。S180の判断結果がNOであればS120に戻る。S180の判断結果がYESであればS190に進む。S190では推定温度算出処理を実行する。このS190はS90と同じである。 After executing S160 or S170, the process proceeds to S180. In S180, it is determined whether the temperature measurement end button has been pressed. If the determination result in S180 is NO, the process returns to S120. If the determination result in S180 is YES, the process proceeds to S190. In S190, an estimated temperature calculation process is executed. This S190 is the same as S90.

〔第3実施形態の効果〕
以上、説明した第3実施形態では、無線部30aはS150の判断結果によらず、2種類の周波数f1、f2を順次送信している(S120)。そして、2種類の周波数f1、f2の応答波R1、R2の信頼度をそれぞれ決定する(S140)。2つの信頼度がともに高いと判断した場合(S150:YES)、絶対温度決定処理S170を実行して、絶対温度Tiを決定する。一方、2つの信頼度の少なくとも一方が閾値よりも低い場合、最も信頼度が高い1つの応答波Rを用いて時間位相差Δφtiを算出する。
[Effects of the third embodiment]
In the third embodiment described above, the wireless unit 30a sequentially transmits two frequencies f1 and f2 regardless of the result of the determination in S150 (S120). Then, the reliabilities of the response waves R1 and R2 of the two frequencies f1 and f2 are determined (S140). If it is determined that both reliabilities are high (S150: YES), the absolute temperature determination process S170 is executed to determine the absolute temperature Ti. On the other hand, if at least one of the two reliabilities is lower than the threshold, the time phase difference Δφti is calculated using the response wave R with the highest reliability.

このように、時間位相差Δφtiを算出するために用いる応答波Rを、信頼度に基づいて選択するようにすれば、時間位相差Δφtiから推定する絶対温度Tiの精度を向上させることができる。 In this way, by selecting the response wave R used to calculate the time phase difference Δφti based on the reliability, the accuracy of the absolute temperature Ti estimated from the time phase difference Δφti can be improved.

以上、実施形態を説明したが、開示した技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も開示した範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。 Although the embodiments have been described above, the disclosed technology is not limited to the above-mentioned embodiments, and the following modifications are also included within the scope of the disclosure. Furthermore, various modifications other than those described below can be made without departing from the spirit of the invention.

<変形例1>
第1、第2実施形態において、応答電力Siに代えてRSSIを用いてもよい。
<Modification 1>
In the first and second embodiments, RSSI may be used instead of the response power Si.

<変形例2>
実施形態では、温度測定装置30と操作端末50が別体であったが、温度測定装置30と操作端末50が一体となった温度測定装置としてもよい。
<Modification 2>
In the embodiment, the temperature measuring device 30 and the operation terminal 50 are separate entities. However, the temperature measuring device 30 and the operation terminal 50 may be integrated into one body.

<変形例3>
第3実施形態において、S160とS170を測温終了ボタンが押された後に実行してもよい。この場合、信頼度を次のようにして決定することもできる。各iの温度変化量ΔTiを周波数別に決定し、その温度変化量ΔTiをもとに、温度変化量ΔTiの変化を示す近似曲線を決定する。この近似曲線から決定した各iにおける温度変化量ΔTiと実測の温度変化量ΔTiとの乖離を算出する。この乖離が小さいほど信頼性が高いとする。
<Modification 3>
In the third embodiment, steps S160 and S170 may be executed after the temperature measurement end button is pressed. In this case, the reliability can also be determined as follows. The temperature change amount ΔTi for each i is determined for each frequency, and an approximation curve showing the change in the temperature change amount ΔTi is determined based on the temperature change amount ΔTi. The deviation between the temperature change amount ΔTi for each i determined from this approximation curve and the actually measured temperature change amount ΔTi is calculated. The smaller this deviation, the higher the reliability.

<変形例4>
実施形態では、位相φを平均した後、平均した位相φを用いて時間位相差Δφtiを算出し、さらに、その時間位相差Δφtiから温度変化量ΔTiを算出していた。しかし、時間位相差Δφtiとした後に平均してもよいし、温度変化量ΔTiとした後に平均してもよい。
<Modification 4>
In the embodiment, the phase φ is averaged, and then the time phase difference Δφt i is calculated using the averaged phase φ, and the temperature change amount ΔT i is calculated from the time phase difference Δφt i. However, the time phase difference Δφt i may be averaged after being calculated, or the temperature change amount ΔT i may be averaged after being calculated.

<変形例5>
実施形態では、物理量として温度を例示した。しかし、圧力など温度以外の物理量を測定してもよい。
<Modification 5>
In the embodiment, the temperature is exemplified as the physical quantity, but a physical quantity other than the temperature, such as pressure, may be measured.

10:温度測定システム 20:弾性表面波素子 20a:第1素子部 20b:第2素子部 21:圧電体基板 22:櫛形電極 23:反射器 24:反射器 25:アンテナ 30:温度測定装置 30a:無線部 30b:演算部 40:測定対象物(移動体) 41:ベルト 42:炉 50:操作端末 51:操作部 52:表示部 R:応答波 S:応答電力 Ti:絶対温度(絶対物理量) TH:2周波数閾値 ΔTi:温度変化量(物理量変化量) Δθ:周波数位相差 Δφ:2素子位相差 Δφti:時間位相差 S50:選択部 S65:時間位相差算出部 S75:2周波位相差算出部 S76:物理量決定部 S94:物理量変化量算出部 S95:物理量推定部 S150:選択部 10: Temperature measurement system 20: Surface acoustic wave element 20a: First element section 20b: Second element section 21: Piezoelectric substrate 22: Comb-shaped electrode 23: Reflector 24: Reflector 25: Antenna 30: Temperature measurement device 30a: Wireless section 30b: Calculation section 40: Measurement object (moving body) 41: Belt 42: Furnace 50: Operation terminal 51: Operation section 52: Display section R: Response wave S: Response power Ti: Absolute temperature (absolute physical quantity) TH: Dual frequency threshold ΔTi: Temperature change amount (physical quantity change amount) Δθ: Frequency phase difference Δφ: Dual element phase difference Δφti: Time phase difference S50: Selection section S65: Time phase difference calculation section S75: Dual frequency phase difference calculation section S76: Physical quantity determination section S94: Physical quantity change amount calculation section S95: Physical quantity estimation section S150: Selection section

Claims (9)

互いに近接して配置され、かつ、伝播距離が異なる第1素子部(20a)および第2素子部(20b)を含む遅延線型の弾性表面波素子(20)と、
前記弾性表面波素子に向けて2種類以上の周波数でバースト信号を送信し、前記弾性表面波素子からの応答波を受信する無線部(30a)と、
前記無線部が逐次送信した2種類の周波数の電波について、前記第1素子部および前記第2素子部にて反射される前記応答波の位相差を2素子位相差(Δφ1i)として算出し、2種類の周波数についてそれぞれ算出した前記2素子位相差の位相差を2周波位相差(Δθi)としてさらに算出する2周波位相差算出部(S75)と、
前記2周波位相差と物理量との予め設定されている関係と、前記2周波位相差算出部が算出した前記2周波位相差とに基づいて絶対物理量(Ti)を決定する物理量決定部(S76)と、
前記無線部が逐次送信した1種類の周波数の電波に対する前記応答波の位相を繰り返し測定し、前回測定した前記位相と今回測定した前記位相との差を時間位相差(Δφti)として連続的に算出する時間位相差算出部(S65)と、
前記時間位相差に基づいて物理量変化量(ΔTi)を算出する物理量変化量算出部(S94)と、
前記応答波の電力により評価される信頼度が予め設定した当該信頼度に対する閾値を超えるか否かの判断を繰り返し実行する判断部(S50)と、
前記応答波の前記信頼度が前記閾値を超えるとの第1判断が前記判断部によって得られた場合に、前記物理量決定部により前記絶対物理量の決定を行わせるとともに、決定した前記絶対物理量を記憶部に保存する一方、前記応答波の前記信頼度が前記閾値を超えないとの第2判断が前記判断部により得られた場合に、前記物理量決定部に前記絶対物理量の決定を行わせない選択部と、
前記第2判断が得られたときの前記絶対物理量を、前記記憶部に保存された前記絶対物理量と、前記第2判断が得られたときに算出された前記時間位相差に基づく前記物理量変化量とに基づいて推定する物理量推定部(S95)と、
を備える物理量測定システム。
a delay line type surface acoustic wave element (20) including a first element portion (20a) and a second element portion (20b) arranged close to each other and having different propagation distances;
a radio section (30a) for transmitting burst signals at two or more frequencies to the surface acoustic wave element and receiving a response wave from the surface acoustic wave element;
a two-frequency phase difference calculation unit (S75) that calculates a phase difference between the response waves reflected by the first element unit and the second element unit as a two-element phase difference (Δφ1i) for radio waves of two kinds of frequencies successively transmitted by the wireless unit, and further calculates the phase differences of the two-element phase differences calculated for the two kinds of frequencies as a two-frequency phase difference (Δθi);
a physical quantity determining unit (S76) that determines an absolute physical quantity (Ti) based on a preset relationship between the two-frequency phase difference and a physical quantity and the two-frequency phase difference calculated by the two-frequency phase difference calculating unit;
a time phase difference calculation unit (S65) that repeatedly measures the phase of the reply wave in response to the radio wave of one type of frequency sequentially transmitted by the radio unit, and continuously calculates the difference between the previously measured phase and the currently measured phase as a time phase difference (Δφt i );
A physical quantity change calculation unit (S94) that calculates a physical quantity change amount (ΔTi) based on the time phase difference;
A determination unit (S50) that repeatedly determines whether or not the reliability evaluated based on the power of the response wave exceeds a preset threshold value for the reliability;
a selection unit that, when a first determination is made by the determination unit that the reliability of the response wave exceeds the threshold, causes the physical quantity determination unit to determine the absolute physical quantity and stores the determined absolute physical quantity in a storage unit, and, when a second determination is made by the determination unit that the reliability of the response wave does not exceed the threshold, does not cause the physical quantity determination unit to determine the absolute physical quantity;
a physical quantity estimation unit (S95) that estimates the absolute physical quantity at the time when the second determination is obtained based on the absolute physical quantity stored in the storage unit and the physical quantity change amount based on the time phase difference calculated at the time when the second determination is obtained;
A physical quantity measurement system comprising:
請求項1に記載の物理量測定システムであって、
前記選択部は、前記応答波の電力(S)が前記閾値としての2周波数閾値(TH)よりも高い場合に、前記応答波の前記信頼度は、前記2周波位相差から前記絶対物理量を必要な精度で決定できる前記信頼度であるとする、物理量測定システム。
2. The physical quantity measuring system according to claim 1,
A physical quantity measurement system in which, when the power (S) of the response wave is higher than a two-frequency threshold (TH) as the threshold , the selection unit determines that the reliability of the response wave is the reliability that allows the absolute physical quantity to be determined with the required accuracy from the two -frequency phase difference.
請求項1または2に記載の物理量測定システムであって、
前記弾性表面波素子は、移動体(40)に取り付けられるものであ
前記時間位相差算出部は、前記2素子位相差を繰り返し算出し、前回算出した前記2素子位相差と今回算出した前記2素子位相差との位相差を、前記時間位相差として算出する、物理量測定システム。
3. A physical quantity measuring system according to claim 1,
The surface acoustic wave element is attached to a moving body (40),
The time phase difference calculation unit repeatedly calculates the two-element phase difference, and calculates, as the time phase difference, a phase difference between the two-element phase difference previously calculated and the two-element phase difference currently calculated .
請求項1~のいずれか1項に記載の物理量測定システムであって、
前記第1素子部と前記第2素子部は、ともに反射型遅延線型であり、櫛形電極を共有する、物理量測定システム。
The physical quantity measuring system according to any one of claims 1 to 3,
A physical quantity measuring system, wherein the first element section and the second element section are both of a reflective delay line type and share a comb electrode.
請求項1~4のいずれか1項に記載の物理量測定システムであって、
前記無線部は、前記選択部が、前記2周波位相差算出部と前記物理量決定部により前記物理量を決定することを選択した場合、前記無線部が送信する電波の周波数を2種類とし、前記選択部が、前記時間位相差算出部、前記物理量変化量算出部、前記物理量推定部により前記物理量を推定することを選択した場合、前記無線部が送信する電波の周波数を1種類とする、物理量測定システム。
The physical quantity measuring system according to any one of claims 1 to 4,
a physical quantity determination unit that determines whether the physical quantity is determined by the physical quantity determination unit and the time phase difference calculation unit, and a physical quantity change amount calculation unit that determines whether the physical quantity is determined by the physical quantity determination unit and the time phase difference calculation unit, and a physical quantity change amount calculation unit that determines whether the physical quantity is determined by the physical quantity determination unit and the time phase difference calculation unit, and a physical quantity change amount calculation unit that determines whether the physical quantity is determined by the physical quantity determination unit and the time phase difference calculation unit, and a physical quantity change amount calculation unit.
請求項5に記載の物理量測定システムであって、
前記物理量変化量算出部は、第1回数分の前記時間位相差を平均した前記物理量変化量を算出し、
前記物理量決定部は、第2回数分の前記2周波位相差を平均して前記物理量を決定するようになっており、
前記第1回数は前記第2回数よりも多い、物理量測定システム。
6. The physical quantity measuring system according to claim 5,
the physical quantity change calculation unit calculates the physical quantity change by averaging the time phase differences for a first number of times;
the physical quantity determination unit determines the physical quantity by averaging the two-frequency phase differences a second number of times,
The first number of times is greater than the second number of times.
請求項5または6に記載の物理量測定システムであって、
前記無線部は、
スペクトルマスクにより規定される1つの送信許可周波数帯に含まれる3種類の周波数で前記バースト信号を送信し、
送信する電波の周波数を1種類とする場合、3種類の周波数のうち最も前記送信許可周波数帯の中心周波数に近い周波数を、送信する電波の周波数とし、送信する電波の周波数を2種類とする場合、3種類の周波数のうち残りの2つの周波数を送信する電波の周波数とし、かつ、
送信する電波の周波数を1種類とした場合の送信電力を、送信する電波の周波数を2種類とした場合の送信電力よりも高くする、物理量測定システム。
7. A physical quantity measuring system according to claim 5,
The wireless unit includes:
Transmitting the burst signal at three frequencies included in one transmission permitted frequency band defined by a spectrum mask;
When the frequency of the radio wave to be transmitted is one type, the frequency of the three types of frequencies that is closest to the center frequency of the permitted transmission frequency band is set as the frequency of the radio wave to be transmitted, and when the frequency of the radio wave to be transmitted is two types, the remaining two frequencies of the three types of frequencies are set as the frequencies of the radio wave to be transmitted, and
A physical quantity measurement system that transmits radio waves at one frequency and has a higher transmission power than a physical quantity measurement system that transmits radio waves at two frequencies.
請求項1~4のいずれか1項に記載の物理量測定システムであって、
前記無線部は、前記選択部の選択結果によらず、2種類以上の周波数を順次送信し、
前記選択部は、
2種類以上の周波数の前記応答波の電力(S)である応答電力に基づき前記応答波前記信頼度をそれぞれ決定し、2種類以上の周波数の前記応答波の前記信頼度が前記閾値を超えることに基づいて、前記2周波位相差算出部と前記物理量決定部により前記絶対物理量を決定し、
前記信頼度が前記閾値を超える前記応答波が1種類以下である場合、最も前記信頼度が高い1つの前記応答波を用いて、前記時間位相差を算出する、物理量測定システム。
The physical quantity measuring system according to any one of claims 1 to 4,
the radio unit sequentially transmits two or more types of frequencies regardless of the selection result of the selection unit;
The selection unit is
determining the reliability of the response waves based on response powers, which are powers (S) of the response waves of two or more frequencies, and determining the absolute physical quantity by the two-frequency phase difference calculation unit and the physical quantity determination unit based on the reliability of the response waves of two or more frequencies exceeding the threshold ;
A physical quantity measurement system, wherein when there is one or less type of response wave whose reliability exceeds the threshold, the time phase difference is calculated using one of the response waves having the highest reliability.
互いに近接して配置され、かつ、伝播距離が異なる第1素子部(20a)および第2素子部(20b)を含む遅延線型の弾性表面波素子(20)に向けて2種類以上の周波数でバースト信号を送信し、前記弾性表面波素子からの応答波を受信する無線部(30a)と、
前記無線部が逐次送信した2種類の周波数の電波について、前記第1素子部および前記第2素子部にて反射される前記応答波の位相差を2素子位相差(Δφ1i)として算出し、2種類の周波数についてそれぞれ算出した前記2素子位相差の位相差を2周波位相差(Δθi)としてさらに算出する2周波位相差算出部(S75)と、
前記2周波位相差と物理量との予め設定されている関係と、前記2周波位相差算出部が算出した前記2周波位相差とに基づいて絶対物理量(Ti)を決定する物理量決定部(S76)と、
前記無線部が逐次送信した1種類の周波数の電波に対する前記応答波の位相を繰り返し測定し、前回測定した前記位相と今回測定した前記位相との差を時間位相差(Δφti)として連続的に算出する時間位相差算出部(S65)と、
前記時間位相差に基づいて物理量変化量(ΔTi)を算出する物理量変化量算出部(S94)と、
前記応答波の電力により評価される信頼度が予め設定した当該信頼度に対する閾値を超えるか否かの判断を繰り返し実行する判断部(S50)と、
前記応答波の前記信頼度が前記閾値を超えるとの第1判断が前記判断部によって得られた場合に、前記物理量決定部により前記絶対物理量の決定を行わせるとともに、決定した前記絶対物理量を記憶部に保存する一方、前記応答波の前記信頼度が前記閾値を超えないとの第2判断が前記判断部により得られた場合に、前記物理量決定部に前記絶対物理量の決定を行わせない選択部と、
前記第2判断が得られたときの前記絶対物理量を、前記記憶部に保存された前記絶対物理量と、前記第2判断が得られたときに算出された前記時間位相差に基づく前記物理量変化量とに基づいて推定する物理量推定部(S95)と、
を備える物理量測定装置。
a radio section (30a) that transmits burst signals at two or more frequencies to a delay line type surface acoustic wave element (20) including a first element section (20a) and a second element section (20b) that are arranged close to each other and have different propagation distances, and receives a response wave from the surface acoustic wave element;
a two-frequency phase difference calculation unit (S75) that calculates a phase difference between the response waves reflected by the first element unit and the second element unit as a two-element phase difference (Δφ1i) for radio waves of two kinds of frequencies successively transmitted by the wireless unit, and further calculates the phase differences of the two-element phase differences calculated for the two kinds of frequencies as a two-frequency phase difference (Δθi);
a physical quantity determining unit (S76) that determines an absolute physical quantity (Ti) based on a preset relationship between the two-frequency phase difference and a physical quantity and the two-frequency phase difference calculated by the two-frequency phase difference calculating unit;
a time phase difference calculation unit (S65) that repeatedly measures the phase of the reply wave in response to the radio wave of one type of frequency sequentially transmitted by the radio unit, and continuously calculates the difference between the previously measured phase and the currently measured phase as a time phase difference (Δφt i );
A physical quantity change calculation unit (S94) that calculates a physical quantity change amount (ΔTi) based on the time phase difference;
A determination unit (S50) that repeatedly determines whether or not the reliability evaluated based on the power of the response wave exceeds a preset threshold value for the reliability;
a selection unit that, when a first determination is made by the determination unit that the reliability of the response wave exceeds the threshold, causes the physical quantity determination unit to determine the absolute physical quantity and stores the determined absolute physical quantity in a storage unit, and, when a second determination is made by the determination unit that the reliability of the response wave does not exceed the threshold, does not cause the physical quantity determination unit to determine the absolute physical quantity;
a physical quantity estimation unit (S95) that estimates the absolute physical quantity at the time when the second determination is obtained based on the absolute physical quantity stored in the storage unit and the physical quantity change amount based on the time phase difference calculated at the time when the second determination is obtained;
A physical quantity measuring device comprising:
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