KR101116661B1

KR101116661B1 - 무전원 무선 감지 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101116661B1
Application number: KR1020090061046A
Authority: KR
Inventors: 오재근; 오형근
Original assignee: (주)코아칩스
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2012-03-07
Also published as: KR20110003667A

Abstract

무전원 무선 감지 장치, 및 방법이 개시된다. 무전원 무선 감지 장치는 호출 신호 입력부, 증폭 신호 생성부, 감지 신호 생성부, 및 감지 신호 출력부를 포함한다. 호출 신호 입력부는 부호화된 호출 신호의 전파를 입력받아 표면 탄성파로 변환하고, 증폭 신호 생성부는 호출 신호의 부호가 미리 설정된 식별 부호와 미리 설정된 대응 관계인 경우 표면 탄성파의 진폭이 증가하도록 중첩하여 증폭 신호를 생성하고, 감지 신호 생성부는 센서에서 감지된 값에 따라 증폭 신호의 진폭을 변화시켜 감지 신호를 생성하며, 감지 신호 출력부는 감지 신호를 전파로 변환하여 출력한다. 이러한 구성에 의하면, 입력된 호출 신호를 변환한 표면 탄성파를 바로 이용하여 감지 신호를 생성하는 것이 아니라, 변환된 표면 탄성파의 진폭이 증가하도록 중첩하여 증폭 신호를 생성한 후 감지 신호를 생성하기 때문에, 무전원으로도 안정적이고 고출력의 감지 응답을 얻을 수 있게 된다. 또한, 부호화된 호출 신호가 미리 설정된 부호와 대응 관계인 경우에만 증폭 신호를 생성하므로, 리더기는 호출 신호의 부호를 변화시킴으로써 복수의 센서 장치 중 목적하는 센서 장치로부터 감지 신호를 획득할 수 있게 된다.

무전원, 무선, 센서, 식별 부호, 증폭

Description

무전원 무선 감지 장치 및 방법{Apparatus and method for wireless sensing without power supply}

본 발명은 센서 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원격 감지가 가능한 무선 센서 장치에 관한 것이다.

감지 장치는 온도, 압력, 습도 등 여러 종류의 물리량을 검지(檢知), 검출하거나 판별, 계측하는 기능을 갖춘 장치를 말하는 것으로, 여러 가지 물리량을 측정하기 위한 다양한 형태의 감지 장치가 개발되어 있다.

최근에는 사람이 직접 측정하기 어려운 위치에서도 원격 감지가 가능한 무선 감지 장치가 개발되고 있으며, 특히 전원이 없이도 작동할 수 있는 무선 감지 장치가 관심의 대상이 되고 있다.

이러한 감지 장치의 대표적인 예로는 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave; SAW)를 이용한 무선 감지 장치를 들 수 있으며, 현재 통상적인 표면 탄성파를 이용한 무전원 센서 장치는 표면 탄성파 소자가 가변 임피던스 센서와 연결되는 형태의 구조를 가지고 있다.

도 1은 종래의 SAW를 이용한 무전원 무선 센서 시스템의 사용 상태를 도시한 도면이다. 도 1에는 외부 리더 시스템(20)과 SAW 트랜스폰더(transponder; 10)가 도시되어 있으나, 센서는 도시되어 있지 않다.

외부 리더 시스템(20)은 SAW 시스템(10)이 응답하도록 호출 신호를 SAW 시스템(10)으로 전송할 뿐 아니라 SAW 시스템(10)에서 되돌아 온 응답(Echo) 신호를 수신 및 해석하여 실제 원격지에 위치한 센서(미도시)의 물리량(온도, 압력, 습도, 가속도, 스트레인 등)을 연산하여 사용자에게 인지시키는 역할을 수행한다.

도 2는 도 1의 무전원 무선 센서 시스템의 구성을 도시한 개략적인 블록도이다.

외부에서 SAW 무전원 무선 센서 시스템(10)으로 입사된 RF 호출 신호(Interrogation signal)가 SAW 무전원 무선 센서 시스템(10)의 안테나(12)로 입사되면 트랜스시버(Transceiver) IDT(Inter Digital Transducer; 14)에서 RF 신호가 표면탄성파로 역압전 변환(Converse piezoelectric conversion)된다.

이때, 역압전 변환된 표면탄성파 'A'는 센서가 연결된 반사파 IDT(16)로 기판 표면을 기계적으로 진동시키면서 전파(propagation) 진행하게 된다. 표면 탄성파 'A'가 반사파 IDT까지 전파되고 나면 반사파 IDT(16)에서는 (진행) 표면 탄성파 'A'와 반대 방향의 (반사) 표면 탄성파 'B'를 발생시킨다.

이때, 발생한 반사 표면 탄성파 'B'의 크기는 외부에 연결된 가변 임피던스 센서의 임피던스(30)에 영향을 받게 되는데, 이때 받는 영향 정도를 식으로 표시하면 식 (1)과 같으며, 식 (2) 및 식 (3)은 식 (1)을 구성하는 파라미터 성분이다.

식 (1)

식 (2)

식 (3)

여기서,

이고,

이다.

표면 탄성파 'B' 는 Transceiver IDT(14) 쪽으로 진동이 전파되고, Transceiver IDT(14)에 전파되었을 때 압전 효과에 의해 표면 탄성파가 RF 신호로 변환된다. 이때 변환된 RF 신호는 센서 응답 신호로서 공기 중으로 전파되고, 외부에 위치한 리더는 이 신호를 수신하여 센서 값을 연산할 수 있다.

즉, (반사) 표면탄성파의 크기(

)는 외부에 연결된 가변 임피던스 센서의 임피던스에 영향을 받으므로 결과적으로,

의 크기는 외부에 연결된 센서의 물리적인 정보를 내포하고 있다. 외부 수신기에서는 이 신호(센서 응답 Echo)를 수신하고 RF 신호를 복조하여 센서 값을 연산함으로써 무전원 무선 센서 시스템을 구성한다.

도 3은 도 2의 감지 장치의 응답 측정 결과가 나타난 도면이다.

그러나 무선 센서의 가장 큰 성능 지수 중 하나인 최대 감지 거리 측면에서 본다면 종래의 SAW 무전원 무선 센서의 최대 감지 거리는 상당히 제한적이다. SAW 무전원/무선 센서의 감지 거리는 일반적으로 통용되는 RADAR 공식을 통해 연산할 수 있다. RADAR 공식은 식 (4)에 나타낸 바와 같다.

식 (4)

위 식 (4)에서 감지거리를 결정하는 많은 인자들 중에 중요한 인자는 안테나 이득, 시스템 SNR, 및 SAW 손실을 들 수 있다.

그러나 종래 기술을 이용한 SAW 무전원 무선 센서는 대부분 SAW의 왕복 손실을 수반하는 반사 지연 라인(Reflective delay line) 형태의 구조이어서 반사파의 손실이 -20dB ~ -30dB 까지 달하므로 감지 거리의 제한이 있다.

입사 신호(Sensor interrogation signal)와 센서 응답 신호(Sensor response echo) 사이의 크기비(

)는 1/20 ~ 1/10 정도인데, 이것은 종래 방식의 SAW 무전원 무선 센서 장치의 경우

이 보통 -20dB ~ -30dB 사이의 값을 나타냄에 기인한다.

또한, 종래의 SAW 무전원 무선 센서 장치의

은

의 절반 정도인 -10dB ~ -15dB정도를 나타낸다. SAW에서 이러한 손실이 일어나는 것은 SAW 소자가 RF 신호를 표면 탄성파로 전환하거나 표면 탄성파를 RF 신호로 변환하는데 따른 변환 손실에 기인하는데, 이 손실은 재료의 물성값 및 전극의 형상으로 인해 발생한다. 통상 SAW 소자의 경우 압전 효율(Piezoelectric conversion efficiency)은 10% 미만이다.

그런데 종래의 SAW 무전원 무선 센서 시스템은 SAW 반사파(도 2의 'B')가 SAW 무전원 무선 센서의 안테나를 거쳐 외부로 RF 신호로 변환되는 형태이어서 이중의 변환 손실이 발생한다. 따라서 식 (4)의 SAW 손실이 클 수밖에 없으므로 감지 거리는 제한받게 된다.

도 4는 도 1의 무전원 무선 SAW 센서 시스템의 최대 감지 거리가 도시된 그래프이다.

도 4에서 중심 주파수, 리더와 센서 안테나 이득, SAW 손실, 시스템 대역폭, 시스템 SNR, Noise figure, 송신 전력이 각각 433MHz, 2.15dBi, 2.15dBi, 30dB, 10MHz, 20dB, 3dB 및 10dBm(10mW)일 경우 최대 감지 거리는 이론적으로 2.83m이다.

따라서 전파법(국내 및 각국)이 규정하는 송신 전력, 및 중심 주파수에서 10m 이상의 장거리 검출을 위해서는 기존의 무전원 무선 SAW 센서 장치의 구성과는 다른 새로운 방식이 요구된다.

또한, 종래 기술은 움직이는 물체를 감지할 때, 수신기와 SAW 센서 사이의 안테나 각도에 따라 SAW Echo 신호 중 센서 값(물리적인 양: 압력, 스트레인 등)에 해당하는 신호 값의 변동(Fluctuation)이 심하게 나타나므로 센서 성능 중 가장 중요한 파라미터(Parameter) 중 하나인 측정 안정도가 좋지 않다.

이러한 신호 불안정성은 일반적인 전자 통신 시스템에서도 나타나는 문제로서(Multi-path problem) 일반적인 통신 시스템에서도 이러한 문제로 인한 사용상의 불편함 및 제약이 상존하고 있다.

더욱이, 종래의 SAW를 이용한 무전원 센서 장치는 전원을 사용하지 않으므로 일반 전자 통신 시스템과 같이 신호 불안정을 보정하기 위한 특수 회로나 알고리즘을 탑재할 수 없어 상용화에 큰 제약을 받고 있으며, RF 리더 시스템이 매우 복잡하므로 안정된 센서 계측 리더를 구성하기 위해서는 가격이 상대적으로 비싸지게 되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 하나의 리더기를 이용하여 복수의 센서 장치로부터 감지 데이터를 획득하기 위해서는 각각의 센서 장치를 구별하기 위한 식별 수단이 있어야 하나, 종래의 SAW 센서 장치들은 이러한 기능을 제공하지 못하여, 그 사용 범위에 제한이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가격이 저렴하면서도 장거리 계측이 가능한 무전원 무선 센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하나의 리더기가 복수의 센서 장치 중 목적하는 센서 장치를 식별할 수 있도록 하는 식별 수단을 구비한 무전원 무선 센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 무전원 무선 감지 장치는 호출 신호 입력부, 증폭 신호 생성부, 감지 신호 생성부, 및 감지 신호 출력부를 포함한다.

호출 신호 입력부는 부호화된 호출 신호의 전파를 입력받아 표면 탄성파로 변환하고, 증폭 신호 생성부는 호출 신호의 부호가 미리 설정된 식별 부호와 미리 설정된 대응 관계인 경우 표면 탄성파의 진폭이 증가하도록 중첩하여 증폭 신호를 생성하고, 감지 신호 생성부는 센서에서 감지된 값에 따라 증폭 신호의 진폭을 변화시켜 감지 신호를 생성하며, 감지 신호 출력부는 감지 신호를 전파로 변환하여 출력한다.

입력된 호출 신호를 변환한 표면 탄성파를 바로 이용하여 감지 신호를 생성하는 것이 아니라, 변환된 표면 탄성파의 진폭이 증가하도록 중첩하여 증폭 신호를 생성한 후 감지 신호를 생성하기 때문에, 무전원으로도 안정적이고 고출력의 감지 응답을 얻을 수 있게 된다.

또한, 증폭 신호 생성부는 부호화된 호출 신호가 미리 설정된 부호와 대응 관계인 경우에만 증폭 신호를 생성하므로, 리더기는 호출 신호의 부호를 변화시킴으로써 복수의 센서 장치 중 목적하는 센서 장치로부터 응답 신호를 획득할 수 있게 된다.

증폭 신호 생성부는, 표면 탄성파를 전파로 변환하여 진행시킨 후 다시 표면 탄성파로 변환한 변환 표면 탄성파와 표면 탄성파를 표면 탄성파 상태로 진행시킨 지연 표면 탄성파를 중첩함으로써 응답 신호를 생성할 수 있다.

전파는 진행 속도가 빨라 장치 내에서 동일한 위상을 가지지만, 표면 탄성파는 장치 내에서도 위치에 따라 상이한 위상을 가지므로 이를 이용하여 표면 탄성파의 진폭을 증폭할 수 있게 된다.

증폭 신호 생성부는 소정의 거리만큼 서로 이격되고, 전파와 표면 탄성파 간에 변환을 할 수 있는 복수의 변환부를 포함할 수 있다.

표면 탄성파의 진행 속도를 고려하여 미리 설정한 거리만큼 이격된 복수의 변환부를 이용함으로써 각 변환부마다 표면 탄성파의 진폭을 조절할 수 있게 된다.

각 변환부는 서로 다른 극성 중 설정된 식별 부호에 따라 선택된 극성이 활성화될 수 있으며, 증폭 신호 생성부는 설정된 식별 부호에 따라 변환부의 극성을 선택하는 선택부를 포함할 수 있다.

미리 설정된 식별 부호에 따라 변환부의 극성을 선택하고 선택된 극성만을 활성화시킴으로써 설정된 식별 부호에 따라 호출 신호 입력을 선택적으로 제어하여 목적하는 증폭 신호를 생성할 수 있게 된다.

변환부는 스플릿 핑거 IDT, 또는 SPUDT IDT를 포함할 수 있다. 이러한 IDT 구조들의 채용은 단일 IDT의 채용하는 경우에 비해 보다 효율적인 반사파의 억제를 가능하게 한다.

아울러, 상기 장치를 방법의 형태로 구현한 발명이 개시된다.

본 발명에 의하면 배터리를 사용하지 않으면서 실시간 계측이 가능하고, SAW 트랜스폰더의 IDT 구조를 자기 상관 기능 및 주파수 역확산 기능을 수행할 수 있도록 고안하여 감지 장치의 감지 거리를 획기적으로 늘릴 수 있게 된다.

또한, SAW 트랜스폰더의 기능을 최적화하여 무전원 무선 SAW 센서의 양산 단가를 대폭 절감할 수 있게 되고, 종래 배터리 방식의 무선 센서가 갖고 있는 배터리 수명의 유한성에 의해 실시간 감지가 불가능한 점을 극복할 수 있게 된다.

또한, 무전원 무선 감지 장치에 식별 수단을 부가하여, 복수의 무전원 무선 감지 장치 중에서 목적하는 무선 감지 장치로부터 선택적으로 감지 데이터를 획득할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 5 및 6은 본 발명에 따른 감지 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도이다.

도 5에서 감지 장치는 디지털 신호 처리가 가능하도록 설계된 SAW 트랜스폰 더(transponder; 100), 식별 부호 설정부(Digitized Sensor; 200), 및 센서부(300)로 구성된다.

도 5에는 식별 부호 설정부(300)에 설정된 식별 부호와 외부 리더 호출 부호 사이에 상관 관계가 있는 경우의 감지 장치(100)의 동작 및 응답 신호가 도시되어 있고, 도 6에는 식별 부호 설정부(300)에 설정된 식별 부호와 외부 리더 호출 부호 사이에 상관 관계가 없는 경우의 감지 장치(100)의 동작 및 출력 신호가 도시되어 있다.

더욱 상세하게 살펴보면, 도 5에서는 식별 부호 설정부(300)에서 입력되는 식별 부호 입력과 외부 리더(미도시)로부터 입력되는 호출 신호 입력이 모두 부호화된 디지털 신호 '1011'인 반면, 도 6에서는 호출 신호 입력은 '1011'이지만 식별 부호 입력은 '1001'인 것을 알 수 있다.

이에 대해 증폭 신호의 출력은 도 5인 경우가 도 6의 경우보다 훨씬 큰 것을 확인할 수 있다. 이것은 도 5에서는 증폭 신호 생성부가 식별 부호 입력과 호출 신호 입력이 미리 설정된 대응 관계에 있는 경우 호출 신호를 증가되도록 중첩된 증폭 신호를 생성하여 출력하기 때문이다.

도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는

의 값이 작도록 반사형이 아닌 진행형의 표면 탄성파를 이용하고, 자기 상관 관계(Auto correlation)가 성립할 경우에는 감지 장치인 SAW 무전원 무선 센서 장치(100)의 증폭 신호가 나올 수 있는 구조를 가진다. 따라서 본 발명은 종래의 무전원 무선 센서의 한계인 짧은 감지 거리를 획기적으로 확장시킬 수 있다.

감지 장치인 SAW 트랜스폰더(100)는 무전원 무선 센서 장치로 사용이 가능하도록 하는 주요한 전송 매체로 사용된다. SAW 트랜스폰더(100)는 내부에 식별 부호 설정부(200)와 연결되어 디지털 신호처리가 가능한 IDT(Inter Digital Transducer; 미도시)를 포함한다. IDT와 식별 부호 설정부(200)가 연결되면 설정된 값에 따라 표면 탄성파의 펄스 조합이 달라지므로 이를 이용한다.

SAW 트랜스폰더(100) 내의 특별히 디지털 신호 처리가 가능한 IDT 전극 배열은 일반적인 SAW 소자의 IDT 배열이 처리하는 AM 및 FM 처리 방식과 달리 입력된 신호에 대한 위상 복조(PSK: Phase Shift Keying)를 수행한다.

PSK 변조 및 복조를 통한 주파수 확산과 자기 상관(Auto-correlation) 기능이 내장된 SAW 트랜스폰더(100)의 IDT 구조를 채용함으로써 종래의 일반적인 SAW 무전원 무선 센서 장치의 단점인 거리 제한 문제를 획기적으로 개선할 수 있다. 아울러, 감지 거리가 크게 확장됨으로 인해 종래의 SAW 무전원 무선 센서 장치에 비해 적용범위가 광범위하게 넓어질 수 있게 된다.

식별 부호 설정부(200)는 사용자 등에 의해 미리 입력된 디지털 값을 저장한다. 본 발명의 감지 장치는 식별 부호 설정부(200)에 설정된 식별 부호와 리더기로부터 전송된 호출 신호의 부호가 미리 설정된 대응 관계에 있는 경우에만 증폭 신호를 생성하므로, 사용자는 복수의 감지 장치를 사용함에 있어, 각각의 감지 장치마다 식별 부호 설정부(200)에 식별 부호를 다르게 설정함으로써, 선택적으로 목적하는 감지 장치의 센서값을 읽어올 수 있게 된다.

센서(300)는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 가변 정 전 용량형 센서로서, 감지되는 감지값에 따라 정전 용량이 가변되며 그 가변 정도에 따라 SAW 트랜스폰더(100)의 센서 IDT에 대한 임피던스를 가변시킨다. 그리고, 그 임피던스의 변화에 따라 센서 IDT에서 발생되는 표면 탄성파의 진폭이 변화된다. 따라서, 그 진폭이 어느정도 변했는지 알 수 있으면, 센서(300)에서 감지된 값을 알 수 있게 된다.

센서(300)는 압력, 온도, 스트레인, 가속도 등을 측정할 수 있으며 SAW 트랜스폰더(100)와 연결하여 사용한다. 본 실시예에서 SAW 센서 장치(100)의 센서값 획득은 종래 기술에서 설명한 바와 같은 응답 Echo의 진폭의 비로써 추출하는 아날로그 방식을 채용한다. 그러나, 센서값의 획득은 당업자가 고려할 수 있는 다른 방식을 채용할 수도 있을 것이다.

본 발명의 감지 장치는 식별 부호 설정부(200)를 이용하여 설정된 식별 부호값이 디지털적으로 표면 탄성파 발생에 영향을 미치도록 하는 구조를 가진다. 식별 부호 설정부(200)가 표면 탄성파 소자 내에서 발생하는 표면 탄성파에 영향을 미칠 수 있는 성질을 이용한다.

가령 일반적인 도선 형태의 스위치 온/오프(On/Off) 상태가 대표적인데, 스위치 온 상태일 경우 표면 탄성파의 크기나 방향, 진동 주파수 혹은 위상을 변화시킬 수 있다면, 이것은 결과적으로 표면 탄성파에 영향을 미치게 된다. 이 외에도 SAW IDT의 임피던스(R, L, C)가 변할 수 있는 구조 또한 식별 부호 설정부에 적합한 성질 중 하나일수 있다.

식별 부호 설정부의 어레이는 SAW 트랜스폰더의 내부 구성 IDT들과 연결되어 IDT에서 발생시킬 수 있는 표면 탄성파의 성질을 변환시킨다. 단, 본 실시예에서 표면 탄성파의 위상 변화를 일으킬 수 있는 식별 부호 설정부의 단위 전극 배치는 상보형(complementary) 형태를 갖추어야 한다. 즉, 식별 부호 설정부는 외부 상태 변화에 따라 두 개의 전극 중 어느 하나의 상태에 반드시 위치하여야 한다. 일례로 든다면 Neutral 상태가 없는 2x1 SPDT<Single Pole Double Throw> 스위치를 들 수 있다.

IDT는 그 구조에 의해 식별 부호 설정부와 연결되어 설정값에 따라 표면 탄성파의 성질을 변화시킬 수 있다. 본 발명은 일반적인 반사 지연형(Reflective delay line) SAW 무전원 무선 센서의 단점인 입력 신호에 비해 심하게는 1/50 ~ 1/10까지 작아지는 미약한 출력 신호의 신호강도에 의한 감지 거리 제한성을 극복함과 동시에 식별 부호 설정부의 설정값과 정확히 일치할 때만 출력 신호가 존재하도록 설계된 IDT 구조를 특징으로 가진다.

도 7은 도 5의 감지 장치를 더욱 상세히 도시한 도면이다. 또한, 도 8과 도 9는 도 7의 감지 장치에서 증폭 신호를 생성하는 과정이 도시된 표이고, 도 10과 도 11은 각각 도 8과 도 9에 의해 생성된 증폭 신호를 도시한 도면이다.

도 7에서 도 5의 증폭 신호 생성부(160)는 4개의 변환부(162 내지 168)와 각 변환부(162 내지 168)의 서로 다른 극성 중 하나를 선택하는 선택부(180)로 구성되어 있다. 선택부(180)는 식별 부호인 '1011'에 따라 4개의 변환부(162 내지 168)의 극성을 선택하고 있다.

도 7에서 알 수 있듯이 식별 부호 입력은 '1011'이고, 도 8과 9에서 각각 알 수 있듯이, 도 8의 식별 부호 입력은 '1011'이고 도 9의 호출 신호 입력은 '1001'이다.

도 8 및 10에서, 식별 부호 입력과 호출 신호 입력이 일치한 경우 t₅에서의 출력되는 증폭 신호는 증폭되어 있는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 도 9 및 11에서, 감지 신호 입력과 호출 신호 입력이 일치하지 않는 경우에는 t₅에서 출력되는 증폭 신호는 증폭되지 않은 신호인 것을 알 수 있다.

도 7에서 나타낸 변환부인 IDT(160) 구조는 표면 탄성파 및 입사된 표면 탄성파에 의해 IDT(160)에서 생성하는 신호의 위상의 변화를 응용한 IDT 구조이며 표면 탄성파의 성질을 변화시킬 수 있는 구조는 도 7에 나타낸 구조 외에도 여러 형태가 존재한다.

도 12 내지 14는 외부 임피던스 변화를 통해 반사파의 크기를 제어하는 구조가 도시된 도면이다. 도 12에는 일반적인 단일 IDT 임피던스(Single IDT impedence) 변환형 구조가 도시되어 있고, 도 13 및 14에는 스플릿 핑거(Split Finger) IDT 또는 이중(Double) IDT 구조가 도시되어 있다.

도 13 및 14에는 각각 외부 스위치의 오프 혹은 온 상태에 따라 표면 탄성파 반사파가 생성되거나 생성할 수 없도록 제어하는 도면이 도시되어 있다.

도 15 및 16은 도 7과 다른 형태의 위상 제어형 IDT 구조가 도시된 도면이다. 도 15 및 16은 도 7에 비해 효율이 개선된 구조이다. 도 15에서도 외부의 스위치는 상보(Complementary) 동작이 가능한 스위치를 사용한다.

즉, 도 15 및 16의 스위치는 그림에서 'A' 혹은 'B'의 동작만이 가능한 형태를 의미한다. 도 16은 도 15의 Single IDT 구조를 Split Finger IDT로 개선하여 반사파를 억제하기 위한 구조이다.

본 발명에서와 같이 종래 SAW 무전원 무선 센서에서 채택하는 반사 지연 선로형(Reflective Delay-line) 구조가 아닌 진행 위상 변환형(Transverse Phase-shift)을 선택할 경우 반사 표면 탄성파는 최대한 억제하여야 한다. 통상적으로 반사파를 최대한 억제하기 위해서는 SPUDT(Single Phase Unit Directional Transducer) 구조를 채택할 수 있다.

반사파는 진행파 신호를 방해할 뿐 아니라 반사파 생성을 위한 에너지 손실이 수반되므로 진행형 구조를 채택할 경우에는 SPUDT IDT를 선택하면 유리한 측면이 있다.

본 발명은 이와 같이 식별 부호 설정부와 위상 변화형 IDT 구조의 결합을 통해 가변 코드(Variable Code 혹은 Digit)에 대한 SAW 무전원 무선 센서 장치의 응답을 얻을 수 있게 된다.

또 17은 도 5의 감지 장치의 최대 감지 거리가 도시된 그래프이다. 도 17에서 본원 발명의 감지 장치는 종래의 감지 장치보다 최대 감지 거리가 5배나 증가한 것을 알 수 있다.

아울러, 종래의 배터리 기술을 이용한 무선 센서 장치는 대부분 전원이 필요한 센서이므로 실시간 계측이 불가능하였으나 본 발명에 따른 감지 장치는 전원이 없어도 동작할 수 있게 된다.

또한, 본 발명 시스템은 무전원 방식이므로 방전이나 외부 환경에 대한 내성이 강해 시스템 설계시 부품 수를 줄일 수 있으므로 종래의 SAW 무전원 무선 센서 장치보다 저가 생산이 가능하므로 경제적 이점이 커진다.

본 발명의 감지 장치는 식별 부호 설정부로부터의 식별 부호 입력과 리더로부터의 호출 신호 입력이 상관 관계가 있는 경우에만 증폭된 응답 신호를 출력하므로 사용자는 복수의 감지 장치 중 목적하는 감지 장치에 대응하는 호출 신호를 입력함으로써 센서의 측정값을 알 수 있게 된다.

본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.

도 1은 종래의 SAW를 이용한 무전원 무선 센서 시스템의 사용 상태를 도시한 도면.

도 2는 도 1의 SAW 무전원 무선 센서 시스템의 구성을 도시한 개략적인 블록도.

도 3은 도 1의 무전원 무선 센서 시스템의 응답 측정 결과가 출력된 화면.

도 4는 도 1의 무전원 무선 SAW 센서 시스템의 최대 감지 거리가 도시된 그래프.

도 5 및 6은 본 발명에 따른 감지 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도.

도 7은 도 5의 감지 장치를 더욱 상세히 도시한 도면.

도 8과 도 9는 도 7의 감지 장치에서 증폭 신호를 생성하는 과정이 도시된 표.

도 10과 도 11은 각각 도 8과 도 9에 의해 생성된 증폭 신호를 도시한 도면.

도 12 내지 14는 외부 임피던스 변화를 통해 반사파의 크기를 제어하는 구조가 도시된 도면.

도 15, 및 16은 도 7과 다른 형태의 위상 제어형 IDT 구조가 도시된 도면.

도 17은 도 5의 감지 장치의 최대 감지 거리가 도시된 그래프.

Claims

부호화된 호출 신호의 전파를 입력받아 표면 탄성파로 변환하는 호출 신호 입력부;

상기 호출 신호의 부호가 미리 설정된 식별 부호와 미리 설정된 대응 관계인 경우 상기 표면 탄성파의 진폭이 증가하도록 중첩하여 증폭 신호를 생성하는 증폭 신호 생성부;

상기 증폭 신호의 진폭을 센서에서 감지된 센서값에 따라 변화시켜 감지 신호를 생성하는 감지 신호 생성부; 및

상기 감지 신호를 전파로 변환하여 출력하는 감지 신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전원 무선 감지 장치.
제 1항에 있어서,

상기 증폭 신호 생성부는,

상기 표면 탄성파를 전파로 변환하여 진행시킨 후 다시 표면 탄성파로 변환한 변환 표면 탄성파와 상기 표면 탄성파를 표면 탄성파 상태로 진행시킨 지연 표면 탄성파를 중첩함으로써 증폭 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파를 이용한 감지 장치.
제 2항에 있어서,

상기 증폭 신호 생성부는,

소정의 거리만큼 서로 이격되고, 전파와 표면 탄성파 간에 변환을 할 수 있는 복수의 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파를 이용한 감지 장치.
제 3항에 있어서,

상기 각 변환부는 서로 다른 극성 중 상기 식별 부호에 따라 선택된 극성이 활성화되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파를 이용한 감지 장치.
제 4항에 있어서,

상기 증폭 신호 생성부는 상기 식별 부호에 따라 상기 변환부의 극성을 선택하는 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파를 이용한 감지 장치.
부호화된 호출 신호의 전파를 입력받아 표면 탄성파로 변환하는 호출 신호 입력 단계;

상기 호출 신호의 부호가 미리 설정된 식별 부호와 미리 설정된 대응 관계인 경우 상기 표면 탄성파의 진폭이 증가하도록 중첩하여 증폭 신호를 생성하는 증폭 신호 생성 단계;

상기 증폭 신호의 진폭을 센서에서 감지된 센서값에 따라 변화시켜 감지 신호를 생성하는 감지 신호 생성 단계; 및

상기 감지 신호를 전파로 변환하여 출력하는 감지 신호 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전원 무선 감지 방법.
제 6항에 있어서,

상기 증폭 신호 생성 단계는,

상기 표면 탄성파를 전파로 변환하여 진행시킨 후 다시 표면 탄성파로 변환한 변환 표면 탄성파와 상기 표면 탄성파를 표면 탄성파 상태로 진행시킨 지연 표면 탄성파를 중첩함으로써 증폭 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무전원 무선 감지 방법.
제 7항에 있어서,

상기 증폭 신호 생성 단계는,

소정의 거리만큼 서로 이격되고, 전파와 표면 탄성파 간에 변환을 할 수 있는 복수의 변환 장치에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 무전원 무선 감지 방법.
제 8항에 있어서,

상기 각 변환 장치는 서로 다른 극성 중 상기 식별 부호에 따라 선택된 극성이 활성화되는 것을 특징으로 하는 무전원 무선 감지 방법.
제 9항에 있어서,

상기 증폭 신호 생성 단계는 상기 식별 부호에 따라 상기 변환 장치의 극성을 선택하는 선택 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전원 무선 감지 방법.