KR102211922B1 - Temperature sensor and Temperature measuring device using surface acoustic wave, Real time Passive temperature measurement system thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면탄성파를 이용하여 무선으로 온도를 측정하는 온도측정 시스템에 관한 것에 관한 것으로, 구체적으로는 표면탄성파를 이용하는 온도측정 센서의 설치와 부착이 용이하고 온도 측정의 정확성과 감도가 개선된 장치를 제공하는 것이다.
구체적으로 본 발명은 피측정 설비에 설치나 부착이 용이한 표면탄성파를 이용한 온도측정 시스템을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 온도 측정의 대상이 되는 피측정 설비에 표면 탄성파 온도 센서가 직접 연결되어 온도 측정의 실시간성과 정확성이 개선된 표면탄성파를 이용한 온도측정 시스템을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 표면탄성파 온도센서에 납작한 평면 안테나를 사용하여 부피가 작고 무게가 줄어든 표면탄성파를 이용한 온도측정 시스템을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 감도가 높아 온도측정이 용이하고 단순한 구성의 리더기를 사용하여 제조 단가를 절감할 수 있는 표면탄성파를 이용한 온도측정 시스템을 제공하는 효과가 있다.The present invention relates to a temperature measurement system for wirelessly measuring temperature using surface acoustic waves, and in particular, a device with improved accuracy and sensitivity of temperature measurement and easy installation and attachment of a temperature measurement sensor using surface acoustic waves. Is to provide.
Specifically, the present invention has the effect of providing a temperature measurement system using surface acoustic waves that are easy to install or attach to a device to be measured. In addition, the present invention has an effect of providing a temperature measurement system using a surface acoustic wave in which a surface acoustic wave temperature sensor is directly connected to an equipment to be measured, which is an object of temperature measurement, and improves real-time and accuracy of temperature measurement. In addition, the present invention has an effect of providing a temperature measurement system using a surface acoustic wave having a small volume and reduced weight by using a flat planar antenna for a surface acoustic wave temperature sensor. In addition, the present invention has the effect of providing a temperature measurement system using surface acoustic waves capable of reducing manufacturing cost by using a reader having a simple configuration and easy temperature measurement due to high sensitivity.
Description
본 발명은 표면탄성파를 이용하여 무선으로 온도를 측정하는 실시간 패시브 온도측정 시스템에 관한 것에 관한 것으로, 구체적으로는 표면탄성파를 이용하는 온도측정 센서의 설치와 부착이 용이하고 온도 측정의 정확성과 감도가 개선된 장치를 제공하는 것이다.The present invention relates to a real-time passive temperature measurement system that measures temperature wirelessly using surface acoustic waves, and specifically, it is easy to install and attach a temperature measurement sensor using surface acoustic waves, and improve accuracy and sensitivity of temperature measurement. Is to provide the device.
전력 스위치 보드와 같은 전자 소자는 열에 의해 손상될 우려가 있으므로 온도를 측정하고 모니터링하는 수단으로 다양한 방식의 온도 센서가 이용되고 있다. 압전기판의 온도특성과 표면탄성파를 이용하는 표면탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 온도센서는 별도의 전원을 필요로 하지 않고 무선으로 온도를 측정할 수 있어서 소형화를 위한 전자 소자에 사용되고 있다. Since electronic devices such as power switch boards may be damaged by heat, various types of temperature sensors are used as means for measuring and monitoring temperature. Surface Acoustic Wave (SAW) temperature sensor using the temperature characteristics of piezoelectric board and surface acoustic wave is used in electronic devices for miniaturization because it does not require a separate power source and can measure temperature wirelessly.
종래기술에 따른 SAW 온도센서를 이용한 시스템을 도 1에 기초하여 살펴본다. SAW 온도센서(100)는 센서부(110)와 리더부(120)를 포함하여 구성된다. 센서부(110)는 압전기판(111), 트랜스듀서(112), 반사판(113) 및 안테나(114)를 포함한다. 압전기판(111)은 주위의 온도에 따라 지연선(delay line, 115)이 팽창하거나 수축할 뿐만 아니라 압전기판의 물성에도 영향을 주어 표면 탄성파의 전파시간이 변하거나 공진 주파수가 변하게 되는데 이러한 특성들의 변화를 검출함으로써 온도를 측정할 수 있게 된다. 트랜스듀서(112)는 빗살전극으로 형성될 수 있고, 안테나에서 수신된 신호에 의해 표면탄성파를 발생하게 한다. 반사판(113)은 트랜스듀서(112)에서 생성된 표면탄성파가 지연선을 통과하여 지연선의 끝 부분에서 표면탄성파를 반사시켜 트랜스듀서(112)로 다시 전파시키는 역할을 한다. 리더부(120)에서 센서 구동신호가 안테나를 통하여 송신되면, 센서 구동신호가 센서부(110)의 트랜스듀서(112)에 입력된다. 트랜스듀서(112)에 입력된 고주파 신호에 의해 압전기판(111)이 진동하게 되고 이에 따라 압전기판(111)의 표면을 따라 전파하는 표면탄성파가 발생되어 지연선(115)을 전파하여 반사판(113)으로 전파된다. 이렇게 전파된 표면탄성파는 반사판(113)에서 반사되어 지연선(115)과 트랜스듀서(112)를 거쳐 센서부(110)의 안테나에 의해 다시 송신되며, 이 신호를 리더기(120)에서 수신한다. 리더기(120)를 통하여 수신된 신호는 주파수의 진폭이나 진동수와 같은 주파수 특성을 분석함으로써 피측정 설비의 온도를 계산할 수 있다. A system using a SAW temperature sensor according to the prior art will be described based on FIG. 1. The SAW temperature sensor 100 includes a
그러나 상기한 바와 같은 선행 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the prior art as described above has the following problems.
즉, 표면탄성파 온도 센서를 띠나 스프링 부착 등의 방식으로 설치하여 이용하게 되므로 장기간에 걸쳐 고온 환경에 노출되는 띠나 스프링이 노화되어 부서지기 쉽고 탄성이 약해지는 문제점이 있다. That is, since the surface acoustic wave temperature sensor is installed and used in a manner such as attaching a band or spring, there is a problem that the band or spring exposed to a high temperature environment over a long period of time is aging, which makes it brittle and weakens elasticity.
또한, 종래 선행기술은 표면탄성파 온도 센서가 온도 측정의 대상이 되는 피측정 설비에 밀접하게 연결되지 못하고 피측정 설비의 온도가 공기나 금속 등의 연전달 구조를 통해 간접적으로 전달되므로 온도 측정의 실시간성과 정확성이 떨어지는 문제점이 있다. In addition, in the prior art, since the surface acoustic wave temperature sensor is not closely connected to the equipment to be measured, the temperature of the equipment to be measured is transmitted indirectly through a continuous transmission structure such as air or metal. There is a problem of poor performance and accuracy.
또한, 종래 기술은 표면탄성파 온도센서에 1단 안테나(휩 안테나)나 나선형 안테나를 사용하여 온도센서 소자의 높이가 높고 부피가 큰 문제점이 있다. In addition, the prior art has a problem in that the height of the temperature sensor element is high and the volume is large by using a single stage antenna (whip antenna) or a spiral antenna for the surface acoustic wave temperature sensor.
또한, 종래 기술은 센서부와 리더기의 거리가 3미터 이내로 가깝게 위치하는 경우에만 측정이 가능하여 측정거리가 낮으므로 피측정 설비의 온도측정시 사용이 불편하고, 리더기의 구성이 복잡한 문제점이 있다.In addition, in the prior art, since measurement is possible only when the distance between the sensor unit and the reader is located within 3 meters, the measurement distance is low, so it is inconvenient to use when measuring the temperature of the equipment to be measured, and the configuration of the reader is complicated.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 피측정 설비에 설치나 부착이 용이한 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템을 제공하는 것이다. The present invention has been conceived to solve the conventional problems as described above, and the present invention is to provide a real-time passive temperature measurement system using surface acoustic waves that are easy to install or attach to a device to be measured.
또한, 본 발명은 온도 측정의 대상이 되는 피측정 설비에 표면 탄성파 온도 센서가 직접 연결되어 온도 측정의 실시간성과 정확성이 개선된 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템을 제공하는 것이다. In addition, the present invention provides a real-time passive temperature measurement system using a surface acoustic wave with improved real-time and accuracy of temperature measurement by directly connecting a surface acoustic wave temperature sensor to a device to be measured.
또한, 본 발명은 표면탄성파 온도센서에 납작한 평면 안테나를 사용하여 부피가 작고 무게가 줄어든 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템을 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides a real-time passive temperature measurement system using a surface acoustic wave having a small volume and reduced weight by using a flat planar antenna for a surface acoustic wave temperature sensor.
또한, 본 발명은 센서부와 리더기의 거리가 3미터 이상에서도 온도 측정이 가능하여 피측정 설비의 온도측정이 용이하고 리더기의 구성 단순한 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템을 제공하는 것이다.In addition, the present invention is to provide a real-time passive temperature measurement system using a surface acoustic wave, which is easy to measure the temperature of a device to be measured because it is possible to measure temperature even when the distance between the sensor unit and the reader is 3 meters or more.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 기판수용홈이 하부에 구비된 절연 지지부; 상기 절연 지지부 하부의 기판수용홈에 결합되는 압전기판; 절연 지지부에서 돌출되도록 압전기판의 하부에 결합되는 표면탄성파 발생부; 상기 절연 지지부의 상부에 구비되는 평면 안테나부; 및 상기 평면 안테나부의 상부에 구비되는 덮개부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용하는 SAW 온도센서로 구성될 수 있다. 상기 압전기판과 상기 평면 안테나부는 금속암으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 압전기판의 신호 인터페이스 및 접지 인터페이스와 대응되는 위치에 형성된 상기 평면 안테나부의 피드점 및 접지점과 각각 금속암으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 평면 안테나부는 부착편의 형태로 구비되어 상기 절연 지지부에 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 평면 안테나부는 평면 상에서 회절되는 형태로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 절연 지지부와 상기 덮개부는 고정을 위한 나사가 관통하는 고정홀을 더 포함함을 특징으로 할 수 있다. 여기서 상기 절연 지지부의 두께는 12mm 내지 40mm인 것으로 구성할 수 있다. 표면탄성파 발생부는 압전기판, 트랜스듀서 및 반사부를 포함하여 피측정 장치의 온도에 따라 서로 다른 표면탄성파를 생성하는 것으로 구성할 수 있다. According to a feature of the present invention for achieving the object as described above, the present invention is an insulating support provided in the lower substrate receiving groove; A piezoelectric plate coupled to the substrate receiving groove under the insulating support; A surface acoustic wave generator coupled to a lower portion of the piezoelectric plate so as to protrude from the insulating support portion; A planar antenna part provided on the insulating support part; And a cover part provided on the top of the planar antenna part, and a SAW temperature sensor using a surface acoustic wave. The piezoelectric plate and the planar antenna unit may be connected by a metal arm. In addition, it may be characterized in that they are connected to the feed point and the ground point of the flat antenna unit formed at positions corresponding to the signal interface and the ground interface of the piezoelectric board by metal arms, respectively. The planar antenna unit may be provided in the form of an attachment piece and may be coupled to the insulating support unit. In addition, the planar antenna unit may be configured to be diffracted on a plane. The insulating support portion and the cover portion may further include a fixing hole through which a screw for fixing is passed. Here, the thickness of the insulating support may be configured to be 12mm to 40mm. The surface acoustic wave generator may include a piezoelectric plate, a transducer, and a reflector, and may be configured to generate different surface acoustic waves according to the temperature of the device under measurement.
또는 본 발명은 리더기로부터 수신되는 구동신호를 축전하고 축전된 부하로 전력이 증가된 구동 신호를 SAW 온도센서부로 출력하는 에너지 축전부; 및 상기 에너지 축전부의 구동 신호에 따라 표면탄성파를 발생시키는 SAW 온도 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정기로 구성할 수 있다. 상기 에너지 축전부는, 수신된 RF 신호를 DC 신호로 변환하는 충전 펌프; 상기 변환된 DC 신호의 전압을 높여주는 DC-DC 부스터; 및 상기 높아진 전압의 에너지를 축전하는 캐패시터를 포함하여 구성됨을 특징으로 할 수 있다. 상기 SAW 온도센서부는 압전기판, 트랜스듀서 및 반사부를 포함하여 피측정 장치의 온도에 따라 서로 다른 표면탄성파를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. Alternatively, the present invention includes an energy storage unit that stores a driving signal received from a reader and outputs a driving signal whose power is increased by the stored load to the SAW temperature sensor unit; And a SAW temperature sensor that generates a surface acoustic wave according to a driving signal of the energy storage unit. The energy storage unit may include a charge pump converting the received RF signal into a DC signal; A DC-DC booster that increases the voltage of the converted DC signal; And a capacitor that stores energy of the increased voltage. The SAW temperature sensor unit may include a piezoelectric plate, a transducer, and a reflective unit to generate different surface acoustic waves according to the temperature of the device to be measured.
또는 본 발명은 피측정 장치의 온도에 따라 서로 다른 표면탄성파를 발생시켜 온도값을 검출 가능하도록 구성된 온도측정기;와 상기 온도측정기에서 표면탄성파를 발생시키는 구동신호를 발신하는 발신채널 및 발생된 표면탄성파의 신호를 수신하는 수신채널을 포함하여 구성된 리더기;를 포함하는 SAW 온도측정 시스템에 관한 것으로, 상기 온도측정기는, 상기 리더기로부터 수신되는 구동신호를 축전하고 축전된 부하로 전력이 증가된 구동 신호를 SAW 온도센서부로 출력하는 에너지 축전부; 및 상기 에너지 축전부의 구동 신호에 따라 표면탄성파를 발생시키는 SAW 온도 센서부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 에너지 축전부는, 수신된 RF 신호를 DC 신호로 변환하는 충전 펌프; 상기 변환된 DC 신호의 전압을 높여주는 DC-DC 부스터; 및 상기 높아진 전압의 에너지를 축전하는 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 SAW 온도센서부는 압전기판, 트랜스듀서 및 반사부를 포함하여 피측정 장치의 온도에 따라 서로 다른 표면탄성파를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.Alternatively, the present invention provides a temperature measuring device configured to detect a temperature value by generating different surface acoustic waves according to the temperature of the device to be measured; and an outgoing channel for transmitting a driving signal for generating a surface acoustic wave from the temperature measuring device, and the generated surface acoustic waves. A SAW temperature measurement system comprising: a reader configured to include a receiving channel for receiving a signal of, wherein the temperature measuring device stores a driving signal received from the reader and transmits a driving signal with increased power to the stored load. An energy storage unit outputting to the SAW temperature sensor unit; And a SAW temperature sensor unit that generates a surface acoustic wave according to a driving signal of the energy storage unit. The energy storage unit may include a charge pump converting the received RF signal into a DC signal; A DC-DC booster that increases the voltage of the converted DC signal; And a capacitor for storing energy of the increased voltage. The SAW temperature sensor unit may include a piezoelectric plate, a transducer, and a reflective unit to generate different surface acoustic waves according to the temperature of the device to be measured.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. In the real-time passive temperature measurement system using surface acoustic waves according to the present invention as seen above, the following effects can be expected.
즉, 본 발명에서는 피측정 설비에 설치나 부착이 용이한 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템을 제공하는 효과가 있다. That is, in the present invention, there is an effect of providing a real-time passive temperature measurement system using surface acoustic waves that are easy to install or attach to an equipment to be measured.
또한, 본 발명에서는 온도 측정의 대상이 되는 피측정 설비에 표면 탄성파 온도 센서가 직접 연결되어 온도 측정의 실시간성과 정확성이 개선된 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템을 제공하는 효과가 있다. In addition, in the present invention, there is an effect of providing a real-time passive temperature measurement system using a surface acoustic wave with improved real-time and accuracy of temperature measurement by directly connecting a surface acoustic wave temperature sensor to a facility to be measured.
또한, 본 발명에서는 표면탄성파 온도센서에 납작한 평면 안테나를 사용하여 부피가 작고 무게가 줄어든 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템을 제공하는 효과가 있다.In addition, in the present invention, there is an effect of providing a real-time passive temperature measurement system using a surface acoustic wave having a small volume and reduced weight by using a flat planar antenna for a surface acoustic wave temperature sensor.
또한, 본 발명에서는 센서부와 리더기의 거리가 3미터 이상에서도 온도 측정이 가능하여 피측정 설비의 온도측정이 용이하고 단순한 구성의 리더기를 사용하여 제조 단가를 절감할 수 있는 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템을 제공하는 효과가 있다.In addition, in the present invention, it is possible to measure temperature even when the distance between the sensor unit and the reader is 3 meters or more, so it is easy to measure the temperature of the equipment to be measured, and a real-time passive using surface acoustic waves that can reduce the manufacturing cost by using a simple reader. There is an effect of providing a temperature measurement system.
도 1은 종래기술에 따른 SAW 온도센서를 이용한 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 SAW 온도센서부의 구성을 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 표면탄성파 발생부의 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 안테나부의 형태를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 SAW 온도센서가 측정 대상체에 고정되는 형태를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 SAW 온도센서가 다른 측정 대상체에 고정되는 형태를 도시한다.1 shows a system using a SAW temperature sensor according to the prior art.
2 is a block diagram showing the configuration of a real-time passive temperature measurement system using surface acoustic waves according to an embodiment of the present invention.
3 is a side cross-sectional view showing the configuration of a SAW temperature sensor unit according to an embodiment of the present invention.
4 shows a configuration of a surface acoustic wave generator according to an embodiment of the present invention.
5 shows a shape of an antenna unit according to an embodiment of the present invention.
6 shows a form in which the SAW temperature sensor according to an embodiment of the present invention is fixed to a measurement object.
7 shows a form in which the SAW temperature sensor according to an embodiment of the present invention is fixed to another object to be measured.
이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a real-time passive temperature measurement system using surface acoustic waves according to the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템(1, 이하 'SAW 온도 측정 시스템'이라 한다)을 도시하고 있다. FIG. 2 shows a real-time passive temperature measurement system (1, hereinafter referred to as “SAW temperature measurement system”) using surface acoustic waves according to an embodiment of the present invention.
SAW 온도측정 시스템(1)은 온도측정기(10)와 리더기(20)를 포함하며, 도면에 도시되지는 않았으나 신호처리부 디스플레이부 등의 구성을 더 포함할 있다. 이하에서는 본 발명의 특징인 온도측정기(10)와 리더기(20)의 구성을 중심으로 구체적으로 설명하고자 한다.The SAW temperature measuring system 1 includes a
온도측정기(10)는 에너지 축전부(11)와 SAW 온도센서부(12)를 포함하여 구성될 수 있고, 리더기(20)는 발신채널(21)과 수신채널(22)를 포함한다. The
에너지 축전부(11)는 리더기의 발신채널(21)로부터 수신된 신호의 전력을 증가시켜 온도측정기(10)와 리더기(20)의 거리가 3미터 이상 떨어진 경우에도 구동신호를 감지할 수 있도록 하는 구성이다. 이를 위하여 에너지 축전부(11)는 충전 펌브(11a), DC-DC 부스터(11b) 및 캐패시터(11c)를 포함하여 구성될 수 있다. 충전 펌프(11a)는 딕슨 전하 펌프(Dickson charge pump)를 이용할 수 있고 이를 이용하여 수신된 RF 신호를 DC 전환으로 변환한다. 예를 들어 리더기(20)의 발신채널(21)에서 20dBm의 915MHz 신호를 발신한 경우 충전 펌프(11a)에서 DC로 변환된 전원은 0.5V 내지 1.0V로 온도측정기(10)의 트랜스듀서에서 표면탄성파를 발생시키기에는 낮은 전력에 해당한다. DC-DC 부스터(11b)는 낮은 전력에 해당하는 0.5V 내지 1.0V의 전압을 1.8V까지 높여준다. 캐패시터(11c)는 높아진 전압의 에너지를 축전하고 전기 에너지가 축전된 부하로 SAW 온도센서부(12)에 구동신호를 전달한다. 에너지 축전부(11)의 감도는 -10dBm 이하이며 발신 신호 강도(ERIP)가 20dBm(915MHz)일 때 에너지 축전부(11)와 SAW 온도센서부(12)의 신호 감지 가능한 거리가 10미터 이상이 된다. 발신 신호 전력이 증가할 경우 상기 에너지 축전부(11)와 SAW 온도센서부(12)의 신호 감지 가능한 거리가 증가하게 되므로 종래의 표면탄성파를 이용하는 온도센서보다 감도가 상승하는 효과가 있다. 상기 실시예에서는 3.3uF의 캐패시터를 사용하였으나 캐패시터의 용량을 증가시켜 작업 시간을 길게하면 온도측정기(10)에서 발생되는 표면탄성파의 신호 반송 시간이 500us 이상으로 길어져 신호 수신 방식이 간단해지고 FFT 변환이 필요하지 않게 된다. 따라서 간단한 구성의 제어기(MCU)를 이용하여 수신 신호를 카운팅하면서 수신 신호에 대한 정확한 판독이 가능하므로 리더기(20)의 복잡성과 원가를 대폭 낮출 수 있다. The
상기와 같은 에너지 축전부(11)는 온도측정기(10)와 리더기(20)의 거리가 3미터 이상으로 먼 경우에도 피측정 설비의 온도 측정이 가능하도록 하기 위한 것으로, 3미터 이상의 거리가 요구되는 않는 경우 에너지 축전부(11)가 작동하기 않도록 구성하거나 에너지 축전부(11)를 제외하고 SAW 온도센서부(12)를 이용하여 온도측정기를 구성할 수도 있다.The
다음으로 도 3은 SAW 온도센서부(12)의 구체적인 실시예를 도시하고 있다. 실시예에 따르면 본 발명의 SAW 온도센서부(12)는 표면탄성파 발생부(31), IC 기판(32), 절연 지지부(33), 안테나부(34) 및 덮개부(36)을 포함하여 구성된다. Next, FIG. 3 shows a specific embodiment of the SAW
표면탄성파 발생부(31)는 구동신호에 따라 표면탄성파를 생성하는 구성으로, 도 4에 도시된 바와 같이 압전기판(311), 트랜스듀서(312) 및 반사부(313)를 포함할 수 있다.The surface
압전기판(311)은 주위의 온도에 따라 지연선(delay line, 115)이 팽창하거나 수축할 뿐만 아니라 압전기판의 물성에도 영향을 주어 표면 탄성파의 전파시간이 변하거나 공진 주파수가 변하게 된다. The
트랜스듀서(312)는 빗살전극으로 인터디지털 트랜스듀서(Inter-digital Transducer, IDT)가 이용될 수 있고, 수신된 구동신호에 의해 표면탄성파를 발생하게 한다. In the
반사부(313)는 IDT(312)에서 생성된 표면탄성파가 지연선을 통과하여 지연선의 끝 부분에서 표면탄성파를 반사시켜 IDT(312)로 다시 전파시키는 역할을 한다. The
다시 도 3으로 돌아와서, 도 3의 IC 기판(32)은 표면탄성파 발생부(31)가 하부에 돌출되는 형태로 결합되는 구성으로 신호 인터페이스와 접지 인터페이스를 포함한다. Returning to FIG. 3 again, the
절연 지지부(33)는 IC 기판(32)을 고정하는 구성으로 절연물질로 형성되며 IC 기판이 외부로 노출되지 않도록 IC 기판을 수용하는 기판수용홈(33a)을 구비하고 있다. 이와 같은 구성은 IC 기판(32)의 접점이나 본딩 패드의 노출을 방지하고자 하는 것이다. 절연 지지부(33)의 두께는 안테나의 성능에 따라 선택되며 두께가 안테나의 복사 필드에 영향이 있기 때문에 두꺼운 것이 바람직하다. 특히 안테나가 요구되는 주파수 대역 범위에서 안정적으로 작동하도록 하기 위해서 절연 지지부(33)의 두께는 12mm 내지 40mm로 구성함이 바람직하다. The insulating
또한, 절연지지부(33)에는 고정홀(33b)을 더 포함할 수 있다. 고정홀(33b)은 통공의 형태로, 고정홀(33b)을 통해 나사 등이 절연지지부(33)를 관통하도록 구성함으로써 용이하게 온도를 측정하고자 하는 피측정 설비에 고정할 수 있도록 구성한다. 이와 같은 고정 방식은 기존의 띠나 스프링 부착 방식에 비하여 장기간 고온에 노출되어도 부서지거나 탄성이 약화되는 문제점이 없고 안정적으로 장착할 수 있는 효과가 있다. In addition, the insulating
안테나부(34)는 절연 지지부(33) 상에 부착편 형태의 납작한 평면 안테나로 구성된다. 안테나를 납작한 평면 형태로 구성함으로써 1단 안테나(휩 안테나)나 나선형 안테나를 사용하는 구성에 비하여 높이가 낮고 부피가 작은 소자를 구성할 수 있다. 또한 납작한 평면 안테나부는 접지선과 피드선 자체가 연통되어 있어 높은 전압과 강한 전장 환경에서 동전위를 가지므로 파괴되지 않고 정전 저항 능력이 강해 신뢰도가 높고 내구성이 좋은 장점이 있다.The
안테나부(34)의 구체적인 형태는 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 도 3의 절연 지지부(33) 상에 부착편으로 형성된 안테나부(34)를 상부에서 내려다 본 형태를 도시한다. 안테나부(33)의 형태를 회절식으로 구성함으로써 수신 감도를 높이도록 구성되어 있다. 도시된 실시예는 거꾸로된 영문 대문자 'G'의 형태로 구성되어 있으나 영문 대문자 'S'의 형태로 구성할 수도 있으며, 회절식으로 구성하는 범위에서는 다양한 형태의 변형이 가능하다.The specific shape of the
안테나부(34)는 피드점 및 접지점을 포함하고 있고, 피드점 및 접지점은 각각 IC기판(32)의 신호 인터페이스 및 접지 인터페이스와 금속암(35)으로 연결되어 있다. 즉, 안테나부(34)의 피드점 및 접지점은 IC 기판(32)의 신호 인터페이스 및 접지 인터페이스와 일치하는 위치에 형성된다. 금속암(35)은 양은이나 베릴륨 청동, 스테인레스 스틸, FPC 등의 재료를 이용하여 구성할 수 있다. 안테나부(34)와 IC 기판(32)이 금속암(35)을 통해 도통 연결되도록 구성하여 안테나의 성능을 강화할 수 있다.The
다시 도 3으로 돌아와서, 도 3의 덮개부(36)는 안테나부(34)의 상부에 마련되어 안테나부(34)를 보호하는 작용을 하는 것으로 절연 물질로 구성된다. 덮개부(36)에도 절연지지부(33)의 고정홀(33b)에 대응되는 통공형태의 고정홀(36b)이 형성될 수 있다. 덮개부(36)의 고정홀(36b)도 나사 등이 관통하여 피측정 설비에 용이하게 고정할 수 있도록 하는 구성에 해당한다.Returning to FIG. 3 again, the cover part 36 of FIG. 3 is provided on the top of the
특히, 표면탄성파 발생부(31)는 IC 기판(32)이 수용된 절연지지부(33)의 하면에 돌출된 형태로 장착되어 온도를 측정하고자 하는 피측정 설비에 직접적으로 접촉할 수 있도록 구성된다. 따라서 피측정 설비의 온도가 열전달 구조를 통해 간접적으로 전달되는 것이 아니고, 표면탄성파 발생부(31)가 직접적으로 피측정 설비의 온도를 감지할 수 있어서 온도 측정의 실시간성과 정확성이 향상되는 효과가 있다.In particular, the surface
이하에서는 상기한 바와 같은 표면탄성파를 이용한 실시간 패시브 온도측정 시스템의 작동 기전을 설명한다. Hereinafter, a mechanism of operation of a real-time passive temperature measurement system using surface acoustic waves as described above will be described.
온도측정기(10)의 SAW 온도센서부(12)를 온도를 측정하고자 하는 피측정 설비에 부착하여 설치한다. 이때, SAW 온도센서부(12)의 하부에 돌출된 표면탄성파 발생부(31)가 피측정 설비에 직접 접촉 가능하도록 부착하고, 고정홀(33b, 36b)에 나사를 관통시켜 나사결합 방식으로 피측정 설비에 고정시킨다. The SAW
리더기(20)에서 온도 측정을 위한 구동신호가 안테나를 통하여 송신되면, 온도측정기(11)가 구동신호를 수신한다. 이때, 온도측정기(10)와 리더기(20)의 거리가 3미터 이상으로 떨어진 경우에도 구동신호를 감지할 수 있도록 에너지 축전부(11)가 동작한다. 에너지 축전부(11)는 충전 펌프(11a)를 통해 수신된 신호를 DC로 변환하고 DC-DC 부스터(11b)를 통해 전압을 높여준다. 또한 에너지 축전부(11)는 캐패시터(11c)에 높아진 전압의 에너지를 축전하고 전기 에너지가 축전된 부하로 SAW 온도센서부(12)에 구동신호를 전달한다. When a driving signal for temperature measurement is transmitted from the reader 20 through an antenna, the
구동신호는 SAW 온도센서부(12)의 트랜스듀서(312)에 입력되고 압전기판(311)의 표면을 따라 전파하는 표면탄성파가 발생되어 지연선을 따라 전파하여 반사부(313)로 전파된다. 전파된 표면탄성파는 반사부(313)에서 반사되어 지연선과 트랜스듀서를 거쳐 안테나의 의해 다시 송신된다. The driving signal is input to the
리더기(20)는 신호를 수신하여 주파수의 진폭이나 진동수와 같은 주파수 특성을 분석함으로써 피측정 설비의 온도를 계산할 수 있다. 이때, 복수 개의 SAW 온도센서부(12)를 이용하여 복수 개의 지점들에서 온도를 감지하고자 하는 경우, 각 온도센서부(12)에서 형성하는 표면탄성파가 서로 다른 중심 주파수를 이용하도록 구성하여 서로 다른 지점의 온도를 모니터링하도록 구성할 수도 있다. The reader 20 may calculate the temperature of the equipment to be measured by receiving a signal and analyzing a frequency characteristic such as an amplitude or a frequency of a frequency. At this time, in the case of detecting the temperature at a plurality of points using the plurality of SAW
한편, 본 발명에 의한 SAW 온도센서는 케이스를 구비하여 측정 대상체에 안정적으로 고정될 수 있다.Meanwhile, the SAW temperature sensor according to the present invention may be stably fixed to the object to be measured by having a case.
이때, 상기 케이스는 측정대상체의 형태에 따라 다양한 실시예가 가능하고, 이하에서 대표적인 예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.In this case, the case can be various embodiments according to the shape of the object to be measured, and a representative example will be described below with reference to the drawings.
도 6에는 본 발명의 실시예에 의한 SAW 온도센서가 측정 대상체에 고정되는 형태가 도시되어 있다.6 illustrates a form in which the SAW temperature sensor according to an embodiment of the present invention is fixed to a measurement object.
이에 도시된 바와 같이, 상기 측정대상체(P1)가 원통형인 경우, 상기 케이스(40)는 외부케이싱(42) 및 곡면바닥부(44)를 포함하여 구성된다.As shown here, when the measurement object P1 has a cylindrical shape, the
상기 외부케이싱(42)은 하방이 개구된 박스형태로 내부에는 전술한 바와 같은 절연 지지부, 압전기판, 표면탄성파 발생부, 평면 안테나부 및 덮개부 등의 SAW 온도센서 구성품이 실장된다.The
그리고 상기 외부케이싱(42)하단에는 하면이 곡면으로 형성되는 곡면바닥부(44)가 결합되어 상부는 외부케이싱(42) 하부를 차폐하고 하면은 상기 원통형 측정대상체(P1)에 밀착된다.In addition, a curved bottom portion 44 having a curved bottom surface is coupled to the bottom of the
이때, 상기 케이스(40)와 측정대상체(P1)는 나사고정에 의해 결합될 수도 있고, 접착물질 등에 의해 부착될 수도 있다.At this time, the
도 7에는 본 발명의 실시예에 의한 SAW 온도센서가 다른 측정 대상체에 고정되는 형태를 도시되어 있다.7 illustrates a form in which the SAW temperature sensor according to an embodiment of the present invention is fixed to another object to be measured.
이에 도시된 바와 같이, 상기 측정대상체(P2)에 고정돌기(P22)가 형성되어, 상기 고정돌기(P22) 상에 케이스(40)가 고정되는 경우, 상기 케이스(40)는 외부케이싱(42) 및 돌기바닥부(46)를 포함하여 구성된다.As shown, when the fixing protrusion P22 is formed on the measurement object P2 and the
상기 외부케이싱(42)은 하방이 개구된 박스형태로 내부에는 전술한 바와 같은 SAW 온도센서 구성품이 실장된다.The
그리고 상기 외부케이싱(42) 하단에는 일 측으로 연장되어 상기 고정돌기(P22)에 체결가능한 돌기바닥부(46)가 결합된다.And the bottom of the
또한, 상기 돌기바닥부(46)의 돌출부는 상기 고정돌기(P22)에 결합 고정된다.In addition, the protrusion of the protrusion
이때, 상기 케이스(40)와 측정대상체(P2)는 상기 돌기바닥부(46) 돌출부가 상기 고정돌기(P22)에 압입되어 고정될 수도 있고, 안정적인 고정을 위하여 추가적인 나사고정이 포함될 수 있다.At this time, the
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by what is described in the claims, and that a person having ordinary knowledge in the field of the present invention can make various modifications and adaptations within the scope of the rights described in the claims. It is self-evident.
본 발명은 표면탄성파를 이용하여 무선으로 온도를 측정하는 온도측정 시스템에 관한 것에 관한 것으로, 본 발명에 의하여 설치가 용이하고 온도측정의 정확성과 감도가 개선된 온도측정 시스템을 제공하는 장점이 있다.The present invention relates to a temperature measurement system for wirelessly measuring temperature using surface acoustic waves, and according to the present invention, there is an advantage of providing a temperature measurement system with improved accuracy and sensitivity of temperature measurement and easy installation.
10 : 온도측정기 11: 에너지 축전부
12 : SAW 온도 센서부 20 : 리더기
21 : 발신채널 22 : 수신채널
31: 표면탄성파 발생부 32 : IC 기판
33 : 절연 지지부 34 : 안테나부
35 : 금속암 36 : 덮개부
110 : 센서부 111, 311 : 압전기판
112, 312 : 트랜스듀서 113 : 반사판
114 : 안테나 120 : 리더부
313 : 반사부10: temperature measuring device 11: energy storage unit
12: SAW temperature sensor unit 20: reader
21: sending channel 22: receiving channel
31: surface acoustic wave generator 32: IC substrate
33: insulation support portion 34: antenna portion
35: metal arm 36: cover
110:
112, 312: transducer 113: reflector
114: antenna 120: reader unit
313: reflector
Claims (9)
상기 에너지 축전부의 구동 신호에 따라 표면탄성파를 발생시키는 SAW 온도 센서부와;
상기 에너지 축전부 및 SAW 온도 센서부를 수용하는 외부케이싱; 그리고
상기 외부케이싱의 개방부를 차폐하는 바닥부를 포함하여 구성되고:
상기 바닥부 외측면은 곡면으로 형성되며:
상기 SAW 온도 센서부는,
기판수용홈이 하부에 구비된 절연 지지부;
상기 절연 지지부 하부의 기판수용홈에 결합되는 압전기판;
절연 지지부에서 돌출되도록 압전기판의 하부에 결합되는 표면탄성파 발생부;
상기 절연 지지부의 상부에 구비되는 평면 안테나부; 및
상기 평면 안테나부의 상부에 구비되는 덮개부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 온도 측정기.
An energy storage unit that stores a driving signal received from the reader and outputs a driving signal whose power is increased by the stored load to the SAW temperature sensor unit;
A SAW temperature sensor unit that generates a surface acoustic wave according to a driving signal of the energy storage unit;
An outer casing accommodating the energy storage unit and the SAW temperature sensor unit; And
It comprises a bottom portion shielding the opening of the outer casing:
The outer surface of the bottom portion is formed in a curved surface:
The SAW temperature sensor unit,
Insulation support having a substrate receiving groove at the bottom;
A piezoelectric plate coupled to the substrate receiving groove under the insulating support;
A surface acoustic wave generator coupled to a lower portion of the piezoelectric plate so as to protrude from the insulating support portion;
A planar antenna part provided on the insulating support part; And
Temperature measuring device using a surface acoustic wave, characterized in that configured to include a cover provided on the upper portion of the flat antenna unit.
상기 압전기판과 상기 평면 안테나부는 금속암으로 연결되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 온도 측정기.
The method of claim 1,
Temperature measuring device using surface acoustic waves, characterized in that the piezoelectric plate and the planar antenna unit are connected by a metal arm.
상기 압전기판의 신호 인터페이스 및 접지 인터페이스는,
상기 평면 안테나부의 피드점 및 접지점과 대응되는 위치에 형성되어, 상기 평면 안테나부의 피드점 및 접지점과 각각 금속암으로 연결됨을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 온도 측정기.
The method of claim 2,
The signal interface and the ground interface of the piezoelectric board,
A temperature measuring device using a surface acoustic wave, which is formed at a position corresponding to the feed point and the ground point of the flat antenna unit, and is connected to the feed point and the ground point of the flat antenna unit by metal arms, respectively.
상기 평면 안테나부는 부착편의 형태로 구비되어 상기 절연 지지부에 결합되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 온도 측정기.
The method of claim 1,
A temperature measuring device using a surface acoustic wave, characterized in that the flat antenna unit is provided in the form of an attachment piece and coupled to the insulating support unit.
상기 평면 안테나부는 평면 상에서 회절되는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 온도 측정기.
The method of claim 1,
A temperature measuring device using surface acoustic waves, characterized in that the planar antenna unit is configured to be diffracted on a plane.
상기 절연 지지부와 상기 덮개부는 고정을 위한 나사가 관통하는 고정홀을 더 포함함을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 온도 측정기.
The method of claim 1,
The temperature measuring device using a surface acoustic wave, characterized in that the insulating support portion and the cover portion further comprises a fixing hole through which a screw for fixing passes.
상기 절연 지지부의 두께는 12mm 내지 40mm인 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 온도 측정기.
The method of claim 1,
Temperature measuring device using surface acoustic waves, characterized in that the thickness of the insulating support is 12mm to 40mm.
표면탄성파 발생부는 압전기판, 트랜스듀서 및 반사부를 포함하여 피측정 장치의 온도에 따라 서로 다른 표면탄성파를 생성하는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 온도 측정기.
The method of claim 1,
A temperature measuring device using surface acoustic waves, characterized in that the surface acoustic wave generator generates different surface acoustic waves according to the temperature of the device to be measured, including a piezoelectric plate, a transducer, and a reflector.
수신된 RF 신호를 DC 신호로 변환하는 충전 펌프;
상기 변환된 DC 신호의 전압을 높여주는 DC-DC 부스터; 및
상기 높아진 전압의 에너지를 축전하는 캐패시터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 온도 측정기.
The method of claim 1, wherein the energy storage unit,
A charge pump converting the received RF signal into a DC signal;
A DC-DC booster that increases the voltage of the converted DC signal; And
A temperature measuring device using a surface acoustic wave, characterized in that it comprises a capacitor that stores the energy of the increased voltage.
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