KR20120123341A

KR20120123341A - 무선 측정 장치, 및 무선 온도 측정 시스템

Info

Publication number: KR20120123341A
Application number: KR1020127018801A
Authority: KR
Inventors: 츠구오 후쿠다; 미츠루 사토; 준이치 고지마; 유키나가 고이케
Original assignee: 가부시키가이샤 후루야긴조쿠
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-11-08
Also published as: US20130003779A1; JP2011137737A; WO2011081102A1

Abstract

피측정물에 장착된 센서 유닛의 주파수 특성을 효율적으로 측정하는 무선 계측 장치를 제공한다. 무선 측정 장치는, 피측정물 (40) 에 장착된 센서 유닛 (10) 의 주파수 특성을 측정하는 무선 측정 장치로서, 압전 공진자 (11) 를 갖는 센서 유닛 (10) 과, 센서 유닛 (10) 과 회로망을 형성하기 위한 안테나 (20) 와, 상기 회로망에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하여, 상기 회로망의 반사 전력 강도의 주파수 특성을 측정하는 측정 수단 (30) 을 갖는다.

Description

무선 측정 장치, 및 무선 온도 측정 시스템{WIRELESS MEASUREMENT DEVICE AND WIRELESS TEMPERATURE MEASUREMENT SYSTEM}

본 발명은, 압전 진동자 등의 전기적 공진 소자를 이용한 무선 측정 장치에 관한 것이다.

종래, 온도에 대하여 그 공진 주파수가 크게 변화하는 수정 진동자를 압전 공진자로서 사용한 무선 온도 측정 장치가 있고, 수정 진동자에 코일을 병렬 접속한 소자를 온도 센서 유닛으로서 사용하고 있다. 이 장치에 있어서는, 단속적으로 송신측으로부터 방사되는 전자파를 온도 센서 유닛이 수신하여, 전자파의 주파수가 온도 센서 유닛의 발진 주파수와 일치하는 경우에, 그 주파수가 공진 주파수가 되고, 그 공진 주파수의 전자파를 감쇠 진동파로서 온도 센서 유닛이 방사한다. 무선 온도 측정 장치는, 이 방사되는 감쇠 진동파를 수신하고, 그 주파수를 온도로 환산함으로써 온도 측정을 실시하는 것이다 (예를 들어 비특허문헌 1).

또한 LC 공진 회로를 태그로서 사용하여, 그 공진 회로로부터 방사되는 감쇠 진동파를 이용하는 물품 검출 장치 및 식별 무선 태그 시스템이 있다 (예를 들어 특허문헌 1, 특허문헌 2).

일본 공표특허공보 2001-134729호 일본 공개특허공보 2009-205448호

도쿄 전파 주식회사 발행의 카탈로그 「에코 수정 온도계」

그러나, 비특허문헌 1 또는 특허문헌 1 ? 2 에 있어서, 온도 센서 (또는 태그) 로부터의 감쇠 진동파를 수신하고, 그 주파수로부터 필요로 하는 온도 등의 정보를 얻는 경우, 송수신 안테나의 설치 환경에 따라, 송신 전자파 및 온도 센서 (또는 태그) 로부터의 감쇠 진동파의 강도가 크게 변화하여, 계측에 필요 충분한 강도의 감쇠 진동파를 얻을 수 없는 것이 문제였다.

그래서 본 발명은 이와 같은 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 엄격한 전자 환경하에 있어서 공진 회로를 구비한 센서 유닛의 공진 주파수를 효율적으로 검지함으로써 응용 범위가 넓은 무선 계측 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 무선 측정 장치는, 피측정물에 장착된 센서 유닛의 주파수 특성을 측정하는 무선 측정 장치로서,

공진 회로 또는 압전 공진자를 갖는 센서 유닛과,

상기 센서 유닛과 회로망을 형성하기 위한 안테나와,

상기 회로망에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하여, 상기 회로망의 반사 전력 강도의 주파수 특성을 측정하는 측정 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 무선 측정 장치는, 상기 센서 유닛과 상기 안테나에 의해 등가적으로 직렬 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 무선 측정 장치는, 상기 센서 유닛이, 압전 공진자와 코일을 병렬 접속한 회로를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 무선 측정 장치는, 상기 센서 유닛이, 온도에 따라 발진 주파수가 변화하는 압전 공진자를 구비한 온도 센서로서,

상기 측정 수단은, 상기 압전 공진자의 온도에 따라 변화하는 발진 주파수로부터 공진 주파수를 측정하고, 그 공진 주파수를 온도로 환산함으로써 피측정물의 온도를 계측하는 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 무선 온도 측정 시스템은, 피측정물에 장착된 센서 유닛을 사용하여 피측정물의 온도 측정을 실시하는 무선 측정 시스템으로서,

온도에 따라 발진 주파수가 변화하는 압전 공진자를 갖는 센서 유닛과,

상기 센서 유닛과 회로망을 형성하기 위한 안테나와,

상기 회로망에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하여, 상기 회로망의 반사 전력 강도의 주파수 특성으로부터 공진 주파수를 측정하고, 그 공진 주파수를 온도로 환산함으로써 피측정물의 온도를 계측하는 온도 계측 장치를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 무선 온도 측정 시스템은, 상기 센서 유닛과 상기 안테나에 의해 등가적으로 직렬 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 무선 온도 측정 시스템은, 상기 센서 유닛이, 압전 공진자와 코일을 병렬 접속한 회로를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 온도 측정 프로그램은, 온도에 따라 발진 주파수가 변화하는 압전 공진자를 갖는 센서 유닛을 피측정물에 장착하고, 상기 센서 유닛과 회로망을 형성하기 위한 안테나를 사용하여 피측정물의 온도 측정을 실시하는 온도 계측 장치의 프로그램 제어 프로세서를 기능시키는 프로그램으로서,

상기 회로망에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하여, 상기 회로망의 반사 전력 강도의 주파수 특성으로부터 공진 주파수를 측정하고, 그 공진 주파수를 온도로 환산함으로써 피측정물의 온도를 계측하는 온도 계측 기능을 상기 프로그램 제어 프로세서에 기능시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 회로망에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 변화시켜, 고주파 전력이 센서 유닛에 흡수될 때의 주파수 (센서 유닛의 공진 주파수) 를 고주파 발생원으로부터 얻을 수 있기 때문에, 센서 유닛으로부터의 공진 감쇠 진동파를 검출할 필요가 없어지고, 안정적인 주파수 계측을 할 수 있게 된다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 무선 측정 장치의 전체 구성의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 무선 측정 장치의 측정 수단이 수신하는 반사 전력 강도의 주파수 특성을 그래프화한 모식도이다.
도 3 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 무선 측정 시스템의 전체 구성의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 4 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 무선 측정 시스템에서 사용하는 온도 계측 장치의 구성의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 5 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 무선 측정 장치의 측정 수단이 수신하는 반사 전력 강도의 주파수 특성을 실험에 의해 측정한 데이터이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하에 서술하는 실시형태에 의해 한정되는 것은 아니다.

1. 제 1 실시형태

(1) 무선 측정 장치의 구성

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 무선 측정 장치의 전체 구성의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 무선 측정 장치는, 피측정물 (40) 에 장착된 센서 유닛 (10) 의 주파수 특성을 측정하는 무선 측정 장치로서, 압전 공진자 (11) 를 갖는 센서 유닛 (10) 과, 센서 유닛 (10) 과 회로망을 형성하기 위한 안테나 (20) 와, 상기 회로망에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하여, 상기 회로망의 반사 전력 강도의 주파수 특성을 측정하는 측정 수단 (30) 을 갖는 구성으로 하고 있다.

또한 무선 측정 장치는, 센서 유닛 (10) 과 안테나 (20) 에 의해 등가적으로 직렬 공진 회로 (50) 를 형성하도록 하고 있다.

측정 수단 (30) 은, 직렬 공진 회로 (50) 에 고주파 전력을 공급하여 (31), 안테나 (20) 로부터 고주파 전력이 공급되면, 전자 유도에 의해 비접촉으로 센서 유닛 (10) 의 공진 회로를 공진시킬 수 있다. 센서 유닛 (10) 에서 공진이 발생하면, 직렬 공진 회로 (50) 에서 공진이 발생하고, 측정 수단 (30) 은, 코일 (21) 을 통해 그 반사 전력을 수신하여 반사 전력 강도의 주파수 특성을 측정한다 (32). 여기서, 안테나 (20) 로부터 측정 수단 (30) 에 대하여 항상 반사파를 되돌리는 것과 같은 회로 설계를 해 두는 것이 필요하다.

직렬 공진 회로 (50) 에서 공진이 일어나면, 그 공진 주파수의 반사 전력 강도가 작아지기 때문에, 무선 측정 장치는, 센서 유닛 (10) 의 공진 주파수를 반사 전력 강도의 주파수 특성으로부터 얻을 수 있게 된다.

또한 센서 유닛 (10) 은, 일례로서 압전 공진자 (11) 와 코일 (12) 을 병렬 접속한 회로를 갖는다.

예를 들어, 압전 공진자 (11) 는, 온도에 따라 발진 주파수가 변화하는 특징을 구비하고 있다. 이 특징을 이용하여, 센서 유닛 (10) 을 온도 센서로서 사용할 수 있다.

이 경우, 측정 수단 (30) 은, 압전 공진자 (11) 의 온도에 따라 변화하는 발진 주파수로부터 공진 주파수를 측정하고, 그 공진 주파수를 온도로 환산함으로써 피측정물 (40) 의 온도를 계측할 수 있다.

또한 상기의 설명에서는, 무선 측정 장치에 1 개의 압전 공진자 (센서 유닛) 를 사용한 경우에 대하여 설명하고 있지만, 공진 주파수가 서로 상이한 복수 개의 압전 공진자 (센서 유닛) 를 피측정물의 복수 지점에 설치함으로써, 피측정물의 복수 지점의 온도를 계측할 수 있다.

이상으로부터, 본 발명의 무선 측정 장치는, 센서 유닛으로부터의 공진 감쇠 진동파를 검출할 필요가 없어지고, 반사 전력 강도의 주파수 특성을 측정함으로써 안정적인 주파수 계측을 할 수 있게 된다.

(2) 무선 측정 장치의 동작

다음으로, 피측정물의 온도 측정을 실시하는 무선 측정 장치의 동작에 대하여 설명한다. 여기서, 압전 공진자 (11) 는 온도에 따라 발진 주파수가 변화하는 특징을 구비하고 있는 것으로 한다.

측정 수단 (30) 은, 직렬 공진 회로 (50) 에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하고 (31), 그 반사 전력을 수신하여 반사 전력 강도의 주파수 특성을 측정한다 (32).

도 2 에 나타내는 바와 같이, 측정 수단 (30) 이 수신하는 반사 전력은, 주파수 F1 에서 공진이 발생하였기 때문에, 그 신호 강도가 작아진다. 측정 수단 (30) 은, 공진 주파수 F1 을 온도로 환산함으로써 피측정물의 온도를 계측한다.

또한, 피측정물의 복수 지점의 온도 측정을 실시하는 경우에는, 공진 주파수가 서로 상이한 복수 개의 압전 공진자 (센서 유닛) 를 피측정물의 복수 지점에 설치함으로써, 피측정물의 복수 지점의 온도를 계측할 수 있다.

(3) 실험 데이터

압전 공진자로서 LTGA 공진자를 사용한 LTGA 온도 센서의 경우에, 무선 측정 장치가 반사 전력 강도의 주파수 특성을 측정한 데이터 (LTGA 딥 특성) 를 도 5 에 나타낸다. 도 5 의 상측 도면은, 피측정물의 온도가 소정의 온도일 때에, 공진 주파수가 8.961745 ㎒ 인 것을 나타내고 있다. 또한 가로축의 1 눈금은 5 ㎑ 로 하고 있다. 다음으로 도 5 의 하측 도면은, 피측정물의 온도가 상기 소정의 온도보다 높을 때에, 공진 주파수가 8.967285 ㎒ 인 것을 나타내고 있다. 즉, 실험 데이터로부터, 반사 전력 강도의 주파수 특성을 측정하고 공진 주파수를 온도로 환산함으로써 피측정물의 온도를 계측하는 것이 유효함을 알 수 있다.

2. 제 2 실시형태

(1) 무선 측정 시스템의 구성

다음으로, 상기에서 설명한 무선 측정 장치를 사용한 무선 측정 시스템에 대하여 설명한다. 도 3 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 무선 측정 시스템의 전체 구성의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 무선 측정 시스템은, 온도 센서와, 루프 안테나와, 온도 계측 장치와, 계측용 컴퓨터를 갖고 있다.

온도 센서는, 온도에 따라 발진 주파수가 변화하는 압전 공진자와 압전 공진자에 병렬로 접속된 코일을 갖고 있고, 복수 개의 온도 센서가 루프 안테나 근방에 설치되어 있다.

온도 센서와 루프 안테나에 의해 회로망이 형성되고, 어느 주파수에 있어서 등가적으로 직렬 공진 회로가 형성된다.

온도 계측 장치는, 상기 회로망에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하여, 상기 회로망의 반사 전력 강도의 주파수 특성으로부터 공진 주파수를 측정하고, 그 공진 주파수를 온도로 환산함으로써 피측정물의 온도를 계측한다.

계측용 컴퓨터는, 온도 계측 장치와 COM 인터페이스로 접속되어, 온도 계측 장치에 지시를 내리고, 온도 계측 장치가 계측한 결과를 수취하여, 그 결과를 해석/표시한다.

다음으로, 계측용 컴퓨터에 탑재하는 소프트웨어에 대하여 설명한다. 온도 계측 장치는 도 4 에 나타내는 바와 같은 기능 블록에 의해 구성되어 있고, 계측용 컴퓨터의 소프트웨어는, 온도 계측 장치에 지시를 내리고, 온도 계측 장치가 계측한 결과를 수취하여, 그 결과를 해석/표시한다.

계측용 컴퓨터의 소프트웨어는, 시리얼 인터페이스 회로를 경유하여 DDS (Direct Digital Synthesizer) 발진기에 신호를 출력하여 DDS 발진 주파수를 스위프하고, RF 파워 앰프 (Radio Frequency Power Amplifier) 에서 적절한 출력 레벨로 증폭시켜, 리턴 로스 브릿지에 가하면, 고주파 전력이 루프 안테나에 공급된다.

다음으로, 루프 안테나에 설치된 온도 센서 (예를 들어, 압전 공진자로서 LTGA 공진자를 사용한 온도 센서) 와 루프 안테나에 의해 형성된 회로망으로부터의 반사 전력이, 루프 안테나와 리턴 로스 브릿지에서 포착되고, 고주파 검파 회로에서 고주파 검파 후, 그 직류 전압이 DC 패널 미터에서 디지털값의 데이터로 변환된다. 변환된 데이터는, 계측 데이터로서, 시리얼 인터페이스 회로를 경유하여 계측용 컴퓨터에 입력된다.

계측용 컴퓨터의 소프트웨어는, 온도 계측 장치로부터 계측 데이터를 수취하여, 그 계측 데이터를 해석하고, 해석 결과를 표시한다. 또한, 계측용 컴퓨터의 소프트웨어는, 온도 센서가 없는 상태에서 리니어라이즈 동작을 실시하여 측정계의 주파수 특성을 평탄화한 후, 계측 데이터 (반사 전력이 최소일 때의 주파수) 를 수취하면, 그 주파수를 온도로 환산하여, 화면상에 표시한다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 피측정물의 온도 측정을 실시하는 무선 측정 장치에 적용할 수 있다.

10 : 센서 유닛
11 : 압전 공진자
12 : 코일
20 : 안테나
21 : 코일
30 : 측정 수단
40 : 피측정물
50 : 공진 회로

Claims

피측정물에 장착된 센서 유닛의 주파수 특성을 측정하는 무선 측정 장치로서,
공진 회로 또는 압전 공진자를 갖는 센서 유닛과,
상기 센서 유닛과 회로망을 형성하기 위한 안테나와,
상기 회로망에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하여, 상기 회로망의 반사 전력 강도의 주파수 특성을 측정하는 측정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 센서 유닛과 상기 안테나에 의해 등가적으로 직렬 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 측정 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 센서 유닛은, 압전 공진자와 코일을 병렬 접속한 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 측정 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 유닛은, 온도에 따라 발진 주파수가 변화하는 압전 공진자를 구비한 온도 센서로서,
상기 측정 수단은, 상기 압전 공진자의 온도에 따라 변화하는 발진 주파수로부터 공진 주파수를 측정하고, 그 공진 주파수를 온도로 환산함으로써 피측정물의 온도를 계측하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 측정 장치.
피측정물에 장착된 센서 유닛을 사용하여 피측정물의 온도 측정을 실시하는 무선 측정 시스템으로서,
온도에 따라 발진 주파수가 변화하는 압전 공진자를 갖는 센서 유닛과,
상기 센서 유닛과 회로망을 형성하기 위한 안테나와,
상기 회로망에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하여, 상기 회로망의 반사 전력 강도의 주파수 특성으로부터 공진 주파수를 측정하고, 그 공진 주파수를 온도로 환산함으로써 피측정물의 온도를 계측하는 온도 계측 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 측정 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 센서 유닛과 상기 안테나에 의해 등가적으로 직렬 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 측정 시스템.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 센서 유닛은, 압전 공진자와 코일을 병렬 접속한 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 측정 시스템.
온도에 따라 발진 주파수가 변화하는 압전 공진자를 갖는 센서 유닛을 피측정물에 장착하고, 상기 센서 유닛과 회로망을 형성하기 위한 안테나를 사용하여 피측정물의 온도 측정을 실시하는 온도 계측 장치의 프로그램 제어 프로세서를 기능시키는 프로그램으로서,
상기 회로망에 주파수를 변화시킨 고주파 전력을 공급하여, 상기 회로망의 반사 전력 강도의 주파수 특성으로부터 공진 주파수를 측정하고, 그 공진 주파수를 온도로 환산함으로써 피측정물의 온도를 계측하는 온도 계측 기능을 상기 프로그램 제어 프로세서에 기능시키는 것을 특징으로 하는 온도 측정 프로그램.