WO2020105250A1 - 無線センサ - Google Patents

無線センサ

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WO2020105250A1
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wireless sensor
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impedance
impedance changing
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樹 田辺
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アズビル株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves

Definitions

  • the present invention relates to a wireless sensor.
  • the wireless sensor has advantages that it does not require wiring work, can be placed in a place where wiring is physically difficult, and does not cause wiring failure that may occur due to contact between wiring and an object. Particularly, when a plurality of sensors need to be arranged, the advantage of eliminating complicated wiring is considered to be great.
  • Wired power supply cannot take advantage of the wireless sensor, which does not require wiring.
  • the battery may be damaged, for example, in a place where the temperature or pressure changes greatly. Therefore, attention has been focused on wireless sensors for wireless power supply.
  • wired power supply enables stable power supply, and the power supply to the sensor usually does not exceed or fall below power consumption.
  • stable power supply may be difficult due to a power transmission state of a power transmitting antenna, interference between transmitted electromagnetic waves and an object, spatial arrangement of wireless sensors, and the like. Therefore, the power received by the wireless sensor may not be constant, and the power supplied to the wireless sensor may exceed or fall below the power consumption.
  • Patent Document 1 Generally, if excessive power is supplied to a circuit of an electric device, the circuit may be destroyed (for example, see Patent Document 1). Therefore, it has been proposed to provide an electric device with an overcurrent protection circuit or an overvoltage protection circuit to protect a delicate circuit against excess power (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
  • an object of the present invention is to provide a wireless sensor that can operate stably.
  • an antenna configured to receive electric power via an electromagnetic wave, an impedance changing circuit connected to the antenna, and a measuring unit connected to the impedance changing circuit and configured to measure an object to be measured. And the input impedance of the impedance changing circuit so that the difference between the output impedance of the antenna and the input impedance of the impedance changing circuit becomes large when the antenna receives power above a predetermined value.
  • a wireless sensor is provided that is configured to modify.
  • the impedance changing circuit may include a diode configured to be energized when the antenna receives electric power of a predetermined value or more.
  • the diode may be connected to a branch wiring that branches from the wiring that connects the antenna and the measurement unit.
  • the impedance changing circuit may include a PIN diode configured to change resistance or capacitance when the antenna receives electric power of a predetermined value or more.
  • the PIN diode may be connected to the branch wiring that branches from the wiring that connects the antenna and the measurement unit.
  • the above wireless sensor may further include a control unit configured to provide a bias current or a bias voltage to the PIN diode according to the magnitude of the power received by the antenna.
  • the impedance changing circuit may include a varactor diode configured to change the capacitance when the antenna receives electric power of a predetermined value or more.
  • the varactor diode may be connected to the branch wiring that branches from the wiring that connects the antenna and the measurement unit.
  • the above wireless sensor may further include a controller configured to provide a bias voltage to the varactor diode according to the amount of power received by the antenna.
  • the impedance changing circuit may include a switch configured to cut off electrical communication from the antenna to the measurement unit when the antenna receives electric power of a predetermined value or more.
  • the above wireless sensor may further include a control unit configured to control the opening and closing of the switch according to the magnitude of the current passing through the impedance changing circuit.
  • the above wireless sensor may further include a rectifier circuit configured to receive an alternating current from the impedance changing circuit and convert the alternating current into a direct current.
  • the rectifier circuit may receive an alternating current from the impedance changing circuit and supply a direct current to the measuring unit.
  • the measurement target may be the temperature
  • the measuring unit may include a resistance temperature detector.
  • the measurement unit may further include a constant current circuit that supplies a constant current to the resistance temperature detector.
  • the constant current circuit may be supplied with a direct current from the rectifier circuit.
  • the measurement unit may further include an analog / digital conversion circuit that converts the voltage at the resistance temperature detector into a digital signal.
  • the wireless sensor according to the first embodiment is connected to an antenna 10 configured to receive electric power via electromagnetic waves, an impedance changing circuit 20 connected to the antenna 10, and an impedance changing circuit 20. And a measuring unit 40 configured to measure the measuring object.
  • connection includes not only direct connection but also connection via another circuit or electronic component.
  • the impedance changing circuit 20 changes the input impedance of the impedance changing circuit 20 so that the difference between the output impedance of the antenna 10 and the input impedance of the impedance changing circuit 20 becomes large. Is configured to change.
  • the output impedance of the antenna 10 is, for example, 50 ⁇ or 75 ⁇ , but is not particularly limited.
  • the measurement target of the wireless sensor according to the first embodiment is arbitrary, for example, the temperature, humidity, dryness, pressure, flow velocity and flow rate around the wireless sensor.
  • the measurement target may be a substance.
  • the wireless sensor is arranged in a closed space such as a room, but is not particularly limited and may be arranged in an open space.
  • the wireless sensor is wirelessly powered by electromagnetic waves such as microwaves emitted from the power transmitting antenna.
  • the antenna 10 receives the electromagnetic wave transmitted from the power transmitting antenna.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 is set to be the same as or close to the output impedance of the antenna 10 while the antenna 10 receives electric power smaller than a predetermined value. As a result, the power supply to the measurement unit 40 is made efficient.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 may be changed to be smaller than the output impedance of the antenna 10 or may be larger than the output impedance of the antenna 10. May change.
  • a rectifier circuit 30 configured to receive an alternating current from the impedance changing circuit 20 and rectify (convert) it into a direct current is connected to the impedance changing circuit 20, for example.
  • the measuring unit 40 receives a direct current from the rectifier circuit 30.
  • the impedance changing circuit 20 includes, for example, a wiring 21 connecting the antenna 10 and the rectifying circuit 30, a branch wiring 22 branched from the wiring 21, and a diode such as a limiter diode connected to the branch wiring 22.
  • the anode of the diode 23 is connected to the branch wiring 22, and the cathode of the diode 23 is connected to the ground.
  • the diode 23 is configured to be energized when the antenna 10 receives electric power of a predetermined value or more.
  • the antenna 10 receives electric power of a predetermined value or more and a forward voltage of a voltage V F or more of a predetermined value is applied to the diode 23, a current corresponding to the forward voltage is applied to the diode 23.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 changes. Therefore, the difference between the output impedance of the antenna 10 and the input impedance of the impedance changing circuit 20 increases according to the received power of the antenna 10, and the reception characteristic of the antenna 10 deteriorates.
  • the electric power supplied to the rectifier circuit 30 becomes smaller than a predetermined value, an excessive current is suppressed from flowing to the measuring unit 40, and excessive heat generation in the measuring unit 40 is suppressed. Alternatively, it is possible to suppress the destruction of the measuring unit 40.
  • the measurement unit 40 shown in FIG. 1 measures the measurement target by using the electric power that is made smaller than a predetermined value by the impedance changing circuit 20. If the measurement unit 40 is supplied with excessive power and generates heat, the measurement value measured by the measurement unit 40 may fluctuate. However, the impedance changing circuit 20 does not supply excessive power to the measuring unit 40 and suppresses heat generation, so that it is possible to accurately measure the measurement target.
  • the measurement unit 40 when the measurement target is temperature, the measurement unit 40 includes a constant current circuit supplied with a direct current from the rectifier circuit 30 and a resistance temperature detector supplied with a constant current from the constant current circuit. Since the resistance of the resistance thermometer changes depending on the ambient temperature, a constant current is applied to the resistance thermometer to measure the voltage change in the resistance thermometer, and the resistance thermometer contacts the resistance thermometer. It is possible to measure the temperature of a medium such as air. If the constant current circuit of the measuring unit 40 is supplied with excessive power from the antenna 10 to generate heat, the current supplied to the resistance temperature detector may not be constant and may fluctuate. In this case, the temperature cannot be accurately measured by the resistance temperature detector of the measuring unit 40. However, because the impedance changing circuit 20 does not supply excessive power to the constant current circuit of the measurement unit 40 from the antenna 10 and suppresses heat generation, it is possible to keep the current supplied by the constant current circuit constant, and It is possible to measure various temperatures.
  • an analog-digital (A / D) conversion circuit may be connected to the resistance temperature detector to measure the voltage change in the resistance temperature detector with a microcomputer or the like.
  • a / D conversion circuit an analog input voltage is converted into a digital output voltage based on a standard voltage (also referred to as a reference voltage). Therefore, if the circuit provided in the measuring unit 40 is heated by the excessive power supplied from the antenna 10 and the reference voltage fluctuates, the change in the voltage of the resistance temperature detector cannot be accurately converted into a digital signal. It is not possible to accurately evaluate the change in voltage in the resistance temperature detector.
  • the impedance changing circuit 20 does not supply excessive power from the antenna 10 to the circuit included in the measuring unit 40 and suppresses heat generation, it becomes possible to keep the reference voltage of the A / D conversion circuit constant, and It is possible to measure various temperatures.
  • the impedance changing circuit 20 includes, for example, a wiring 21 that connects the antenna 10 and the rectifying circuit 30, a branch wiring 22 that branches from the wiring 21, and a branch wiring. And a PIN diode 24 connected to 22.
  • the PIN diode 24 is configured so that its resistance or capacitance changes when the antenna 10 receives electric power of a predetermined value or more.
  • the wireless sensor according to the second embodiment includes a control unit 50 arranged between the rectifier circuit 30 and the measurement unit 40. The control unit 50 is configured to provide a bias current or a bias voltage to the PIN diode 24 according to the magnitude of the power received by the antenna 10.
  • the anode of the PIN diode 24 is connected to the branch wiring 22. Further, the cathode of the PIN diode 24 is connected to the ground.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 is set to be the same as or close to the output impedance of the antenna 10 when the forward bias current is not supplied to the PIN diode 24.
  • the control unit 50 monitors the electric power supplied to the measuring unit 40. The control unit 50 also monitors the power required by the measuring unit 40. The electric power required by the measurement unit 40 may change depending on whether the measurement unit 40 is in a standby state, during measurement, during communication, or the like.
  • the control unit 50 controls the PIN diode 24 so that the power larger than the power required by the measurement unit 40 is not supplied to the measurement unit 40.
  • Forward bias current is supplied to.
  • the resistance of the PIN diode 24 decreases as the forward bias current increases. Therefore, as shown in FIG. 5, the difference between the output impedance of the antenna 10 and the input impedance of the impedance changing circuit 20 increases in accordance with the forward bias current supplied to the PIN diode 24 by the control unit 50, The reception characteristic of No. 10 deteriorates. Thereby, the power supplied to the measurement unit 40 is suppressed from exceeding the power required by the measurement unit 40.
  • the control unit 50 may supply a predetermined forward bias current to the PIN diode 24 even while the electric power supplied to the measuring unit 40 is lower than the electric power required by the measuring unit 40.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 is set to be the same as or close to the output impedance of the antenna 10 in the state where the predetermined forward bias current is supplied to the PIN diode 24.
  • the control unit 50 changes the forward bias current supplied to the PIN diode 24.
  • the change in forward bias current may be increasing or decreasing.
  • the resistance of the PIN diode 24 decreases as the forward bias current increases and increases as the forward bias current decreases. As a result, the difference between the output impedance of the antenna 10 and the input impedance of the impedance changing circuit 20 becomes large, and the reception characteristic of the antenna 10 deteriorates.
  • the cathode of the PIN diode 24 may be connected to the branch wiring 22, and the anode of the PIN diode 24 may be connected to the ground.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 is set to be the same as or close to the output impedance of the antenna 10 when the reverse bias voltage is not applied to the PIN diode 24.
  • the control unit 50 monitors the current required by the measurement unit 40, and if the power supplied to the measurement unit 40 exceeds the power required by the measurement unit 40, a current larger than the current required by the measurement unit 40 is detected. A reverse bias voltage is applied to the PIN diode 24 so as not to flow into the measurement unit 40.
  • the capacitance of the PIN diode 24 decreases as the reverse bias voltage applied to the PIN diode 24 by the control unit 50 increases. Therefore, the difference between the output impedance of the antenna 10 and the input impedance of the impedance changing circuit 20 increases according to the reverse bias voltage applied to the PIN diode 24 by the control unit 50, and the reception characteristic of the antenna 10 deteriorates. .. Thereby, the power supplied to the measurement unit 40 is suppressed from exceeding the power required by the measurement unit 40.
  • the control unit 50 may apply a predetermined reverse bias voltage to the PIN diode 24 while the power supplied to the measurement unit 40 is lower than the power required by the measurement unit 40.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 is set to be the same as or close to the output impedance of the antenna 10 in the state where a predetermined reverse bias voltage is applied to the PIN diode 24.
  • the control unit 50 changes the reverse bias voltage supplied to the PIN diode 24.
  • the change in the reverse bias voltage may be increasing or decreasing.
  • the capacitance of the PIN diode 24 decreases as the reverse bias voltage increases, and increases as the reverse bias voltage decreases. As a result, the difference between the output impedance of the antenna 10 and the input impedance of the impedance changing circuit 20 becomes large, and the reception characteristic of the antenna 10 deteriorates.
  • the impedance changing circuit 20 includes, for example, a wiring 21 that connects the antenna 10 and the rectifying circuit 30, a branch wiring 22 that branches from the wiring 21, and a branch wiring. And a varactor diode 25 connected to 22.
  • the varactor diode 25 is configured to change its capacitance when the antenna 10 receives electric power of a predetermined value or more.
  • the wireless sensor according to the third embodiment includes a control unit 50 arranged between the rectifier circuit 30 and the measurement unit 40. The controller 50 is configured to provide a bias voltage to the varactor diode 25 according to the amount of power received by the antenna 10.
  • the cathode of the varactor diode 25 is connected to the branch wiring 22, and the anode of the varactor diode 25 is connected to the ground.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 is set to be the same as or close to the output impedance of the antenna 10 when the reverse bias voltage is not applied to the varactor diode 25.
  • the control unit 50 monitors the electric power supplied to the measuring unit 40.
  • the control unit 50 also monitors the power required by the measuring unit 40. When the power supplied to the measurement unit 40 exceeds the power required by the measurement unit 40, the control unit 50 controls the varactor diode 25 so that the power larger than the power required by the measurement unit 40 is not supplied to the measurement unit 40. Reverse bias voltage is applied to.
  • the capacitance of the varactor diode 25 decreases as the reverse bias voltage applied to the varactor diode 25 by the control unit 50 increases. Therefore, according to the reverse bias voltage applied to the varactor diode 25 by the control unit 50, the difference between the output impedance of the antenna 10 and the input impedance of the impedance changing circuit 20 becomes large, and the reception characteristic of the antenna 10 deteriorates. .. This suppresses the power supplied to the measurement unit 40 from exceeding the power required by the measurement unit 40.
  • the control unit 50 may apply a predetermined reverse bias voltage to the varactor diode 25 even while the electric power supplied to the measuring unit 40 is lower than the electric power required by the measuring unit 40.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 is set to be the same as or close to the output impedance of the antenna 10 in the state where a predetermined reverse bias voltage is applied to the varactor diode 25.
  • the control unit 50 changes the reverse bias voltage supplied to the varactor diode 25.
  • the change in the reverse bias voltage may be increasing or decreasing.
  • the capacitance of the varactor diode 25 decreases as the reverse bias voltage increases, and increases as the reverse bias voltage decreases. As a result, the difference between the output impedance of the antenna 10 and the input impedance of the impedance changing circuit 20 becomes large, and the reception characteristic of the antenna 10 deteriorates.
  • the impedance changing circuit 20 includes, for example, a switch 26 provided on the wiring 21 that connects the antenna 10 and the rectifying circuit 30 as illustrated in FIG. 8.
  • the switch 26 is configured to cut off electrical communication from the antenna 10 to the measurement unit 40 when the antenna 10 receives electric power of a predetermined value or more.
  • the input impedance of the impedance changing circuit 20 is set to be the same as or close to the output impedance of the antenna 10 while the switch 26 is energized.
  • the wireless sensor according to the fourth embodiment also includes a control unit 50 arranged between the rectifier circuit 30 and the measurement unit 40.
  • the control unit 50 is configured to control the opening and closing of the switch 26 according to the magnitude of the current that has passed through the impedance changing circuit 20.
  • the control unit 50 monitors the electric power supplied to the measuring unit 40.
  • the control unit 50 also monitors the power required by the measuring unit 40. As shown in FIG. 9, when the electric power supplied to the measuring unit 40 exceeds the electric power required by the measuring unit 40, the control unit 50 supplies the electric power larger than the electric power required by the measuring unit 40 to the measuring unit 40. To prevent this, the switch 26 is opened, and the communication from the antenna 10 to the measuring unit 40 is cut off. Therefore, the difference between the output impedance of the antenna 10 and the input impedance of the impedance changing circuit 20 becomes large, and the reception characteristic of the antenna 10 deteriorates. Thereby, the power supplied to the measurement unit 40 is suppressed from exceeding the power required by the measurement unit 40.
  • the rectified DC voltage gradually decreases due to, for example, the power consumption of the measurement unit 40 and the control unit 50.
  • the control unit 50 closes the switch 26 and causes the antenna 10 to conduct electricity to the measurement unit 40.
  • the control unit 50 may open and close the switch 26 at a predetermined interval without monitoring the power supplied to the measurement unit 40.
  • the wireless sensor may measure the concentration of gas such as oxygen and carbon dioxide. Further, the wireless sensor may be a photoelectric sensor or a proximity sensor. The wireless sensor may be a position sensor using a global positioning system (GPS) or the like. The wireless sensor may measure the presence or absence or movement of a person or an article, respectively. In this case, the wireless sensor may be fixed to a person or an article. The wireless sensor may be a wearable sensor. The article may be a product, a work of art, an exhibit, or the like. Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein.

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Abstract

電磁波を介して電力を受けるよう構成されたアンテナ１０と、アンテナ１０に接続されたインピーダンス変更回路２０と、インピーダンス変更回路２０に接続され、測定対象を測定するよう構成された測定部４０と、を備え、アンテナ１０が所定の値以上の電力を受けた場合、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなるよう、インピーダンス変更回路２０が、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスを変更するよう構成されている、無線センサ。

Description

無線センサ
  本発明は、無線センサに関する。
　従来、センサは、有線により給電され、有線によりデータの送受信をしていた。しかし、近年、無線によりデータの送受信をする無線センサが広まっている。無線センサには、配線作業が不要であること、物理的に配線が難しい場所に配置が可能であること、また配線と物体との接触等により生じ得る配線不良が生じない等の利点がある。特に複数のセンサの配置が必要な場合に、複雑な配線が不要になる利点は大きいものとみなされている。
　無線センサには、給電は有線によるもの、電池駆動するもの、無線により給電されるものがある。有線による給電は、配線が不要であるという無線センサの利点を活かすことができない。電池は、例えば温度や圧力が大きく変化する場所では破損するおそれがある。したがって、給電も無線による無線センサに注目が集まっている。
　ところで、有線による給電は、安定した電力の供給が可能であり、センサにおいて供給電力が消費電力を上回ったり下回ったりすることは通常生じ得ない。これに対し、無線による給電は、送電アンテナによる送電状態、送電された電磁波と物体の干渉、及び無線センサの空間的な配置等により、安定した電力の供給が困難になる場合がある。そのため、無線センサが受電する電力が一定ではない場合が生じ、無線センサにおいて供給電力が消費電力を上回ったり下回ったりすることが生じ得る。
　一般に、電気装置の回路に過剰な電力が供給されると、回路が破壊される場合がある（例えば、特許文献１参照。）。そのため、電気装置に過電流保護回路あるいは過電圧保護回路を設けて、過剰電力に対して繊細な回路を保護することが提案されている（例えば、特許文献２、３参照。）。
特開２００８－３９９８号公報 特開２００１－２６８８２３号公報 特開２０１８－７８６９９号公報
　しかし、従来の過電流保護回路あるいは過電圧保護回路は、それら自身が過電力を消費して他の回路を保護するため、過電流保護回路あるいは過電圧保護回路において発熱が生じる。無線センサにおいては、内部で発熱が生じると、計測対象を安定に計測できない場合が生じ得る。そこで、本発明は、安定に動作可能な無線センサを提供することを目的の一つとする。
　本発明の態様によれば、電磁波を介して電力を受けるよう構成されたアンテナと、アンテナに接続されたインピーダンス変更回路と、インピーダンス変更回路に接続され、測定対象を測定するよう構成された測定部と、を備え、アンテナが所定の値以上の電力を受けた場合、インピーダンス変更回路が、アンテナの出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路の入力インピーダンスと、の差が大きくなるよう、インピーダンス変更回路の入力インピーダンスを変更するよう構成されている、無線センサが提供される。
　上記の無線センサにおいて、インピーダンス変更回路が、アンテナが所定の値以上の電力を受けた場合に通電するよう構成されたダイオードを備えていてもよい。
　上記の無線センサにおいて、ダイオードが、アンテナと測定部を接続する配線から分岐する分岐配線に接続されていてもよい。
　上記の無線センサにおいて、インピーダンス変更回路が、アンテナが所定の値以上の電力を受けた場合に抵抗又は容量が変化するよう構成されたＰＩＮダイオードを備えていてもよい。
　上記の無線センサにおいて、ＰＩＮダイオードが、アンテナと測定部を接続する配線から分岐する分岐配線に接続されていてもよい。
　上記の無線センサが、アンテナが受けた電力の大きさに応じてＰＩＮダイオードにバイアス電流又はバイアス電圧を提供するよう構成された制御部をさらに備えていてもよい。
　上記の無線センサにおいて、インピーダンス変更回路が、アンテナが所定の値以上の電力を受けた場合に容量が変化するよう構成されたバラクタダイオードを備えていてもよい。
　上記の無線センサにおいて、バラクタダイオードが、アンテナと測定部を接続する配線から分岐する分岐配線に接続されていてもよい。
　上記の無線センサが、アンテナが受けた電力の大きさに応じてバラクタダイオードにバイアス電圧を提供するよう構成された制御部をさらに備えていてもよい。
　上記の無線センサにおいて、インピーダンス変更回路が、アンテナが所定の値以上の電力を受けた場合にアンテナから測定部への電通を切断するよう構成されたスイッチを備えていてもよい。
　上記の無線センサが、インピーダンス変更回路を通過した電流の大きさに応じてスイッチの開閉を制御するよう構成された制御部をさらに備えていてもよい。
　上記の無線センサが、インピーダンス変更回路から交流電流を受け、直流電流に変換するよう構成された整流回路をさらに備えていてもよい。
　上記の無線センサにおいて、整流回路が、インピーダンス変更回路から交流電流を受け、測定部に直流電流を供給してもよい。
　上記の無線センサにおいて、測定対象が温度であってもよい。
　上記の無線センサにおいて、測定部が測温抵抗体を備えていてもよい。
　上記の無線センサにおいて、測定部が、測温抵抗体に定電流を供給する定電流回路をさらに備えていてもよい。定電流回路は、整流回路から直流電流を供給されてもよい。
　上記の無線センサにおいて、測定部が、測温抵抗体における電圧をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路をさらに備えていてもよい。
  本発明によれば、安定に動作可能な無線センサを提供可能である。
第１実施形態に係る無線センサを示す模式図である。 第１実施形態に係る無線センサを示す模式図である。 第１実施形態に係る無線センサにおける電力及び電圧の時間変化を示すグラフである。 第２実施形態に係る無線センサを示す模式図である。 第２実施形態に係る無線センサにおける電力及び電圧の時間変化を示すグラフである。 第２実施形態に係る無線センサを示す模式図である。 第３実施形態に係る無線センサを示す模式図である。 第４実施形態に係る無線センサを示す模式図である。 第４実施形態に係る無線センサにおける電力及び電圧の時間変化を示すグラフである。
  以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
　（第１実施形態）
　第１実施形態に係る無線センサは、図１に示すように、電磁波を介して電力を受けるよう構成されたアンテナ１０と、アンテナ１０に接続されたインピーダンス変更回路２０と、インピーダンス変更回路２０に接続され、測定対象を測定するよう構成された測定部４０と、を備える。本開示において、接続とは、直接接続されることのみならず、他の回路や電子部品等を介して接続されることも含む。
　アンテナ１０が所定の値以上の電力を受けた場合、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなるよう、インピーダンス変更回路２０が、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスを変更するよう構成されている。アンテナ１０の出力インピーダンスは例えば５０Ω又は７５Ωであるが、特に限定されない。
　第１実施形態に係る無線センサの測定対象は任意であるが、例えば、無線センサの周囲の温度、湿度、乾き度、圧力、流速及び流量である。あるいは、測定対象は物質であってもよい。無線センサは、例えば部屋等の閉空間内に配置されるが、特に限定されず、解放された空間に配置されてもよい。無線センサは、送電アンテナから照射されるマイクロ波等の電磁波によってワイヤレスに給電される。アンテナ１０は、送電アンテナから送電された電磁波を受ける。
　インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスは、アンテナ１０が所定の値より小さいの電力を受けている間、アンテナ１０の出力インピーダンスと同じになるか、近似するよう、設定されている。これにより、測定部４０への電力供給が効率化される。アンテナ１０が所定の値以上の電力を受けた場合、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスは、アンテナ１０の出力インピーダンスより小さくなるように変化してもよいし、アンテナ１０の出力インピーダンスより大きくなるように変化してもよい。
　インピーダンス変更回路２０には、例えば、インピーダンス変更回路２０から交流電流を受け、直流電流に整流（変換）するよう構成された整流回路３０が接続されている。測定部４０は、整流回路３０から直流電流を受ける。図２に示すように、インピーダンス変更回路２０は、例えば、アンテナ１０と整流回路３０を接続する配線２１と、配線２１から分岐する分岐配線２２と、分岐配線２２に接続されたリミッタダイオード等のダイオード２３と、を備える。例えば、ダイオード２３のアノードが分岐配線２２に接続されており、ダイオード２３のカソードがアースに接続されている。ダイオード２３は、アンテナ１０が所定の値以上の電力を受けた場合に通電するよう構成されている。
　図３に示すように、アンテナ１０が所定の値以上の電力を受信し、ダイオード２３に所定の値の電圧ＶF以上の順方向電圧が加わると、ダイオード２３に順方向電圧に応じた電流が流れ、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスが変化する。そのため、アンテナ１０の受信電力に応じて、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなり、アンテナ１０の受信特性が劣化する。したがって、アンテナ１０が電力を受信しにくくなるため、整流回路３０に供給される電力が所定の値より小さくなり、測定部４０に過剰な電流が流れることが抑制され、測定部４０における過剰な発熱や、測定部４０の破壊を抑制することが可能である。
　図１に示す測定部４０は、インピーダンス変更回路２０によって所定の値より小さくされた電力を用いて、測定対象を測定する。測定部４０が仮に過大な電力を供給されて発熱すると、測定部４０が測定する測定値が変動し得る。しかし、インピーダンス変更回路２０によって測定部４０は過大な電力を供給されず、発熱が抑制されるため、測定対象を精密に測定することが可能である。
　例えば、測定対象が温度である場合、測定部４０は、整流回路３０から直流電流を供給される定電流回路と、定電流回路から定電流を供給される測温抵抗体と、を備える。測温抵抗体の抵抗は雰囲気温度によって変わるため、測温抵抗体に定電流回路で一定にされた電流を流し、測温抵抗体における電圧の変化を測定することで、測温抵抗体に接する空気等の媒体の温度を測定可能である。仮に、測定部４０の定電流回路がアンテナ１０から過大な電力を供給されて発熱すると、測温抵抗体に供給される電流が一定でなくなり、変動する場合が生じ得る。この場合、測定部４０の測温抵抗体で温度を正確に測定することができない。しかし、インピーダンス変更回路２０によって測定部４０の定電流回路はアンテナ１０から過大な電力を供給されず、発熱が抑制されるため、定電流回路が供給する電流を一定に保つことが可能となり、精密な温度測定が可能となる。
　また、測温抵抗体における電圧の変化をマイクロコンピューター等で測定するために、アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路が測温抵抗体に接続されることがある。Ａ／Ｄ変換回路においては、基準電圧（参照電圧ともいう。）に基づいてアナログ入力電圧をデジタル出力電圧に変換する。そのため、仮に測定部４０が備える回路がアンテナ１０から過大な電力を供給されて発熱し、基準電圧が変動すると、測温抵抗体における電圧の変化を正確にデジタル信号に変換することができず、測温抵抗体における電圧の変化を正確に評価することができない。しかし、インピーダンス変更回路２０によって測定部４０が備える回路はアンテナ１０から過大な電力を供給されず、発熱が抑制されるため、Ａ／Ｄ変換回路の基準電圧を一定に保つことが可能となり、精密な温度測定が可能となる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態に係る無線センサにおいて、インピーダンス変更回路２０は、図４に示すように、例えば、アンテナ１０と整流回路３０を接続する配線２１と、配線２１から分岐する分岐配線２２と、分岐配線２２に接続されたＰＩＮダイオード２４と、を備える。ＰＩＮダイオード２４は、アンテナ１０が所定の値以上の電力を受けた場合に抵抗又は容量が変化するよう構成されている。また、第２実施形態に係る無線センサは、整流回路３０と測定部４０の間に配置された制御部５０を備える。制御部５０は、アンテナ１０が受けた電力の大きさに応じてＰＩＮダイオード２４にバイアス電流又はバイアス電圧を提供するよう構成されている。
　例えば、ＰＩＮダイオード２４のアノードが分岐配線２２に接続されている。また、ＰＩＮダイオード２４のカソードがアースに接続されている。ＰＩＮダイオード２４に順方向バイアス電流が供給されていない状態で、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスが、アンテナ１０の出力インピーダンスと同じになるか、近似するよう、設定されている。制御部５０は、測定部４０に供給される電力を監視する。また、制御部５０は、測定部４０が必要とする電力を監視する。測定部４０が必要とする電力は、測定部４０が待機状態であるか、測定中であるか、通信中であるか等によって変化し得る。測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を上回る場合、制御部５０は、測定部４０が必要とする電力より大きい電力が測定部４０に供給されないように、ＰＩＮダイオード２４に順方向バイアス電流を供給する。ＰＩＮダイオード２４の抵抗は、順方向バイアス電流が増えるにつれて小さくなる。そのため、図５に示すように、制御部５０がＰＩＮダイオード２４に供給した順方向バイアス電流に応じて、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなり、アンテナ１０の受信特性が劣化する。これにより、測定部４０に供給される電力が、測定部４０が必要とする電力を上回ることが抑制される。
　あるいは、制御部５０は、測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を下回る間も、ＰＩＮダイオード２４に所定の順方向バイアス電流を供給していてもよい。この場合、ＰＩＮダイオード２４に所定の順方向バイアス電流が供給されている状態で、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスが、アンテナ１０の出力インピーダンスと同じになるか、近似するよう、設定されている。測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を上回ると、制御部５０は、ＰＩＮダイオード２４に供給している順方向バイアス電流を変化させる。順方向バイアス電流の変化は増加であってもよいし、減少であってもよい。ＰＩＮダイオード２４の抵抗は、順方向バイアス電流が増えるにつれて小さくなり、順方向バイアス電流が減るにつれて大きくなる。これにより、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなり、アンテナ１０の受信特性が劣化する。
　図６に示すように、ＰＩＮダイオード２４のカソードが分岐配線２２に接続され、ＰＩＮダイオード２４のアノードがアースに接続されていてもよい。ＰＩＮダイオード２４に逆方向バイアス電圧が加えられていない状態で、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスが、アンテナ１０の出力インピーダンスと同じになるか、近似するよう、設定されている。制御部５０は、測定部４０が必要とする電流を監視し、測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を上回る場合、測定部４０が必要とする電流より大きい電流が測定部４０に流入しないように、ＰＩＮダイオード２４に逆方向バイアス電圧を加える。ＰＩＮダイオード２４の容量は、制御部５０がＰＩＮダイオード２４に加えた逆方向バイアス電圧が大きくなるにつれて小さくなる。そのため、制御部５０がＰＩＮダイオード２４に加えた逆方向バイアス電圧に応じて、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなり、アンテナ１０の受信特性が劣化する。これにより、測定部４０に供給される電力が、測定部４０が必要とする電力を上回ることが抑制される。
　あるいは、制御部５０は、測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を下回る間も、ＰＩＮダイオード２４に所定の逆方向バイアス電圧を加えていてもよい。この場合、ＰＩＮダイオード２４に所定の逆方向バイアス電圧が加えられている状態で、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスが、アンテナ１０の出力インピーダンスと同じになるか、近似するよう、設定されている。測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を上回ると、制御部５０は、ＰＩＮダイオード２４に供給している逆方向バイアス電圧を変化させる。逆方向バイアス電圧の変化は増加であってもよいし、減少であってもよい。ＰＩＮダイオード２４の容量は、逆方向バイアス電圧が増えるにつれて小さくなり、逆方向バイアス電圧が減るにつれて大きくなる。これにより、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなり、アンテナ１０の受信特性が劣化する。
　第２実施形態に係る無線センサのその他の構成要素は、例えば、第１実施形態と同様である。
　（第３実施形態）
　第３実施形態に係る無線センサにおいて、インピーダンス変更回路２０は、図７に示すように、例えば、アンテナ１０と整流回路３０を接続する配線２１と、配線２１から分岐する分岐配線２２と、分岐配線２２に接続されたバラクタダイオード２５と、を備える。バラクタダイオード２５は、アンテナ１０が所定の値以上の電力を受けた場合に容量が変化するよう構成されている。また、第３実施形態に係る無線センサは、整流回路３０と測定部４０の間に配置された制御部５０を備える。制御部５０は、アンテナ１０が受けた電力の大きさに応じてバラクタダイオード２５にバイアス電圧を提供するよう構成されている。
　例えば、バラクタダイオード２５のカソードが分岐配線２２に接続され、バラクタダイオード２５のアノードがアースに接続されている。バラクタダイオード２５に逆方向バイアス電圧が加えられていない状態で、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスが、アンテナ１０の出力インピーダンスと同じになるか、近似するよう、設定されている。制御部５０は、測定部４０に供給される電力を監視する。また、制御部５０は、測定部４０が必要とする電力を監視する。測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を上回る場合、制御部５０は、測定部４０が必要とする電力より大きい電力が測定部４０に供給されないように、バラクタダイオード２５に逆方向バイアス電圧を加える。バラクタダイオード２５の容量は、制御部５０がバラクタダイオード２５に加えた逆方向バイアス電圧が大きくなるにつれて小さくなる。そのため、制御部５０がバラクタダイオード２５に加えた逆方向バイアス電圧に応じて、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなり、アンテナ１０の受信特性が劣化する。これにより、測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を上回ることが抑制される。
　あるいは、制御部５０は、測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を下回る間も、バラクタダイオード２５に所定の逆方向バイアス電圧を加えていてもよい。この場合、バラクタダイオード２５に所定の逆方向バイアス電圧が加えられている状態で、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスが、アンテナ１０の出力インピーダンスと同じになるか、近似するよう、設定されている。測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を上回ると、制御部５０は、バラクタダイオード２５に供給している逆方向バイアス電圧を変化させる。逆方向バイアス電圧の変化は増加であってもよいし、減少であってもよい。バラクタダイオード２５の容量は、逆方向バイアス電圧が増えるにつれて小さくなり、逆方向バイアス電圧が減るにつれて大きくなる。これにより、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなり、アンテナ１０の受信特性が劣化する。
　第３実施形態に係る無線センサのその他の構成要素は、例えば、第１実施形態と同様である。
　（第４実施形態）
　第４実施形態に係る無線センサにおいて、インピーダンス変更回路２０は、図８に示すように、例えば、アンテナ１０と整流回路３０を接続する配線２１に設けられたスイッチ２６を備える。スイッチ２６は、アンテナ１０が所定の値以上の電力を受けた場合にアンテナ１０から測定部４０への電通を切断するよう構成されている。インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスは、スイッチ２６が通電している間、アンテナ１０の出力インピーダンスと同じになるか、近似するよう、設定されている。また、第４実施形態に係る無線センサは、整流回路３０と測定部４０の間に配置された制御部５０を備える。制御部５０は、インピーダンス変更回路２０を通過した電流の大きさに応じてスイッチ２６の開閉を制御するよう構成されている。
　制御部５０は、測定部４０に供給される電力を監視する。また、制御部５０は、測定部４０が必要とする電力を監視する。図９に示すように、測定部４０に供給される電力が測定部４０が必要とする電力を上回る場合、制御部５０は、測定部４０が必要とする電力より大きい電力が測定部４０に供給されないように、スイッチ２６を開き、アンテナ１０から測定部４０への電通を切断する。そのため、アンテナ１０の出力インピーダンスと、インピーダンス変更回路２０の入力インピーダンスと、の差が大きくなり、アンテナ１０の受信特性が劣化する。これにより、測定部４０に供給される電力が、測定部４０が必要とする電力を上回ることが抑制される。スイッチ２６を開いた後、例えば測定部４０及び制御部５０の消費電力により、整流された直流電圧は徐々に低下する。制御部５０は、直流電圧が所定の下限値を下回る場合、スイッチ２６を閉じ、アンテナ１０から測定部４０へ電通させる。
　なお、制御部５０は、測定部４０に供給される電力を監視せずに、スイッチ２６を所定の間隔で開閉させてもよい。
　第４実施形態に係る無線センサのその他の構成要素は、例えば、第１実施形態と同様である。
　（他の実施形態）
　上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、上述した実施形態を組み合わせてもよい。また、上記の実施形態では、閉空間として部屋を使用する場合を説明したが、閉空間は、工場、保管庫、房、漕及び炉等であってもよい。炉は凍結乾燥炉であってもよい。閉空間は、無菌的な医薬品処理空間であってもよい。無線センサはバイアル中に配置されてもよい。
　無線センサは、酸素や二酸化炭素等の気体濃度を測定対象としてもよい。また、無線センサは、光電センサ及び近接センサであってもよい。無線センサは、全地球測位システム（ＧＰＳ）等を利用した位置センサであってもよい。無線センサは、人や物品のそれぞれの存否や移動を測定対象としてもよい。この場合、無線センサは、人や物品に固定されてもよい。無線センサは、ウェラブルセンサであってもよい。物品は、商品、美術品、及び展示品等であってもよい。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
　１０・・・アンテナ、２０・・・インピーダンス変更回路、２１・・・配線、２２・・・分岐配線、２３・・・ダイオード、２４・・・ＰＩＮダイオード、２５・・・バラクタダイオード、２６・・・スイッチ、３０・・・整流回路、４０・・・測定部、５０・・・制御部

Claims (10)

  1. 　電磁波を介して電力を受けるよう構成されたアンテナと、
    　前記アンテナに接続されたインピーダンス変更回路と、
    　前記インピーダンス変更回路に接続され、測定対象を測定するよう構成された測定部と、
    　を備え、
    　前記アンテナが所定の値以上の前記電力を受けた場合、前記インピーダンス変更回路が、前記アンテナの出力インピーダンスと、前記インピーダンス変更回路の入力インピーダンスと、の差が大きくなるよう、前記インピーダンス変更回路の入力インピーダンスを変更するよう構成されている、
    　無線センサ。
  2. 　前記インピーダンス変更回路が、前記アンテナが所定の値以上の前記電力を受けた場合に通電するよう構成されたダイオードを備える、請求項１に記載の無線センサ。
  3. 　前記インピーダンス変更回路が、前記アンテナが所定の値以上の前記電力を受けた場合に抵抗又は容量が変化するよう構成されたＰＩＮダイオードを備える、請求項１に記載の無線センサ。
  4. 　前記アンテナが受けた電力の大きさに応じて前記ＰＩＮダイオードにバイアス電流又はバイアス電圧を提供するよう構成された制御部をさらに備える、請求項３に記載の無線センサ。
  5. 　前記インピーダンス変更回路が、前記アンテナが所定の値以上の前記電力を受けた場合に容量が変化するよう構成されたバラクタダイオードを備える、請求項１に記載の無線センサ。
  6. 　前記アンテナが受けた電力の大きさに応じて前記バラクタダイオードにバイアス電圧を提供するよう構成された制御部をさらに備える、請求項５に記載の無線センサ。
  7. 　前記インピーダンス変更回路が、前記アンテナが所定の値以上の前記電力を受けた場合に前記アンテナから前記測定部への電通を切断するよう構成されたスイッチを備える、請求項１に記載の無線センサ。
  8. 　前記インピーダンス変更回路を通過した電流の大きさに応じて前記スイッチの開閉を制御するよう構成された制御部をさらに備える、請求項７に記載の無線センサ。
  9. 　前記インピーダンス変更回路から交流電流を受け、直流電流に変換するよう構成された整流回路をさらに備える、請求項１に記載の無線センサ。
  10. 　前記測定対象が温度である、請求項１から９のいずれか１項に記載の無線センサ。
     
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