JP2005092355A - Radio response measurement system and radio response measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度や圧力などの測定箇所とその測定信号を処理する装置本体部とがワイヤレス化した無線応答温度測定システムや無線応答脈拍測定システム等に適用して好適な無線応答測定システム及び無線応答測定方法に関する。 The present invention provides a wireless response measurement system and a wireless communication system suitable for application to a wireless response temperature measurement system, a wireless response pulse measurement system, and the like in which a measurement location such as temperature and pressure and a device main body for processing the measurement signal are made wireless. The present invention relates to a response measurement method.
詳しくは、被測定対象の物理量を無線測定する場合に、スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調された無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象の物理量に従った応答信号を放射する信号応答体を被測定対象に取付け、この信号応答体に変調信号を輻射すると共に、当該信号応答体から戻ってきた応答信号を受信して信号処理をする無線送受信装置を備え、信号応答体に輻射する変調信号と当該信号応答体から放射される応答信号とに基づいて該信号応答体を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出するようにして、信号応答体以外の物体からの反射を分離できるようにすると共に、当該伝播遅延時間に基づいて被測定対象の温度や圧力等の物理量を高精度に測定できるようにしたものである。 Specifically, when a physical quantity of a measurement target is measured wirelessly, a signal that receives a modulation signal for wireless response measurement that is directly spread modulated by a spread spectrum communication method and emits a response signal according to the physical quantity of the measurement target A response body is attached to the object to be measured, and a modulated signal is radiated to the signal response body, and a radio transmission / reception device that receives the response signal returned from the signal response body and performs signal processing is provided. By detecting the propagation delay time of the surface wave propagating through the signal response body based on the modulated signal to be transmitted and the response signal radiated from the signal response body, reflection from an object other than the signal response body can be separated. In addition, the physical quantity such as the temperature and pressure of the measurement target can be measured with high accuracy based on the propagation delay time.
近年、半導体集積回路技術の発達に伴い、携帯電話機等の通信処理分野を始め、ワイヤレスマウスやアクセスポイント等の情報処理分野でも無線通信技術が応用される場合が多くなってきた。この種の無線通信技術を応用したものに、無線応答温度測定システムが考案されている。 In recent years, with the development of semiconductor integrated circuit technology, wireless communication technology has been increasingly applied in the information processing field such as a wireless mouse and an access point, in addition to the communication processing field such as a mobile phone. A wireless response temperature measurement system has been devised as an application of this type of wireless communication technology.
このシステムではタグとしてのSAW(弾性表面波)温度センサと、リーダとしての無線送受信装置が準備される。このシステムで応用される温度センサには、表面波変換器及び反射器が設けられ、この種のセンサでは、表面波が反射器で反射されて戻ってくる弾性波(=音波)の伝播遅延時間が温度や圧力によって変化する性質を専ら利用するようになされる。 In this system, a SAW (surface acoustic wave) temperature sensor as a tag and a wireless transmission / reception device as a reader are prepared. The temperature sensor applied in this system is provided with a surface wave converter and a reflector, and in this type of sensor, the propagation delay time of the elastic wave (= sound wave) that the surface wave is reflected by the reflector and returns. Is made to take advantage of the property of changing with temperature and pressure.
図15は、従来例に係る無線応答温度測定システム200の構成例を示す図である。図15に示す無線応答温度測定システム200は、温度センサ10と、そのリーダ側に送信部11及び受信部20を備えている。このシステム200で、被測定対象4には、温度センサ10が取付けられる。温度センサ10は、アンテナ体3と、結晶構造のセンサ基板1と、表面波変換器2と、2つの反射器#1、#2とを備える。表面波変換器2は、センサ基板1上に配置され、アンテナ体3に接続される。この表面波変換器2から所定の距離を隔てた当該基板1上の位置であって、表面波の伝播進路には、例えば、2つの反射器#1、#2が配置される。
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless response
また、リーダ側において、送信部11は、発振器12,13、バーストタイミング発生器15及び乗算器14を備えている。発振器12は、2.45GHzの搬送波信号(cosωt)を発生して乗算器14に出力する。発振器13は、バーストクロック信号を発生してバーストタイミング発生器15に出力する。バーストタイミング発生器15は、発振器13から出力されるクロック信号に基づいてバーストタイミング信号を発生する。バーストタイミング発生器15には、上述の乗算器14が接続され、発振器12から出力される搬送波信号をバーストタイミング発生器15から出力されるバーストタイミング信号に基づいて変調するように動作する。バースト変調後の変調信号(送信波)は、アンテナ体16Aから輻射される。
On the reader side, the
上述の温度センサ10は、アンテナ体3によって変調信号を受信して表面波変換器2に供給する。このアンテナ体3から供給されたバースト通信方式の変調信号は、表面波変換器2によって弾性波の表面波に変換される。表面波変換器2から伝播される表面波は、反射器#1、#2によって反射する。この反射器#1、#2から反射される表面波は、表面波変換器2によってバースト通信方式の変調信号に変換され、バースト信号となってアンテナ体3から輻射するようになる。
The
このシステム200のリーダ側では、受信部20が当該温度センサ10から戻ってきた遅延時間後のバースト信号を受信して信号処理をするようになされる。受信部20は、アンテナ体16Bに接続され、温度センサ10から戻ってきたバースト信号を増幅して復調し、当該温度センサ10を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出するように動作する。受信部20は、アンプ(AMP)17、SAW温度センサ制御部18及び、搬送波位相比較部19を備える。
On the reader side of the
アンテナ体16Bに接続されたアンプ17はバースト信号を増幅する。アンプ17及びSAW温度センサ制御部18には、搬送波位相比較部19が接続される。SAW温度センサ制御部18は、送信時のバースト信号と受信時のバースト信号の同期を採るための基準信号を搬送波位相比較部19に出力する。搬送波位相比較部19では、SAW温度センサ制御部18から出力される基準信号に基づいて、増幅後のバースト信号と送信時のバースト信号との同期を採るように動作する。温度センサ10における遅延時間は、周囲の物体から搬送波が反射して戻ってくる時間より長く設定されている。
The
SAW温度センサ制御部18は、周囲の物体から搬送波の反射がなくなって、温度センサ10の反射波のみを受信するように搬送波位相比較部19に基準信号を設定する。この設定によって、遅延時間を測定する区間が決まり、この区間で温度センサ10の反射波の遅延時間を検出するようになされる。この反射波の遅延時間から、温度や圧力等を測定するようになる。
The SAW temperature
なお、SAW温度センサに関連して、特許文献1には弾性表面波温度計が開示されている。弾性表面波温度計によれば、遅延時間演算部を備え、2つの位相差に基づいて弾性表面波遅延線の遅延時間の差分を算出するようになされる。こうすることで、弾性表面波のみに係る位相ずれを検出できるので、遅延時間の算出精度を向上できるというものである。
In connection with the SAW temperature sensor,
また、温度センサに関連して、特許文献2には、弾性表面波温度センサが開示されている。この弾性表面波温度センサによれば、くし形電極間の圧電基板上に有機薄膜を設けるようになされる。こうすることで、圧電基板の温度変化に対する発振周波数の変化率を向上できるというものである。
In relation to the temperature sensor,
更に、弾性表面波を応用したセンサに関連して、特許文献3には、圧力センサが開示されている。この圧力センサによれば、くし形電極を組み合わせた表面波変換器を備え、これらの電極を超音波を多重反射させる構造とするようになされる。こうすることで、超音波デバイスにおける検出感度を向上できるというものである。
Furthermore, in relation to a sensor that applies surface acoustic waves,
ところで、弾性表面波を応用した無線応答センサによれば、次のような問題がある。 By the way, the wireless response sensor using the surface acoustic wave has the following problems.
i.特許文献1乃至3に開示されたセンサ技術を単に、そのまま図15に示した無線応答温度測定システム200に導入しても、遅延時間を測定する区間でなければ、温度センサ10の反射波の遅延時間を検出することができない。つまり、被測定対象の温度や圧力等を連続して測定することが困難になる。
i. Even if the sensor technology disclosed in
ii.従って、無線応答温度測定システム200では受信波の連続受信ができないために、遅延時間を測定する区間が短く測定精度が低下したり、これを補うために無駄な時間を多く要してしまう。
ii. Accordingly, since the radio response
iii.因みに、連続して、搬送波(キャリア)を温度センサ10に輻射すると、周囲の物体から反射して戻ってきた受信波と、温度センサ10の反射器#1や#2等から反射して戻ってきた受信波とが区別できなくなって、受信側で温度センサ10における遅延時間を再現性良く測定できなくなる。しかも、遅延時間を測定する区間内で送信時のバースト信号と受信時のバースト信号との同期をとならければならない。
iii. Incidentally, when the carrier wave is continuously radiated to the
そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、被測定対象の物理量を無線測定する場合に、信号応答体以外の物体からの反射を分離できるようにすると共に、当該伝播遅延時間に基づいて被測定対象の温度や圧力等の物理量を高精度に測定できるようにした無線応答測定システム及び無線応答測定方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves such a conventional problem, and enables the reflection from an object other than the signal responder to be separated and the propagation when the physical quantity of the measurement target is measured wirelessly. An object of the present invention is to provide a wireless response measurement system and a wireless response measurement method capable of measuring a physical quantity such as temperature and pressure of a measurement target with high accuracy based on a delay time.
上述した課題は、被測定対象の物理量を無線測定するシステムであって、被測定対象に取付けられ、スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調された無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象の物理量に従った応答信号を放射する信号応答体と、この信号応答体に変調信号を輻射すると共に、当該信号応答体から戻ってきた応答信号を受信して信号処理をする無線送受信装置とを備え、この無線送受信装置は、信号応答体に輻射する変調信号と当該信号応答体から放射される応答信号とに基づいて該信号応答体を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出することを特徴とする無線応答測定システムによって解決される。 The above-described problem is a system that wirelessly measures a physical quantity of an object to be measured, which is attached to the object to be measured and receives the modulation signal for wireless response measurement that is directly spread modulated by the spread spectrum communication method. A signal responder that radiates a response signal according to the physical quantity of the signal, and a radio transceiver that radiates a modulation signal to the signal responder and receives the response signal returned from the signal responder and performs signal processing The radio transmitting / receiving apparatus detects a propagation delay time of a surface wave propagating through the signal response body based on a modulation signal radiated to the signal response body and a response signal radiated from the signal response body. It is solved by the wireless response measurement system.
本発明に係る無線応答測定システムによれば、被測定対象の物理量を無線測定する場合に、スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調された無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象の物理量に従った応答信号を放射する信号応答体が被測定対象に取付けられる。これを前提にして、無線送受信装置は、信号応答体に変調信号を輻射すると共に、当該信号応答体から戻ってきた応答信号を受信して信号処理をする。このとき、当該無線送受信装置は、信号応答体に輻射する変調信号と当該信号応答体から放射される応答信号とに基づいて該信号応答体を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出するようになされる。 According to the wireless response measurement system of the present invention, when the physical quantity of the measurement target is measured wirelessly, the physical quantity of the measurement target is received by receiving the modulation signal for wireless response measurement that is directly spread modulated by the spread spectrum communication method. A signal responder that emits a response signal according to the above is attached to the object to be measured. On the premise of this, the radio transmission / reception apparatus radiates the modulation signal to the signal responder and receives the response signal returned from the signal responder to perform signal processing. At this time, the radio transmitting / receiving apparatus detects the propagation delay time of the surface wave propagating through the signal response body based on the modulation signal radiated to the signal response body and the response signal radiated from the signal response body. Made.
従って、信号応答体以外の物体からの反射を分離することができ、当該伝播遅延時間に基づいて被測定対象の温度や圧力等の物理量を高精度に測定することができる。 Therefore, reflection from an object other than the signal responder can be separated, and a physical quantity such as temperature and pressure of the measurement target can be measured with high accuracy based on the propagation delay time.
本発明に係る無線応答測定方法は、被測定対象の物理量を無線測定する方法であって、スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調される無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象の物理量に従った応答信号を放射する信号応答体を被測定対象に取付け、被測定対象に取付けられた信号応答体に変調信号を輻射すると共に、当該信号応答体から戻ってくる応答信号を受信し、信号応答体に輻射する変調信号と当該信号応答体から受信した応答信号とに基づいて該信号応答体を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出し、ここで検出された伝播遅延時間に基づいて被測定対象の物理量を測定することを特徴とするものである。 A wireless response measurement method according to the present invention is a method for wirelessly measuring a physical quantity of an object to be measured, which receives a modulation signal for wireless response measurement that is directly spread-modulated by a spread spectrum communication method and receives the physical quantity of the object to be measured. A signal response body that radiates a response signal according to the measurement target is attached to the measurement target, and a modulation signal is radiated to the signal response body attached to the measurement target, and a response signal returned from the signal response body is received. Based on the modulated signal radiated to the signal responder and the response signal received from the signal responder, the propagation delay time of the surface wave propagating through the signal responder is detected, and based on the detected propagation delay time It is characterized by measuring a physical quantity of an object to be measured.
本発明に係る無線応答測定方法によれば、被測定対象の物理量を無線応答測定する場合に、信号応答体以外の物体からの反射を分離することができ、当該伝播遅延時間に基づいて被測定対象の温度や圧力等の物理量を高精度に測定することができる。 According to the wireless response measurement method of the present invention, when measuring the physical quantity of the measurement target, the reflection from an object other than the signal responder can be separated, and the measurement is performed based on the propagation delay time. Physical quantities such as temperature and pressure of the object can be measured with high accuracy.
本発明に係る無線応答測定システム及び無線応答測定方法によれば、被測定対象の物理量を無線応答測定する場合に、スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調された無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象の物理量に従った応答信号を放射する信号応答体を被測定対象に取付け、この信号応答体に変調信号を輻射すると共に、当該信号応答体から戻ってきた応答信号を受信して信号処理をする無線送受信装置を備え、当該無線送受信装置は、信号応答体に輻射する変調信号と当該信号応答体から放射される応答信号とに基づいて該信号応答体を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出するようになされる。 According to the wireless response measurement system and the wireless response measurement method according to the present invention, when measuring a physical quantity of an object to be measured, a wireless response measurement modulation signal directly spread modulated by a spread spectrum communication method is received. A signal response body that radiates a response signal according to the physical quantity of the measurement target is attached to the measurement target, and a modulation signal is radiated to the signal response body, and a response signal returned from the signal response body is received. Propagating a surface wave propagating through the signal responder based on a modulated signal radiated to the signal responder and a response signal radiated from the signal responder. A delay time is detected.
この構成によって、信号応答体以外の物体からの反射を分離することができ、当該伝播遅延時間に基づいて被測定対象の温度や圧力等の物理量を高精度に測定することができる。 With this configuration, reflection from an object other than the signal responder can be separated, and a physical quantity such as temperature and pressure of the measurement target can be measured with high accuracy based on the propagation delay time.
続いて、この発明に係る無線応答測定システム及び無線応答測定方法の一実施の形態について、図面を参照しながら説明をする。 Subsequently, an embodiment of a wireless response measurement system and a wireless response measurement method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る第1の実施例としての無線応答温度測定システム100の構成例を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of a wireless response
この実施例では、被測定対象の物理量を無線応答測定する場合に、スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調された無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象の物理量に従った応答信号を放射する信号応答体を被測定対象に取付け、この信号応答体に変調信号を輻射すると共に、当該信号応答体から戻ってきた応答信号を受信して信号処理をする無線送受信装置を備え、信号応答体に輻射する変調信号と当該信号応答体から放射される応答信号とに基づいて該信号応答体を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出するようにして、信号応答体以外の物体からの反射を分離できるようにすると共に、当該伝播遅延時間に基づいて被測定対象の温度や圧力等の物理量を高精度に測定できるようにしたものである。 In this embodiment, when a physical quantity of a measurement target is measured by radio response, a response signal according to the physical quantity of the measurement target is received by receiving a modulation signal for radio response measurement that is directly spread-modulated by a spread spectrum communication method. A signal transponder that radiates is attached to the object to be measured, and a modulated signal is radiated to the signal responder, and a radio transceiver that receives the response signal returned from the signal responder and processes the signal is provided. Reflection from an object other than the signal response body by detecting the propagation delay time of the surface wave propagating through the signal response body based on the modulation signal radiated to the body and the response signal radiated from the signal response body. Can be separated, and physical quantities such as temperature and pressure of the measurement target can be measured with high accuracy based on the propagation delay time.
図1に示した無線応答温度測定システム100は、被測定対象の物理量の一例となる温度を無線測定するシステムである。このシステム100で、被測定対象4には、信号応答体の一例となるSAW(Surface Acoustic Wave)型の無線応答温度センサ(以下単に温度センサ10という)が取付けられ、スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調された無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象4の温度に従った応答信号を放射するようになされる。
The wireless response
温度センサ10は、例えば、アンテナ体3と、結晶構造のセンサ基板1と、表面波変換器2と、2つの反射器#1、#2とを備える。センサ基板1は縦が1乃至3cm、横が2乃至5cm程度の大きさを有している。センサ基板1には、水晶(石英)、LiNbO3、LiTaO系の部材が使用される。
The
表面波変換器2は、センサ基板1上に配置され、アンテナ体3に接続される。アンテナ体3にはループ状のアンテナが使用される。表面波変換器2にはくし形変換器(励振電極)が使用される。この表面波変換器2から所定の距離を隔てた当該基板1上の位置であって、弾性波である表面波の伝播進路には、例えば、2つの反射器#1、#2が配置される。各々の反射器#1,#2は、複数の反射電極から構成される。反射電極は所定の配置ピッチにより並設される。
The
温度センサ10は、アンテナ体3によって変調信号Soutを受信して表面波変換器2に供給する。このアンテナ体3から供給されたスペクトラム拡散通信方式の変調信号Soutは、表面波変換器2によって弾性波の表面波に変換される。表面波変換器2から伝播される表面波は、反射器#1、#2によって反射する。この反射器#1、#2から反射される表面波は、表面波変換器2によってスペクトラム拡散通信方式の変調信号に変換され、応答信号Sinとなってアンテナ体3から輻射するようになる。
The
また、システム100は温度センサ10の他に、無線応答温度読取り機能を有したリーダとしての無線送受信装置が備えられる。無線送受信装置40は、温度センサ10に変調信号Soutを輻射すると共に、当該温度センサ10から戻ってきた応答信号Sinを受信して信号処理をするようになされる。無線送受信装置40は、温度センサ10に輻射する変調信号Soutと当該温度センサ10から放射される応答信号Sinとに基づいて該温度センサ10を伝播する表面波の伝播遅延時間(以下反射遅延時間という)を検出するようになされる。
In addition to the
この例で無線送受信装置40は、送信部21、送信用のアンテナ体26A,受信用のアンテナ体26B、受信部30、制御装置31、メモリ部32、表示部33及び、操作部34を備えている。送信部21は、アンテナ体26Aに接続され、所定の周波数の搬送波信号をDS(Direct Sequence)−SS(Spread Spectrum)拡散変調して得られた無線応答測定用の変調信号(送信波)Soutを送信するように動作する(スペクトラム拡散通信方式=SS通信方式)。
In this example, the wireless transmission / reception device 40 includes a
送信部21は、第1、第2の発振器22,23、PN(Pseudorandom Noise)符号系列発生器(以下単にPN発生器25ともいう)及び乗算器24を備えている。発振器22は、所定の周波数の一例となる2,45GHzの搬送波信号(cosωt)を発生する。発振器22には変調器の一例となる乗算器24が接続される。
The
発振器23は、所定の周波数でスペクトラム拡散用のクロック信号(SS CLOCK)を発生する。発振器23にはPN発生器25が接続され、発振器23から出力されるクロック信号に基づいて拡散符号系列を発生する。PN発生器25には、上述の乗算器24が接続され、発振器22から出力される搬送波信号をPN発生器25から出力される拡散符号系列に基づいてスペクトラム拡散変調するように動作する。スペクトラム拡散変調後の変調信号(送信波)Soutは、アンテナ体26Aから輻射される。このようにすると、送信波のスペクトル拡散信号の拡散符号発生タイミングとPN発生器25のクロック位相によって、温度センサ10における表面波の反射遅延時間(温度や圧力等)を取得できるようになる。
The
受信部30は、アンテナ体26Bに接続され、温度センサ10から戻ってきた応答信号Sinを逆拡散して復調し、当該温度センサ10を伝播する表面波の反射遅延時間を検出するように動作する。受信部30は、例えば、第1及び第2の遅延固定ループ回路27,28と、位相比較回路29とを備える。アンテナ体26Bに接続された遅延固定ループ回路(DLL(τ1))27は、例えば、温度センサ10に2つの反射器#1,#2が設けられる場合であって、当該温度センサ10の反射器#1から戻ってきた応答信号Sinの拡散符号系列のコード同期を採るように動作する。遅延固定ループ回路(DLL(τ2))28は、温度センサ10の反射器#2から戻ってきた応答信号Sinの拡散符号系列のコード同期を採るように動作する。
The receiving
遅延固定ループ回路27及び28には、位相比較回路29が接続され、遅延固定ループ回路27から得られる位相情報(τa+τ1)と、遅延固定ループ回路28から得られる位相情報(τa+τ2)とを入力して位相差を検出するように動作する。このようにすると、反射器相互間の干渉および温度センサ10以外の物体からの反射を分離することができ、当該反射遅延時間の差τεに基づいて被測定対象4の温度や圧力等を高精度に測定することができる。しかも、搬送波信号の位相を精度良く連続して測定できるようになる。
A
この例で位相比較回路29には制御装置31が接続される。制御装置31にはCPUが使用される。制御装置31にはメモリ部32(記憶装置)が接続され、被測定対象4の温度を参照テーブル化した温度データD1が記憶される。メモリ部32にはEEPROM等の不揮発メモリが使用される。制御装置31では、位相比較回路29から出力される位相差に基づいてメモリ部32から温度データD1を読出すように動作する。温度データD1は、予め反射遅延時間の差τεと温度T℃とを関連付けたデータである。
In this example, a
制御装置31には、メモリ部32の他に表示部33や操作部34等が接続される。表示部33には、被測定対象4の温度T℃を例えば、デジタル表示あるいはアナログ表示するようになされる。温度表示は、制御装置31から出力される表示データD2に基づいて表示される。操作部34は、被測定対象4の温度を測定する際に制御装置31に対して測定指示をするように操作される。操作部34から制御装置31には、測定指示を示す操作データD3が出力される。制御装置31は、操作データD3に基づいてPN発生器25を制御する。例えば、制御装置31は、PN発生器25にクロック信号及びリセット信号を出力する。
In addition to the
図2は、PN発生器25の内部構成例を示す回路図である。図2に示すPN発生器25は、14個のD型フリップフロップ回路501〜514、2個のNOT(インバータ)回路52,53、10入力AND論理回路54、10入力NOR論理回路55、2入力XOR論理回路56及び、2入力OR論理回路57を備えている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an internal configuration example of the PN generator 25. 2 includes 14 D-type flip-
第1番〜第10番目の10個のD型のフリップフロップ回路501〜510の各々は、その出力端子(Q)が次段のフリップフロップ回路の入力端子(D)に接続されると共に、10入力AND論理回路54及び10入力NOR論理回路55の各々の入力に接続される。10入力AND論理回路54は、10個の入力端子を有しており、上から順に第1番〜第10番目の10個のフリップフロップ回路501〜510の出力端子(Q)が接続される。10入力NOR論理回路55も、10個の入力端子を有しており、上から順に第1番〜第10番目の10個のフリップフロップ回路501〜510の出力端子(Q)が接続される。10入力AND論理回路54は、10個のフリップフロップ回路501〜510の出力論理積を採って同期信号(Sync)を受信部30等に出力する。10入力NOR論理回路55の出力は、2入力OR論理回路57の一方の入力に接続される。
Each of the first to tenth D-type flip-
第7番目及び第10番目のフリップフロップ回路507及び510の出力は、2入力XOR論理回路56に接続される。2入力XOR論理回路56の出力は、2入力OR論理回路57の他方に接続される。2入力OR論理回路57の出力は第1番目のフリップフロップ回路501の入力端子(D)に接続される。10個のフリップフロップ回路501〜510のクロック端子には、クロック信号(CLK)が供給されると共に、クリア(CLR)端子には、リセット信号が各々供給される。これら10個のフリップフロップ回路501〜510、10入力NOR論理回路55、2入力XOR論理回路56及び、2入力OR論理回路57によって「0」,「1」を出力するカウンタを構成する。
The outputs of the seventh and tenth flip-
残りの4個のフリップフロップ回路511〜514の各々は、その出力端子(Q)が次段のフリップフロップ回路の入力端子(D)に接続される。第11番目のフリップフロップ回路511の入力端子(D)には、第8番目のフリップフロップ回路508の出力端子(Q)が接続される。第11番目のフリップフロップ回路511のクロック端子には、NOT回路52が接続され、反転クロック信号を供給するようになされる。同様にして、第13番目のフリップフロップ回路513のクロック端子には、NOT回路53が接続され、反転クロック信号を供給するようになされる。この4個のフリップフロップ回路511〜514のクロック端子にも、クロック信号(CLK)が供給されると共に、クリア端子には、リセット信号が各々供給される。
Each of the remaining four flip-
この例で、第12番目のフリップフロップ回路512の出力端子(Q)から拡散コード[(0,1)to(−1、1):E]を出力する。第13番目のフリップフロップ回路513の出力端子(Q)から拡散コード[(0,1)to(−1、1):D]を出力する。第14番目のフリップフロップ回路514の出力端子(Q)から拡散コード[(0,1)to(−1、1):L]を出力する。これらの拡散コードは、PN符号系列を構成する拡散信号C(t)であり、乗算器24に出力される。
In this example, the spreading code [(0, 1) to (−1, 1): E] is output from the output terminal (Q) of the twelfth flip-
図3A〜Cは、送信部21における動作例を示す波形図である。この例では、入力情報信号が存在せず、搬送波信号(cosωt:正弦波)を直接、拡散符号系列に基づいてスペクトラム拡散変調する構成を採るので、一次変調が行われない。これはスペクトル拡散信号を連続して温度センサ10に送信し直接注入するためである。
3A to 3C are waveform diagrams illustrating an operation example in the
図3Aに示す2,45GHzの搬送波信号は、発振器22によって発生され、乗算器24へ出力される。図3Bに示す拡散信号C(t)は、チップ幅Tcで、所定の周期で振幅±1のPN信号を成し、乗算器24に出力される。図3Cに示す変調信号(送信波)Soutは、発振器22から出力される搬送波信号をPN発生器25から出力される拡散符号系列に基づいてスペクトラム拡散変調した信号である。このスペクトラム拡散変調後の変調信号Soutは、アンテナ体26Aから輻射される。 A carrier signal of 2,45 GHz shown in FIG. 3A is generated by the oscillator 22 and output to the multiplier 24. The spread signal C (t) shown in FIG. 3B forms a PN signal having a chip width Tc and an amplitude of ± 1 in a predetermined cycle, and is output to the multiplier 24. A modulated signal (transmission wave) Sout shown in FIG. 3C is a signal obtained by performing spread spectrum modulation on the carrier signal output from the oscillator 22 based on the spread code sequence output from the PN generator 25. The modulated signal Sout after the spread spectrum modulation is radiated from the antenna body 26A.
図4は、温度センサ10における表面波変換器2および反射器#1及び#2の配置例を示す図である。この例で温度センサ10には、2つの反射器#1及び#2が設けられ、搬送波の空間での遅延時間を補正し、反射遅延時間の差を精度良く測定できるようになされる。
FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example of the
この例では、スペクトラム拡散変調された変調信号(搬送波)Soutを温度センサ10に送信し、その搬送波が周囲の物体から反射して戻ってくる時間と、温度センサ10の反射器#1及び#2から反射して無線送受信装置40に戻ってくる反射遅延時間の差を1チップ(拡散コードのデータレート)以上になるように、反射器#1での反射遅延時間τ1を設定すると共に、反射器#2での反射遅延時間τ2を設定するようになされる。これは反射遅延時間の差をτεとしたとき、τε=τ2−τ1により算出するためである。
In this example, a modulation signal (carrier wave) Sout subjected to spread spectrum modulation is transmitted to the
同様に、反射器#1と反射器#2の反射遅延時間の差も、1チップ以上に設定すれば、反射器#1で反射された反射波と、反射器#2で反射された反射波を干渉なしに受信することができる。しかも、受信部30によって、1チップ異なる拡散符号コード、すなわち、遅延量の異なるキャリアを逆拡散によって減衰させることができる。
Similarly, if the difference in reflection delay time between
図4に示す表面波変換器2から所定の距離を隔てた当該基板1上の位置であって、表面波の伝播進路には、2つの反射器#1、#2がずれる形で配置される。各々の反射器#1,#2は、例えば、5本の反射電極から構成される。図4において、L1は表面波変換器2と反射器#1との間の離隔距離である。L2は表面波変換器2と反射器#2との間の離隔距離である。この例では、L1<L2に設定されている。離隔距離L1は、センサ基板1がLiNbO3系で、表面波の速度VがV=3800m/s、波長λ=12μm、周期=3.16nsとすると、L1=3630μm程度、L2=5310μm程度である。
A position on the
また、反射波が表面波変換器2から反射器#1へ伝播する時間を反射遅延時間τ1としたとき、上述の例で、反射遅延時間τ1は1870ns程度である。同様にして、反射波が表面波変換器2から反射器#2へ伝播する時間を反射遅延時間τ2としたとき、上述の例で、反射遅延時間τ2は2750ns程度である。
Further, when the time for which the reflected wave propagates from the
図5A及びBは、温度センサ10における表面波の動作例を示す図である。図5A及びBにおいて、横軸が時間tであり、縦軸が振幅である。
5A and 5B are diagrams illustrating an example of the operation of the surface wave in the
上述した表面波の速度V、伝播時間、中間周波数は、例えば、センサ基板1の材質、当該センサ基板1に加わる温度、湿度、圧力(膨張、剪断、曲げ等)によって変わる。従って、結晶構造の基板1が被測定対象4の温度や圧力によって変化すると、弾性波である表面波の反射遅延時間が変化する。この表面波の反射遅延時間を測定することで、被測定対象4の温度や圧力の変化を離れた場所で読み取ることができる。
The above-described surface wave velocity V, propagation time, and intermediate frequency vary depending on, for example, the material of the
図5Aに示す反射パルス#P1は、表面波が反射器#1に反射して生じたものである。図5Bに示す反射パルス#P2は、表面波が反射器#2に反射して生じたものである。これらの反射パルス#P1、#P2は、スペクトラム拡散通信方式の変調信号(送信波)Soutの搬送波の位相を進めたり、反対に、遅らせたりするようになる。これら2つの反射パルス#P1、#P2の反射遅延時間の差τεである。この反射遅延時間の差τεを含んだ反射パルス#P1、#P2は、表面波変換器2によってスペクトラム拡散通信方式の変調信号に変換され、その応答信号に含まれて、アンテナ体3から輻射するようになる。この反射遅延時間の差τεを含んだ応答信号を無線送受信装置40で受信して検出するようにすればよい。
The reflected pulse # P1 shown in FIG. 5A is generated when the surface wave is reflected by the
図6は、遅延固定ループ回路27の構成例を示すブロック図である。この例では、温度センサ10から連続して応答信号Sinを受信し、拡散コード・トラッキング・ループ制御を実行するようになされる。ここで、他の物体から反射されてくる信号の遅延時間(以下空間における遅延時間ともいう)をτaとし、反射器#1による表面波の反射パルス#P1の反射遅延時間をτ1とし、反射器#2による表面波の反射パルス#P2の反射遅延時間をτ2とすると、アンテナ体26Bでは、τa+τ1の遅延時間成分を含んだ応答信号と、τa+τ2の遅延時間成分を含んだ応答信号Sinとが受信される。遅延固定ループ回路27では、τa+τ1だけ遅れたタイミングで受信された応答信号Sinが拡散コード・トラッキング・ループ制御するようになされる。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the delay locked
図6に示す遅延固定ループ回路27は、PN発生器71、3個の乗算器72A〜72C、3個のバンドパスフィルタ(BPF)73A〜73C、2個の2乗検波器74A,74B、復調器75、減算器76、ループフィルタ77、電圧可変発振器(VCO)78を備えている。
6 includes a
遅延固定ループ回路27は入力端子37を有している。入力端子37はアンテナ体26Bに接続されると共に、3個の乗算器72A〜72Cに接続される。入力端子37には、τa+τ1だけ遅れたタイミングで応答信号Sinが受信される。PN発生器71は、クロック端子38に接続され、クロック信号が供給される。PN発生器71は、上述の3個の乗算器72A〜72Cに接続される。PN発生器71には図2に示したPN符号系列発生器25が使用される。
The delay locked
例えば、PN発生器71は、D符号列(Out)と、このD符号列を中心に1/2チップ(Chip)だけ速いE符号列と、1/2チップ遅いL符号列を発生する。PN発生器71によるE符号列は、乗算器72Aに出力される。乗算器72AはE符号列をτa+τ1の応答信号Sinに乗算するように動作する。乗算器72Aにはバンドパスフィルタ73Aが接続され、乗算後の応答信号Sinが帯域フィルタ処理するようになされる。バンドパスフィルタ73Aには2乗検波器74Aが接続され、バンドパスフィルタ73Aを通過した乗算後の応答信号Sinが2乗検波される。2乗検波器74Aには減算器76が接続され、第1の2乗検波後の応答信号Sinが入力される。
For example, the
また、PN発生器71によるL符号列は、乗算器72Bに出力される。乗算器72BはL符号列をτa+τ1の応答信号Sinに乗算するように動作する。乗算器72Bにはバンドパスフィルタ73Bが接続され、乗算後の応答信号Sinが帯域フィルタ処理するようになされる。バンドパスフィルタ73Bには2乗検波器74Bが接続され、バンドパスフィルタ73Bを通過した乗算後の応答信号Sinが2乗検波される。2乗検波器74Bには上述した減算器76が接続され、第2の2乗検波後の応答信号Sinが入力される。
The L code string from the
減算器76は、第1の2乗検波後の応答信号Sinから第2の2乗検波後の応答信号Sinを減算して差信号を出力する。減算器76には、ループフィルタ77が接続され、減算後の差信号がフィルタ処理される。この差信号には、τa+τ1の遅延時間成分を含んでいる。
The
ループフィルタ77には電圧可変発振器78が接続され、フィルタ処理後の差信号に基づいてクロック信号の発振周波数を可変するようになされる。これはPN発生器71のクロックジェネレータとするためである。この例で、電圧可変発振器78は送信部21のクロックジェネレータの発信周波数を参照(カンニング)し、位相のみを制御するようになされる。
A
この電圧可変発振器78には上述のPN発生器71が接続され、当該電圧可変発振器78から出力されるクロック信号に基づいて拡散符号系列を発生するようになされる。これにより、遅延固定ループ回路27において、温度センサ10の反射器#1から戻ってきた応答信号Sinの拡散符号系列のコード同期を採ることができる。
The
このように、遅延固定ループ回路27では、応答信号SinのE符号列とL符号列の相関を採り、すなわち、スペクトラム拡散信号の逆拡散を行い、E符号列とL符号列の相関値が等しい、すなわち、送信波のスペクトラム拡散符号と、受信波のスペクトラム拡散符号とが一致したタイミングでロック(追尾)するようになされる。これにより、送信波のスペクトル拡散信号の拡散符号発生タイミングとPN発生器71のクロック位相によって、温度センサ10における表面波の反射遅延時間(温度や圧力等)を取得できるようになる。
Thus, the delay locked
また、PN発生器71によるD符号列(Out)は、乗算器72Cに出力される。乗算器72CはD符号列をτa+τ1の応答信号Sinに乗算するように動作する。乗算器72Cにはバンドパスフィルタ73Cが接続され、乗算後の応答信号Sinが帯域フィルタ処理するようになされる。バンドパスフィルタ73Cには復調器75が接続され、乗算後の応答信号Sinが復調処理される。復調器75からは、搬送波の振幅レベルと位相情報が出力される。
The D code string (Out) from the
このように、応答信号(受信波)SinにD符号列を掛け合わせることによって、逆拡散され、送信時の搬送波が再生される。ここで再生された搬送波の位相は、ロックしている遅延波の搬送波の位相であり、遅延固定ループ回路27は、反射器#1から反射された反射パルス#P1の影響を受けた搬送波の位相を再生するようになる。
Thus, by multiplying the response signal (received wave) Sin by the D code string, despreading is performed, and the carrier wave at the time of transmission is regenerated. The phase of the carrier wave reproduced here is the phase of the carrier wave of the locked delayed wave, and the delay locked
図7A〜Cは、遅延固定ループ回路27における動作例を示す波形図である。図7Aに示す応答信号Sinは、空間における遅延時間τaと、反射器#1による表面波の反射パルス#P1の反射遅延時間τ1との影響を受けている。このような応答信号Sinは、送信波に比べてτa+τ1だけ遅れたタイミングで遅延固定ループ回路27に受信され、拡散コード・トラッキング・ループ制御するようになされる。
7A to 7C are waveform diagrams showing an operation example in the delay locked
図7Bに示す拡散信号C(t)は、チップ幅Tcで、所定の周期で振幅±1のPN信号を成し、第1〜第3の乗算器72A〜72Cに各々出力される。この例では、PN発生器71のE符号列は、乗算器72Aに出力される。乗算器72AはE符号列をτa+τ1の応答信号Sinに乗算するように動作する。PN発生器71のL符号列は、乗算器72Bに出力される。乗算器72BはL符号列をτa+τ1の応答信号Sinに乗算するように動作する。
The spread signal C (t) shown in FIG. 7B forms a PN signal having a chip width Tc and an amplitude of ± 1 with a predetermined period, and is output to the first to
図7Cに示す反射器#1による表面波の反射パルス#P1は、2乗検波後の応答信号Sinである。縦軸は振幅であり、横軸は周波数fである。アンテナ体26Bで受信した応答信号Sinが逆拡散され、他の物体から反射されてきた雑音信号成分が拡散される。この反射パルス#P1は、被測定対象4の温度測定に必要となる位相情報(反射遅延時間τ1)を含んでいる。空間における遅延時間τaを含めた反射パルス#P1の位相情報(τa+τ1)は位相比較回路29に出力される。
A surface wave reflection pulse # P1 by the
図8は、遅延固定ループ回路28の構成例を示すブロック図である。この例で遅延固定ループ回路28では、τa+τ2だけ遅れたタイミングで受信された応答信号Sinが拡散コード・トラッキング・ループ制御するようになされる。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of the delay locked
図8に示す遅延固定ループ回路28は、PN発生器81、3個の乗算器82A〜82C、3個のバンドパスフィルタ(BPF)83A〜83C、2個の2乗検波器84A,84B、復調器85、減算器86、ループフィルタ87を備えている。遅延固定ループ回路27と異なる点は、電圧可変発振器78を省略している点である。遅延固定ループ回路28は入力端子47を有している。入力端子47はアンテナ体26Bに接続されると共に、3個の乗算器82A〜82Cに接続される。入力端子47には、τa+τ2だけ遅れたタイミングで応答信号Sinが受信される。PN発生器81は、クロック端子48に接続され、クロック信号が供給される。PN発生器81は、上述の3個の乗算器82A〜82Cに接続される。PN発生器81には図2に示したPN符号系列発生器25が使用される。
8 includes a PN generator 81, three multipliers 82A to 82C, three band pass filters (BPF) 83A to 83C, two
例えば、PN発生器81のE符号列は、乗算器82に出力される。乗算器82AはE符号列をτa+τ2の応答信号Sinに乗算するように動作する。乗算器82Aにはバンドパスフィルタ83Aが接続され、乗算後の応答信号Sinが帯域フィルタ処理するようになされる。バンドパスフィルタ83Aには乗検波器84Aが接続され、バンドパスフィルタ83Aを通過した乗算後の応答信号Sinが2乗検波される。2乗検波器84Aには減算器86が接続され、第1の2乗検波後の応答信号Sinが入力される。
For example, the E code string of the PN generator 81 is output to the
また、PN発生器81のL符号列は、乗算器82Bに出力される。乗算器82BはL符号列をτa+τ2の応答信号Sinに乗算するように動作する。乗算器82Bにはバンドパスフィルタ83Bが接続され、乗算後の応答信号Sinが帯域フィルタ処理するようになされる。バンドパスフィルタ83Bには2乗検波器84Bが接続され、バンドパスフィルタ83Bを通過した乗算後の応答信号Sinが2乗検波される。2乗検波器84Bには上述した減算器86が接続され、第2の2乗検波後の応答信号Sinが入力される。
The L code string of the PN generator 81 is output to the
減算器86は、第1の2乗検波後の応答信号Sinから第2の2乗検波後の応答信号Sinを減算して差信号を出力する。減算器86には、ループフィルタ87が接続され、減算後の差信号がフィルタ処理される。この差信号には、τa+τ2の遅延時間成分を含んでいる。
The subtracter 86 subtracts the response signal Sin after the second square detection from the response signal Sin after the first square detection, and outputs a difference signal. A
ループフィルタ87にはPN発生器81が接続され、フィルタ処理後の差信号に基づいて拡散符号系列を発生するようになされる。これにより、遅延固定ループ回路28において、温度センサ10の反射器#2から戻ってきた応答信号Sinの拡散符号系列のコード同期を採ることができる。また、PN発生器81のD符号列は、乗算器82Cに出力される。乗算器82CはD符号列をτa+τ2の応答信号Sinに乗算するように動作する。乗算器82Cにはバンドパスフィルタ83Cが接続され、乗算後の応答信号Sinが帯域フィルタ処理するようになされる。バンドパスフィルタ83Cには復調器85が接続され、乗算後の応答信号Sinが復調処理される。復調器85からは、搬送波の振幅レベルと位相情報(τa+τ2)が出力される。
A PN generator 81 is connected to the
図9A〜Cは、遅延固定ループ回路28における動作例を示す波形図である。図9Aに示す応答信号Sinは、空間における遅延時間τaと、反射器#2による表面波の反射パルス#P2の反射遅延時間τ2との影響を受けている。このような応答信号Sinは、送信波に比べてτa+τ2だけ遅れたタイミングで遅延固定ループ回路28に受信され、拡散コード・トラッキング・ループ制御するようになされる。
9A to 9C are waveform diagrams showing an operation example in the delay locked
図9Bに示す拡散信号C(t)は、チップ幅Tcで、所定の周期で振幅±1のPN信号を成し、第1〜第3の乗算器82A〜82Cに各々出力される。この例では、PN発生器81のE符号列は、乗算器82Aに出力される。乗算器82AはE符号列をτa+τ2の応答信号Sinに乗算するように動作する。PN発生器81のL符号列は、乗算器82Bに出力される。乗算器82BはL符号列をτa+τ2の応答信号Sinに乗算するように動作する。
The spread signal C (t) shown in FIG. 9B forms a PN signal having a chip width Tc and an amplitude of ± 1 with a predetermined period, and is output to the first to third multipliers 82A to 82C. In this example, the E code string of the PN generator 81 is output to the multiplier 82A. The multiplier 82A operates to multiply the response signal Sin of τa + τ2 by the E code string. The L code string of the PN generator 81 is output to the
図9Cに示す反射器#2による表面波の反射パルス#P2は、2乗検波後の応答信号Sinである。縦軸は振幅であり、横軸は周波数fである。アンテナ体26Bで受信した応答信号Sinが逆拡散され、他の物体から反射されてきた雑音信号成分が拡散される。この反射パルス#P2は、被測定対象4の温度測定に必要となる位相情報(反射遅延時間τ2)を含んでいる。空間における遅延時間τaを含めた反射パルス#P2の位相情報(τa+τ2)は位相比較回路29に出力される。
A surface wave reflection pulse # P2 by the
図10A〜Cは、位相比較回路29における動作例を示す波形図である。この例で、温度センサ10に2つの反射器#1,#2が設けられる場合であって、図1に示した位相比較回路29には、遅延固定ループ回路27から得られる位相情報(τa+τ1)と、遅延固定ループ回路28から得られる位相情報(τa+τ2)とが入力され、反射遅延時間の差(位相差)を検出するようになされる。
10A to 10C are waveform diagrams showing an operation example in the
図10Aに示す波形は、基準クロック信号である。ここで、図6に示した遅延固定ループ回路27による拡散コード・トラッキング・ループ制御によって、図10Bに示す反射パルス#P1と、図8に示した遅延固定ループ回路28による拡散コード・トラッキング・ループ制御によって、図10Cに示す反射パルス#P2とが同期する。
The waveform shown in FIG. 10A is a reference clock signal. Here, by the spreading code tracking loop control by the delay
また、図10Aに示した基準クロック信号に対して任意のサイプリング時刻を設定し、この時刻を基準にすると、反射器#1による反射パルス#P1は、この基準時刻からτa+τ1だけ遅延して遅延固定ループ回路27によって検出される。同様にして、反射器#2による反射パルス#P2は、この基準時刻からτa+τ2だけ遅延して遅延固定ループ回路28によって検出される。
Further, when an arbitrary siping time is set for the reference clock signal shown in FIG. 10A and this time is used as a reference, the reflection pulse # P1 by the
従って、温度センサ10の反射器#1と反射器#2の反射遅延時間の差τεは、位相比較回路29によって、(1)式、すなわち、
τε={(τa+τ1)−(τa+τ2)}・・・・・(1)
によって検出される。この空間の遅延時間τaは相殺されて消去されてしまう。このことから、反射遅延時間(伝播遅延時間)の差τεは、(2)式、すなわち、
τε=(τ1−τ2) ・・・・・(2)
となる。この測定原理を使用することにより、空間の遅延時間τaの影響なしに温度センサ10の中を伝播する表面波の反射パルス#P1と#P2の反射遅延時間の差τεを測定することができる。この反射遅延時間の差τεから温度センサ10が検知した被測定対象4の温度を求めることができる。これにより、反射器相互間の干渉および温度センサ10以外の物体からの反射を分離することができ、当該反射遅延時間の差τεに基づいて被測定対象4の温度や圧力等を高精度に測定することができる。
Therefore, the difference τε between the reflection delay times of the
τε = {(τa + τ1) − (τa + τ2)} (1)
Detected by. The delay time τa of this space is canceled and erased. From this, the difference τε in the reflection delay time (propagation delay time) is expressed by equation (2), that is,
τε = (τ1-τ2) (2)
It becomes. By using this measurement principle, the difference τε between the reflection delay times of the reflection pulses # P1 and # P2 of the surface wave propagating through the
なお、復調器85から搬送波のレベル及び位相情報が得られるので、この搬送波の位相情報によって、反射遅延時間の差τεを求めれば、これによっても、温度を測定できるようになる。例えば、搬送波を再生し、受信搬送波の位相θ1、θ2と送信搬送波の位相θ1r、θ2rとを検出し、これらの位相差(θ1−θ1r)、(θ2−θ2r)を求める。
Since the level and phase information of the carrier wave is obtained from the
また、反射器#1で基準反射遅延時間をτ1rとし、反射器#2で基準反射遅延時間をτ2rとして、これら基準反射遅延時間τ1r、τ2rを検出し、これらの時間差(τ1−τ1r)、(τ2−τ2r)を求める。これらの位相差(θ1−θ1r)、(θ2−θ2r)と、反射遅延時間の差(τ1−τ1r)、(τ2−τ2r)と、温度変化との間には、(3)、(4)式のような関係にある。
(θ1−θ1r)∝(τ1−τ1r)∝ 温度変化 ・・・・・(3)
(θ2−θ2r)∝(τ2−τ2r)∝ 温度変化 ・・・・・(4)
In addition, the reference reflection delay time is set to τ1r in the
(Θ1-θ1r) ∝ (τ1-τ1r) 変 化 Temperature change (3)
(Θ2-θ2r) ∝ (τ2-τ2r) ∝ Temperature change (4)
この(3),(4)式からも、詳細な精度で温度を測定できるようになる。 From these equations (3) and (4), the temperature can be measured with detailed accuracy.
図11A〜Cは、位相比較回路29における反射遅延時間の差τεの検出例を示す波形図である。
11A to 11C are waveform diagrams showing an example of detection of the reflection delay time difference τε in the
この例で被測定対象4の温度上昇によって、反射器#1による反射パルス#P1と、反射器#2による反射パルス#P2との反射遅延時間の差τεが大きくなり、反対に、温度降下によって、これらの反射遅延時間の差τεが小さくなる場合を想定する。このような温度センサ10には、温度上昇によって基板1が膨張し、表面波変換器2から反射器#1や#2等に至る離隔距離が伸び、反対に、温度降下によって、基板1が縮小し、表面波変換器2から反射器#1や#2等に至る離隔距離が縮む性質のセンサ基板1を使用するとよい。
In this example, the difference in reflection delay time τε between the reflection pulse # P1 from the
図11Aに示す例では、反射パルス#P1と反射パルス#P2との反射遅延時間の差τεがτε’−Δτの関係に有る場合である。この場合の被測定対象4の温度をT1とする。また、図11Bに示す反射パルス#P1と反射パルス#P2との反射遅延時間の差τεがτε’の関係に有る場合である。この場合の被測定対象4の温度をT2とする。更に、図11Bに示す反射パルス#P1と反射パルス#P2との反射遅延時間の差τεがτε’+Δτの関係に有る場合である。この場合の被測定対象4の温度をT3とする。上述の例で、被測定対象4の温度はT1<T2<T3なる関係にある。このようなセンサ基板1に与える温度の変化に対して、基板1が伸縮する量との関係を予め見出して参照テーブル化して準備して置くと良い。
In the example shown in FIG. 11A, the difference τε in the reflection delay time between the reflection pulse # P1 and the reflection pulse # P2 has a relationship of τε′−Δτ. In this case, the temperature of the measurement object 4 is T1. Further, this is a case where the difference τε in the reflection delay time between the reflection pulse # P1 and the reflection pulse # P2 shown in FIG. In this case, the temperature of the measurement object 4 is T2. Further, this is a case where the difference τε in the reflection delay time between the reflection pulse # P1 and the reflection pulse # P2 shown in FIG. 11B has a relationship of τε ′ + Δτ. In this case, the temperature of the measurement object 4 is T3. In the above example, the temperature of the measurement target 4 has a relationship of T1 <T2 <T3. It is preferable to prepare in advance a reference table by finding the relationship between the temperature applied to the
この例で、センサ基板1にLiNbO3系(YZ断面)の結晶基板1を使用すると、その直線形の温度係数が約90ppm/℃であることから、±1℃の精度で温度を測定できるようになる。
In this example, when the
図12は、メモリ部32における温度Tx対反射遅延時間の差τεの関係例を示す図である。図12において、縦軸はセンサ基板1に与える温度(被測定対象4の温度に比例)であり、横軸は、基板1の伸縮量を反映した反射遅延時間の差τεである。この例では、Tx対τεの特性グラフが直線的(一次関数的)に変化する場合を示している。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship example of the difference τε between the temperature Tx and the reflection delay time in the
上述の例で、センサ基板1の温度がT2(例えば、常温)のとき、反射遅延時間の差τεはτε’である。センサ基板1の温度がT2からΔTだけ下がったとき、反射遅延時間の差τεはτε’−Δτとなる。反対に、センサ基板1の温度がT2からΔTだけ上昇したとき、反射遅延時間の差τεはτε’+Δτとなる。このような関係を予めセンサ基板1を構成する部材毎に見出し、図1に示したメモリ部32に格納して置き、反射遅延時間の差τεをアドレスにしてこの温度データD1を読み出すようにすればよい。温度データD1で足りない部分は補間にして算出するようにしてもよい。
In the above example, when the temperature of the
なお、温度データD1は、制御装置31により、実時間に算出するようにしてもよい。例えば、温度T℃における表面波の速度をV(T)とし、温度To℃における表面波の速度をV(To)とし、温度係数をTkとしたとき、(5)式、すなわち、
V(T)=V(To)・[1−Tk(T−To)]・・・・(5)
により計算する。具体的には、反射遅延時間の差τεから、温度T℃における表面波の速度をV(T)を求め、温度係数Tkを(5)式に代入して、被測定対象4の温度T℃を算出するようになされる。
The temperature data D1 may be calculated by the
V (T) = V (To). [1-Tk (T-To)] (5)
Calculate with Specifically, from the difference τε in the reflection delay time, the surface wave velocity V (T) at the temperature T ° C. is obtained, the temperature coefficient Tk is substituted into the equation (5), and the temperature T ° C. of the measurement object 4 is measured. Is calculated.
又は、温度T℃における表面波の中間周波数をfo(T)とし、温度To℃における表面波の中間周波数をfo(To)としたとき、(6)式、すなわち、
fo(T)=fo(To)・[1−Tk(T−To)]・・・・(6)
により計算する。この場合には、反射遅延時間の差τεから、温度T℃における表面波の中間周波数fo(T)を求め、温度係数Tkを(6)式に代入して、被測定対象4の温度T℃を算出するようになされる。
Or, when the intermediate frequency of the surface wave at the temperature T ° C. is fo (T) and the intermediate frequency of the surface wave at the temperature To ° C. is fo (To), the equation (6),
fo (T) = fo (To). [1-Tk (T-To)] (6)
Calculate with In this case, the intermediate frequency fo (T) of the surface wave at the temperature T ° C. is obtained from the difference in reflection delay time τε, the temperature coefficient Tk is substituted into the equation (6), and the temperature T ° C. of the object 4 to be measured. Is calculated.
又は、温度T℃における表面波の伝播時間τ(T)とし、温度To℃における表面波の伝播時間τo(To)としたとき、(7)式、すなわち、
τ(T)=τ(To)・[1−Tk(T−To)]・・・・(7)
により計算する。この場合には、反射遅延時間の差τεから、温度T℃における表面波の伝播時間τ(T)を求め、温度係数Tkを(7)式に代入して、被測定対象4の温度T℃を算出するようになされる。
Or, when the propagation time τ (T) of the surface wave at the temperature T ° C. and the propagation time τo (To) of the surface wave at the temperature To ° C., the equation (7),
τ (T) = τ (To) · [1-Tk (T−To)] (7)
Calculate with In this case, the propagation time τ (T) of the surface wave at the temperature T ° C. is obtained from the difference in reflection delay time τε, the temperature coefficient Tk is substituted into the equation (7), and the temperature T ° C. Is calculated.
続いて、本発明に係る無線応答測定方法について、無線応答温度測定システム100を利用した体温測定例を説明する。図13は、無線応答温度測定システム100における体温測定例を示すフローチャートである。
Next, an example of body temperature measurement using the wireless response
この実施例では、患者さんの体温を無線測定する場合を例に挙げる。このシステム100では、図1〜図12に示した温度センサ10と無線送受信装置40が予め準備される。温度センサ10は、スペクトラム拡散通信方式により拡散変調される無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象4の温度に従った応答信号Sinを放射するものである。この例では、図12に示したような温度Tx対反射遅延時間の差τεの関係例を記憶した参照テーブルがメモリ部32に準備されている場合を想定する。
In this embodiment, a case where a patient's body temperature is measured wirelessly will be described as an example. In this
これを体温測定条件にして、図13に示すフローチャートのステップA1で温度センサ10を被測定対象4である患者の体の一部に取付ける。例えば、患者の腕等に温度センサ10を貼るようになされる。そして、ステップA2で患者に取付けられた温度センサ10に対して、例えば、看護婦は、無線送受信装置40を温度センサ10に向け、操作部34を操作して無線送受信装置40から変調信号を輻射する。これと共に、ステップA3で無線送受信装置40は、当該温度センサ10から戻ってくる応答信号Sinを受信する。
With this as a body temperature measurement condition, the
そして、ステップA4で無線送受信装置40は、温度センサ10に輻射する変調信号と当該温度センサ10から受信した応答信号Sinとに基づいて該温度センサ10を伝播する表面波の反射遅延時間の差τεを検出する。ここで検出された反射遅延時間の差τεに基づいて無線送受信装置40は、ステップA5で患者の体温T℃を演算する。このとき、制御装置31は、図12に示したメモリ部32の参照テーブルにおいて、反射遅延時間の差τεをアドレスにして、温度データD1を読み出すようになされる。
Then, in step A4, the wireless transmitting / receiving device 40, based on the modulation signal radiated to the
その後、ステップA6に移行して制御装置31は、表示データD2に基づいて患者の体温T℃を表示部33に表示するようになされる。表示部33における体温T℃の表示はデジタルでもアナログ表示でも、どちらでもかまわない。このとき、体温の記録をプリントアウト可能なように無線送受信装置40にプリント機能を持たせてもよい。
Thereafter, the process proceeds to step A6, and the
そして、ステップA7で体温測定終了を判断する。この際の判断は、無線送受信装置40を取り扱うオペレータ(この場合、看護婦)である。電源をオフして測定終了する。また、継続して患者の体温を測定する場合は、ステップA2に戻って上述した処理を繰り返すようになされる。なお、温度センサ10は、患者の腕等に貼り放しても、その都度、取り外すようにしてもどちらでもかまわない。
In step A7, the end of body temperature measurement is determined. The judgment at this time is an operator (in this case, a nurse) who handles the radio transceiver 40. Turn off the power and end the measurement. Moreover, when measuring a patient's body temperature continuously, it returns to step A2 and is made to repeat the process mentioned above. The
このように、本発明に係る第1の実施例としての無線応答温度測定システム及び無線応答温度測定方法によれば、患者の体温等を無線測定する場合に、無線送受信装置40は、温度センサ10に変調信号を輻射すると共に、当該温度センサ10から戻ってきた応答信号Sinを受信して信号処理をする。このとき、当該無線送受信装置40は、温度センサ10に輻射する変調信号Soutと当該温度センサ10から放射される応答信号Sinとに基づいて該温度センサ10を伝播する表面波の反射遅延時間の差τεを検出するようになされる。
Thus, according to the wireless response temperature measurement system and the wireless response temperature measurement method as the first embodiment of the present invention, when wirelessly measuring a patient's body temperature or the like, the wireless transmission / reception device 40 includes the
従って、温度センサ10以外の物体からの反射を分離することができ、当該反射遅延時間の差τεに基づいて患者の体温等を高精度に測定することができる。この実施例では、患者の温度等を測定する場合について説明したが、これに限られることはなく、被測定対象4の圧力を測定することもできる。この場合は、上述の温度係数Tkに代えて圧力係数を各々の式に代入すればよい。
Therefore, reflection from an object other than the
図14は、本発明に係る第2の実施例としての無線応答測定システム100’の信号応答体の構成例を示す図である。この実施例の無線応答測定システム100’では、制御端子47を設けた反射器#1を有する信号応答体10’が適用される。
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a signal response body of the wireless
図14に示す信号応答体10’の、例えば、反射器#1には、制御端子67が設けられ、この制御端子67はスイッチ6を介して接地される。このスイッチ6をオン・オフして表面波変換器2から伝播される表面波の反射及び通過を制御するようになされる。スイッチ6には、例えば、電界効果型のトランジスタ(FET)が使用され、このゲートには情報出力源7が接続される。情報出力源7には、「0」,「1」を組み合わせた送信情報が準備される。情報出力源7から出力された送信情報は、FETのゲートに供給される。FETは送信情報に基づいてオン・オフするので、表面波変換器2から伝播される表面波が反射器#1を反射する、及び、反射器#1を通過する等の制御を実行することができる。
For example, the
このように、本発明に係る第2の実施例としての無線応答測定システムによれば、制御端子付きの反射器#1を有する信号応答体10’が備えられ、この制御端子67を通じてスイッチ6をオン・オフ制御され、信号応答体から図示しない無線送受信装置へデータを送信するようになされる。
Thus, according to the wireless response measurement system as the second embodiment of the present invention, the
従って、信号応答体10’にタグの機能を持たせることができ、センサとしての信号応答体10’とタグとしての信号応答体10’の両立させることができる。これにより、信号応答体10’に受動型符号化機能を持たせることができる。
Therefore, the
本発明は、温度や圧力などの測定箇所とその測定信号を処理する装置本体部とがワイヤレス化した無線応答温度測定システムや無線応答脈拍測定システム等に適用して極めて好適である。 The present invention is extremely suitable when applied to a wireless response temperature measurement system, a wireless response pulse measurement system, or the like in which a measurement location such as temperature and pressure and an apparatus main body that processes the measurement signal are made wireless.
1・・・基板、2・・・表面波変換器、10・・・温度センサ(信号応答体)、10’・・・信号応答体、21・・・送信部、22,23・・・発振器、24,72A〜72C,82A〜82C・・・乗算器、25,71,81・・・PN発生器、26A,26B・・・アンテナ体、27,28・・・第1,第2の遅延固定ループ回路、29・・・位相比較回路、30・・・受信部、31・・・制御装置、32・・・メモリ部、33・・・表示部、34・・・操作部、75,85・・・復調器、78・・・電圧可変発振器、100・・・無線応答温度測定システム(無線応答測定システム)、100’・・・無線応答測定システム
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記被測定対象に取付けられ、スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調された無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象の物理量に従った応答信号を放射する信号応答体と、
前記信号応答体に前記変調信号を輻射すると共に、当該信号応答体から戻ってきた応答信号を受信して信号処理をする無線送受信装置とを備え、
前記無線送受信装置は、
前記信号応答体に輻射する前記変調信号と当該信号応答体から放射される応答信号とに基づいて該信号応答体を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出することを特徴とする無線応答測定システム。 A system for wirelessly measuring a physical quantity of an object to be measured,
A signal responder attached to the object to be measured and receiving a modulation signal for radio response measurement directly spread modulated by a spread spectrum communication method and emitting a response signal according to the physical quantity of the object to be measured;
A radio transmission / reception device that radiates the modulated signal to the signal responder and receives a response signal returned from the signal responder to perform signal processing,
The wireless transceiver is
A radio response measurement system for detecting a propagation delay time of a surface wave propagating through the signal response body based on the modulation signal radiated to the signal response body and a response signal radiated from the signal response body. .
アンテナ体と、結晶構造の基板と、表面波変換器と、反射器とを備え、
前記アンテナ体に接続された表面波変換器が前記基板上に配置されると共に、当該表面波変換器から所定の距離を隔てた前記反射器が当該基板上の表面波の伝播進路に配置され、
前記アンテナ体によって前記変調信号を受信して前記表面波変換器に供給し、
前記アンテナ体から供給されたスペクトラム拡散通信方式の変調信号を前記表面波変換器によって弾性波の表面波に変換し、
前記表面波変換器から伝播される表面波を前記反射器によって反射し、
前記反射器から反射される表面波を前記表面波変換器によってスペクトラム拡散通信方式の変調信号に変換した応答信号を前記アンテナ体から輻射することを特徴とする請求項1に記載の無線応答測定システム。 The signal responder is
An antenna body, a substrate having a crystal structure, a surface wave converter, and a reflector;
A surface wave transducer connected to the antenna body is disposed on the substrate, and the reflector spaced a predetermined distance from the surface wave transducer is disposed in a propagation path of the surface wave on the substrate,
Receiving the modulated signal by the antenna body and supplying it to the surface wave transducer;
The modulated signal of the spread spectrum communication system supplied from the antenna body is converted into a surface wave of an elastic wave by the surface wave converter,
The surface wave propagated from the surface wave transducer is reflected by the reflector,
The radio response measurement system according to claim 1, wherein a response signal obtained by converting a surface wave reflected from the reflector into a modulation signal of a spread spectrum communication system by the surface wave converter is radiated from the antenna body. .
アンテナ体と、
前記アンテナ体に接続され、所定の周波数の搬送波信号を前記スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調して得られた無線応答測定用の変調信号を送信する送信部と、
前記アンテナ体に接続され、前記信号応答体から戻ってきた応答信号を逆拡散して復調し、当該信号応答体を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出する受信部とを有することを特徴とする請求項1に記載の無線応答測定システム。 The wireless transceiver is
An antenna body,
A transmitter that is connected to the antenna body and transmits a modulation signal for wireless response measurement obtained by directly spreading and modulating a carrier signal of a predetermined frequency by the spread spectrum communication method;
A receiving unit connected to the antenna body, despreading and demodulating the response signal returned from the signal response body, and detecting a propagation delay time of the surface wave propagating through the signal response body; The wireless response measurement system according to claim 1.
所定の周波数の搬送波信号を発生する第1の発振器と、
所定の周波数のクロック信号を発生する第2の発振器と、
前記第2の発振器から出力されるクロック信号に基づいて拡散符号系列を発生するPN発生器と、
前記第1の発振器から出力される搬送波信号を前記PN発生器から出力される拡散符号系列に基づいてスペクトラム拡散変調する変調器とを有することを特徴とする請求項3に記載の無線応答測定システム。 The transmitter is
A first oscillator for generating a carrier signal of a predetermined frequency;
A second oscillator for generating a clock signal of a predetermined frequency;
A PN generator that generates a spreading code sequence based on a clock signal output from the second oscillator;
4. The radio response measurement system according to claim 3, further comprising: a modulator that performs spread spectrum modulation on a carrier signal output from the first oscillator based on a spread code sequence output from the PN generator. .
前記受信部は、
前記信号応答体の第1の反射器から戻ってきた応答信号の拡散符号系列のコード同期を採る第1の遅延固定ループ回路と、
前記信号応答体の第2の反射器から戻ってきた応答信号の拡散符号系列のコード同期を採る第2の遅延固定ループ回路と、
前記第1の遅延固定ループ回路から得られる位相情報と、前記第2の遅延固定ループ回路から得られる位相情報とを入力して位相差を検出する位相比較回路とを有することを特徴とする請求項3に記載の無線応答測定システム。 The signal responder is provided with two reflectors;
The receiver is
A first delay locked loop circuit that takes code synchronization of a spreading code sequence of a response signal returned from the first reflector of the signal responder;
A second delay locked loop circuit that takes code synchronization of the spreading code sequence of the response signal returned from the second reflector of the signal responder;
A phase comparison circuit for detecting a phase difference by inputting phase information obtained from the first delay locked loop circuit and phase information obtained from the second delay locked loop circuit. Item 4. The wireless response measurement system according to Item 3.
前記制御端子をスイッチを介して接地し、
前記スイッチをオン・オフして前記表面波変換器から伝播される表面波の反射及び通過を制御することを特徴とする請求項2に記載の無線応答測定システム。 A control terminal is provided on the reflector;
The control terminal is grounded via a switch,
The wireless response measurement system according to claim 2, wherein the switch is turned on / off to control reflection and passage of the surface wave propagated from the surface wave converter.
前記位相比較回路から出力される位相差に基づいて前記記憶装置から被測定対象の物理量を示すデータを読出す制御装置とを備えることを特徴とする請求項1に記載の無線応答測定システム。 A storage device that stores data obtained by converting the physical quantity of the measurement target into a reference table;
The wireless response measurement system according to claim 1, further comprising: a control device that reads data indicating a physical quantity of the measurement target from the storage device based on a phase difference output from the phase comparison circuit.
スペクトラム拡散通信方式により直接拡散変調される無線応答測定用の変調信号を受けて当該被測定対象の物理量に従った応答信号を放射する信号応答体を前記被測定対象に取付け、
前記被測定対象に取付けられた信号応答体に前記変調信号を輻射すると共に、当該信号応答体から戻ってくる応答信号を受信し、
前記信号応答体に輻射する前記変調信号と当該信号応答体から受信した応答信号とに基づいて該信号応答体を伝播する表面波の伝播遅延時間を検出し、
検出された前記伝播遅延時間に基づいて前記被測定対象の物理量を測定することを特徴とする無線応答測定方法。 A method for wirelessly measuring a physical quantity of a measurement target,
A signal responder that receives a modulation signal for wireless response measurement that is directly spread modulated by a spread spectrum communication method and emits a response signal according to the physical quantity of the measurement target is attached to the measurement target,
Radiates the modulated signal to a signal responder attached to the object to be measured, and receives a response signal returned from the signal responder,
Detecting a propagation delay time of a surface wave propagating through the signal response body based on the modulation signal radiated to the signal response body and a response signal received from the signal response body;
A wireless response measurement method, comprising: measuring a physical quantity of the measurement target based on the detected propagation delay time.
The wireless response measuring method according to claim 8, wherein reflection and passage of a surface wave propagating through the signal responder is controlled.
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