(57)【要約】      （修正有）【課題】多数の子機を識別できるとともに、低コスト、高汎用性かつ保守の容易なＳＡＷ（弾性表面波）デバイスを用いた遠隔センサを提供する。【解決手段】アンテナ２２と、アンテナ２２に接続された励振電極２１ａと、反射電極とが表面に形成された圧電体と、アンテナ２２と圧電体との間に介挿され、アンテナ２２と圧電体の整合と不整合とを切り替える整合切替回路２３ｄと、アンテナ２２にて受信された入力信号より電力を蓄積する電力蓄積回路２３ａと、電力蓄積回路２３ａに蓄積された電力により駆動され、アンテナ２２にて受信された起動信号に含まれる識別情報を判別して、整合切替回路２３ｄに整合と不整合とを切り替えさせる識別情報判別回路２３ｂと、を有する遠隔センサ２。【選択図】図３
2014199502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと、
前記アンテナに接続された励振電極と、反射電極とが表面に形成された圧電体と、
前記アンテナと前記圧電体との間に介挿され、前記アンテナと前記圧電体の整合と不整合とを切り替える整合切替回路と、
所定の電力を蓄積する電力蓄積回路と、
前記電力蓄積回路に蓄積された電力により駆動され、前記アンテナにて受信された起動信号に含まれる識別情報を判別して、前記整合切替回路に整合と不整合とを切り替えさせる識別情報判別回路と、
を有する遠隔センサ。
【請求項２】
前記整合切替回路は、前記アンテナの給電点同士、又は給電点と接地点を短絡するものである請求項１に記載の遠隔センサ。
【請求項３】
前記アンテナ、前記圧電体、整合切替回路、前記電力蓄積回路及び前記識別情報判別回路は伝熱性基材の上面に固定されており、
前記伝熱性基材は下面に前記遠隔センサを測定対象物に取り付けるための取付構造を有する請求項１又は２に記載の遠隔センサ。
【請求項４】
前記アンテナ、整合切替回路、前記電力蓄積回路及び前記識別情報判別回路は前記圧電体に実装されている請求項１又は２に記載の遠隔センサ。
【請求項５】
個別識別情報を記憶する個別識別情報記憶回路を有し、
前記識別情報判別回路は、前記識別情報と前記個別識別情報の一致と不一致とを判別する請求項１から４のいずれかに記載の遠隔センサ。
【請求項６】
前記個別識別情報記憶回路は、書き込み可能又は書き換え可能な不揮発性記憶装置であり、
前記個別識別情報記憶回路に前記個別識別情報を書き込むための書込端子を有する
請求項１から５のいずれかに記載の遠隔センサ。
【請求項７】
前記個別識別情報記憶回路は、電気的に書き換え可能な不揮発性記憶装置であり、
前記識別情報判別回路は、前記入力信号に含まれる識別情報が書込指令であることを判別し、前記書込指令を判別した場合には前記入力信号に含まれる個別識別情報を前記個別識別情報記憶回路に書き込む
請求項１から５のいずれかに記載の遠隔センサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の遠隔センサと、
前記遠隔センサ毎に設定された前記識別情報を含む入力信号を送信した後、前記識別情報を含まない励振信号を送信する送信部と、
前記遠隔センサから送信される残響信号を受信する受信部と、
前記反響信号の周波数に基づいて測定結果を算出する測定結果算出部と、
を有する遠隔センサの制御装置と、
を備えた遠隔センシングシステム。
【請求項９】
遠隔センサに対し、前記遠隔センサ毎に固有の識別情報を含む起動信号を送信するステップと、
前記遠隔センサが、前記識別情報を判別し、前記遠隔センサが有するアンテナと前記遠隔センサが有する圧電体上に形成された励振電極を整合させるステップと、
前記遠隔センサに対し、前記識別情報を含まない励振信号を送信するステップと、
前記遠隔センサが送信する残響信号を受信するステップと、
前記残響信号の周波数に基づいて測定結果を算出するステップと、
を備えた遠隔センシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔センサ、遠隔センシングシステム及び遠隔センシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：弾性表面波）デバイスとして知られる電子部品は、高周波フィルタ及び発振器として広く用いられているが、その特性（共振）周波数が温度や変形に依存して変化するため、温度センサや歪みセンサとして使用し得ることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、ＳＡＷセンサ監視システムであって、子機毎にバッテリにより駆動される発信周期発生器を設け、子機毎に異なる発信周期で間欠発信動作をするものが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、弾性表面波共振子をセンサとして使用したＲＦＩＤタグへ電波を送信し、外ＲＦＩＤタグが送信する残響信号を受信する遠隔検知装置において、複数の子機を用いる際に、各子機の残響信号の帯域をそれぞれ重複せずに異なる値に設定することが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、センサ測定システムであって、コントローラが起動電力信号を測定させるセンサに対応した識別ＩＤを含むように変調させて送信し、複数のセンサは、判定部により、起動電力信号が自身の識別ＩＤを含むと判定されたときに測定を開始するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４０８８０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８０７９９号公報
【特許文献３】特開２０１０−４９６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＳＡＷデバイスを遠隔センサ、すなわち、センサ部分である子機をその制御装置である親機と有線により接続することなく分離して使用し得るセンサとして用いようとすると、複数の子機を同時に使用する際に個々の子機をどのように識別するかが問題となる。
【０００８】
特許文献１に記載されたＳＡＷセンサ監視システムでは、子機毎に搭載されたバッテリによりＳＡＷ素子が励振され、またＳＡＷ素子からの発信は計測のタイミングとは無関係に常時一定の発信周期でなされるため、電力消費が大きくバッテリの消耗が速い。そのため、頻繁にバッテリ又は子機を交換しなければならず、保守の手間及びコストが大きくなるか、または大型のバッテリを搭載しなければならないため、子機が大型化して汎用性に欠け、製造コスト増を招くと考えられる。
【０００９】
特許文献２に開示された遠隔検知装置では、子機毎に異なる周波数帯域を割り当てる、いわゆるＦＤＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の手法により複数の子機を識別している。しかしながら、ＦＤＭの手法では使用する帯域を分割しうる数には限界があるため、多数の子機を同時に使用することはできない。さらに、子機毎に異なる共振周波数を持つＳＡＷデバイスを作成しなければならないため、製造コストも高くなり、保守も容易でない。
【００１０】
特許文献３に記載されたセンサ測定システムは、複数の遠隔センサの子機を識別する一般的な方法について示唆を与えるものの、ＳＡＷデバイスを子機とする遠隔センサ及び遠隔センシングシステムについて何ら具体的な技術を提示するものではない。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、多数の子機を識別できるとともに、低コスト、高汎用性かつ保守の容易なＳＡＷデバイスを用いた遠隔センサ、遠隔センシングシステム及び遠隔センシング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。
【００１３】
（１）アンテナと、前記アンテナに接続された励振電極と、反射電極とが表面に形成された圧電体と、前記アンテナと前記圧電体との間に介挿され、前記アンテナと前記圧電体の整合と不整合とを切り替える整合切替回路と、所定の電力を蓄積する電力蓄積回路と、前記電力蓄積回路に蓄積された電力により駆動され、前記アンテナにて受信された起動信号に含まれる識別情報を判別して、前記整合切替回路に整合と不整合とを切り替えさせる識別情報判別回路と、を有する遠隔センサ。
【００１４】
（２）（１）において、前記整合切替回路は、前記アンテナの給電点同士、又は給電点と接地点を短絡するものである遠隔センサ。
【００１５】
（３）（１）又は（２）において、前記アンテナ、前記圧電体、整合切替回路、前記電力蓄積回路及び前記識別情報判別回路は伝熱性基材の上面に固定されており、前記伝熱性基材は下面に前記遠隔センサを測定対象物に取り付けるための取付構造を有する遠隔センサ。
【００１６】
（４）（１）又は（２）において、前記アンテナ、整合切替回路、前記電力蓄積回路及び前記識別情報判別回路は前記圧電体に実装されている遠隔センサ。
【００１７】
（５）（１）から（４）のいずれかにおいて、個別識別情報を記憶する個別識別情報記憶回路を有し、前記識別情報判別回路は、前記識別情報と前記個別識別情報の一致と不一致とを判別する遠隔センサ。
【００１８】
（６）（１）から（５）のいずれかにおいて、前記個別識別情報記憶回路は、書き込み可能又は書き換え可能な不揮発性記憶装置であり、前記個別識別情報記憶回路に前記個別識別情報を書き込むための書込端子を有する遠隔センサ。
【００１９】
（７）（１）から（５）のいずれかにいて、  前記個別識別情報記憶回路は、電気的に書き換え可能な不揮発性記憶装置であり、前記識別情報判別回路は、前記入力信号に含まれる識別情報が書込指令であることを判別し、前記書込指令を判別した場合には前記入力信号に含まれる個別識別情報を前記個別識別情報記憶回路に書き込む遠隔センサ。
【００２０】
（８）（１）から（７）のいずれかの遠隔センサと、前記遠隔センサ毎に設定された前記識別情報を含む入力信号を送信した後、前記識別情報を含まない励振信号を送信する送信部と、前記遠隔センサから送信される残響信号を受信する受信部と、前記反響信号の周波数に基づいて測定結果を算出する測定結果算出部と、を有する遠隔センサの制御装置と、を備えた遠隔センシングシステム。
【００２１】
（９）遠隔センサに対し、前記遠隔センサ毎に固有の識別情報を含む起動信号を送信するステップと、前記遠隔センサが、前記識別情報を判別し、前記遠隔センサが有するアンテナと前記遠隔センサが有する圧電体上に形成された励振電極を整合させるステップと、前記遠隔センサに対し、前記識別情報を含まない励振信号を送信するステップと、前記遠隔センサが送信する残響信号を受信するステップと、前記残響信号の周波数に基づいて測定結果を算出するステップと、を備えた遠隔センシング方法。
【発明の効果】
【００２２】
上記（１）の側面によれば、多数の子機を識別できるとともに、低コスト、高汎用性かつ保守の容易なＳＡＷデバイスを用いた遠隔センサが得られる。
【００２３】
上記（２）の側面によれば、簡単な構造により励起信号による励振の有無の切り替えができる。
【００２４】
上記（３）の側面によれば、遠隔センサを温度センサとして用いる際に、測定対象物への固定が容易な遠隔センサが得られる。
【００２５】
上記（４）の側面によれば、さらに低コストかつ小型で汎用性の高い遠隔センサが得られる。
【００２６】
上記（５）の側面によれば、遠隔センサ毎に用いるＳＡＷデバイスを共通のものとでき、低コストかつ保守の容易な遠隔センサが得られる。
【００２７】
上記（６）の側面によれば、電気的接続を使用して遠隔センサに個別識別情報を記憶させることができる。
【００２８】
上記（７）の側面によれば、非接触にて遠隔センサに個別識別情報を記憶させることができる。
【００２９】
上記（８）の側面によれば、多数の子機を識別できるとともに、低コスト、高汎用性かつ保守の容易なＳＡＷデバイスを用いた遠隔センシングシステムが得られる。
【００３０】
上記（９）の側面によれば、多数の子機を識別できるとともに、低コスト、高汎用性かつ保守の容易なＳＡＷデバイスを用いた遠隔センシング方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態に係る遠隔センシングシステムを示す概略の外観図である。
【図２】遠隔センサの構造を示す斜視図である。
【図３】遠隔センサのシステムブロック図である。
【図４】制御装置の概略のシステムブロック図である。
【図５】遠隔センシングシステムの動作の一例を示すタイムチャートである。
【図６】実施形態に係る遠隔センサの構造の変形例を示す斜視図である。
【図７】変形例に係る遠隔センサのシステムブロック図である。
【図８】実施形態に係る遠隔センサの構造のさらなる変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１は、本実施形態に係る遠隔センシングシステム１００を示す概略の外観図である。遠隔センシングシステム１００は、親機となる遠隔センサの制御装置１と、１つ以上の子機である遠隔センサ２からなる（図示のものでは２つの遠隔センサ２を示しているが、より多数であってよい）。遠隔センサ２は、測定対象となる種々の機器に取り付けられるセンサであり、その内部にＳＡＷデバイスを含んでいる。センシング対象となる物理量はＳＡＷデバイスにより検知可能ないかなるものであってもよいが、ここでは測定対象物の温度である。
【００３４】
また、遠隔センサ２は、それ自体の内部に小型のボタン電池やキャパシタなどの動力源を有することができるが、そのような動力源を持たず、遠隔センサ２の動作に必要な電力は外部電波によるエネルギーによる生じる電力により一時的なものとして確保されるようにしてもよい。以降の実施形態の説明では、このような、外部電波により得られる電力を用いる例で説明する。
【００３５】
制御装置１は、遠隔センサ２に対して電波信号を送信し、その後遠隔センサ２が発する応答電波信号を受信して測定結果を得るとともに、かかる測定結果がどの遠隔センサ２のものであるかを識別する。
【００３６】
制御装置１の外観や構成は特に限定されないが、図示の例では、筺体の前面に、アンテナ１０、タッチパネル１１、外部接続端子１２が設けられたものとなっている。アンテナ１０はここではモノポールアンテナであり、遠隔センサ２に電波信号を送信し、また、遠隔センサ２からの応答信号を受信するためのものである。
【００３７】
タッチパネル１１は、遠隔センシングシステム１００の各種の状態や測定結果を表示するディスプレイと、ユーザからの各種指令を受け付ける入力機器を兼ねたものであり、遠隔センシングシステム１００に対する操作と情報の確認はタッチパネル１１にて行うことができる。もちろん、ディスプレイと入力機器を別々に設けてもよいし、次に説明する外部接続端子１２に接続した一般的なコンピュータやペンダント形ＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ−Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等の適宜の外部機器を用いて遠隔センシングシステム１００に対する操作と情報の確認をするようにしてもよい。
【００３８】
外部接続端子１２は、制御装置１を外部機器と接続し通信するための端子であり、前記述したコンピュータやＨＭＩを接続してもよいし、或いは測定結果を記録するためのデータロガーやプリンタ、また遠隔センシングシステム１００を組み込み用途で使用するため、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等と接続してもよい。
【００３９】
図２は、遠隔センサ２の構造を示す斜視図である。遠隔センサ２は、板状の伝熱性基材２０上に圧電体２１と、アンテナ２２及びコントロールＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）２３を実装した実装基板２４を固定し、カバー２６で覆ったものである。同図では遠隔センサ２の構造を示すためカバー２６を破線で示し、その背後となる部材を透過して示している。
【００４０】
伝熱性基材２０は、伝熱性に優れた（すなわち熱伝導率の大きい）材料製の板状部材であり、その上面には前述の圧電体２１、実装基板２４及びカバー２６が設けられる。上面の反対側の面である下面は伝熱性基材２０が露出しており、伝熱性グリスや接着剤等により測定対象物に貼り付けることにより、測定対象物の熱を迅速に圧電体２１に伝える働きをする。伝熱性基材２０の材料は、例えば熱伝導率が１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましく、より好ましくは１００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上とする。本実施形態では、アルミニウムである。
【００４１】
圧電体２１は、水晶や圧電体セラミックス等の圧電体を板状に加工したものであり、その表面ほぼ中央に櫛歯状の励振電極２１ａが、又その両端付近に同じく櫛歯状の反射電極２１ｂが設けられている。かかる圧電体２１は、いわゆるＳＡＷデバイスを構成する圧電基板であり、励振電極２１ａに、交番電圧を印加すると圧電効果により弾性表面波が発生する。圧電体２１の表面を伝播する弾性表面波は、それぞれの両端で反射電極２１ｂにて逆向きの弾性表面波として反射される。このとき、励振電極２１ａに印加される交番電圧の周波数が圧電体２１の弾性表面波の固有振動数にほぼ等しい場合には、励振された弾性表面波が定在波となり、振動エネルギーが蓄積されることになる。その後、励振電極２１ａへの交番電圧の印加を停止すると、蓄積された振動エネルギーが圧電効果により電圧に変換され、励振電極２１ａから残響信号として出力される。このとき出力される電圧の周波数は、定在波の周波数、すなわち、圧電体２１の弾性表面波の固有振動数に等しい。
【００４２】
実装基板２４は常用される適宜の材質の基板、例えばガラスエポキシ基板であり、その表面にアンテナ２２とコントロールＩＣ２３を実装している。アンテナ２２の形式は、使用する電波の周波数に応じて小型のものを選択すればよく特に限定はないが、ＳＡＷデバイスとして用いられる圧電体２１の共振周波数が一般に３００ＭＨｚ以上であることから、ここではヘリカルモノポールアンテナを用いている。しかしながら、これ以外にもヘリカルダイポールアンテナや単なるダイポール又はモノポールアンテナ、パッチアンテナ等、任意の形式のアンテナを用いてよい。
【００４３】
コントローラＩＣ２３は、後述する電力蓄積回路、識別情報判別回路、個別識別情報記憶回路、整合回路及び整合切替回路を一体に集積したものである。もちろん、これらを一体とせず実装基板２４上に別の回路として作成してもよい。図２に示した例ではコントローラＩＣ２３と励振電極２１ａとは、ダイボンディングにより接続されているが、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）により接続してもよい。また、実装基板２４上には一対の書込端子２５が設けられている。
【００４４】
カバー２６は、圧電体２１と実装基板２４を保護するための部材である。なお、圧電体２１が弾性表面波を用いることに鑑みて、カバー２６と圧電体２１の表面には若干の隙間が設けられていることが好ましい。しかしながら、ＳＡＷデバイスとしての性能に影響を与えないのであれば、適宜の樹脂で伝熱性基材２０の上面を封止してしまってもよい。図２に示した例ではアンテナ２２の一部がカバー２６から露出しているが、これは任意である。
【００４５】
図３は、遠隔センサ２のシステムブロック図である。コントロールＩＣ２３は、その内部に電力蓄積回路２３ａ、識別情報判別回路２３ｂ、個別識別情報記憶回路２３ｃ、整合切替回路２３ｄ及び整合回路２３ｅを含んでいる。
【００４６】
電力蓄積回路２３ａは、アンテナ２２により受信された入力信号の電波のエネルギーにより励起された電圧を整流し、コンデンサなどの電力蓄積素子に蓄積する回路である。電力蓄積回路２３ａは、次に述べる識別情報判別回路２３ｂの駆動に十分な電力が蓄積した段階で（例えばコンデンサの両端電圧が十分に上がる等）、識別情報判別回路２３ｂに電力を供給し、起動させる。なお、ここで入力信号とは、アンテナ２２により受信される信号全般を指すものとする。
【００４７】
識別情報判別回路２３ｂは、アンテナ２２により受信された起動信号に含まれる識別情報を判別する。起動信号とは、入力信号のうち、特に識別情報が含まれているものを指す。識別情報を入力信号に重畳する方法に特に制限はないが、ここで用いる入力信号は圧電体２１の共振周波数にほぼ等しい周波数を持つ交番信号であるため、識別情報はかかる交番信号を搬送波として適宜のデジタル変調方式により変調を行ってよい。かかるデジタル変調方式には種々のものがあるが、例えば、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）やＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）やＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）を好適に用い得る。本実施形態では、ＰＳＫのうち、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  ＰＳＫ）を用いている。
【００４８】
識別情報判別回路２３ｂは、起動信号に含まれる識別情報を抽出し、個別識別情報記憶回路２３ｃに記憶されている個別識別情報と比較する。ここで、個別識別情報記憶回路２３ｃは、書き込み可能又は書き換え可能な不揮発性記憶装置であり、いわゆるＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。本実施形態における個別識別情報記憶回路２３ｃは、例えば、１回のみ書き込み可能なＯＴＰＲＯＭ（Ｏｎｅ  Ｔｉｍｅ  ＰＲＯＭ）であり、遠隔センサ２の製造時に、書込端子２５に電気的に接続されたＲＯＭライタにより、遠隔センサ２に固有の番号である個別識別情報が書き込まれる。しかしながら、個別識別情報記憶回路２３ｃとして書き換えが可能な素子、例えばＵＶＥＰＲＯＭ（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）やＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）を用いてもよい。いずれにせよ、本実施形態では、個別識別情報記憶回路２３ｃへの個別識別情報の書き込みは、書込端子２５における電気的接続を通じて行われる。
【００４９】
個別識別情報の情報量には特に制限はないが、同時に使用する遠隔センサ２の個数をカバーし得る程度の桁数があればよく、本実施形態では４ビットの情報である。４ビットにより表現しうる数のうち、任意の一つ、ここでは１０（２進表記で１０１０）を識別情報送信時のプリアンブルとして予約するので、本実施形態に係る遠隔センシングシステム１００では、全部で１５個の遠隔センサ２を識別することができる。
【００５０】
識別情報判別回路２３ｂは、識別情報と個別識別情報が一致している場合には、整合切替回路２３ｄに信号を出力し、アンテナ２２と圧電体２１とを整合させ、不一致の場合には、これを不整合とする。ここでの整合とは、いわゆるインピーダンス整合である。
【００５１】
この、アンテナ２２と圧電体２１とのインピーダンス整合又は不整合は、アンテナ２２と励振電極２１ａとのインピーダンス整合又は不整合で実現できる。整合している状態では、アンテナ２２により受信された入力信号が励振電極２１ａにエネルギー効率よく入力される。一方で、不整合の状態では、入力信号は全て又は大部分が反射され、励振電極２１ａへのエネルギー伝達はほとんど起こらず、圧電体２１に定在波が生じることはない。
【００５２】
図３の例では、整合切替回路２３ｄはアンテナ２２の給電点と接地点との間に介挿されたＰ−ＭＯＳＦＥＴ（ｐチャネル型Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、ノーマリオープン型の接点（いわゆるＢ接点）として機能している。すなわち、整合切替回路２３ｄに識別情報判別回路２３ｂからの信号が出力されていない（ゲート信号がローの状態）では、アンテナ２２の給電点と接地点とが短絡され、入力信号はほぼ全てが反射されて励振電極２１ａへのエネルギー伝達はほとんど起こらない。一方、整合切替回路２３ｄに識別情報判別回路２３ｂからの信号が出力されている（ゲート信号がハイの状態）では、アンテナ２２の給電点と接地点とが切断され、入力信号は整合回路２３ｅにて整合がとられ、効率よく励振電極２１ａへ入力される。
【００５３】
なお、アンテナ２２がモノポールアンテナでない等の場合には、整合切替回路２３ｄはアンテナ２２の複数の給電点同士を短絡するものであってもよい。また、整合切替回路２３ｄは必ずしもＰ−ＭＯＳＦＥＴでなくともよく、整合回路２３ｅによる、アンテナ２２と圧電体２１との整合状態を不整合状態に変化させ得るものであればどのようなものであってもよい。例えば、整合回路２３ｅに追加のコンデンサやコイルなどのインダクタを接続や切り離しをすることにより、整合状態と不整合状態とを切り替えるもの等であってもよい。
【００５４】
図４は、制御装置１の概略のシステムブロック図である。なお、同図に示したブロックはその機能に着目して便宜的に示したものであり、個々のブロックが必ずしも物理的な回路その他の実体に対応しているとは限らず、例えば適宜の情報処理装置上で実行されるソフトウェアにより実現されている場合を含むものである。
【００５５】
制御装置１は、アンテナ１０と接続され、入力信号を生成して遠隔センサ２へと送信する送信部１３と、アンテナ１０と接続され、遠隔センサ２からの残響信号を受信する受信部１４、制御装置１全体の動作を制御するコントローラ１５及び測定結果算出部１６を備えている。
【００５６】
コントローラ１５は、任意の情報処理装置であってよく、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）とメモリを備えたコンピュータであっても、いわゆるマイクロコントローラや、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等のＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等を用いてよい。
【００５７】
送信部１３には、発振器１３ａ及び変調部１３ｂが含まれており、発振器１３ａは、コントローラ１５からの指令に従って遠隔センサ２の圧電体２１の共振周波数に等しい交番信号、ここでは正弦波電圧を発生する。変調部１３ｂは、コントローラ１５からの指令に従い、発振器１３ａからの正弦波電圧を搬送波として変調し、測定結果を得ようとする遠隔センサ２に固有の個別識別情報を識別情報として重畳する。この識別情報は繰り返し送信されるが、本実施形態での変調方式は、前述の通り、ＢＰＳＫである。なお、ここで変調を行う際に、単に４ビットの識別情報を繰り返し送信すると、どのビットが最上位ビットであるのか判別できなくなるので、プリアンブルを付加している。このように、変調部１３ｂによる変調が行われた結果、送信部１３から出力される入力信号は起動信号となる。
【００５８】
コントローラ１５は、一定の時間送信部１３から起動信号を送信させた後、変調部１３ｂによる変調を停止する。その結果、アンテナ１０からは、入力信号として発振器１３ａにより生成された正弦波形の電波が送信される。この識別情報を含まない入力信号を励振信号と呼ぶと、コントローラ１５は、まず送信部１３に一定の時間起動信号を送信させ、その後励振信号を送信させることになる。
【００５９】
受信部１４には残響信号周波数測定部１４ａが含まれている。受信部１４は、送信部１３からの入力信号の送信が終了した後、遠隔センサ２から送信される残響信号をアンテナ１０により受信し、その周波数、すなわち、圧電体２１の固有振動数を測定する。残響信号周波数測定部１４ａの構成はどのようなものであってもよく、例えば、多数の比較用周波数信号を用意しておき、残響信号とそれぞれの比較用周波数信号との周波数の比較結果から残響信号の周波数を測定するようなものであってもよいし、残響信号を適宜の手法、例えばＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等によりパワースペクトルに変換してそのピークを示す周波数を求めるものであってもよい。得られた周波数は測定結果算出部１６に引き渡される。
【００６０】
測定結果算出部１６は、得られた遠隔センサ２の圧電体２１の周波数にもとづいて、適切な変換を施すことにより、測定すべき物理量を算出する。本実施形態では測定すべき物理量は温度であるが、圧電体２１の固有振動数とその温度との間には相関があるので、測定結果算出部１６は、例えば、かかる相関関係をテーブルとして保持しておき、得られた周波数に該当する温度を摘出することにより温度を算出する。
【００６１】
コントローラ１５は、タッチパネル１１上に測定対象となった遠隔センサ２の個別識別情報又は番号等、遠隔センサ２を区別し得る情報と共に測定された物理量を表示し、また外部接続端子１２に必要であれば出力する。
【００６２】
図５は、以上説明した遠隔センシングシステム１００の動作の一例を示すタイムチャートである。同図は横軸に時間をとり、制御装置１、第１の遠隔センサ２Ａ、第２の遠隔センサ２Ｂの動作を示したものである。ここでは、便宜的に１台の制御装置１に対し２つの遠隔センサ２Ａ、２Ｂを設置した系を示したが、遠隔センサ２の数は任意である。第１の遠隔センサ２Ａの個別識別情報と第２の遠隔センサ２Ｂの個別識別情報は互いに異なっているものとする。
【００６３】
制御装置１が、送信部１３により起動信号の送信を開始すると、第１の遠隔センサ２Ａ及び第２の遠隔センサ２Ｂは、それぞれ電力蓄積回路２３ａによる電力の蓄積を開始する。このとき、起動信号は変調されているが、電力蓄積回路２３ａは誘起された電圧を整流し蓄積するため変調による影響はほとんど受けない。図５の例では、おおよそ１０μｓ経過時点で十分な電力が蓄積されたものとして、識別情報判別回路２３ｂが起動する。
【００６４】
識別情報判別回路２３ｂは、起動信号に含まれる識別情報を判別し、個別識別情報記憶回路２３ｃに記憶されている個別識別情報と比較し、自身の個別識別情報と一致するか否かを判断する。ここでは、起動信号に含まれる識別情報は第１の遠隔センサ２Ａの個別識別情報であるとする。その結果、第１の遠隔センサ２Ａでは識別情報判別回路２３ｂによる識別情報判別の結果、整合切替回路２３ｄが整合側に切り替えられる。一方、第２の遠隔センサ２Ｂでは整合切替回路２３ｄは非整合側のままとなる。
【００６５】
起動信号がおよそ１５μｓ継続した後、制御装置１は、送信部１３より励振信号の送信を開始する。第１の遠隔センサ２Ａでは、整合切替回路２３ｄが整合側となっているため、励振信号のエネルギーは圧電体２１に弾性表面波として蓄積される。これに対し、第２の遠隔センサ２Ｂでは、整合切替回路２３ｄが非整合側となっているため、励振信号のエネルギーは圧電体２１に蓄積されることなく反射され、散逸する。
【００６６】
励振信号がおよそ１０μｓ継続した後、制御装置１は入力信号の送信を停止し、受信部１４による受信を行う。このとき、残響信号をアンテナ２２より送信する遠隔センサ２は、整合切替回路２３ｄが整合側となり、圧電体２１に振動エネルギーを蓄積した第１の遠隔センサ２Ａのみであり、整合切替回路２３ｄが非整合側であった第２の遠隔センサ２Ｂからは信号は送信されない。これにより、識別信号と一致する個別識別情報を持つ遠隔センサ２からのみ残響信号の送信が行われるため、制御装置１は、受信部１４により受信している残響信号がどの遠隔センサ２からのものであるかを容易に識別できる。
【００６７】
以上の動作を識別情報を変化させて遠隔センサ２の数と等しいだけ繰り返すことにより、全ての遠隔センサ２からの残響信号を区別して受信することができるのである。かかる構成では、各遠隔センサ２で用いるＳＡＷデバイスは全て同一のものを用いることができるため、遠隔センサ２の生産性は高く、低コストを実現できるほか、個別識別情報の個別識別情報記憶回路２３ｃへの書き込みは容易であるため、交換など保守もたやすい。
【００６８】
なお、図５にて説明した動作において、電力蓄積回路２３ａは識別情報を含む起動信号により電力蓄積するものとしたが、これに換えて、まず識別情報を含まない電力供給用の信号を入力信号として送信し、十分に電力が蓄積されたころ合いを見計らって識別情報を含む起動信号を送信するようにしてもよい。また、励振信号は識別情報を含まないが、これはＦＰＫ、ＰＳＫ等の方式により変調を行うと、圧電体２１へのエネルギー伝達効率が低下するためである。しかしながら、圧電体２１へのエネルギー伝達効率に実用上の影響を及ぼさない変調方式を採用し得たならば、励振信号をも識別情報を含むものとしてもよい。
【００６９】
以上説明した実施形態では、電力蓄積回路２３ａは起動信号の電波のエネルギーを電力蓄積素子に蓄積する構成とした。かかる構成では、バッテリ交換等の保守が不要で、小型かつ低コストの遠隔センサ２が得られる。しかしながら、電力蓄積回路２３ａがボタン電池やリチウムイオンキャパシタ等のバッテリを備えてもよい。かかる場合においても、バッテリにより駆動されるのは識別情報判別回路２３ｂであって、圧電体２１への振動エネルギーの蓄積は励起信号によりなされるため、その消費電力は小さく、バッテリが消耗するまでの期間は長い。そのため、遠隔センサ２の保守及びサイズに与える影響は限定的なものに留まる。また、識別情報判別回路２３ｂをバッテリ駆動するようにすると、識別情報判別回路２３ｂの起動までの時間が短縮される利点がある。
【００７０】
図６は、本実施形態に係る遠隔センサ２の構造の変形例を示す斜視図である。同図に示す遠隔センサ２もまた、温度センサとしての使用を意図したものである。同図に示される圧電体２１、励振電極２１ａ及び反射電極２１ｂ、実装基板２４、コントロールＩＣ２３及びアンテナ２２は先の例と同様である。
【００７１】
本変形例では、伝熱性基材２０の形状が正六角形の板状となっており、一般的な六角レンチで回すことができるようになっている。さらに、伝熱性基材２０の下面には、雄ネジである取付構造２０ａが突き出している。すなわち、本変形例に係る遠隔センサ２は、測定対象物の表面にあらかじめ設けておいた雌ネジに取付構造２０ａを螺合させることにより簡単に取り付けることができ、又取り外しも簡単である。カバー２６は伝熱性基材２０の形状に対応したものとなっているが、カバー２６は圧電体２１及び実装基板２４を保護し得るものであればその形状は特に限定されない。なお、取付構造２０ａの形式は、雄ネジに限定されず、測定対象物に遠隔センサ２を機械的に固定し得る構造であれば適宜のものであってよい。
【００７２】
さらに、本変形例では、先の例で示した書込端子２５が設けられていない。図７は、本変形例に係る遠隔センサ２のシステムブロック図である。同図に示す電力蓄積回路２３ａ、整合切替回路２３ｄ及び整合回路２３ｅは先の例と同様である。
【００７３】
本変形例では、個別識別情報記憶回路２３ｃは、電気的に書き換え可能な不揮発性記憶装置であり、いわゆるＥＥＰＲＯＭである。そして、識別情報判別回路２３ｂは、通常の識別情報、すなわち、いずれかの遠隔センサ２を示す個別識別情報と異なる特定の識別情報である書込指令を判別した場合には、入力信号に含まれてさらに続けて送信される個別識別情報を個別識別情報記憶回路２３ｃに書き込む。
【００７４】
例えば、書込指令の一例として、予約されているプリアンブルと同じものを書込指令とした場合には、プリアンブルである１０が２連続した場合（２進表記で１０１０１０１０）には個別識別情報記憶回路２３ｃは書込指令が送信されたと判別可能である。さらにこの後、書込指令につづけて個別識別情報（例えば２進表記で０００１）が送信されるとした場合には、入力信号に含まれる信号は２進表記で１０１０１０１００００１となり、この最後の４ビットが個別識別情報記憶回路２３ｃに書き込むべき情報であることが判別可能である。そこで、識別情報判別回路２３ｂは０００１を個別識別情報記憶回路２３ｃに書き込む。
【００７５】
このように、個別識別情報記憶回路２３ｃが書込指令を判別するようにすると、カバー２６まで含めて遠隔センサ２を製造した後、非接触により個別識別情報を書き込み、また書き換えることができる。このようにすると、例えば遠隔センサ２を破損した等の理由により交換する際に、交換すべき遠隔センサ２と同じ個別識別情報を持つ遠隔センサ２が直ちに得られるので保守が極めて容易である。制御装置１には、遠隔センサ２の個別識別情報を書き換える信号を送信する機能を付加しておくことが好ましい。
【００７６】
図８は、本実施形態に係る遠隔センサ２の構造のさらなる変形例を示す斜視図である。本変形例では、先の例にて存在していた伝熱性基材２０が省略されており、コントロールＩＣ２３及びアンテナ２２は圧電体２１上に直接実装されている。そして、圧電体２１の下面は露出しており、測定対象物に適宜の方法により固定されるものとされている。カバー２６は、圧電体２１の上面全面を覆い、励振電極２１ａ、反射電極２１ｂ、アンテナ２２の実装部及びコントロールＩＣ２３を保護する形状である。
【００７７】
本変形例では、圧電体２１の下面を直接測定対象物に接触させるものであるから、これまで説明した温度センサはもちろん、歪みセンサとしての使用にも適している。また、部品点数も少なくなるため、小型かつ低コストの遠隔センサ２が得られる利点がある。
【００７８】
以上説明した実施形態に示した具体的な構成は例示として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、各部材あるいはその部分の形状や数、配置等を適宜変更してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。
【符号の説明】
【００７９】
１  制御装置、１０  アンテナ、１１  タッチパネル、１２  外部接続端子、１３  送信部、１３ａ  発振器、１３ｂ  変調部、１４  受信部、１４ａ  残響信号周波数測定部、１５  コントローラ、１６  測定結果算出部、２，２Ａ，２Ｂ  遠隔センサ、２０  伝熱性基材、２１  圧電体、２１ａ  励振電極、２１ｂ  反射電極、２２  アンテナ、２３  コントロールＩＣ、２３ａ  電力蓄積回路、２３ｂ  識別情報判別回路、２３ｃ  個別識別情報記憶回路、２３ｄ  整合切替回路、２３ｅ  整合回路、２４  実装基板、２５  書込端子、２６  カバー、１００  遠隔センシングシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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