(57)【要約】【課題】複数ある素子の機能別の設計を容易にして、製造コストを抑えることができ、各素子の特性バラつきを抑えることが可能なセンシングシステムを提供する。【解決手段】複数のセンサユニット１００で構成されるセンシングシステムであって、各センサユニット１００は遅延素子２とセンサ素子３とを別体として配置されている。アンテナ７で受信した無線信号８は遅延素子２に入力されて弾性表面波を発生し、所定の遅延時間後にセンサ素子３に入力される。センサ素子３は入力信号に応じて弾性表面波を発生してセンシングした結果信号を遅延素子２に出力する。結果信号は再び遅延素子２によって所定の遅延時間後にアンテナ７に伝達されて応答信号９として出力される。【選択図】図１
2015087786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機から所定の無線信号を受信し、所定の応答信号を返信するセンサユニットを複数備え、前記センサユニット同士は、前記応答信号を返信するまでに異なる遅延時間を有し、該遅延時間の違いによって前記センサユニットを識別するセンシングシステムであって、
各々の前記センサユニットは、
入力された信号に応じてセンシングした結果信号を出力するセンサ素子と、
入力された信号に応じて前記遅延時間だけ遅延させて出力する遅延素子と、を別体として備える
ことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項２】
前記遅延素子は、弾性表面波を発生させる励振電極と、該弾性表面波を受信する受信電極と、を備えるトランスバーサル型のＳＡＷ素子であり、
前記励振電極と前記受信電極との間の距離に応じて前記遅延時間を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンシングシステム。
【請求項３】
前記遅延素子は、弾性表面波を発生させる励振電極と、該弾性表面波を受信する受信電極と、を備えるトランスバーサル型のＳＡＷ素子であり、
前記弾性表面波の速度に応じて前記遅延時間を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンシングシステム。
【請求項４】
前記弾性表面波の速度は、前記ＳＡＷ素子を形成する結晶基板の材料、該結晶基板の前記弾性表面波が伝搬する面のカット角、前記結晶基板の前記弾性表面波が伝搬する面に形成する膜の種類、前記伝搬する面に形成する構造物、前記伝搬する面に形成する溝、またはそれらの組合せにより決定される
ことを特徴とする請求項３に記載のセンシングシステム。
【請求項５】
前記センサユニットは、前記無線信号を前記遅延素子で前記遅延時間だけ遅延させた後に前記センサ素子に入力し、該センサ素子が出力した前記結果信号を前記遅延素子に入力し、前記遅延時間だけ遅延させて前記応答信号として返信する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のセンシングシステム
【請求項６】
前記センサユニットは、前記無線信号を前記遅延素子に入力し、前記遅延時間だけ遅延させた後に前記センサ素子に入力し、該センサ素子が出力した前記結果信号を前記応答信号として返信する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のセンシングシステム。
【請求項７】
前記センサユニットは、前記無線信号を前記センサ素子に直接入力し、該センサ素子が出力した前記結果信号を前記遅延素子に入力し、前記遅延時間だけ遅延させた後に前記応答信号として返信する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のセンシングシステム。
【請求項８】
前記センサユニットは、複数の前記遅延素子を備える
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のセンシングシステム。
【請求項９】
前記複数の前記遅延素子は、第１の遅延素子と第２の遅延素子であり、
前記センサユニットは、前記無線信号を前記第１の遅延素子に入力し、第１の遅延時間だけ遅延させた後に前記センサ素子に入力し、該センサ素子が出力した前記結果信号を前記第２の遅延素子に入力し、第２の遅延時間だけ遅延させた後に前記応答信号として返信す
る
ことを特徴とする請求項８に記載のセンシングシステム。
【請求項１０】
前記複数の前記遅延素子は、第１の遅延素子と第２の遅延素子であり、
前記センサユニットは、前記無線信号を前記第１の遅延素子に入力し、第１の遅延時間だけ遅延させた後に前記第２の遅延素子に入力し、第２の遅延時間だけ遅延させた後に前記センサ素子に入力し、該センサ素子が出力した前記結果信号を前記第２の遅延素子に入力し、前記第２の遅延時間だけ遅延させた後に前記第１の遅延素子に入力し、前記第１の遅延時間だけ遅延させた後に前記応答信号として返信する
ことを特徴とする請求項８に記載のセンシングシステム。
【請求項１１】
前記センサ素子は、弾性表面波を生じさせるＳＡＷ素子である
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載のセンシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）素子を用いたワイヤレスＳＡＷセンサ及びワイヤレスセンシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電基板上に電極を形成し弾性表面波を発生することが可能なＳＡＷ素子がある。ＳＡＷ素子は、測定環境に応じて弾性表面波の共振周波数や反射信号、遅延時間から温度、圧力、応力等が変化するため、その変化量から測定環境の物理的な変化を検出する物理量センサとして応用することができる。特に、専用の電源を必要とせず、アンテナから受信した電力のみで動作する事が可能であるため、パッシブ型のワイヤレスＳＡＷセンサとして利用される。
【０００３】
このようなＳＡＷセンサを子機として所定の空間上に複数個設置し、親機からの無線信号である送信信号に対して個々のセンサの変化量を応答信号として取得する所定空間の環境測定をする要望がある。例えば、１つの装置の部位ごとの温度を略同時に測定したい場合などである。
【０００４】
その場合、送信信号に対して全てのＳＡＷセンサが同じタイミングで応答信号を発信するため、複数のＳＡＷセンサを個別認識することが難しい。これを解決する手段として、多くの提案を見るものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に示した従来技術は、１つの圧電基板上にＳＡＷセンサと、応答信号を遅延させる遅延線とを一体化して形成したセンサユニットを有している。このセンサユニットを複数備え、センサユニットごとに遅延時間が異なるようにして個別認識ができようにしたものである。
【０００６】
このようにすれば、親機からの送信信号に対して、個々のセンサユニットが異なるタイミングで応答信号を送信するため、各センサユニットを簡単に識別することができて便利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１４７２８４号公報（第２−３頁、図１，２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示した従来技術では、遅延時間の異なるセンサユニットごとにＳＡＷセンサと遅延線とを一体として設計及び製造しなければならないため、センサユニット数に応じて製造工数が多くなるという問題がある。
【０００９】
また、発明者が検討したところによれば、特許文献１に示した従来技術では、センサ特性がばらつくという問題を生じることが分かった。
すなわち、圧電基板上にＳＡＷセンサとして機能する部分と遅延線として利用する部分とを一体に形成しているため、圧電基板を伝搬する信号が相互に影響を受けてしまうのである。このため、センサ特性のばらつきが生じやすいのである。この問題は、センサユニットとしての信頼性を欠く大きな問題と言える。
【００１０】
さらにまた、特許文献１に示した従来技術では、センサユニットの小型化がしにくいという問題があることが分かった。
すなわち、ＳＡＷセンサと遅延線とを同一の圧電基板に形成しなければならないため、圧電基板に生じる弾性表面波の伝搬速度は一定となる。これでは、ＳＡＷセンサや遅延線それぞれに適した伝搬速度を得ようとしても、それができなくなる。例えば、遅延線に適した速度の遅い弾性表面波を生じる領域をＳＡＷセンサとして機能する領域とは別に形成するということが難しいのである。仮に、上述の例で、速度の遅い弾性表面波を生じる領域を遅延線に使用したいとき、そのサイズが小さくて済むとしても、ＳＡＷセンサ領域の大きさに合わせなければならず、遅延線の小型化が達成しがたい。
【００１１】
以上の通り、特許文献１に示した従来技術は、製造工数が多く、またセンサユニットとしての信頼性が低く、さらに圧電基板の小型化が困難という問題があった。このため、これら問題を解決する技術が強く望まれていた。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、遅延線として機能する部分とＳＡＷセンサとして機能する部分とを別体として形成することにより、機能別の設計を容易にして製造コストを抑えることができ、それぞれの素子の特性バラつきを抑えることが可能なセンシングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用するものである。
【００１４】
本発明は、送信機から所定の無線信号を受信し、所定の応答信号を返信するセンサユニットを複数備え、センサユニット同士は、応答信号を返信するまでに異なる遅延時間を有し、遅延時間の違いによってセンサユニットを識別するセンシングシステムであって、各々のセンサユニットは、入力された信号に応じてセンシングした結果信号を出力するセンサ素子と、入力された信号を遅延させて出力する遅延素子を別体として備えることを特徴とする。
【００１５】
このような構成により、センサ素子と遅延素子とが別体であるために、センサ素子を各センサユニットで共通化でき、各遅延素子に応じた遅延時間の設計ができる。この遅延素子の遅延時間の違いからセンサユニットごとの応答信号を識別することができる。もちろん、センサ素子と遅延素子とは、相互を伝搬する信号の影響を受けないから、センサ特性を悪化することもない。また、他方の素子にサイズを合わせる必要がないから小型化できる。
【００１６】
遅延素子は、弾性表面波を発生させる励振電極と、弾性表面波を受信する受信電極と、を備えるトランスバーサル型のＳＡＷ素子であり、励振電極と受信電極との間の距離に応じて遅延時間を決定してもよい。
【００１７】
このような構成により、遅延素子の電極間距離を変えることによって各センサユニットの遅延時間を任意に設定することができる。
【００１８】
遅延素子は、弾性表面波を発生させる励振電極と、弾性表面波を受信する受信電極と、を備えるトランスバーサル型のＳＡＷ素子であり、弾性表面波の速度に応じて遅延時間を決定してもよい。
【００１９】
このような構成により、ＳＡＷの速度を変えることによって各センサユニットの遅延時間を任意に設定することができる。
【００２０】
弾性表面波の速度は、ＳＡＷ素子を形成する結晶基板の材料、結晶基板の弾性表面波が伝搬する面のカット角、結晶基板の弾性表面波が伝搬する面に形成する膜の種類、伝搬する面に形成する構造物、伝搬する面に形成する溝、またはそれらの組合せにより決定してもよい。
【００２１】
このような構成により、弾性表面波の速度を変更するパラメータを任意に選択することができる。
【００２２】
センサユニットは、無線信号を遅延素子で遅延時間だけ遅延させた後にセンサ素子に入力し、センサ素子が出力した結果信号を遅延素子に入力し、遅延時間だけ遅延させて応答信号として返信してもよい。
【００２３】
このような構成により、信号は入力時と出力時との２回遅延素子を通るので、出力信号を遅延時間の２倍遅れの応答信号として返信することができる。長い遅延時間が必要なときに便利である。
【００２４】
センサユニットは、無線信号を遅延素子に入力し、遅延時間だけ遅延させた後にセンサ素子に入力し、センサ素子が出力した結果信号を前記応答信号として返信してもよい。
【００２５】
このような構成により、遅延素子の遅延時間分遅れた入力信号をセンサ素子に入力することができる。センサから直接応答信号を返信するので損失がなく、通信距離が必要な際に便利である。
【００２６】
センサユニットは、無線信号をセンサ素子に直接入力し、センサ素子が出力した結果信号を遅延素子に入力し、遅延時間だけ遅延させた後に応答信号として返信してもよい。
【００２７】
このような構成により、遅延素子の遅延時間分遅れた応答信号を返信することができる。また、各センサユニットのセンサ情報を取得する時間を同一時刻とすることができる。
【００２８】
センサユニットは、複数の遅延素子を備えてもよい。
【００２９】
このような構成により、遅延素子を複数組合せることによって、任意の遅延時間に決定することができる。また、１つの遅延素子で設定できる遅延時間よりも長い遅延時間を決定することができ便利である。
【００３０】
複数の遅延素子は、第１の遅延素子と第２の遅延素子であり、センサユニットは、無線信号を第１の遅延素子に入力し、第１の遅延時間だけ遅延させた後にセンサ素子に入力し、センサ素子が出力した結果信号を第２の遅延素子に入力し、第２の遅延時間だけ遅延させた後に応答信号として返信してもよい。
【００３１】
このような構成により、無線信号がセンサ素子に入力するまでの遅延時間と、センサ素子の結果信号を応答信号として出力するまでの遅延時間を別々に任意に決定することができ便利である。
【００３２】
複数の遅延素子は、第１の遅延素子と第２の遅延素子であり、センサユニットは、無線信号を第１の遅延素子に入力し、第１の遅延時間だけ遅延させた後に第２の遅延素子に入力し、第２の遅延時間だけ遅延させた後にセンサ素子に入力し、センサ素子が出力した結果信号を第２の遅延素子に入力し、第２の遅延時間だけ遅延させた後に第１の遅延素子に入力し、第１の遅延時間だけ遅延させた後に応答信号として返信してもよい。
【００３３】
このような構成により、センサユニット全体の遅延時間を１つの遅延素子を使用した時よりもさらに長い遅延時間に決定することができ便利である。また、各遅延素子がノイズ成分を除去するフィルタの役割を有するように設計すれば、無線信号を起因とするノイズ成分やセンサ素子が出力する結果信号を起因とするノイズ成分の除去ができ、より正確な物理量の測定を得ることができる。
【００３４】
センサ素子は、弾性表面波を生じさせるＳＡＷ素子でもよい。
【００３５】
このような構成により、センサ素子と遅延素子との両方がＳＡＷとなるために、素子間の信号の送受を電気機械変換のみで容易に行うことができる。また、各センサユニットは高周波の無線信号を直接送受信することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、センサユニットはセンサ素子と遅延素子とを別体として有するため、センサ素子の共通化と、遅延時間に応じて最適化された遅延素子の設計ができる。
これにより、設計からセンサユニットの完成までの製造工数を削減し、素子ごとの特性ばらつきを抑え、小型化可能なセンサユニットとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１における第１実施形態のセンサユニットの構成を模式的に示す平面図である。
【図２】実施例２における第１実施形態のセンサユニットの構成を模式的に示す平面図である。
【図３】実施例２における第２実施形態のセンサユニットの構成を模式的に示す平面図である。
【図４】実施例２における第３実施形態のセンサユニットの構成を模式的に示す平面図である。
【図５】実施例３における実施形態の構成をセンサユニットの模式的に示す平面図である。
【図６】実施例４のセンシングシステムの個別認識を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】実施例４のセンシングシステムの物理量の測定方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】実施例４のセンシングシステムの物理量の測定方法を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明のセンシングシステムは、複数のセンサユニットがあり、各センサユニットには遅延素子とセンサ素子とを別体として備える構成となっている。  
【００３９】
そして、このセンシングシステムの特徴は、遅延素子とセンサ素子とが別体となっているためにセンサ素子を同じ特性の素子として共通化することができ、そして、センサユニットごとに各遅延素子の遅延時間を最適化することができる点である。
【００４０】
また、センサ素子と遅延素子とは、相互を伝搬する信号の影響を受けず、独立して動作をするため、センサ特性が悪化することもなく、信頼性の高いセンサユニットを構成できる。
【００４１】
もちろん、遅延素子をセンサユニットごとに設計することができるため、素子サイズも適するものにできるから小型化の対応も可能であり、各センサユニットの応答信号のタイ
ミングが相互に異なるように各遅延素子の遅延時間を設定すれば、各センサユニットを確実に個別認識することができる。
【００４２】
以下、図面を用いてセンシングシステムを構成するセンサユニットの実施例を詳述する。
実施例１として、センサユニットに備わる遅延素子にトランスバーサル型ＳＡＷを使用し、センサ素子にＳＡＷ共振子を使用する構成例を、図１を用いて説明する。
実施例２として、遅延素子とセンサ素子とにトランスバーサル型ＳＡＷを使用する構成例を、図２〜４を用いて説明する。
実施例３として、遅延素子を複数個接続した遅延モジュールを使用する構成例を、図５を用いて説明する。
実施例４として、センシングシステムにおける個別認識の動作例を、図６〜図８を用いて説明する。
【実施例１】
【００４３】
［実施例１における第１の実施形態の構成の説明：図１］
初めに、センシングシステムを実際に実施するための構成例を、図１を用いて詳細に説明する。図１は第１の実施形態におけるセンサユニットの構成例を示すブロック図であって、複数のセンサユニットを備えるセンシングシステムのうちの１つのセンサユニットを示すものである。
【００４４】
図１に示すように、センサユニット１００は無線信号８の受信及び応答信号９の送信のためのアンテナ７と、遅延素子２とセンサ素子３とを備えている。遅延素子２とセンサ素子３とは別体として配置し、これらとアンテナ７とは、それぞれ配線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄで接続されている。
【００４５】
アンテナ７はセンサユニット１００の入出力部に接続され、図示しない親機からの無線信号８の受信や、親機への応答信号９の送信を行う。
アンテナ７には例えば、信号の受信と同時に電力の供給が可能なパッシブ型のアンテナを用いることができ、これによりセンサユニット１００は電源を用意することなくアンテナ７から受信した電波の電力だけで動作が可能なパッシブ型のセンサとして使用することができる。
【００４６】
遅延素子２は圧電特性を有する基板上に、１対の電極を交互に正負となるように配置して電圧を印加することにより弾性表面波を直接励振できる櫛歯状電極（以下ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を、ＩＤＴ５ａ，５ｂの２つ備えるトランスバーサル型のＳＡＷで構成されている。
【００４７】
圧電特性を有する基板とは、圧電特性を有する基板を用いる場合と、圧電特性を有しない基板を加工して圧電特性を持たせる場合とがある。
前者の場合は例えば、ＳｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＮｂＯ３、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４などの結晶基板を使用することができる。
後者の場合は、圧電性を有しない基板上に圧電性薄膜を成膜することにより圧電特性を有する基板として用いる場合である。このような圧電性薄膜には例えば、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ダイヤモンドなどを用いることができる。
以下の実施形態においては、圧電性を有する基板に上述の結晶基板を用いた例とする。
【００４８】
ＩＤＴの材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉ、又はそれらの組合せによって適宜選択することが可能である。
【００４９】
遅延素子２上に備える２つのＩＤＴ５ａ、ＩＤＴ５ｂのうち、ＩＤＴ５ａを励振電極として使用し、励振させるための所定の電圧を印加すると、電気機械変換によって結晶基板のＩＤＴ５ａを形成した面上に機械振動である弾性表面波が発生し、結晶基板面上を伝搬する。伝搬した弾性表面波は、ＩＤＴ５ｂに到来し、ＩＤＴ５ｂを受信電極として使用することによって電気機械変換されて電気信号として出力する。
【００５０】
遅延素子２の遅延時間は、例えば２つのＩＤＴ間の距離、つまりＩＤＴ５ａとＩＤＴ５ｂとの電極間の距離によって決めることができる。
この遅延時間は、ＩＤＴ間の距離にのみ変えるものではなく、遅延素子２の基板の圧電特性を変える（例えば、基板の材質を変える、圧電性薄膜の材質を変える）ことで遅延時間を変えることもできる。これについては後述する他の実施形態で説明する。
【００５１】
センサ素子３は圧電特性を有する基板上に、１対のＩＤＴ５０ａと、このＩＤＴ５０ａが発生する弾性表面波の進行方向にそれぞれ対向する位置に反射電極６ａ，６ｂを設けた共振型のＳＡＷで構成されている。図１に示す例では、反射電極６ａ，６ｂに平面的に挟まれる位置にＩＤＴ５０ａを設けている。
【００５２】
この共振型のＳＡＷの結晶材料及びに、ＩＤＴ５０ａや反射電極６ａ，６ｂの電極材料は前述のトランスバーサル型のＳＡＷと同様の材料を用いることができる。
以下の実施形態においては、遅延素子２と同様に圧電性を有する基板に上述の結晶基板を用いた例とする。
【００５３】
反射電極６ａ，６ｂは、ＩＤＴ５０ａが形成される面と同じ面上に形成され、弾性表面波を反射する特性を持つ。対向する反射電極６ａ，６ｂ間の距離は、結晶基板面上で弾性表面波が共振するだけの間隔を有していればよく、弾性表面波の波長の整数倍±１／４波長程度の間隔が好ましい。
【００５４】
センサ素子３のＩＤＴ５０ａは遅延素子２と同様に入力された信号によって弾性表面波を発生させる。発生した弾性表面波は結晶基板面上を伝搬し、反射電極６ａ，６ｂによって反射して共振する。ＩＤＴ５０ａはこの共振する弾性表面波を電気信号として出力することができる。
【００５５】
したがって、センサ素子３は、配置された環境変化、すなわち物理量の変化によって、弾性表面波の特性が変化するため物理量センサとして機能する。
例えば、センサ素子３の配置された環境の温度が変化した場合には、弾性表面波の共振周波数が変化する。ＩＤＴ５０ａから出力される共振周波数の変化量から温度の変化量を計算できるため温度センサとして応用することができるのである。
【００５６】
センサ素子３が検出する物理量は、上述の温度変化に限らない。例えば、圧力や加速度等も得られる。
【００５７】
アンテナ７及び遅延素子２及びセンサ素子３は、それぞれ別体として設けられているため、例えば、ワイヤ状の配線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄによってそれぞれ電気的に接続される。
【００５８】
本実施形態においては、アンテナ７の電極と遅延素子２のＩＤＴ５ａの一方の電極とを配線４ａで接続し、ＧＮＤ電極（図中ＧＮＤと表記）と遅延素子２のＩＤＴ５ａの他方の電極とを配線４ｂで接続している。
【００５９】
また、遅延素子２のＩＤＴ５ｂの一方の電極とセンサ素子３のＩＤＴ５０ａの一方の電極とを配線４ｃで接続し、遅延素子２のＩＤＴ５ｂの他方の電極とセンサ素子３のＩＤＴ５０ａの他方の電極とを配線４ｄで接続している。
【００６０】
このような配線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄによる接続は、図示しない基板上にアンテナ７と遅延素子２とセンサ素子３とを配置するなどして、公知のワイヤボンディング法などを用いて電気的に接続することができる。
【００６１】
もちろん、配線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄによる接続にあっては、ワイヤボンディング法に限らない。例えば、配線基板上にアンテナ７と遅延素子２とセンサ素子３とをダイボンディングすることで接続してもよい。また、遅延素子２とセンサ素子３とはそれぞれパッケージング化し、配線基板にソケットなどを介して挿入されるようにしてもよい。
【００６２】
以上説明したように、このセンサユニットは、遅延素子とセンサ素子とを別体で構成しているため、それぞれの素子のサイズや設計をそれぞれ任意に決定することができる。すなわち、遅延素子とセンサ素子とをそれぞれに最適に設計し、最適な製造プロセスで製造することができるということである。
【００６３】
このようにすれば、一方の素子に製造上の制限（例えば、デザインルールやプロセスルール）があったとしても、それが他方の素子に影響することはなく、双方狙い通りの特性の素子を製造できる。
【００６４】
そのようなときでも、遅延素子は欲する遅延時間に応じて個別に作製することが可能であり、遅延素子ごとの遅延時間を簡単に変えることができるから、センサユニットごとに応答信号を簡単に識別できる。
【００６５】
もちろん、センサユニット全体ではなく遅延素子のみの設計の変更でよいため、設計に要する手間が減るので、コストダウンに貢献できる。
【００６６】
同様に、複数のセンサユニットを運用するときには、センサ素子をそれぞれのセンサユニットで共通化することができるため、遅延時間ごとに一体化してセンサユニットを作製する従来技術に比較して製造コストが抑えられ、またセンサ素子間のばらつきを抑制することができる。
【００６７】
また、所定のセンサユニットのみ当初の遅延時間から新たな遅延時間に変更する場合が生じても、遅延素子のみを交換すればよいので運用が非常に楽になる。また、センサ素子の測定対象の変更や故障による交換が生じた場合でも、センサ素子のみを交換すればよいので便利である。
【００６８】
［実施例１における第１の実施形態の動作の説明：図１］
続いて、引き続き図１を用いて第１の実施形態の動作を説明する。説明にあっては、センサユニット１００の、アンテナ７に入力された無線信号８が応答信号９として出力するまでの動作を説明する。
【００６９】
図示しない親機からの無線信号８はアンテナ７で受信され、配線４ａを介してＩＤＴ５ａの一方の電極に伝達されることで遅延素子２に入力される。ＩＤＴ５ａの他方の端子は配線４ｂにてＧＮＤ電極に接続されているので、遅延素子２の結晶基板面上に無線信号８に応じた弾性表面波が発生する。
【００７０】
弾性表面波はＩＤＴ５ｂに到来したときには前述のとおり設定した所定の遅延時間分だ
け遅れ、配線４ｃ、４ｄを介してセンサ素子３に入力される。
【００７１】
センサ素子３のＩＤＴ５０ａに入力された信号により、センサ素子３の結晶基板面上に弾性表面波が発生し、反射電極６ａ、６ｂによって共振する。そして、環境変化に応じて変化した共振周波数の信号を結果信号として出力する。例えば、温度を測定する場合、温度の変化によりこの共振周波数が変わるのである。
【００７２】
センサ素子３から出力された結果信号は、配線４ｃ、４ｄを介して再び遅延素子２のＩＤＴ５ｂに入力されて遅延素子２の結晶基板面上に弾性表面波を発生させる。発生した弾性表面波はＩＤＴ５ａに到来したときには所定の遅延時間分だけ遅れ、配線４ａを介してアンテナ７に入力される。そして、アンテナ７から応答信号９として出力する。
【００７３】
これにより、アンテナ７に入力された無線信号８が応答信号９として出力されるまでに遅延素子２を２回通るため、応答信号９は設定した遅延時間の２倍遅れることになる。すなわち、このセンサユニットの遅延時間は遅延素子２で設定した遅延時間の２倍の遅延時間を有する。
【００７４】
すでに説明したように、このようなセンサユニット１００を子機として複数用意して、図示しない親機からの無線信号８に対して各子機が応答信号９を発信するセンシングシステムを構成することができる。このとき例えば、各センサユニットにおける遅延素子２のＩＤＴ５ａとＩＤＴ５ｂとの間の距離を、互いに異なる遅延時間となるように設計しておく。これにより、親機からの無線信号８に対して、それぞれのセンサユニットが応答信号９を発信するタイミングをずらすことが可能となるため、各センサユニットの個別認識が可能なセンシングシステムを提供することができる。
【００７５】
本実施形態においては、遅延素子は２つのＩＤＴ間の距離の変更により任意の遅延時間を発生する構成としたが、遅延時間を調整するにはこれに限らず、以下に別の実施形態を説明する。
【００７６】
［実施例１における第２の実施形態：図１］
先の実施例１における第１の実施形態とは別の第２の実施形態について説明する。
本実施形態の特徴は、遅延素子の遅延時間を弾性表面波の伝搬速度によって決める点である。伝搬速度は、遅延素子の基板の圧電特性を変えることでなされる。基板の図示はしないが、適宜図１を参照されたい。
【００７７】
ＩＤＴ５ａとＩＤＴ５ｂとの間の距離が等しい場合、伝搬速度を速くすれば遅延時間は短くなり、伝搬速度を遅くすれば遅延時間は長くなる。伝搬速度を決定する要素としては、例えばＳＡＷ素子を形成する結晶基板や圧電性薄膜の材料が挙げられ、ＳｉＯ２のＳＴカット（オイラ角（０°，１３２．７５°，０°））であれば３１５８ｍ／ｓｅｃ、ＬｉＮｂＯ３の１２８゜回転Ｙカット（オイラ角（０°，３７．８°，０°））であれば３９８０ｍ／ｓｅｃと異なる。このように、所定の遅延時間となるように結晶基板や圧電性薄膜の材料を選択することで、遅延時間を任意に決定できる。
【００７８】
このように、遅延素子２の基板の材料を変えても、すでに説明したようにセンサ素子３とは別体であるから、センサ素子３の特性には何らの影響もない。
【００７９】
長い遅延時間が必要な場合、ＩＤＴ５ａとＩＤＴ５ｂとの間の距離で遅延時間を決定する際にはＩＤＴ５間の距離を長くする必要があるのに対して、伝搬速度の遅い結晶基板や圧電性薄膜を選択することにより遅延素子２のサイズを変えること無く作製できるため、センサユニットの大型化を抑えることができる。
【００８０】
また、伝搬速度を決定する要素は、結晶基板の弾性表面波が伝搬する面のカット角、結晶基板の弾性表面波が伝搬する面に形成する膜の種類、伝搬する面に形成する構造物、伝搬する面に形成する溝などが挙げられる。これらを遅延素子２の設計に合わせて任意に選択できるため、設計が容易となる。さらに、これら伝搬速度を決定する要素を組合せることにより弾性表面波の伝搬速度を任意に決定してもよい。
【００８１】
これにより、複数のセンサユニットのそれぞれが異なる弾性表面波の伝搬速度となるように設計をしたセンシングシステムにおいては、各センサユニットの遅延時間が異なるため、応答信号９の発信タイミングをずらすことができ、個別認識が可能となる。
【００８２】
以上説明したように、この実施形態では、長い遅延時間が必要な場合にあって特に効果的であって、遅延素子２を大型化させることなく作製することができるので、センサユニットの大型化及び製造コストを抑制することが可能である。
【００８３】
もちろん、遅延時間の決定にあっては、すでに説明したＩＤＴ５ａとＩＤＴ５ｂとの間の距離と弾性表面波の伝搬速度の組み合わせであってもよい。この場合、圧電性を有する基板の選択やＩＤＴのパターンレイアウトの双方を用いて遅延素子を設計できるから、素子の設計の自由度がさら増し、それに伴い、センサユニットの小型、低コスト化できるという利点がある。
【００８４】
以上説明した実施例１における第１及び第２の実施形態では、センサ素子３に共振型のＳＡＷ素子を用いた構成としたが、これに限らずトランスバーサル型のＳＡＷ素子を用いた構成とすることができる。以下、実施例２としてセンサ素子３にトランスバーサル型のＳＡＷ素子を用いた例を説明する。
【実施例２】
【００８５】
先に説明した実施例１と異なる点は、センサ素子に共振型のＳＡＷ素子ではなく、トランスバーサル型のＳＡＷ素子を用い、さらに、無線信号を受信する受信用アンテナと応答信号を送信する送信用アンテナとを別体で備えた構成としている点である。
【００８６】
センサ素子に用いるトランスバーサル型のＳＡＷ素子の構成は、実施例１で説明した遅延素子に用いるトランスバーサル型のＳＡＷ素子と同様であり、所望する共振周波数や伝搬時間などの特性に応じて、圧電性を有する基板の種類や素子のサイズなどを適宜選択し、設計することができる。以下の実施形態においては、伝搬時間の変化量によって物理量を測定する例として説明する。
【００８７】
共振型のＳＡＷ素子をセンサ素子として用いた実施例１（図１を参照）では、センサ素子３は１つのＩＤＴ５０ａで信号の入力及び出力をするため、遅延素子２に備えた２つのＩＤＴ５ａ、ＩＤＴ５ｂのうち、ＩＤＴ５ｂにセンサ素子のＩＤＴ５０ａを配線し、遅延素子２のＩＤＴ５ａにアンテナ７及びＧＮＤ電極を配線する構成であった。すなわち、送受信用のアンテナ、遅延素子、センサ素子の順に配置し、それぞれを配線で接続する必要がある。
【００８８】
これに対して、センサ素子にトランスバーサル型のＳＡＷ素子を用いた場合、トランスバーサル型のＳＡＷ素子には２つのＩＤＴ、すなわち入力側のＩＤＴと、出力側のＩＤＴとが独立して備えられているため、センサ素子の一方のＩＤＴを遅延素子の一方のＩＤＴに配線し、センサ素子の他方のＩＤＴを、アンテナ及びＧＮＤ電極、または別の遅延素子のＩＤＴに配線することができる。
【００８９】
また、センサ素子と遅延素子とにトランスバーサル型のＳＡＷ素子を用いるセンサユニットは、信号が伝わる方向が１方向となるため、アンテナは無線信号を受信する受信用アンテナと応答信号を送信する送信用アンテナとを別体として備える構成となる。
【００９０】
上述した、受信用アンテナ、遅延素子、センサ素子、送信用アンテナを組み合わせた配線例は複数考えられるが、実施例２として以下に、３つの実施形態を説明する。
第１の実施形態では、受信用アンテナ、遅延素子、センサ素子、送信用アンテナの順に配線したセンサユニットの例を説明する。
第２の実施形態では、受信用アンテナ、センサ素子、遅延素子、送信用アンテナの順に配線したセンサユニットの例を説明する。
第３の実施形態では、センサ素子の入力側と出力側にそれぞれ遅延素子を配置して、受信用アンテナ、遅延素子、センサ素子、遅延素子、送信用アンテナの順に配線したセンサユニットの例を説明する。
【００９１】
なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与しており、説明を省略する。
【００９２】
［実施例２における第１の実施形態の構成の説明：図２］
センサユニットに、受信用アンテナ、遅延素子、センサ素子、送信用アンテナの順に配線したセンサユニットを実際に実施するための構成例を、図２を用いて詳細に説明する。図２は実施例２における第１の実施形態のセンサユニットの構成例を示すブロック図である。
【００９３】
本実施形態の特徴は、センサ素子にトランスバーサル型のＳＡＷ素子を用い、例えばセンサ素子上に備えられた２つのＩＤＴ間を伝搬する弾性表面波の、環境変化に応じて変化する伝搬時間の変化量や共振周波数の変化量から物理量を測定できる点である。
【００９４】
また、受信用アンテナ、遅延素子、センサ素子、送信用アンテナの順に配線する構成により、遅延時間を発生させた後に、センサ素子による結果信号を直接応答信号として出力できる。これにより、結果信号は遅延素子を伝搬することなく出力されるため、遅延素子の伝搬による損失の影響を受けることなく出力することができる。
【００９５】
図２に示すように、センサユニット１０１は図示しない親機からの無線信号８を受信するための受信用アンテナ７０と、遅延素子２と、センサ素子３と、応答信号９を親機に送信するための送信用アンテナ７１とを、それぞれ配線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆで接続している。
【００９６】
本実施形態においては、受信用アンテナ７０と遅延素子２のＩＤＴ５ａの一方の電極とを配線４ａで接続し、ＩＤＴ５ａの他方の電極をＧＮＤ電極に配線４ｂで接続している。
【００９７】
また、遅延素子２のＩＤＴ５ｂの一方の電極とセンサ素子３のＩＤＴ５０ｂの一方の電極を配線４ｃで接続し、遅延素子２のＩＤＴ５ｂの他方の電極とセンサ素子３のＩＤＴ５０ｂの他方の電極とを配線４ｄで接続している。
【００９８】
さらに、センサ素子３のＩＤＴ５０ｃの一方の電極と送信用アンテナ７１とを配線４ｅで接続し、センサ素子３のＩＤＴ５０ｃの他方の電極とＧＮＤ電極とを配線４ｆで接続している。
【００９９】
ＧＮＤ電極には、上述の遅延素子２のＩＤＴ５ａの他方の電極と、センサ素子３のＩＤＴ５０ｃの他方の電極とがそれぞれ接続されているが、目的とするセンサユニット１０１の設計に合わせて共通のＧＮＤ電極として配線４ｂと配線４ｆを接続してもよいし、また
、それぞれ独立したＧＮＤ電極として使用してもよい。
【０１００】
アンテナ７０，７１は実施例１で説明したアンテナ７と同様に、受信と同時に電力の供給が可能なパッシブ型のアンテナを用いることができる。本実施形態においては受信用アンテナ７０と送信用アンテナ７１とを別体で備えるため、それぞれのアンテナが最適な動作をするように設計することができる。
【０１０１】
以上説明したように、本実施形態においてもこのセンサユニットは、遅延素子とセンサ素子とを別体で構成しているため、それぞれを最適に設計し、最適な製造プロセスで製造することができる。特に、同じトランスバーサル型のＳＡＷ素子を用いているため、設計する上で、プロセスの一部を共通化して手間を減らすことができるので、コストダウンに貢献できる。
【０１０２】
［実施例２における第１の実施例の動作の説明：図２］
続いて、引き続き図２を用いて実施例２における第１の実施形態の動作を説明する。説明にあっては、センサユニット１０１の、受信用アンテナ７０に入力された無線信号８が応答信号９として送信用アンテナ７１から出力するまでの動作を説明する。
【０１０３】
図示しない親機から送信される無線信号８は、受信用アンテナ７０で受信され、配線４ａを介してＩＤＴ５ａの一方の電極に伝達されることで遅延素子２に入力される。ＩＤＴ５ａの他方の電極は配線４ｂにてＧＮＤ電極に接続されているので、遅延素子２の結晶基板面上に無線信号８に応じた弾性表面波が発生する。
【０１０４】
発生した弾性表面波は、ＩＤＴ５ｂに到来したときには所定の遅延時間だけ遅れ、配線４ｃ，４ｄを介して、センサ素子３に入力される。
【０１０５】
センサ素子３に入力された信号は、ＩＤＴ５０ｂに伝達され結晶基板面上に弾性表面波を発生する。そして、発生した弾性表面波は環境変化に応じて変化した伝搬時間後にＩＤＴ５０ｃに到来し、結果信号として出力する。
【０１０６】
センサ素子３から出力された結果信号は、配線４ｅを介して送信用アンテナ７１に伝達される。ＩＤＴ５０ｃの他方の電極は配線４ｆにてＧＮＤ電極に接続されているので、送信用アンテナ７１は、結果信号を応答信号９として送信する。
【０１０７】
これにより、応答信号９はセンサ素子３から送信用アンテナ７１に直接入力されことになるため、結果信号に損失のない信号を出力することができ、長い通信距離が必要な際に便利である。
【０１０８】
先に説明した実施例１と同様に、このようなセンサユニット１０１を複数配置し、それぞれのセンサユニットごとに遅延素子の２つのＩＤＴ間の距離の変更したり、結晶基板や圧電性薄膜の材料を選択したりするなどして、遅延時間を互いに異なるように設計することにより、センサユニットを個別に認識できるセンシングシステムを構成できる。
【０１０９】
次に、図２を用いて説明した先の第１の実施形態とは別の実施形態について説明する。
【０１１０】
［実施例２における第２の実施形態の構成の説明：図３］
センサユニットに、受信用アンテナ、センサ素子、遅延素子、送信用アンテナの順に配線したセンサユニットを実際に実施するための構成例を、図３を用いて詳細に説明する。図３は実施例２における第２の実施形態のセンサユニットの構成例を示すブロック図である。
【０１１１】
図２を用いて説明した先の第１の実施形態と異なる点は、遅延素子とセンサ素子との配置順序を入れ替え、受信用アンテナ、センサ素子、遅延素子、送信用アンテナの順に配線した構成とした点である。これにより、物理量を測定する時刻を無線信号の受信時刻と略同時刻にすることができる利点を有する。
【０１１２】
図３に示すようにセンサユニット１０２は、実施例２における第１の実施形態（図２を参照）の遅延素子２とセンサ素子３とを入れ替え、センサ素子３のＩＤＴ５０ｂの一方の電極と受信用アンテナ７０とを配線４ａで接続し、ＩＤＴ５０ｂの他方の電極とＧＮＤ電極とを配線４ｂで接続し、また、遅延素子２のＩＤＴ５ｂの一方の電極と送信用アンテナ７１とを配線４ｅで接続し、ＩＤＴ５ｂの他方の電極とＧＮＤ電極とを配線４ｆで接続した構成である。それ以外の構成は実施例２における第１の実施形態と同じ構成であるため説明を省略する。
【０１１３】
［実施例２における第２の実施形態の動作の説明：図３］
続いて、引き続き図３を用いて本実施形態の無線信号８を受信してから応答信号９を送信するまでの動作について説明する。
【０１１４】
図示しない親機からの無線信号８は、受信用アンテナ７０で受信され、配線４ａを介してセンサ素子３のＩＤＴ５０ｂの一方の電極に伝達される。ＩＤＴ５０ｂの他方の電極はＧＮＤ電極に配線４ｂを介して接続されているため、センサ素子３の結晶基板面上に無線信号８に応じた弾性表面波を発生する。
【０１１５】
センサ素子３のＩＤＴ５０ｂで発生した弾性表面波は、環境変化に応じた伝達時間だけ経過した後にＩＤＴ５０ｃに到来し、配線４ｃ、４ｄを介して結果信号を遅延素子２に出力する。
【０１１６】
遅延素子２に入力された結果信号は、ＩＤＴ５ａに伝達されて結晶基板面上に弾性表面波を発生する。ＩＤＴ５ａで発生した弾性表面波は、所定の遅延時間だけ遅れてＩＤＴ５ｂに到来する。
【０１１７】
ＩＤＴ５ｂに到来した信号は配線４ｅを介して送信用アンテナ７１に出力される。ＩＤＴ５ｂの他方の電極は配線４ｆを介してＧＮＤ電極に接続されているため、送信用アンテナ７１は応答信号９を送信する。
【０１１８】
これにより、受信用アンテナに入力された無線信号は直接センサ素子に入力し、物理量を測定することができるので、無線信号の受信時刻と物理量の測定時刻を略同時刻とすることができる。
【０１１９】
このようなセンサユニットを複数使用した場合には、先に説明した実施例１と同様に、それぞれのセンサユニットごとに遅延素子の２つのＩＤＴ間の距離の変更したり、結晶基板や圧電性薄膜の材料を選択したりするなどして、遅延時間を相互に異ならせることにより、各センサユニットの個別認識ができるとともに、無線信号が直接センサ素子に入力されるため物理量の測定時刻を全てのセンサユニットで略同時刻とすることができる。測定対象が比較的短時間で状態が変化するもの、例えば時間と共に温度が変化するものを測定する場合などにおいて、測定を開始したいときと実際の測定時間とのずれがなく便利である。
【０１２０】
本実施形態では、実施例２における第１の実施形態のセンサ素子３と遅延素子２の配置順序を入れ替えると説明したが、言い換えると、実施例２における第１の実施形態の受信
用アンテナ７０と送信用アンテナ７１を入れ替えた構成と同じである。つまり、受信用アンテナ７０と送信用アンテナ７１とに、送受信の動作が可能で各動作の切り替えが可能なアンテナを用いれば、実施例２における第１の実施形態と本実施形態との構成及び動作を容易に切り替えることができる。
【０１２１】
これにより、使用する環境や取得する信号の処理に応じて、結果信号の損失が少ない動作か、物理量の測定時間を無線信号の受信時刻と略同時刻とする動作かを適宜選択することができる。
【０１２２】
［実施例２の第３の実施形態の構成の説明：図４］
次に、受信用アンテナ、遅延素子、センサ素子、遅延素子、送信用アンテナの順に配線したセンサユニットを実際に実施するための構成例を、図４を用いて詳細に説明する。図４は実施例２における第３の実施形態のセンサユニットの構成例を示すブロック図である。
【０１２３】
図２及び図３を用いて説明した先の実施形態と異なる点は、センサ素子の入力側のＩＤＴと出力側のＩＤＴとにそれぞれ別の遅延素子を接続する構成とし、センサ素子の入力側または出力側のＩＤＴのどちらか一方に遅延素子を接続する場合と比較して、さらに遅延時間を延ばすことができる点である。
【０１２４】
このような構成にすれば、多少センサユニットのサイズは大きくなってしまうものの、より細かく遅延時間を決定できるので、より多くのセンサユニットを必要とするセンシングシステムに適している。
【０１２５】
以下、本実施形態においては、受信用アンテナと配線で接続される遅延素子を第１遅延素子２ａと、送信用アンテナと配線で接続される遅延素子を第２遅延素子２ｂとして説明する。
【０１２６】
第１遅延素子２ａ及び第２遅延素子２ｂは実施例１で説明したように、２つのＩＤＴ間の距離の変更したり、結晶基板や圧電性薄膜の材料を選択したりするなどして、設定した遅延時間となるように適宜設計することができる。また、第１遅延素子２ａ及び第２遅延素子２ｂの遅延時間は互いに同じ遅延時間とすることもできるし、互いに異なる遅延時間となるように別々に遅延時間を設計することもできる。これはセンシングシステムの都合で自由に設定できる。
【０１２７】
図４に示すように、センサユニット１０３は、実施例２における第２の実施形態（図２を参照）の遅延素子２を第１遅延素子２ａとしている。つまり、ＩＤＴ５ａは配線４ａ、４ｂにより受信用アンテナ７０とＧＮＤ電極とにそれぞれ接続され、ＩＤＴ５ｂは配線４ｃ、４ｄによりセンサ素子３のＩＤＴ５０ｂにそれぞれ接続されている。
【０１２８】
センサ素子３のＩＤＴ５０ｃは第２遅延素子２ｂのＩＤＴ５ｃに配線４ｅ，４ｆを介して接続し、第２遅延素子２ｂのＩＤＴ５ｄの一方の電極と送信用アンテナ７１とを配線４ｇで接続し、ＩＤＴ５ｄの他方の電極をＧＮＤ電極に配線４ｈで接続している。
【０１２９】
［実施例２における第３の実施形態の動作の説明：図４］
続いて、引き続き図４を用いて本実施形態の無線信号８を受信してから応答信号９を送信するまでの動作について説明する。
【０１３０】
図示しない親機からの無線信号８は、受信用アンテナ７０で受信され、配線４ａを介して第１遅延素子２ａのＩＤＴ５ａの一方の電極に伝達される。ＩＤＴ５ａの他方の電極は
ＧＮＤ電極に配線４ｂを介して接続されているため、第１遅延素子２ａの結晶基板面上に無線信号８に応じた弾性表面波を発生する。
【０１３１】
ＩＤＴ５ａで発生した弾性表面波は、第１遅延素子２ａで設定された遅延時間だけ遅れてＩＤＴ５ｂに到来し、配線４ｃ，４ｄを介してセンサ素子３に出力される。
【０１３２】
センサ素子３に入力された信号は、ＩＤＴ５０ｂに伝達されて結晶基板面上に弾性表面波を発生する。ＩＤＴ５０ｂで発生した弾性表面波は環境変化に応じた伝達時間だけ経過した後にＩＤＴ５０ｃに到来し、配線４ｅ，４ｆを介して結果信号を第２遅延素子２ｂに出力する。
【０１３３】
第２遅延素子２ｂに入力された結果信号は、ＩＤＴ５ｃに伝達されて結晶基板面上に弾性表面波を発生する。ＩＤＴ５ｃで発生した弾性表面波は、第２遅延素子２ｂで設定された遅延時間だけ遅れてＩＤＴ５ｄに到来する。
【０１３４】
ＩＤＴ５ｄに到来した信号は配線４ｇを介して送信用アンテナ７１に出力される。ＩＤＴ５ｄの他方の電極は配線４ｈを介してＧＮＤ電極に接続されているため、送信用アンテナ７１は応答信号９を送信する。
【０１３５】
以上説明したように、センサユニット１０３は無線信号８を受信してから応答信号９を送信するまでに、第１遅延素子２ａと第２遅延素子２ｂとの２つの遅延素子を通過する。つまり、センサユニット１０３全体における遅延時間は、第１遅延素子２ａで設定した遅延時間と第２遅延素子２ｂで設定した遅延時間とを足しあわせた遅延時間となる。
【０１３６】
これにより、どちらか一方の遅延素子を用いた場合と比較して遅延時間を長くすることができる。また、それぞれの遅延素子が異なる遅延時間にすることで、任意の遅延時間を決定することができ設計上の自由度が増し便利である。  
【０１３７】
また、第１遅延素子２ａの遅延時間を少なくした上で第２遅延素子２ｂを主に使ってセンサユニットごとに遅延時間を変えるようにできるので、比較的短時間で状態が変化するもの、例えば時間と共に温度が変化するものを測定する場合などであり、なおかつセンサユニット数を多くしたい（多くの場所を測定したい）センシングシステムに適していると言える。
【０１３８】
上述の実施例１及び実施例２の各実施形態においては、センサ素子の各ＩＤＴに接続される遅延素子は１つの素子とする構成で説明したが、このような構成に限定されず、複数の遅延素子を接続した遅延モジュールとした構成とすることができる。以下、実施例３に複数の遅延素子を接続した遅延モジュールを配置した例を説明する。
【実施例３】
【０１３９】
［実施例３における実施形態の説明：図５］
複数の遅延素子を接続した遅延モジュールを用いたセンシングシステムを実際に実施するための構成例を、図５を用いて詳細に説明する。本実施形態の説明にあたっては、実施例１における第１の実施形態（図１を参照）の遅延素子２を、第１遅延素子２ａと第２遅延素子２ｂとを接続した遅延モジュール２０とした例で説明する。
図５は実施例３における実施形態のセンサユニット１０４の構成例を示すブロック図である。なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与しており、説明を省略する。
【０１４０】
本実施形態の特徴は、複数の遅延素子を接続した遅延モジュールを用いて、各遅延素子で設定した遅延時間の組み合わせにより、遅延モジュールで発生する遅延時間を任意に選
択することができることである。
【０１４１】
図５に示すように、センサユニット１０４は、実施例１における第１実施形態の遅延素子２を、第１遅延素子２ａ及び第２遅延素子２ｂの２つの遅延素子とし、それぞれを配線４ｅ，４ｆで接続した遅延モジュール２２に置き換えた構成としている。それ以外のアンテナ７及びＧＮＤ電極と、センサ素子３と、配線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの構成は実施例１における第１の実施形態と同じ構成である。
【０１４２】
遅延モジュール２０の第１遅延素子２ａのＩＤＴ５ａは、配線４ａ，４ｂにより受信アンテナ７とＧＮＤ電極とにそれぞれ接続され、ＩＤＴ５ｂは、第２遅延素子２ｂのＩＤＴ５ｃと配線４ｅ、４ｆで接続される。さらに、第２遅延素子２ｂのＩＤＴ５ｄはセンサ素子３のＩＤＴ５０ａに配線４ｃ，４ｄを介して接続される。
【０１４３】
これにより遅延モジュール２０が有する遅延時間は、第１遅延素子２ａで設定した遅延時間と第２遅延素子２ｂで設定した遅延時間を足しあわせた遅延時間となる。
【０１４４】
以上説明したように、センサユニット１０４は２つの遅延素子を配線で接続した遅延モジュールを用いる構成であるため、１つの遅延素子を使用する場合に比べて遅延時間を長く設定できる。また、それぞれ異なる遅延時間として組合せることにより、自由に遅延時間を決定することができ、設計の自由度が増し大変便利である。
【０１４５】
図５に示した実施形態では、第１遅延素子２ａ及び第２遅延素子２ｂを、図面を見やすくするために平面的に記載したが、もちろんそれに限定されるものではない。例えば、第１遅延素子２ａ及び第２遅延素子２ｂを表裏一体に貼り合わせるようにして実装してもよいのである。
【０１４６】
なお、本実施形態では遅延モジュールは２つの遅延素子を接続した構成としたが、３つ以上の遅延素子を接続した構成としてもよく、センサユニットの目的、用途に合わせて任意に設計することができる。
【０１４７】
さらに、遅延素子として用いるＳＡＷ素子はＩＤＴの設計により目的の信号以外の信号が通過しないように機能するフィルタの役割を有することが知られている。
図５に示した実施形態では、各遅延素子がフィルタの役割を有するように設計することができ、その場合、多段のフィルタとして機能させることもできる。そうすると、無線信号を起因とするノイズ成分やセンサ素子が出力する結果信号を起因とするノイズ成分の除去ができ、正確な物理量の測定を得ることができる。
【０１４８】
なお、本実施形態においては、実施例１における第１の実施形態の遅延素子を複数の遅延素子からなる遅延モジュールで構成する説明としたが、実施例１における第２の実施形態及び、実施例２における各実施形態の各遅延素子についても同様に複数の遅延素子からなる遅延モジュールとすることができ、各実施形態が有する効果に加えて、上述の効果を得ることができる。
【０１４９】
以上の説明までに、センシングシステムにおけるセンサユニットの構成例及び動作例を実施例１から３までに説明した。センシングシステムを構成する複数のセンサユニットのそれぞれは各実施形態におけるセンサユニットから目的に応じて適宜選択し、組合せて使用することができる。
【０１５０】
この複数のセンサユニットを子機とし、子機に無線信号を発信し応答信号を受信する親機としてセンシングシステムを構成することにより、各センサユニットの個別認識ができ
、それぞれを配置した測定環境の物理量を測定ができる。具体的な各センサユニットの個別認識をする方法例と、センシングシステムの物理量を測定する方法例については、以下に実施例４として補足的に説明する。
【実施例４】
【０１５１】
［複数のセンサユニットの個別認識方法の説明：図１、図６〜図８］
実施例４として、上述の各実施例で説明したセンサユニットを複数用いて構成するワイヤレスのセンシングシステムにおける、各センサユニットの個別認識方法と物理量の測定方法の例とを順に、図１及び図６から図８を用いて詳細に説明する。
【０１５２】
なお、本実施例の個別認識方法及び物理量の測定方法の説明においては、センサユニットに実施例１における第１の実施形態（図１を参照）で説明したセンサユニットを使用し、無線信号の送信及び応答信号を受信する親機と、子機である複数のセンサユニットとで構成するセンシングシステムを用いた例で説明を行う。
【０１５３】
また、説明にあっては、実施例１における第１の実施形態の動作説明と重複する部分もあるが、各センサユニットの個別認識方法と物理量の測定方法との流れを説明する上で必要であるために記載してある。
【０１５４】
［１つのセンサユニットの個別認識方法の説明］
初めに、１つのセンサユニットの遅延時間について図６を用いて説明し、続いて上記のセンサユニットを複数用いたセンシングシステムの個別認識処理について説明する。
図６は、１つのセンサユニットが親機からの送信信号である無線信号を受け取ってから応答信号を出力するまでの遅延時間を示すタイムチャートである。図６の無線信号は親機の動作を示し、結果信号及び応答信号は子機の動作を示す。なお、理解を容易にするために、親機と子機との間の空間を移動する信号の時間差はないものとする。
【０１５５】
図６に示すように、親機から、センサユニット１００を動作させるのに充分な共振周波数ｆｃの無線信号８を送信する。共振周波数ｆｃは、センサユニット１００の遅延素子２のＩＤＴ５ａに入力されて遅延素子２の結晶基板面上に弾性表面波を発生できるように設定する。
【０１５６】
センサユニット１００のアンテナ７が受信した無線信号８は、遅延素子２の入力側ＩＤＴ５ａに入力されて、弾性表面波を発生する。弾性表面波は遅延素子２の出力側ＩＤＴ５ｂに伝搬し、例えば遅延時間がｔｄ秒となるように入力側ＩＤＴ５ａと出力側ＩＤＴ５ｂ間の距離が設計された遅延素子２によってｔｄ秒遅れてセンサ素子３に信号を出力する。
【０１５７】
センサ素子３に入力された信号はセンサ素子３のＩＤＴ５０ａによって共振を開始して反射電極６ａ，６ｂに向けて弾性表面波を発生し、環境変化に応じた結果信号を出力する。
【０１５８】
結果信号は、遅延素子２の出力側ＩＤＴ５ｂに入力されて弾性表面波を発生し、入力側ＩＤＴ５ａに伝搬する。このときの遅延時間は、先の説明と同様にｔｄ秒である。ｔｄ秒遅れて入力側ＩＤＴ５ａに伝搬された信号は、アンテナ７に入力されて応答信号９として親機に出力される。
【０１５９】
したがって、親機が応答信号９を受信するタイミングは、無線信号８を受信してから応答信号９を送信するまでの間に遅延素子２を２回通過するため、遅延素子２に設定された遅延時間ｔｄの２倍の時間となる。
つまり、センサユニット１００の遅延時間をｔｕ秒とすると、ｔｕ＝２ｔｄとなる。
【０１６０】
続いて、上記のセンサユニット１００が複数用いて構成されるセンシングシステムにおける、各センサユニットの個別認識方法を説明する。センサユニット１００をｎ個（ｎは自然数）用意した場合、それぞれ、センサユニット１、センサユニット２・・・センサユニットｎとし、各センサユニットの遅延時間をｔｕ×ｎ秒となるようにそれぞれの遅延素子２を設計する。
【０１６１】
これにより、各センサユニットの応答信号を出力するタイミングは互いに異なるため、親機に各センサユニットの遅延時間を記憶させておけば、無線信号を送信してから応答信号を受信するまでの時間差によって各センサユニットの個別認識をすることができる。
【０１６２】
［センシングシステムの物理量の測定方法の説明：図１、図７、図８］
次に、センシングシステムの物理量の測定方法の例を以下に説明する。
先に説明したセンシングシステムにおける複数のセンサユニットが、親機から無線信号に基づいて物理量を測定する方法を、図７及び図８を用いて詳細に説明する。
【０１６３】
図７は複数のセンサユニットに、無線信号８として例えば周波数が低周波から高周波に一定の速度で連続的に変化させるリニア掃引のチャープ信号を入力したときの、各センサユニットの応答信号９の出力動作を表すタイミングチャート図である。
図８は１つのセンサユニットに、無線信号として例えば、周波数を段階的に変化させたステップ掃引の信号を入力したときの、センサユニットの応答信号９の出力動作を表すタイミングチャート図である。図７及び図８において、無線信号は親機の動作を示し、応答信号は子機の動作を示す。
【０１６４】
図７に示すように、初めに、親機は無線信号として上述のチャープ信号を各センサユニット１００に送信する。無線信号にチャープ信号を用いることにより、１つのセンサユニット１００の共振周波数が未知である場合や、各センサユニットの共振周波数が異なる場合でも、１回の送信によってチャープ信号の周波数帯に対応するセンサユニットの全てが応答信号を送信することができるため便利である。
【０１６５】
各センサユニット１００は、自身の共振周波数に近いチャープ信号を受信すると各ＩＤＴが弾性表面波を発生しはじめ、すなわち、物理量センサとして動作をし始め、センサ素子３の結果信号を応答信号９として出力する。チャープ信号はリニア掃引であるため、応答信号９の出力は徐々に大きくなり、各ＩＤＴ５０ａの共振周波数とチャープ信号の周波数が一致するところで最大出力となる（振幅が最大値となる）。そして、チャープ信号の周波数が各ＩＤＴ５０ａの共振周波数から離れるに従って、センサユニットの応答信号の出力は徐々に小さくなり停止する。
【０１６６】
各センサユニット１００が出力した応答信号９は親機で受信される。親機は、無線信号８の送信を開始した時刻から応答信号９の振幅が最大値となる時刻までの時間に、各センサユニット１００に設定された遅延時間を差し引いた時間から、最大出力の周波数を決定する。この周波数をセンサユニットの暫定共振周波数ｆｃ´とする。
図７に示すように、ｎ個の各センサユニット１００のそれぞれの暫定共振周波数ｆｃ１〜ｆｃｎ´が得られる。
【０１６７】
次に、暫定共振周波数ｆｃ´を中心とする一定の周波数の範囲ｆαを決定する。
まず、１つ目のセンサユニット１００の暫定共振周波数ｆｃ１´における前述の一定の周波数の範囲ｆα１を求める。
暫定共振周波数ｆｃ１´を中心に｜α｜の周波数帯幅を与えるとすると、前述の一定の周波数の範囲ｆα１はｆｃ１´−｜α｜／２からｆｃ１´＋｜α｜／２となる。
【０１６８】
次に、この一定の周波数の範囲ｆα１をｍ等分（ｍは自然数）し、ｆ１からｆｍまでの値を決定する。
これにより、この一定の周波数の範囲の下限はｆ１＝ｆｃ１´−｜α｜／２であり、上限はｆｍ＝ｆｃ１´＋｜α｜／２となる。
【０１６９】
次に、親機はｆ１からｆｍまでの決定された各周波数を無線信号８として、各センサユニット１００に対して、周波数を段階的に上げる（または下げる）ように、順に送信するステップ掃引を行う。図８に示す図は、例えば１つ目のセンサユニット１００における無線信号８の受信及び応答信号９の送信に関するものである。
【０１７０】
図８に示すように、ステップ掃引では、まず、親機から無線信号８として周波数ｆ１を所定のステップ掃引時間ｔｓ秒間だけ送信する。
【０１７１】
１つ目のセンサユニット１００は、周波数ｆ１の無線信号８を受信すると動作をし始め、先に説明したとおり設定した遅延時間ｔｕ秒だけ経過した後に応答信号９を出力し始める。その後、ステップ掃引時間ｔｓ秒が経過し周波数の受信が停止すると、１つ目のセンサユニット１００の応答信号９の振幅は減衰しながら停止する。
【０１７２】
応答信号９が減衰を開始してから所定時刻ｔ秒だけ経過した後の応答信号９の振幅Ａ１を測定する。つまり、親機が周波数ｆ１の無線信号８を送信した時刻からｔｕ＋ｔ秒後の振幅をＡ１とする。
【０１７３】
同様の動作を、先に説明した周波数の範囲の残りｆ２からｆｍまでを繰り返し行い、振幅Ａ２からＡｍまでを求める。
【０１７４】
ステップ掃引を行う周波数の範囲を暫定共振周波数ｆｃ１´を中心とするｆ１からｆｍまでとしているため、例えば、図示はしないが求めた振幅Ａ１から振幅Ａｍまでを横軸に、振幅の変化を縦軸にプロットするグラフを作成すると、振幅値は振幅Ａ１側から徐々に大きくなり、所定の振幅において最大値を示した後に振幅Ａｍまで徐々に小さくなる。この振幅Ａ１から振幅Ａｍまでの振幅の変化について近似式を算出することによって、その近似式の振幅が最大となる周波数が判り、それが１つ目のセンサユニット１００の共振周波数ｆｃ１として算出できる。
【０１７５】
この共振周波数ｆｃ１は、環境変化、例えばセンサユニットを配置した周囲の温度変化によって共振周波数の値が変化するため、変化量からセンサユニットの物理量（この例では温度）を測定できる。
【０１７６】
このようにして、１つ目のセンサユニット１００の物理量を測定した後、残りのセンサユニットのそれぞれについて同様の手順で物理量を測定する。
【０１７７】
つまり、ｎ個のセンサユニットのそれぞれの暫定共振周波数ｆｃｎ´を決定し、各ｆｃｎ´を中心とする周波数の範囲（ｆｃｎ´−｜α｜からｆｃｎ´＋｜α｜まで）でステップ掃引をし、共振周波数ｆｃｎを算出して、ｆｃｎの変化量から物理量を測定するのである。
【０１７８】
以上説明したとおり、センシングシステムはｎ個のセンサユニットがそれぞれ遅延時間をｔｕ×ｎ秒（ｎは自然数）となるように設計することで、各センサユニットの個別認識ができ、物理量の変化を測定することができる。
【０１７９】
以上、各実施例で示したように、本発明のセンシングシステムは、各センサユニットの遅延素子とセンサ素子とを別体として形成し配置することにより、各素子の目的に合わせて設計を最適化できるため小型化が可能であり、さらに、センサ素子を共通化できるためにセンサ特性の製造バラつきを抑えることができるセンサユニットを提供することができる。
【０１８０】
ＳＡＷ素子を用いたワイヤレスＳＡＷセンサ及びワイヤレスセンシングシステムにあっては、製造コストが低く、各素子の特性のバラつきを抑えることや小型化の要求は強い。
特にパッシブ型のワイヤレスセンサはメンテナンスの面で優れており、今後需要も伸びると予測されている。
有線の物理量センサでは、有線接続するための配線が搭載する装置と干渉することが多く、このために物理量センサを搭載できない場合もあるが、このようなワイヤレスセンサであれば装置内部などに設置が可能であるため、今後は産業用機器等への利用が広く考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
多くの複数のセンサユニットを用いても各センサユニットを識別できるため、多くの環境測定を行う必要がある場合に好適である。  
【符号の説明】
【０１８２】
１００、１０１、１０２、１０３、１０４  センサユニット
２、２ａ、２ｂ  遅延素子
２０  遅延モジュール
３  センサ素子
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ  配線
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ  ＩＤＴ
６ａ、６ｂ  反射器
７、７０、７１  アンテナ
８  無線信号
９  応答信号
【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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