(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調信号を出力する変調信号生成部（４）、及び、前記変調信号を制御信号（Ｖｃｔｒｌ；Ｖｃｔｒｌ１、Ｖｃｔｒｌ２）として入力し当該制御信号に応じてキャリアを狭帯域周波数変調した信号を発振する発振器（６、６ｚ；１０６ａ、１０６ｂ；３０６ａ、３０６ｂ；５０６ａ、５０６ｂ）を備え、当該狭帯域周波数変調された信号を共振型のＳＡＷ素子（１９；１１９ａ、１１９ｂ）を備えるＳＡＷセンサ（２；１０２；３１９ａ、３１９ｂ；５０２）に送信する送信器（７；１０７ａ、１０７ｂ；３０７ａ、３０７ｂ；５０７ａ、５０７ｂ）と、
前記送信器により前記ＳＡＷセンサに送信された送信信号を前記ＳＡＷセンサのＳＡＷ素子を介して受信する受信器（１５；１１５ａ、１１５ｂ；２１５；３１５ａ、３１５ｂ；４１５；５１５ａ、５１５ｂ）と、
前記送信器が送信信号を送信する第１ノード（Ｎ１；Ｎ１０１ａ、Ｎ１０１ｂ；Ｎ３０１ａ、Ｎ３０１ｂ；Ｎ５０１ａ、Ｎ５０１ｂ）と前記受信器が受信信号を受信する第２ノード（Ｎ２；Ｎ１０２；Ｎ３０２ａ、Ｎ３０２ｂ；Ｎ５０２）との間に、前記送信器の送信信号と前記受信器の受信信号とを混合したときの送信信号及び受信信号の振幅積の周波数特性が振幅共振周波数（ｆｒ＿Ａｍｐ）において最小値となり前記振幅共振周波数より低い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少すると共に前記振幅共振周波数より高い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加する特性であり、且つ、前記送信信号及び前記受信信号の位相差が位相差共振周波数（ｆｒ＿ｐ−ｐ）において最大値となり前記位相差共振周波数より低い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加すると共に前記位相差共振周波数より高い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少する特性となるように構成される補助回路（１６；１６ｚ；１６ｚａ、１６ｚｂ、１６ｚｃ；１１６；３１６ａ、３１６ｂ；５１６；６１６）と、を備え、
前記受信器は、前記送信器により前記ＳＡＷセンサに送信された送信信号を、前記補助回路及び前記ＳＡＷセンサを介して受信し、前記ＳＡＷセンサからの受信信号を変換して取得される変調信号の周波数成分の前記変調信号生成部の変調信号との位相差に応じた位相差成分を前記送信器にフィードバックして前記送信器の前記変調信号生成部の変調信号に重畳させ、
前記送信器の発振器は、前記変調信号に前記位相差成分が重畳された信号を前記制御信号として信号を発振させ前記キャリアの周波数（ｆｃ；ｆｃ１、ｆｃ２）を前記ＳＡＷセンサの共振周波数（ｆｒ；ｆｒ１、ｆｒ２）に収束させるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記補助回路は
前記振幅共振周波数（ｆｒ＿Ａｍｐ）が前記位相差共振周波数（ｆｒ＿ｐ−ｐ）と異なる周波数で動作させるように構成されるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項３】
請求項１記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記補助回路（６１６、１６ｚａ、１６ｚｂ、１６ｚｃ）はインピーダンスを変更可能な構成とされ、
通常動作する前に前記補助回路のインピーダンスを変更させながら前記キャリアの周波数を変更制御する制御回路（６２５）と、
前記制御回路により変更制御された状態で前記受信器による位相差成分をモニタするモニタ回路（６２４）と、を備え、
前記制御回路は、前記モニタ回路によるモニタ結果に応じて前記補助回路のインピーダンスを決定した後に通常動作させるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項４】
請求項１、２、３の何れか一項に記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記受信器（１５；１１５ａ、１１５ｂ）は、
前記ＳＡＷセンサからの受信信号を前記送信信号によりダウンコンバートするダウンコンバージョン部（１０；１０ｚ；１１０ａ、１１０ｂ）と、
前記ダウンコンバージョン部によりダウンコンバートされた信号をフィルタ処理することで前記変調信号の周波数成分を通過させるフィルタ（１１：１１ｚ；１１１ａ、１１１ｂ）と、
前記フィルタを通過した変調信号の周波数成分と前記送信器の変調信号生成器による変調信号とを位相比較して前記位相差成分を検出する位相比較部（１２；１２ｚ；１１２ａ、１１２ｂ）と、を備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項５】
請求項１、２、３の何れか一項に記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記受信器（２１５；３１５ａ、３１５ｂ）は、
前記ＳＡＷセンサからの受信信号を包絡線検波する包絡線検波部（２１０；３１０ａ、３１０ｂ）と、
前記包絡線検波部により包絡線検波された信号をフィルタ処理することで前記変調信号の周波数成分を通過させるフィルタ（１１；３１１ａ、３１１ｂ）と、
前記包絡線検波部により取得される変調信号の変調周波数の成分と前記送信器の変調信号生成器による変調信号とを位相比較して前記位相差成分を検出する位相比較部（１２；３１２ａ、３１２ｂ）と、を備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項６】
請求項１、２、３の何れか一項に記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記受信器（４１５；５１５ａ、５１５ｂ）は、第２発振器（４２３；５２３ａ、５２３ｂ）をさらに備え、
前記ＳＡＷセンサからの受信信号を前記第２発振器の第２周波数によりダウンコンバートするダウンコンバージョン部（１０；１０ｚ；５１０ａ、５１０ｂ）と、
前記ダウンコンバージョン部によりダウンコンバートされた信号をフィルタ処理することで前記変調信号の周波数成分を通過させるフィルタ（１１：１１ｚ；５１１ａ、５１１ｂ）と、
前記フィルタを通過した変調信号の周波数成分と前記送信器の変調信号生成器による変調信号とを位相比較して前記位相差成分を検出する位相比較部（１２；１２ｚ；５１２ａ、５１２ｂ）と、を備え、
前記位相比較部の位相差成分を前記送信器にフィードバックして前記変調信号生成部の変調信号に重畳させると共に前記第２発振器の制御信号にフィードバックして前記第２周波数を前記送信信号のキャリアの周波数（ｆｃ；ｆｃ１、ｆｃ２）に収束させるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項７】
請求項４または６記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記ダウンコンバージョン部（１０；１０ｚ；１１０ａ、１１０ｂ；５１０ａ、５１０ｂ）は、ミキサ（１０ｚ）を備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項８】
請求項４から６の何れか一項に記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、前記位相比較部（１２；１２ｚ；１１２ａ、１１２ｂ；３１２ａ、３１２ｂ；５１２ａ、５１２ｂ）は、ミキサ（１２ｚ）を備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一項に記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記ＳＡＷセンサ（１０２；５０２）は複数の前記ＳＡＷ素子（１１９ａ、１１９ｂ）を備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項１０】
請求項９記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記送信器（１０７ａ、１０７ｂ；５０７ａ、５０７ｂ）は前記複数のＳＡＷ素子にそれぞれ対応して設けられると共に、前記受信器（１１５ａ、１１５ｂ；５１５ａ、５１５ｂ）は前記複数のＳＡＷ素子にそれぞれ対応して設けられ、
前記補助回路（１１６；５１６）は、前記複数の送信器と前記複数の受信器との間に共用して構成されるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）センサの共振周波数検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波センサ（以下、ＳＡＷセンサと称す）は温度又は歪みによる測定対象の物理量の変化を受けると、これに応じてＳＡＷの伝搬速度等が変化し電気的特性が変化する。このようなシステムの中で、ＳＡＷセンサの共振周波数を検出することに応じて物理量を検出するシステムが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。この非特許文献１記載の技術によれば、ＳＡＷの反射特性Ｓ１１のレベルが最小となる周波数を検出することで共振周波数を検出している（例えば、非特許文献１のＦｉｇ．３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】J.Beckley , V.Kalinin , M.Lee , K.Voliansky , "Non-contact torque sensors based on SAW resonators", Frequency Control Symposium and PDA Exhibition, 2002 IEEE International, vol, no, pp.202-213
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５２８５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者が非特許文献１記載の技術を検討し、受信信号とキャリア周波数の信号とをミキシングしてダウンコンバートした場合、キャリア周波数がある周波数を超えた高周波数範囲では低周波数範囲と同一傾向の出力値が得られるため、ある周波数を超えた高周波数範囲と低周波数範囲とを一意に区別できないことが導かれた。単調変化する周波数範囲内でＳＡＷセンサの共振周波数を検出しようとすると、この共振周波数を検出可能な周波数範囲（ロッキングレンジ）を広くすることができず、設計の自由度が劣ることが判明した。
【０００６】
本発明の目的は、ロッキングレンジを極力広範に保ちながらＳＡＷセンサの共振周波数を検出できるようにしたＳＡＷセンサの共振周波数検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、送信器はキャリアに狭帯域周波数変調した信号を共振型のＳＡＷ素子を備えるＳＡＷセンサに送信し、受信器は送信器によりＳＡＷセンサに送信された送信信号をＳＡＷセンサのＳＡＷ素子を介して受信する。共振周波数検出装置は、受信器の受信信号に応じて検出される位相成分に基づいてＳＡＷセンサのＳＡＷ素子の共振周波数を検出する。
【０００８】
このとき、補助回路は、送信器の送信信号と受信器の受信信号とを混合したときの送信信号及び受信信号の振幅積の周波数特性が振幅共振周波数において最小値となり振幅共振周波数より低い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少すると共に振幅共振周波数より高い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加する特性であり、且つ、送信信号及び受信信号の位相差が位相差共振周波数において最大値となり位相差共振周波数より低い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加すると共に位相差共振周波数より高い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少する特性となるように構成されている。
【０００９】
受信器は、送信器によりＳＡＷセンサに送信された送信信号を、補助回路及びＳＡＷセンサを介して受信し、ＳＡＷセンサからの受信信号を変換して取得される変調信号の周波数成分と変調信号生成部の変調信号との位相差に応じた位相差成分を送信器にフィードバックして変調信号生成部の変調信号に重畳させる。送信器は、変調信号に位相差成分が重畳された信号を制御信号として信号を発振させキャリア周波数をＳＡＷセンサの共振周波数に収束させる。この結果、ＳＡＷセンサの共振周波数を精度良く検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の概念的な電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図２】ＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の具体的な電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図３】ＳＡＷセンサの構成及び信号伝搬イメージを模式的に示す図
【図４】振幅積の周波数依存性を概略的に示す特性図
【図５】位相差の余弦値の周波数依存性を概略的に示す特性図
【図６】位相差の周波数依存性を概略的に示す特性図
【図７】補助回路のパラメータを変更した場合の特性変化例を概略的に示す図
【図８】比較対象例における振幅積と位相差の周波数依存性を概略的に示す特性図
【図９】第１実施形態における振幅積と位相差の周波数依存性を概略的に示す特性図
【図１０】第２実施形態においてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の概念的な電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図１１】ＳＡＷセンサの構成及び信号伝搬特性のイメージを模式的に示す図
【図１２】第３実施形態においてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の概念的な電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図１３】包絡線検波部の電気的構成例を示す回路図
【図１４】第４実施形態においてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の概念的な電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図１５】第５実施形態においてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の概念的な電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図１６】第６実施形態においてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の概念的な電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図１７】第７実施形態においてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の概念的な電気的構成例を概略的に示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）センサの共振周波数検出装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施形態において、同一又は類似の動作を行う構成については、同一又は類似の符号を付して必要に応じて説明を省略する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１〜図９は第１実施形態の説明図を示す。図１に示すセンシングシステム１は、外的に与えられる歪みに応じて変形するように配置されたＳＡＷセンサ２と、このＳＡＷセンサ２に接続された共振周波数検出装置３と、を備える。図２は図１に示すセンシングシステム１の具体的な電気的構成例を示す。
【００１３】
共振周波数検出装置３は、変調信号生成器（変調信号生成部相当）４、加算器５、発振器６を備える送信器７と、アンプ８，９、ダウンコンバージョン部１０、フィルタ１１、位相比較器（位相比較部相当）１２、フィルタ１３及び、演算器１４を備える受信器１５と、を備え、送信器７と受信器１５との間に補助回路１６を接続して構成される。アンプ８、９は必要に応じて設ければ良く、信号レベルが十分であれば追加しなくてもよい。
【００１４】
図２に示すように、発振器６は例えばＶＣＯ６ｚ（Voltage- Controlled Oscillator）により構成される。ダウンコンバージョン部１０は例えばミキサ１０ｚにより構成される。フィルタ１１は例えばＢＰＦ１１ｚ（Band-Pass Filter）により構成される。位相比較器１２は例えばミキサ１２ｚにより構成される。フィルタ１３は例えばＬＰＦ１３ｚ（Low-Pass Filter）により構成される。補助回路１６は、例えば受動回路（容量性回路又は誘導性回路）により構成され、例えば単一素子による補助素子１６ｚ（例えばキャパシタ素子、インダクタ素子）を用いて構成される。
【００１５】
送信器７の変調信号生成器４は、例えば狭帯域ＦＭ変調用の所定の変調周波数の変調信号（交流信号）を出力する。加算器５は、変調信号生成器４の変調信号（例えばＡＣ電圧）と演算器１４の出力信号（例えばＤＣ電圧）とを重畳し制御信号Ｖｃｔｒｌとして発振器６に出力する。発振器６は、加算器５から入力された信号を制御信号Ｖｃｔｒｌとして入力してキャリアを制御し、その制御後の狭帯域周波数変調された信号をアンプ８に出力すると共に補助回路１６を通じてＳＡＷセンサ２及びアンプ９に出力する。
【００１６】
発振器６は、後述する受信器１５から出力されるＤＣ成分（位相差成分相当）が変化すると当該ＤＣ成分に応じてキャリア周波数ｆｃを変化させる。
２つのアンプ８、９は、その入力インピーダンスが、発振器６の出力信号を伝送するノードＮ１などの伝送線路の特性インピーダンス（例えば５０Ω）と同一又は近い値（数十Ω）に設定されている。２つのアンプ８、９の入力端子のノードをそれぞれ第１ノードＮ１、第２ノードＮ２とすると、これらの第１ノードＮ１、及び、第２ノードＮ２間には補助回路１６が接続されている。この補助回路１６は、例えば受動回路を用いて構成される。
【００１７】
図３にＳＡＷセンサ２の周辺の構成及び信号伝搬イメージを模式的に示すように、ＳＡＷセンサ２は、ノードＮ２側に接続されたアンテナ１７（図１には図示せず）を介在して接続されている。ＳＡＷセンサ２は、アンテナ１８を接続して構成された共振型のＳＡＷ素子１９を備える。ＳＡＷ素子１９は、圧電体基板（符号なし）上にすだれ状電極２０を配置すると共に、このすだれ状電極２０の両側方に位置してすだれ状電極２０と同一の電極膜で構成されたストリップ状の反射器２１が配置されている。ＳＡＷ素子１９は、アンテナ１８を通じて入力された送信信号ＶＴＸを入力し、同時にアンテナ１８、１７を通じてノードＮ２の側に伝搬信号を出力する。アンテナ１７、１８は、例えば誘導性アンテナまたは共振型アンテナを用いて構成できる。
【００１８】
ＳＡＷセンサ２から反射された受信信号ＶＲＸは、その振幅と位相がＳＡＷセンサ２の送受信伝達関数に応じて送信信号ＶＴＸの周波数成分中における各周波数毎に変化することになる。送信信号ＶＴＸと受信信号ＶＲＸの振幅積と位相差とは共振周波数に依存するため、後述する受信器１５では回路を用いて共振周波数を算出している。これにより、ＳＡＷセンサ２に印加された歪み（物理量）を検出できる。
【００１９】
２つのアンプ８、９は、互いに同一増幅度又はその増幅度が予め定められた所定比に予め設定された増幅器であり、増幅された信号をダウンコンバージョン部１０に出力する。ダウンコンバージョン部１０は、これらの２つのアンプ８、９により増幅された信号を乗算することで、ＳＡＷセンサ２からの受信信号ＶＲＸを送信信号ＶＴＸによりダウンコンバートし、キャリア周波数ｆｃの成分を打消し合わせる。フィルタ１１は、ダウンコンバージョン部１０によりダウンコンバートされた後の信号について変調周波数ｆｍｏｄの成分を通過させるフィルタ処理を行うものであり、不要成分（例えばＤＣ成分、変調周波数ｆｍｏｄの成分、変調周波数ｆｍｏｄの２倍の成分等）をカットする。
【００２０】
位相比較器１２は、変調信号生成器４の出力信号とフィルタ１１の出力信号との位相を比較した信号をフィルタ１３に出力する。この位相比較器１２では、変調周波数ｆｍｏｄの成分を打消し合わせる。フィルタ１３は、ＤＣ成分を通過して不要成分（変調周波数の２倍の成分）をカットし、演算器１４に出力しＤＣ成分を加算器５にフィードバックする。演算器１４は、フィルタ１１のＤＣ電圧を発振器６のロッキングレンジ内の電圧範囲内に制御する機能を備える。加算器５は、この位相差に応じたＤＣ成分を変調信号生成器４の出力信号に加算して発振器６に制御信号Ｖｃｔｒｌとして出力する。発振器６は、この制御信号Ｖｃｔｒｌに応じてキャリア周波数ｆｃを調整して２つのアンプ８、９に出力する。これらの一連の処理は、発振器６が出力するキャリアのキャリア周波数ｆｃがＳＡＷセンサ２の共振周波数ｆｒに収束するまで繰り返される。
【００２１】
前記の構成の意義について数式を用いて説明する。まず、発振器６の出力信号Ｃ（ｔ）を（１）式のように定義する。ここでｆｃはキャリア周波数を示し、φは初期位相角を示す。
【００２２】
【数１】
0006519384.tif 000002
このとき、変調信号生成器４の出力信号の変調周波数をｆｍｏｄ、変調指数をｍf、信号波をＳ（ｔ）＝ｃｏｓ（２πｆｍｏｄ・ｔ）とすれば、ＦＭ変調波を下式のように表すことができる。そして、例えば狭帯域ＦＭ変調であると仮定してΔｆを最大周波数偏移としたときのβ＝Δｆ／ｆｍｏｄを１より十分小さい値と仮定し、さらに、初期位相角φを０と仮定し、（１）式を用いて展開すると（２）式のように定義できる。
【００２３】
【数２】
0006519384.tif 000003
さらに、β＜＜１であるため（３−１）式及び（３−２）式が成立する。
【００２４】
【数３】
0006519384.tif 000004
このため、ＦＭ変調波を表す（２）式は（４）式のように展開できる。
【００２５】
【数４】
0006519384.tif 000005
すなわち、狭帯域ＦＭ変調波は、（４）式の第１項のキャリア周波数ｆｃの成分（以下、成分Ｓ０と称す）、第２項の（キャリア周波数ｆｃ−変調周波数ｆｍｏｄ）成分（以下、成分Ｓ１と称す）、第３項の（キャリア周波数ｆｃ＋変調周波数ｆｍｏｄ）成分（以下、成分Ｓ２と称す）、の３つの周波数成分によって近似して表すことができる。そこで、ＳＡＷセンサ２に送信するＦＭ変調波の送信信号ＶＴＸ（＝ＶＦＭ＿Ｔｘ（ｔ））を（５）式のように定義する。ここで、成分Ｓ０の振幅をＡＬＯ０、成分Ｓ１の振幅をＡＬＯ１、成分Ｓ２の振幅をＡＬＯ２とし、成分Ｓ０の初期位相差をθＬＯ０、成分Ｓ１の初期位相差をθＬＯ１、成分Ｓ２の初期位相差をθＬＯ２として一般化している。
【００２６】
【数５】
0006519384.tif 000006
また、ＳＡＷセンサ２を通じて受信されるＦＭ変調波の受信信号ＶＲＸ（＝ＶＦＭ＿Ｒｘ（ｔ））を（６）式のように定義する。ここで、成分Ｓ０の振幅をＡＲＦ０、成分Ｓ１の振幅をＡＲＦ１、成分Ｓ２の振幅をＡＲＦ２とし、成分Ｓ０の位相差をθＲＦ０、成分Ｓ１の位相差をθＲＦ１、成分Ｓ２の位相差をθＲＦ２として一般化している。
【００２７】
【数６】
0006519384.tif 000007
ダウンコンバージョン部１０は、これらの（５）式の信号と（６）式の信号とをミキシングする（ＶＦＭ＿Ｒｘ＿Ｃｏｎｖ（ｔ）を示す（７−１）式参照）。この結果、周波数を低域周波数側に変換処理できる。途中の計算処理を省略するが、フィルタ１１を通過した後の変調周波数ｆｍｏｄの成分は（７−２）式に示すように表すことができる。
【００２８】
【数７】
0006519384.tif 000008
フィルタ１１は（７−２）式に示される変調周波数ｆｍｏｄの成分を取得して位相比較器１２に出力する。位相比較器１２は、送信用の変調周波数ｆｍｏｄの信号と、この受信信号ＶＦＭ＿Ｒｘ＿Ｃｏｎｖ（ｔ）の変調周波数ｆｍｏｄの成分とを混合することで周波数変換処理する。ここで位相比較器１２に入力される変調周波数ｆｍｏｄの成分は（７−２）式で表される。また、変調周波数ｆｍｏｄの成分はＳ（ｔ）＝ｃｏｓ（２πｆｍｏｄ・ｔ）であるため、位相比較器１２が例えばミキシングしてダウンコンバートすることで下記の（８）式のように表される信号を得る（ＶＦＭ＿Ｒｘ＿Ｃｏｎｖ＿Ｃｏｎｖ（ｔ）参照）。
【００２９】
【数８】
0006519384.tif 000009
フィルタ１３は、このうちＤＣ成分を通過し変調周波数ｆｍｏｄの２倍（２×ｆｍｏｄ）の成分をカットする。ＤＣ成分は（９）式のように表されるが、第１項＋第２項を（９−１）式とし、第３項＋第４項を（９−２）式とする。
【００３０】
【数９】
0006519384.tif 000010
この（９）式に示されるＤＣ成分が、演算器１４を通じて加算器５にフィードバックされる。（９）式のＤＣ成分では、振幅積（−ＡＲＦ１・ＡＬＯ０）／４と位相差（θＲＦ１−θＬＯ０）の余弦値との乗算値と、振幅積（ＡＲＦ２・ＡＬＯ０）／４と位相差（θＲＦ２−θＬＯ０）の余弦値との乗算値と、を加算した成分を（９−１）式として示している。また、振幅積（−ＡＲＦ０・ＡＬＯ１）／４と位相差（θＲＦ０−θＬＯ１）の余弦値との乗算値と、振幅積（ＡＲＦ０・ＡＬＯ２）／４と位相差（θＲＦ０−θＬＯ２）の余弦値との乗算値と、を加算した成分を（９−２）式として示している。
【００３１】
この（９）式を要素毎に分解したときの各要素の周波数依存性の傾向を図４、図５に示している。図４は各項の振幅積の絶対値の周波数依存性の傾向を示しており、図５は位相差の余弦値の周波数依存性を示している。また、図６は送信信号ＶＴＸと受信信号ＶＲＸの位相差θｒの周波数依存性を示している。これらの周波数特性は、補助回路として適当な素子（例えば単一素子（例えばコンデンサ））または回路（例えば容量性回路）を選定したときに得られる所定周波数範囲内の周波数特性を示している。
【００３２】
図４に示す周波数範囲内においては、振幅積は振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐにおける値を最小値とし、振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐより低い周波数領域では周波数増加に応じて単調減少し、振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐより高い周波数領域では周波数増加に応じて単調増加する特性となる。図５に示すように、位相差の余弦値は、位相差共振周波数ｆｒ＿ｐ−ｐにおける値を最小値とし、位相差共振周波数ｆｒ＿ｐ−ｐより低い周波数領域では周波数増加に応じて単調減少し、位相差共振周波数ｆｒ＿ｐ−ｐより高い周波数領域では周波数増加に応じて単調増加する特性となる。
【００３３】
適切な補助回路１６を選定することで、図６に示す周波数範囲では、送信信号ＶＴＸと受信信号ＶＲＸの位相差θｒが、位相共振周波数ｆｒ_Phaseで最大値となる。位相差θｒは、位相共振周波数ｆｒ_Phaseより低い周波数領域において周波数増加に応じて単調増加し、位相共振周波数ｆｒ_Phaseより高い周波数領域において周波数増加に応じて単調減少する特性となる。
【００３４】
ここで（９−１）式の成分は、送信信号ＶＴＸのキャリア周波数の振幅ＡＬＯ０を含む成分を主成分としているため（９−２）式の成分より大幅に大きくなり無視可能な値となる。このため、以下では（９−１）式の成分の数式を用いて説明する。
【００３５】
まず、補助回路１６に適切な回路を選定したときには、キャリア周波数ｆｃが予め定められたロッキングレンジ内において、（９−１）式の第１項の位相差の余弦値を同一符号で変化させると共に第２項の位相差の余弦値を同一符号で変化させるように選定することが望ましい。さらに、位相差の余弦値の伝達特性を後述するように周波数変化に応じてＶ字特性とするため、０〜９０［ｄｅｇ］、９０〜１８０［ｄｅｇ］、−９０〜０［ｄｅｇ］、−９０〜−１８０［ｄｅｇ］の範囲で位相差の変化を抑えることが望ましい。なお、これらの範囲を超えても良いが、この範囲を超えるときには、送信信号ＶＴＸ、受信信号ＶＲＸの何れか一方又は両方に位相移相器（必要に応じて、アンプ、フィルタ等）を設けることで位相差をシフトし、送信信号ＶＴＸ、受信信号ＶＲＸに関係する位相差を前述の範囲に設定することが望ましい。
【００３６】
さて、このような条件下において、振幅積が下記の（１０−１）式の関係を満たすと共に、位相差の余弦値が下記の（１０−２）式の関係を満たすときには、（９−１）式の第１項の負の値が第２項の正の値を上回ることになり、ＤＣ成分は負の値となる。このとき、図４、図５に示す特性上では、図４の振幅積ＦＡ１、図５の余弦値ＦＴ１に示す領域で動作し、概ね、振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐ、位相差共振周波数ｆｒ＿ｐ−ｐよりも低い周波数において動作する。負のＤＣ成分は、演算器１４を通じて加算器５にフィードバックされることでキャリア周波数ｆｃが高域側に調整されることになる。
【００３７】
【数１０】
0006519384.tif 000011
振幅積が下記の（１１−１）式の関係を満たすと共に、位相差の余弦値が下記の（１１−２）式の関係を満たすときには、（９−１）式の第１項の負の値が第２項の正の値を下回ることになり、ＤＣ成分は正の値となる。このとき、図４、図５に示す特性上では、図４のＦＡ２、図５の余弦値ＦＴ２に示す領域で動作し、振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐ、位相差共振周波数ｆｒ＿ｐ−ｐより高い周波数で動作する。正のＤＣ成分は、演算器１４を通じて加算器５にフィードバックされることになり、キャリア周波数ｆｃが低域側に調整される。
【００３８】
【数１１】
0006519384.tif 000012
振幅積が下記の（１２−１）式の関係を満たすと共に、位相差の余弦値が下記の（１２−２）式の関係を満たすときには、（９−１）式の第１項の負の値が第２項の正の値と同等の値となりＤＣ成分は概ね０となる。このとき、図４、図５に示す特性上では、図４の振幅積ＦＡ３、図５の余弦値ＦＴ３に示す領域で動作し、振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐ、位相差共振周波数ｆｒ＿ｐ−ｐに近接又は同一周波数で動作する。このとき位相差θｒは、位相共振周波数ｆｒ_Phaseに近い値ＦＨ３となり最大値となる。
【００３９】
【数１２】
0006519384.tif 000013
発振器６の初期発振周波数を、位相共振周波数ｆｒ_Phaseにロック可能に予め定められたロッキングレンジ内に設定することで、自動的にフィードバック制御して送信信号ＶＴＸと受信信号ＶＲＸの位相差θｒを最大値とする位相共振周波数ｆｒ_Phaseに収束させることができる。
【００４０】
このとき、位相差θｒを極力大きくすることでＱ値を大きくでき精度を高めることができるが、他方、ロッキングレンジを広くするにはＱ値を小さくすることが望ましい。これらは、トレードオフの関係にあるが、本形態の回路構成を採用すると、これらを極力自由に調整できるようになり、設計の自由度を向上できる。
【００４１】
図７は発明者らが補助回路として容量素子を用いてシミュレーションしたときのＤＣ成分出力の周波数特性ＦＸ１〜ＦＸ３を概略的に示す図である。この図７は、ＳＡＷセンサ２のインピーダンスＺｓを所定周波数（数百ＭＨｚ）で誘導性としたときのシミュレーション結果を示している。
【００４２】
発明者らは、補助回路１６を構成する容量素子の容量値を大小調整することで、ＤＣ成分出力のキャリア周波数ｆｃに対する勾配変化を可能にできることを確認している。すなわち、ロッキングレンジを広くするには、特性ＦＸ１に示すように容量値を小さく（容量値Ｃ３）すると良く、ロッキングレンジを狭くしても精度を高めるのであれば、特性ＦＸ３に示すように容量値を大きく（容量値Ｃ１）することが望ましい。
【００４３】
＜従来の比較例の説明＞
従来、非特許文献１のように構成すると、図８に示すような周波数変化に応じた特性変化が得られることが発明者らにより確認されている。すなわち、非特許文献１に示す構成を用いると、前述した振幅積や位相差に相当する指標が一つの共振周波数ｆｒで一致することになり、この共振周波数ｆｒを調整するためのパラメータ（例えば送信ノードと受信ノードの間の抵抗の抵抗値）を調整したとしても、そのＱ値を調整可能になるだけであり、前述した図７に示したようにキャリア周波数ｆｃに対する勾配（感度）を調整することは困難であることが判明している。
【００４４】
＜本実施形態のまとめ＞
本実施形態によれば、補助回路１６が第１ノードＮ１と第２ノードＮ２との間に接続されている。この補助回路１６は、前述した特性を示すように設けられているため、キャリア周波数ｆｃを位相共振周波数ｆｒ＿ｐｈａｓｅに収束させることで当該周波数を精度良く検出できる。しかも設計の自由度を向上できる。
【００４５】
図８に対応して本実施形態の特性を図９に示すように、振幅積や位相差が異なる振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐ、位相共振周波数ｆｒ＿ｐｈａｓｅで共振する関係性を有することから、この影響に応じて、図７に示すように、キャリア周波数ｆｃに対する勾配（感度）を容易に調整できる。
【００４６】
すなわち、補助回路１６が例えば容量性回路である場合、その容量値が比較的小さい（容量値Ｃ３）のときには、振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐ、位相共振周波数ｆｒ＿ｐｈａｓｅの周波数差（｜ｆｒ＿ｐｈａｓｅ−ｆｒ＿Ａｍｐ｜）が比較的大きくなることが確認されており、図７の特性ＦＸ１に示すように、フィルタ１３の出力の周波数変化勾配を緩やかにすることができ、ロッキングレンジを比較的広く確保することが可能となる。
【００４７】
また、補助回路１６を構成する容量性回路の容量値が比較的大きい（容量値Ｃ１）のときには、振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐ、位相共振周波数ｆｒ＿ｐｈａｓｅの周波数差（｜ｆｒ＿ｐｈａｓｅ−ｆｒ＿Ａｍｐ｜）が比較的小さくなることが確認されており、図７の特性ＦＸ３に示すようにフィルタ出力の周波数変化勾配を急峻にすることができ、共振周波数の検出精度を高めることができる。この結果、検出時の精度とロッキングレンジとをトレードオフの関係で調整できるようになり、設計の自由度を高めることができる。補助回路１６は図２に一例として単一素子１６ｚ（例えば単一のキャパシタ素子）である例を示したが、これに限られるものではない。
【００４８】
また、振幅共振周波数ｆｒ＿Ａｍｐが位相差共振周波数ｆｒ＿ｐ−ｐを異なる周波数で動作させることでロッキングレンジを広範囲にできる。
送信器７の発振器６は、キャリアに狭帯域周波数変調された信号をＳＡＷセンサ２に送信し、受信器１５は、送信器７の送信信号ＶＴＸとＳＡＷセンサ２からの受信信号ＶＲＸの位相差θｒに応じたＤＣ成分（フィルタ１１の出力と位相比較器１２に入力する変調信号生成器４の出力との間の位相差成分）をフィードバックし、変調周波数ｆｍｏｄの変調信号に重畳し、送信器７の発振器６は、変調信号にＤＣ成分（位相差成分）が重畳された信号を制御信号Ｖｃｔｒｌとして信号を発振させキャリア周波数ｆｃを共振周波数ｆｒに収束させるようにしている。これにより、ＳＡＷセンサ２の共振周波数ｆｒを精度良く検出でき、実用性の高いＳＡＷセンサ２の共振周波数検出装置３を提供できる。
【００４９】
（第２実施形態）
図１０及び図１１は第２実施形態の追加説明図を示している。本実施形態では、ＳＡＷセンサ１０２としてＳＡＷ素子１１９ａ、１１９ｂ（図１１参照）を２つ設けた形態を示している。ＳＡＷセンサ１０２は温度変化に依存して伝搬特性が変化する。この温度依存特性をキャンセルするため、２つの物理量（歪み、温度）を検出可能なように、ＳＡＷセンサ１０２としてＳＡＷ素子１１９ａ、１１９ｂを２つまたは３つ以上用いることが望ましい。
【００５０】
ここで、図１０には、２つのＳＡＷ素子１１９ａ、１１９ｂを用いた場合、ＳＡＷセンサ１０２を「ＳＡＷ１＋ＳＡＷ２」と記している。図１１に示すように、ＳＡＷセンサ１０２は、複数のＳＡＷ素子１１９ａ、１１９ｂを並列接続して構成される。ＳＡＷ素子１１９ａ、１１９ｂは、互いに共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２の異なる共振型のＳＡＷ素子により構成される。ＳＡＷ素子１１９ａは、圧電体基板（符号なし）上に、すだれ状電極２０ａと、当該すだれ状電極２０ａの両側方に位置してすだれ状電極２０ａと同一の電極膜で構成されたストリップ状の反射器２１ａとを配置して構成している。アンテナ１７、１８を通じて入力された送信信号ＶＴＸをＳＡＷ素子１１９ａの基板に伝搬し、再びアンテナ１８、１７を通じてアンプ１０９ａの入力ノードＮ１０２の側に出力する。ＳＡＷ素子１１９ｂもまた、圧電体基板（符号なし）上に、すだれ状電極２０ｂと、当該すだれ状電極２０ｂの両側方に位置してすだれ状電極２０ｂと同一の電極膜で構成されたストリップ状の反射器２１ｂとを配置して構成している。アンテナ１７、１８を通じて入力された送信信号ＶＴＸをＳＡＷ素子１１９ｂの基板に伝搬し、再びアンテナ１８、１７を通じてアンプ１０９ａの入力ノードＮ１０２の側に出力する。
【００５１】
図１０に示す第２実施形態のセンシングシステム１０１の共振周波数検出装置１０３が、第１実施形態のセンシングシステム１の共振周波数検出装置３と異なるところは、第１実施形態の加算器５、発振器６（ＶＣＯ６ｚ）、２つのアンプ８，９、ダウンコンバージョン部１０（ミキサ１０ｚ）、フィルタ１１（ＢＰＦ１１ｚ）、位相比較器１２（ミキサ１２ｚ）、フィルタ１３（ＬＰＦ１３ｚ）、演算器１４を、それぞれのＳＡＷ素子１１９ａ、１１９ｂに適した形態で、２組ずつ２系統設けているところである。以下、第１系統のＳＡＷ素子１１９ａに対応して構成された第１送信器１０７ａ及び第１受信器１１５ａと、第２系統のＳＡＷ素子１１９ｂに対応した構成された第２送信器１０７ｂ及び第２受信器１１５ｂと、を分けて説明する。
【００５２】
第１送信器１０７ａは、変調周波数ｆｍｏｄの変調信号を生成する変調信号生成器４、加算器１０５ａ、及び、発振器１０６ａを備える。第２送信器１０７ｂは、変調信号生成器４、加算器１０５ｂ、及び、発振器１０６ｂを備える。発振器１０６ａ、１０６ｂは例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）６ｚにより構成される。
【００５３】
第１受信器１１５ａは、２つのアンプ１０８ａ，１０９ａ、ダウンコンバージョン部１１０ａ、フィルタ１１１ａ、位相比較器１１２ａ、フィルタ１１３ａ、及び、演算器１４ａを接続して構成される。第２受信器１１５ｂもまた、２つのアンプ１０８ｂ，１０９ｂ、ダウンコンバージョン部１１０ｂ、フィルタ１１１ｂ、位相比較器１１２ｂ、フィルタ１１３ｂ、及び、演算器１４ｂを接続して構成される。ダウンコンバージョン部１１０ａ、１１０ｂは、それぞれ例えばミキサ１０ｚにより構成される。位相比較器１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ例えばミキサ１２ｚにより構成される。フィルタ１１１ａ、１１１ｂは、それぞれ例えばバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１ｚにより構成される。フィルタ１１３ａ、１１３ｂは、それぞれ例えばローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３ｚにより構成される。
【００５４】
変調信号生成器４が生成する変調周波数ｆｍｏｄの変調信号は、加算器１０５ａ，１０５ｂを通じて発振器１０６ａ、１０６ｂにそれぞれ入力される。加算器１０５ａは、変調信号生成器４の変調信号（例えばＡＣ電圧）とフィルタ１１３ａから演算器１４ａを通じて出力される信号（例えばＤＣ電圧）とを重畳し、制御信号Ｖｃｔｒｌ１として発振器１０６ａに出力する。発振器１０６ａは、加算器１０５ａから入力された信号を制御信号Ｖｃｔｒｌ１として入力し、キャリア（キャリア周波数ｆｃ１）を制御し、その制御後の狭帯域周波数変調された信号をノードＮ１０１ａに出力する。このノードＮ１０１ａはアンプ１０８ａの入力に接続されている。
【００５５】
他方、加算器１０５ｂもまた、変調信号生成器４の変調信号（例えばＡＣ電圧）とフィルタ１１３ｂから演算器１４ｂを通じて出力される信号（例えばＤＣ電圧）とを重畳し制御信号Ｖｃｔｒｌ２として発振器１０６ｂに出力する。発振器１０６ｂは、加算器１０５ｂから入力された信号を制御信号Ｖｃｔｒｌ２として入力し、キャリア（キャリア周波数ｆｃ２）を制御し、その制御後の狭帯域周波数変調された信号をノードＮ１０１ｂに出力する。このノードＮ１０１ｂはアンプ１０８ｂの入力に接続されている。
【００５６】
本実施形態においては、これらの発振器１０６ａ、１０６ｂの出力信号を加算する加算器１２２をさらに備える。加算器１２２は、２つの発振器１０６ａ、１０６ｂの出力信号を加算して補助回路１１６を通じてＳＡＷセンサ１０２に印加する。補助回路１１６は、発振器１０６ａの出力ノードとなるアンプ１０８ａの入力ノードＮ１０１ａと、受信信号ＶＲＸのアンプ１０９ａの入力ノードＮ１０２との間に接続されている。また、この補助回路１１６は、発振器１０６ｂの出力ノードとなるアンプ１０８ｂの入力ノードＮ１０１ｂとアンプ１０９ｂの入力ノードＮ１０２との間に接続されている。
【００５７】
この補助回路１１６は、送受信部の２系統に１つだけ設けられており、第１実施形態と同様の特性を備えるように構成されるものである。送信信号ＶＴＸ及び受信信号ＶＲＸの増幅用のアンプ１０８ａ、１０８ｂ、１０９ａ、１０９ｂは、それぞれ、その入力インピーダンスが発振器１０６ａ、１０６ｂの出力信号を伝送する伝送線路の特性インピーダンス（例えば５０Ω）と同等レベルに設定されている。これらのアンプ１０８ａ、１０８ｂ、１０９ａ、１０９ｂはゲインが確保可能であれば設けなくても良い。
【００５８】
ＳＡＷセンサ１０２は、２つの発振器１０６ａ、１０６ｂにより出力される信号を加算器１２２により加算して入力するため、キャリア周波数ｆｃ１、ｆｃ２のキャリアが狭帯域周波数変調された信号を入力する。したがって、受信器１１５ａ、１１５ｂがＳＡＷセンサ１０２を通じて各アンプ１０８ａ、１０８ｂ、１０９ａ、１０９ｂに入力する受信信号ＶＲＸは、周波数成分がｆｃ１、ｆｃ２、ｆｃ１−ｆｍｏｄ、ｆｃ１＋ｆｍｏｄ、ｆｃ２−ｆｍｏｄ、ｆｃ２＋ｆｍｏｄの概ね６種類となる。ここで、ｆｃ２−ｆｃ１の絶対値はｆｍｏｄよりはるかに大きいため、キャリア周波数ｆｃ１、ｆｃ２という２つの変調信号がお互いに干渉することはない。
【００５９】
また、送信信号ＶＴＸ及び受信信号ＶＲＸの増幅用のアンプ１０８ａ、１０８ｂ、１０９ａ、１０９ｂは、互いに同一増幅度又はその増幅度が予め定められた所定比に予め設定された増幅器である。アンプ１０８ａ、１０８ｂは送信信号ＶＴＸを増幅し、アンプ１０９ａ、１０９ｂは、ＳＡＷセンサ１０２を通じて入力された受信信号ＶＲＸを増幅し、増幅された信号をダウンコンバージョン部１１０ａ、１１０ｂに出力する。
【００６０】
ダウンコンバージョン部１１０ａは、２つのアンプ１０８ａ、１０９ａにより増幅された信号を混合することで、受信信号ＶＲＸを送信信号ＶＴＸによりダウンコンバート処理し、キャリア周波数ｆｃ１の成分を打ち消し合わせる。同様に、ダウンコンバージョン部１１０ｂは、２つのアンプ１０８ｂ、１０９ｂにより増幅された信号を混合することで、受信信号ＶＲＸを送信信号ＶＴＸによりダウンコンバート処理し、キャリア周波数ｆｃ２の成分を打ち消し合わせる。これにより、これらのダウンコンバージョン部１１０ａ、１１０ｂの出力信号の周波数成分は、それぞれ変調周波数ｆｍｏｄの成分が主成分となる。
【００６１】
フィルタ１１１ａは、変調周波数ｆｍｏｄの成分を通過させるためのフィルタであり、不要成分（ＤＣ成分、変調周波数ｆｍｏｄ成分、変調周波数ｆｍｏｄの２倍の成分等）をカットする。同様に、フィルタ１１１ｂは、変調周波数ｆｍｏｄの成分を通過させるためのフィルタであり、不要成分（ＤＣ成分、変調周波数ｆｍｏｄ成分、変調周波数ｆｍｏｄの２倍の成分等）をカットする。
【００６２】
位相比較器１１２ａは、変調信号生成器４の出力信号とフィルタ１１１ａの出力信号との位相を比較し位相比較信号をフィルタ１１３ａに出力する。位相比較器１１２ａは変調周波数ｆｍｏｄの成分を打ち消しあう。位相比較器１１２ｂもまた、変調信号生成器４の出力信号とフィルタ１１１ｂの出力信号との位相を比較し位相比較信号をフィルタ１１３ｂに出力する。位相比較器１１２ｂは変調周波数ｆｍｏｄの成分を打ち消しあう。
【００６３】
フィルタ１１３ａはＤＣ成分を通過して不要成分（変調周波数ｆｍｏｄの２倍の成分等）をカットして演算器１４ａに出力し加算器１０５ａにフィードバックする。フィルタ１１３ｂはＤＣ成分を通過して不要成分（変調周波数ｆｍｏｄの２倍の成分等）をカットして演算器１４ｂに出力し加算器１０５ｂにフィードバックする。
【００６４】
加算器１０５ａは、位相差に応じた位相差成分を変調信号生成器４の出力信号に加算して発振器１０６ａに制御信号Ｖｃｔｒｌ１として出力する。発振器１０６ａは、この制御信号Ｖｃｔｒｌ１に応じてキャリア周波数ｆｃ１を調整してアンプ１０８ａに出力する。加算器１０５ｂは、この位相差に応じた位相差成分を変調信号生成器４の出力信号に加算して発振器１０６ｂに制御信号Ｖｃｔｒｌ２として出力する。発振器１０６ｂは、この制御信号Ｖｃｔｒｌ２に応じてキャリア周波数ｆｃ２を調整してアンプ１０８ｂに出力する。
【００６５】
これらの一連の処理は、発振器１０６ａが出力するキャリアのキャリア周波数ｆｃ１がＳＡＷセンサ１０２を構成するＳＡＷ素子１１９ａの共振周波数ｆｒ１に収束するまで繰り返されると共に、発振器１０６ｂが出力するキャリアのキャリア周波数ｆｃ２がＳＡＷセンサ１０２を構成するＳＡＷ素子１１９ｂの共振周波数ｆｒ２に収束するまで繰り返される。
【００６６】
この結果、第１系統の受信器１１５ａは、第１系統のＳＡＷ素子１１９ａの送受信伝搬特性に応じた位相情報を検出でき、これに応じてキャリア周波数ｆｃ１を調整できる。また、第２系統の受信器１１５ｂは、第２系統のＳＡＷ素子１１９ｂの送受信伝搬特性に応じた位相情報を検出でき、これに応じてキャリア周波数ｆｃ２を調整できる。このようにして、キャリア周波数ｆｃ１、ｆｃ２をそれぞれ独立して共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２に調整できる。
【００６７】
本実施形態によれば、２つのＳＡＷ素子１１９ａ、１１９ｂを使用した場合においても、キャリア周波数ｆｃ１、ｆｃ２をそれぞれ独立して共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２に調整でき、この結果、歪み及び温度などに関連した２つの物理量のパラメータを導出することができ、歪みの温度依存性などの２つの物理量（相関関係等）を求めることができる。なお、この第２実施形態においても、後述する第４実施形態と同様に、補助回路１１６を送信器１０７ａ及び受信器１１５ａ間、送信器１０７ｂ及び受信器１１５ｂ間に個別に設けても良い。
【００６８】
（第３実施形態）
図１２及び図１３は第３実施形態の追加説明図を示している。この第３実施形態は、ダウンコンバージョン部１０として包絡線検波部２１０を備えているところに特徴を備える。第１実施形態の説明と同一機能を備える部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００６９】
図１２に示すように、センシングシステム２０１の共振周波数検出装置２０３は、送信器７及び受信器２１５を備える。本実施形態に係る受信器２１５は、包絡線検波部２１０、フィルタ１１、位相比較部１２、フィルタ１３、及び、演算器１４を縦続接続して構成されている。送信器７の発振器６は、変調信号生成器４により生成された変調信号について加算器５を通じて入力し、加算器５から入力された信号を制御信号Ｖｃｔｒｌとして入力してキャリアを制御し、その制御後の信号である狭帯域周波数変調された信号に応じて発振した発振信号を送信信号ＶＴＸとしてノードＮ１に出力する。補助回路１６は、この発振器６の出力ノードＮ１（送信器７の出力ノード）と包絡線検波部２１０の入力ノードＮ２（受信器２１５の入力ノード）との間に接続されている。
【００７０】
送信信号ＶＴＸは補助回路１６を通じてＳＡＷセンサ２に出力される。受信器２１５は、ＳＡＷセンサ２を通じて受信された信号を受信信号ＶＲＸとして入力する。包絡線検波部２１０はＳＡＷセンサ２から受信される受信信号ＶＲＸを包絡線検波する。図１３は包絡線検波部２１０の電気的構成例を示す。包絡線検波部２１０は、例えばダイオードＤ、抵抗Ｒ、コンデンサＣを用いて構成され、ダイオードＤと抵抗Ｒ及びコンデンサＣの並列回路とを直列接続して構成される。包絡線検波部２１０に入力された信号電圧は、ダイオードＤ及び抵抗Ｒにより整流されコンデンサＣの作用に応じて高周波成分をカットできる。各素子Ｄ、Ｒ、Ｃの各パラメータを調整することで包絡線を直接検出できる。この包絡線信号（電圧）は変調周波数ｆｍｏｄを主成分とする信号にできる。
【００７１】
図１２に示すフィルタ１１は、包絡線検波部２１０により検波された信号について変調周波数ｆｍｏｄを通過し不要成分をカットする。位相比較器１２は、フィルタ１１を通過した後の信号と変調信号生成器４による変調信号とを混合（ミキシング）し、この混合（ミキシング）後の信号を位相差成分としてフィルタ１３に出力する。フィルタ１３は、位相比較器１２により位相比較された後の信号のＤＣ成分（位相差成分）を通過し、演算器１４を通じて加算器５にフィードバックする。加算器５の処理は前述実施形態の動作と同様であるため説明を省略する。すると、発振器６のキャリア周波数ｆｃを共振周波数ｆｒに制御できる。本実施形態に示すように、包絡線検波部２１０により包絡線を検波する構成を採用しても、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００７２】
（第４実施形態）
図１４は第４実施形態の追加説明図を示す。第４実施形態においては、ＳＡＷセンサ３１９ａ、３１９ｂを２つ設けている。また、これらのＳＡＷセンサ３１９ａ、３１９ｂに対応するように送信器３０７ａ、３０７ｂ及び受信器３１５ａ、３１５ｂを設けている。ＳＡＷセンサ３１９ａは、ＳＡＷ素子１１９ａを備えたＳＡＷセンサであり、ＳＡＷセンサ３１９ｂは、ＳＡＷ素子１１９ｂを備えたＳＡＷセンサである。センシングシステム３０１は、共振周波数検出装置３０３を備え、共振周波数検出装置３０３は、送信器３０７ａ、３０７ｂ及び受信器３１５ａ、３１５ｂを備える。
【００７３】
これらの送信器３０７ａ、３０７ｂ及び受信器３１５ａ、３１５ｂは２系統設けられている。送信器３０７ａは、変調信号生成器４、加算器３０５ａ、発振器３０６ａを備え、送信器３０８ｂは、変調信号生成器４、加算器３０５ｂ、発振器３０６ｂを備える。受信器３１５ａは、包絡線検波部３１０ａ、フィルタ３１１ａ、位相比較器３１２ａ、フィルタ３１３ａ、演算器３１４ａを縦続接続して構成される。受信器３１５ｂは、包絡線検波部３１０ｂ、フィルタ３１１ｂ、位相比較器３１２ｂ、フィルタ３１３ｂ、演算器３１４ｂを縦続接続して構成される。これらの送信器３０７ａ、３０７ｂ及び受信器３１５ａ、３１５ｂの各構成は、前述実施形態で説明した対応する構成（十の位と一の位に同一符号を付した構成）と同様の機能を備えるため、その個別の機能説明を省略する。
【００７４】
そして、補助回路３１６ａが送信器３０７ａの出力ノードＮ３０１ａと受信器３１５ａの入力ノードＮ３０２ａとの間に設けられており、補助回路３１６ｂが送信器３０７ｂの出力ノードＮ３０１ｂと受信器３１５ｂの入力ノードＮ３０２ｂとの間に設けられている。この場合も、前述実施形態で説明した内容と同様に、各受信器３１５ａ、３１５ｂの位相比較器３１２ａ、３１２ｂ（例えばミキサ）が、フィルタ３１１ａ、３１１ｂの出力信号と変調信号生成器４の変調信号とを混合して位相差成分を取得してフィードバックするため、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。このような形態においても前述実施形態と同様の効果を奏する。
【００７５】
（第５実施形態）
図１５は第５実施形態の追加説明図を示す。本実施形態では、別途発振器（第２発振器相当）４２３を設け、発振器４２３がフィルタ１３及び演算器１４を通過した後のＤＣ成分に基づいて発振周波数を変化させ、この信号を用いてダウンコンバージョン部１０（例えばミキサ１０ｚ）により変調周波数ｆｍｏｄの成分を取得する形態を示す。図１５は図１に代えて示す構成図であり、図１と異なる部分を説明する。
【００７６】
図１５に示すように、センシングシステム４０１は共振周波数検出装置４０３を備え、共振周波数検出装置４０３は送信器７及び受信器４１５を備える。受信器４１５は、２つのアンプ８、９、ダウンコンバージョン部１０、フィルタ１１、位相比較器１２、フィルタ１３、演算器１４を縦続接続して構成されると共に、発振器４２３をさらに備える。
【００７７】
アンプ８の入力ノードＮ４０１は発振器６の出力ノードＮ１には接続されていない。受信器４１５のフィルタ１３及び演算器１４の出力信号は加算器５に入力されると共に、別の発振器４２３に入力されている。すなわち、発振器４２３は、フィルタ１３及び演算器１４の出力信号（例えばＤＣ電圧）に基づいて、所謂ワントーンのキャリア周波数ｆｃｒの発振信号をアンプ８に入力させる。
【００７８】
発振器４２３が、キャリア周波数ｆｃｒを第２周波数として調整している最中、加算器５は、変調信号生成器４の変調信号（例えば変調周波数ｆｍｏｄのＡＣ電圧）と演算器１４の出力信号（例えばＤＣ電圧）を加算して発振器６に出力する。発振器６はフィルタ１３及び積分器１４の出力信号（例えばＤＣ電圧）を入力して発振する。発振器６及び４２３は、その発振信号の周波数特性について同一の制御信号Ｖｃｔｒｌ依存性を有している。このため、ダウンコンバージョン部１０がＳＡＷセンサ２からの受信信号ＶＲＸと発振器４２３の出力信号とを混合（ミキシング）することで、発振器６及び４２３の発振信号のキャリア周波数ｆｃをｆｃｒに収束させることができ、ダウンコンバージョン部１０によりダウンコンバート処理されることによって変調周波数ｆｍｏｄの成分を取得できる。
【００７９】
フィルタ１１は、この変調周波数ｆｍｏｄの成分を通過してその他の不要成分をカットし、位相比較部１２がこのフィルタ１１の出力信号と変調信号生成器４による変調信号との位相を比較し、フィルタ１３から演算器１４を通じてこの比較結果のＤＣ成分を発振器６にフィードバックする。これにより、発振器６が出力する信号のキャリア周波数ｆｃをＳＡＷセンサ２の共振周波数ｆｒに制御できる。このような構成においても、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００８０】
（第６実施形態）
図１６は第６実施形態の追加説明図を示す。第６実施形態が、第２実施形態と異なるところは、第５実施形態に示したようにフィルタ及び演算器を通過した後の出力信号（ＤＣ成分）に基づいて発振周波数を変化させた信号を用いてダウンコンバージョン部（例えばミキサ）により変調周波数ｆｍｏｄの成分を取得しているところにある。図１６は第２実施形態の図１０に代えて示す構成図である。
【００８１】
図１６に示すように、センシングシステム５０１は共振周波数検出装置５０３を備え、共振周波数検出装置５０３は送信器５０７ａ、５０７ｂ及び受信器５１５ａ、５１５ｂを備える。送信器５０７ａは、変調信号生成器４、加算器５０５ａ、発振器５０６ａを備え、送信器５０７ｂは、変調信号生成器４、加算器５０５ｂ、発振器５０６ｂを備える。
【００８２】
受信器５１５ａは、アンプ５０８ａ、５０９ａ、ダウンコンバージョン部５１０ａ、フィルタ５１１ａ、位相比較器５１２ａ、フィルタ５１３ａ、演算器５１４ａを備え、さらに発振器（第２発振器相当）５２３ａを備える。受信器５１５ｂは、アンプ５０８ｂ、５０９ｂ、ダウンコンバージョン部５１０ｂ、フィルタ５１１ｂ、位相比較器５１２ｂ、フィルタ５１３ｂ、積分器５１４ｂを備え、さらに発振器（第２発振器相当）５２３ｂを備える。これらの送信器５０７ａ、５０７ｂ及び受信器５１５ａ、５１５ｂの各構成は、前述実施形態で説明した対応する構成（十の位と一の位に同一符号を付した構成）と同様の機能を備えるため、その個別の機能説明を省略する。ＳＡＷセンサ５０２の構成はＳＡＷセンサ１０２と同様であり、複数のＳＡＷ素子１１９ａ、１１９ｂを接続して構成される。そして、補助回路５１６が送信器５０７ａの出力ノードＮ５０１ａと受信器５１５ａの入力ノードＮ５０２との間に設けられると共に、送信器５０７ｂの出力ノードＮ５０１ｂと受信器５１５ｂの入力ノードＮ５０２との間に設けられている。この補助回路５１６は、各送信器５０７ａ及び受信器５１５ａ間、送信器５０７ｂ及び受信器５１５ｂ間で共用されている。
【００８３】
図１６に示すように、アンプ５０８ａの入力ノードＮ５０１ｃは発振器５０６ａの出力ノードＮ５０１ａには接続されておらず、アンプ５０８ｂの入力ノードＮ５０１ｄも発振器５０６ｂの出力ノードＮ５０１ｂには接続されていない。受信器５１５ａのフィルタ５１３ａ及び積分器５１４ａの出力信号（例えばＤＣ電圧）は加算器５０５ａに入力されると共に、別途設けられた発振器５２３ａに入力されている。発振器５２３ａは、フィルタ５１３ａから演算器５１４ａを通じて出力された信号に基づいてキャリア周波数ｆｃを制御し、その発振信号を、ノードＮ５０１ｃを通じてアンプ５０８ａに入力させている。
【００８４】
また、受信器５１５ｂのフィルタ５１３ｂ、演算器５１４ｂの出力信号は、加算器５０５ｂに入力されると共に別途設けられた発振器５２３ｂに入力されている。発振器５２３ｂは、フィルタ５１３ｂ及び演算器５１４ｂの出力信号に基づいてキャリア周波数ｆｃを制御し、その発振信号を、ノードＮ５０１ｄを通じてアンプ５０８ｂに入力させている。
【００８５】
発振器５０６ａ、５２３ａは、それらの発振信号の周波数特性について例えば同一の制御信号Ｖｃｔｒｌ１の依存性を有する。同様に、発振器５０６ｂ、５２３ｂは、その発振信号の周波数特性について例えば同一の制御信号Ｖｃｔｒｌ２の依存性を有する。
【００８６】
このため、ダウンコンバージョン部５１０ａ、５１０ｂがＳＡＷセンサ５０２からの受信信号ＶＲＸと発振器５２３ａ、５２３ｂの出力信号とを混合（ミキシング）することで変調周波数ｆｍｏｄの成分を取得できる。フィルタ５１１ａ、５１１ｂは、この変調周波数ｆｍｏｄの成分を通過してその他の不要成分をカットし、位相比較部５１２ａ、５１２ｂがこれらのフィルタ５１１ａ、５１１ｂの出力信号と変調信号生成器４による変調信号との位相を比較し、フィルタ５１３ａ、５１３ｂから積分器５１４ａ、５１４ｂを通じてこの位相比較信号となるＤＣ成分を発振器５０６ａ、５０６ｂ、５２３ａ、５２３ｂにフィードバックする。これにより、発振器５０６ａ、５０６ｂが出力する信号のキャリア周波数ｆｃ１、ｆｃ２をＳＡＷセンサ５０２の各ＳＡＷ素子１１９ａ、１１９ｂの共振周波数ｆｒに制御できる。このような構成においても、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００８７】
（第７実施形態）
図１７は第７実施形態の追加説明図を示す。センシングシステム６０１は共振周波数検出装置６０３を備える。センシングシステム６０１の共振周波数検出装置６０３は、変調信号生成器（変調信号生成部相当）４、加算器５、発振器６を備える送信器７と、アンプ８，９、ダウンコンバージョン部１０、フィルタ１１、位相比較器（位相比較部相当）１２、フィルタ１３、及び演算器１４を備える受信器１５と、を備える。
【００８８】
また、共振周波数検出装置６０３は送信器７と受信器１５との間に補助回路６１６を接続して構成される。補助回路６１６は、複数のコンデンサ１６ｚａ、１６ｚｂ、１６ｚｃと複数のスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃとをそれぞれ直列接続した回路を並列接続して構成される。
【００８９】
また共振周波数検出装置６０３は、フィルタ１３の出力信号をモニタするモニタ回路６２４、及び、制御回路６２５を備える。制御回路６２５は、スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｂをオンオフ制御可能になっており、モニタ回路６２４のモニタ結果に基づいて補助回路６１６の複数のスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃをオンオフ制御する。これにより、補助回路６１６はインピーダンスを制御可能になっている。また、制御回路６２５は加算器５に制御信号（例えばＤＣ電圧）を出力することで制御電圧Ｖctrlを加減算制御し発振器６のキャリア周波数ｆｃを変更可能になっている。
【００９０】
センシングシステム６０１が通常動作を開始する前には、制御回路６２５がスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃをオンオフ制御して補助回路６１６のインピーダンスを変更させながら発振器６のキャリア周波数ｆｃを変更制御する。このときモニタ回路６２４はフィルタ１３の出力値（位相差成分相当）をモニタする。このとき、制御回路６２５は、予め定められているロッキングレンジの仕様と、モニタされた実際のロッキングレンジとを比較する。制御回路６２５は、フィルタ１３の出力値の最大値と最小値に対応する周波数の差を比較することでロッキングレンジを比較する。そして、制御回路６２５は、ロッキングレンジの仕様と、実際のロッキングレンジとを比較して最も近接する条件における補助回路６１６のインピーダンスを決定し、スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃのオンオフ状態を決定する。
【００９１】
そして、制御回路６２５は補助回路６１６のインピーダンスを固定した状態でセンシングシステム６０１を通常動作させる。このような処理を経ることで、キャリア周波数ｆｃを共振周波数ｆｒに収束させることができる。この結果、前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００９２】
本実施形態によれば、ロッキングレンジの仕様に合わせて、補助回路６１６の最適なインピーダンスを決定できる。本実施形態の構成は例えば２つのセンサ素子１０２を用いた構成にも適用可能である。また、前述実施形態の内容を組み合わせて適用できる。
【符号の説明】
【００９３】
図面中、４は変調信号生成器（変調信号生成部）、６、１０６ａ、１０６ｂ、３０６ａ、３０６ｂ、５０６ａ、５０６ｂは発振器、６ｚはＶＣＯ（発振器）、７、１０７ａ、１０７ｂ、３０７ａ、３０７ｂ、５０７ａ、５０７ｂは送信器、１５、１１５ａ、１１５ｂ、２１５、３１５ａ、３１５ｂ、４１５、５１５ａ、５１５ｂは受信器、１６、１１６、３１６ａ、３１６ｂ、５１６、６１６は補助回路、１６ｚ、１６ｚａ、１６ｚｂ、１６ｚｃは補助素子（補助回路）、１９、１１９ａ、１１９ｂはＳＡＷ素子、６２４はモニタ回路、６２５は制御回路、Ｎ１、Ｎ１０１ａ、Ｎ１０１ｂ、Ｎ３０１ａ、Ｎ３０１ｂ、Ｎ５０１ａ、Ｎ５０１ｂは第１ノード、Ｎ２、Ｎ１０２、Ｎ３０２ａ、Ｎ３０２ｂ、Ｎ５０２は第２ノード、ｆｃ、ｆｃ１、ｆｃ２はキャリアの周波数、ｆｒ、ｆｒ１、ｆｒ２はＳＡＷセンサの共振周波数、を示す。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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