(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；５０４ａ、５０４ｂ）、前記変調信号を制御信号として入力し当該制御信号に応じてキャリアを周波数変調した信号を発振する発振器（６；４０６ａ、４０６ｂ）を備え、前記発振器の発振信号を共振型のＳＡＷ素子（１９；４１９ａ、４１９ｂ）を備えるＳＡＷ共振器（２；４０２）に送信する送信器（７；４０７ａ、４０７ｂ；５０７ａ、５０７ｂ）と、
前記送信器により前記ＳＡＷ共振器に送信された送信信号（ＶＴＸ；ＶＴＸ１、ＶＴＸ２）を前記ＳＡＷ共振器のＳＡＷ素子を介して受信する受信器（１４；４１４ａ、４１４ｂ）と、を備え、
前記受信器は、前記ＳＡＷ共振器からの受信信号に前記送信器の送信信号を混合してダウンコンバートし前記変調信号の周波数成分を取得するダウンコンバート部（８；４０８ａ、４０８ｂ）、及び、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号の振幅と、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号と前記変調信号生成部の変調信号との位相差を検出する位相差検出部（１１；４１１ａ、４１１ｂ）を備え、前記位相差検出部により検出される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共振器の共振周波数（ｆｒ；ｆｒ１、ｆｒ２）に収束させるように構成され、
前記キャリアの周波数の変化に応じた前記位相差検出部の位相差成分の変化量を大きくするように、前記位相差検出部による位相差の検出結果に応じて前記変調信号生成器の変調信号の変調周波数（ｆｍｏｄ）を調整する周波数調整部（１５；４１５；５１５；７１５）をさらに備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項２】
変調信号を出力する変調信号生成部（４）、前記変調信号を制御信号として入力し当該制御信号に応じてキャリアを周波数変調した信号を発振する発振器（６；４０６ａ、４０６ｂ）を備え、前記発振器の発振信号を共振型のＳＡＷ素子（１９；４１９ａ、４１９ｂ）を備えるＳＡＷ共振器（２；４０２）に送信する送信器（７；４０７ａ、４０７ｂ）と、
前記送信器により前記ＳＡＷ共振器に送信された送信信号（ＶTX；ＶTX1、ＶTX2）を前記ＳＡＷ共振器のＳＡＷ素子を介して受信する受信器（１４；４１４ａ、４１４ｂ）と、を備え、
前記受信器は、前記ＳＡＷ共振器からの受信信号に前記送信器の送信信号を混合してダウンコンバートし前記変調信号の周波数成分を取得するダウンコンバート部（８；４０８ａ、４０８ｂ）、及び、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号の振幅と、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号と前記変調信号生成部の変調信号との位相差を検出する位相差検出部（１１；４１１ａ、４１１ｂ）を備え、前記位相差検出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共振器の共振周波数（ｆr；ｆr1、ｆr2）に収束させるように構成され、
前記変調信号生成器の変調信号の位相をシフトし前記変調信号生成部の変調信号として前記位相差検出部に出力する移相器（１２３；６２３ａ、６２３ｂ）と、
前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号と前記変調信号生成器の変調信号と、の位相差を検出し、当該位相差の検出結果に応じて、前記移相器の位相シフト量を指令する位相調整部（１１５；６１５）と、をさらに備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項３】
変調信号を出力する変調信号生成部（４）、前記変調信号を制御信号として入力し当該制御信号に応じてキャリアを周波数変調した信号を発振する発振器（６）を備え、前記発振器の発振信号を共振型のＳＡＷ素子（１９）を備えるＳＡＷ共振器（２）に送信する送信器（７）と、
前記送信器により前記ＳＡＷ共振器に送信された送信信号（ＶTX）を前記ＳＡＷ共振器のＳＡＷ素子を介して受信する受信器（７１４）と、を備え、
前記受信器は、前記ＳＡＷ共振器からの受信信号に前記送信器の送信信号を混合してダウンコンバートし前記変調信号の周波数成分を取得するダウンコンバート部（８）、及び、前記ダウンコンバート部による取得される変調信号の周波数成分の信号と前記変調信号生成部の変調信号との位相差を検出する位相差検出部（１１）を備え、前記位相差検出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）を前記ＳＡＷ共振器の共振周波数（ｆr）に収束させるように構成され、
前記キャリアの周波数を予め定められるロッキングレンジ内でスイープすると共に前記変調信号生成器の変調信号の変調周波数を変更し、前記キャリアの周波数の変化に応じた前記位相差検出部の位相差成分の変化量が最大となる前記変調周波数を決定し前記変調信号生成器の変調信号の変調周波数（ｆmod）を調整する周波数調整部（７１５）をさらに備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項４】
変調信号を出力する変調信号生成部（４）、前記変調信号を制御信号として入力し当該制御信号に応じてキャリアを周波数変調した信号を発振する発振器（６）を備え、前記発振器の発振信号を共振型のＳＡＷ素子（１９）を備えるＳＡＷ共振器（２）に送信する送信器（７）と、
前記送信器により前記ＳＡＷ共振器に送信された送信信号（ＶTX）を前記ＳＡＷ共振器のＳＡＷ素子を介して受信する受信器（７１４）と、を備え、
前記受信器は、前記ＳＡＷ共振器からの受信信号に前記送信器の送信信号を混合してダウンコンバートし前記変調信号の周波数成分を取得するダウンコンバート部（８）、及び、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号の振幅と、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号と前記変調信号生成部の変調信号との位相差を検出する位相差検出部（１１）を備え、前記位相差検出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）を前記ＳＡＷ共振器の共振周波数（ｆr）に収束させるように構成され、
前記変調信号生成器の変調信号の位相をシフトし前記変調信号生成部の変調信号として前記位相差検出部に出力する移相器（８２３）と、
前記キャリアの周波数を予め定められるロッキングレンジ内でスイープすると共に前記移相器の位相シフト量を変更し、前記キャリアの周波数の変化に応じた前記位相差検出部の位相差成分の変化量が最大となる位相シフト量を決定し前記移相器の位相シフト量を指令する位相調整部（８１５）と、をさらに備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項５】
変調信号を出力する変調信号生成部（４）、前記変調信号を制御信号として入力し当該制御信号に応じてキャリアを周波数変調した信号を発振する発振器（６）を備え、前記発振器の発振信号を共振型のＳＡＷ素子（１９）を備えるＳＡＷ共振器（２）に送信する送信器（７）と、
前記送信器により前記ＳＡＷ共振器に送信された送信信号（ＶTX）を前記ＳＡＷ共振器のＳＡＷ素子を介して受信する複数の受信器（９１４ａ、９１４ｂ）と、を備え、
前記複数の受信器は、それぞれ、前記ＳＡＷ共振器からの受信信号に前記送信器の送信信号を混合してダウンコンバートするダウンコンバート部（９０８ａ、９０８ｂ）、及び、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号の振幅と、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号と前記変調信号生成部の変調信号との位相差を検出する位相差検出部（９１１ａ、９１１ｂ）を備え、
前記変調信号生成器の変調信号の位相を予め定められた所定の位相シフト量だけシフトする移相器（９２３）をさらに備え、
前記複数の受信器のうち何れかの位相差検出部（９１１ｂ）には、前記移相器を通じて前記変調信号生成部の変調信号が入力されるように構成され、
前記複数の受信器のうち前記キャリアの周波数の変化に応じた前記位相差検出部により検出される出力の変化量が大きい条件を満たす受信器を選択し、当該受信器の前記位相差検出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送信器の前記変調信号生成部の変調信号に重畳させるスイッチ回路（９２６）をさらに備え、
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）を前記ＳＡＷ共振器の共振周波数（ｆr）に収束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６】
請求項１又は３記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記周波数調整部（１５；５１５；７１５）は、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号と、前記変調信号生成器の変調信号と、の位相差の検出結果の調整目標値を０°又は１８０°の何れかとして前記変調信号生成器の変調信号の変調周波数（ｆmod）を調整するＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項７】
請求項２又は４記載のＳＡＷセンサの共振周波数検出装置において、
前記位相調整部（１１５；６１５；８１５）は、前記ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号と、前記変調信号生成器の変調信号と、の位相差を検出し、位相差の検出結果の調整目標値を０°又は１８０°の何れかとして前記移相器の位相シフト量を指令するＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項８】
請求項１又は２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（４０７ａ、４０７ｂ）は複数の前記ＳＡＷ素子（４１９ａ、４１９ｂ）にそれぞれ対応して複数設けられると共に、前記変調信号生成部（４）は前記複数の送信器で共用されるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項９】
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、
前記送信器は第１及び第２の前記ＳＡＷ素子（４１９ａ、４１９ｂ）にそれぞれ対応した第１送信器（４０７ａ）及び第２送信器（４０７ｂ）を備えると共に、前記変調信号生成部（４）は前記第１及び第２の送信器で共用され、
前記周波数調整部（４１５）は、
前記第１送信器のダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号、及び、前記変調信号生成器の変調信号の位相差（ΔφBPF1fmod）と、前記第２送信器のダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号、及び、前記変調信号生成器の変調信号の位相差（ΔφBPF2fmod）と、を減算した差分値（Δφ21）が０°以上で且つ９０°以下又は２７０°以上で且つ３６０°以下であるときには、前記第１送信器及び前記第２送信器を通じて得られる位相差（ΔφBPF1fmod、ΔφBPF2fmod）を加算して２分の１した検出結果の調整目標値を０°、１８０°、３６０°の何れかとして前記変調信号生成器の変調信号の変調周波数（ｆmod）を調整し、
前記差分値（Δφ21）が９０°以上で且つ２７０°以下であるときには、前記第１送信器及び前記第２送信器を通じて得られる位相差（ΔφBPF1fmod、ΔφBPF2fmod）を加算して２分の１した検出結果の調整目標値を９０°、２７０°の何れかとして前記変調信号生成器の変調信号の変調周波数（ｆmod）を調整し、
前記差分値が９０°、２７０°となるときには、前記検出結果の調整目標値を０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°の何れかとして前記変調信号生成器の変調信号の変調周波数（ｆmod）を調整するＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項１０】
請求項１から９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、
前記ダウンコンバート部は、ミキサ（８；４０８ａ、４０８ｂ；９０８ａ、９０８ｂ）を備えるＳＡＷセンサの共振周波数検出装置。
【請求項１１】
請求項１から１０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、
前記位相比較部は、ミキサ（１１；４１１ａ、４１１ｂ；９１１ａ、９１１ｂ）を備える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、表面弾性波（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】
表面弾性波センサ（以下、ＳＡＷセンサと称す）は、位相検出型又は共振周波数検出型などのタイプがある。このうち、共振周波数検出型のＳＡＷセンサは、共振器の共振周波数付近のキャリア周波数ｆｃの信号をある変調周波数ｆmodの信号により周波数変調して信号出力し、ＳＡＷ共振器から得られる反射信号のうち差成分ｆｃ−ｆmodの振幅と和成分ｆｃ＋ｆmodの振幅、さらに、位相を比較することにより反射特性のピーク周波数を探知可能になっている（例えば非特許文献１参照）。
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
他方、検出信号の強度は変調周波数ｆmodに依存するものの、適切な変調周波数ｆmodの設定方法が確立されておらず、ＳＡＷ共振器や検出回路毎に適切な変調周波数ｆmodが異なる。このため、信号強度がばらついたり、場合によっては検出信号の正負が反転したり検出信号が得られないなどの問題を生じる。
【０００５】
本発明の目的は、検出信号を確実に得られると共に良好な特性を得られるようにした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】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、位相差検出部は、ダウンコンバート部により取得される変調周波数成分の信号の振幅と、ダウンコンバート部により取得される変調周波数成分の信号と変調信号生成器の変調信号との位相差を検出し、周波数調整部は、キャリアの周波数の変化に応じた位相差検出部の位相差成分の変化量を大きくするように、位相差検出部による位相差の検出結果に応じて変調信号生成器の変調信号の変調周波数を調整するため、キャリア周波数の変化に応じた位相差成分の検出信号の出力を大きく取得することができ、検出信号を確実に得ることができると共に良好な特性が得られるようになる。
【０００７】
請求項２記載の発明によれば、位相調整部は、ダウンコンバート部により取得される変調信号の周波数成分の信号と変調信号生成器の変調信号と、の位相差を検出し、位相差の検出結果に応じて、移相器の位相シフト量を指令するため、キャリア周波数の変化に応じた検出信号の出力を大きく取得することができ、検出信号を確実に得ることができると共に良好な特性が得られるようになる。
【０００８】
請求項３記載の発明によれば、周波数調整部は、キャリアの周波数を予め定められるロッキングレンジ内でスイープすると共に変調信号生成器の変調信号の変調周波数を変化させ、キャリア周波数の変化に応じた位相差検出部の位相差成分の変化量が最大となる変調周波数を決定し変調信号生成器の変調信号の変調周波数を調整するため、キャリアの周波数の変化に応じた位相差検出部の位相差成分の変化量を最大にすることができる。これにより、検出信号を確実に得ることができると共に良好な特性が得られるようになる。
【０００９】
請求項４記載の発明によれば、位相調整部は、キャリアの周波数を予め定められるロッキングレンジ内でスイープすると共に移相器の位相シフト量を変化させ、キャリアの周波数の変化に応じた位相差検出部の位相差成分の変化量が最大となる位相シフト量を決定し移相器の位相シフト量を指令するため、キャリアの周波数の変化に応じた位相差検出部の位相差成分の変化量を最大にすることができる。これにより、検出信号を確実に得ることができると共に良好な特性が得られるようになる。
【００１０】
請求項５記載の発明によれば、移相器は変調信号生成器の変調信号の位相を予め定められた所定の位相シフト量だけシフトし変調信号生成部の変調信号として位相差検出部に出力するものであり、複数の受信器のうち少なくとも一つの位相差検出部には、移相器を通じて変調信号生成部の変調信号が入力されるように構成されている。このとき、スイッチ回路は、複数の受信器のうちキャリアの周波数の変化に応じた位相差検出部により検出される出力の変化量が大きい条件を満たす受信器を選択し、当該受信器の位相差検出部の位相差成分を送信器にフィードバックして送信器の変調信号生成部の変調信号に重畳させている。請求項５記載の発明によれば、スイッチ回路を用いて受信器を選択するように構成されているため、簡便に構成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図２】キャリア周波数がピーク周波数よりも低い周波数であるときの振幅と位相差の余弦値の説明図
【図３】キャリア周波数がピーク周波数付近であるときの振幅と位相差の余弦値の説明図
【図４】キャリア周波数がピーク周波数よりも高い周波数であるときの振幅と位相差の余弦値の説明図
【図５】振幅と位相差の反射係数の周波数依存性を概略的に表す特性図
【図６】変調周波数に応じた各値の変化の関係性を概略的に示す説明図
【図７】振幅、及び、フィルタ出力値の周波数依存性を概略的に表す特性図（その１）
【図８】振幅、及び、フィルタ出力値の周波数依存性を概略的に表す特性図（その２）
【図９】振幅、及び、フィルタ出力値の周波数依存性を概略的に表す特性図（その３）
【図１０】動作の流れを概略的に示すフローチャート
【図１１】第２実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図１２】動作の流れを概略的に示すフローチャート
【図１３】第３実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図１４】フィルタ出力のキャリア周波数依存性を概略的に表す特性図
【図１５】第４実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図１６】第５実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図１７】動作の主な流れを概略的に示すフローチャート
【図１８】調整処理を概略的に示すフローチャート
【図１９】処理の説明図
【図２０】処理の説明図
【図２１】第６実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図２２】動作の流れを概略的に示すフローチャート
【図２３】第７実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図２４】動作の流れを概略的に示すフローチャート
【図２５】第８実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図２６】動作の流れを概略的に示すフローチャート
【図２７】第９実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図２８】動作の流れを概略的に示すフローチャート
【図２９】第１０実施形態についてＳＡＷセンサの共振周波数検出装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図３０】動作の流れを概略的に示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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いる。なお、下記の各実施形態で説明した対応する構成は十の位と一の位に同一符号を付している。これらの対応する構成は互いに同様の機能を備えるため、その個別又は各要素間で連携して実行される機能説明を必要に応じて省略している。
【００１３】
（第１実施形態）
図１〜図１０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共振器２と、このＳＡＷ共振器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。
【００１４】
共振周波数検出装置３は、変調信号生成部としての変調信号生成器４、加算器５、発振器６を備える送信器７と、ダウンコンバート部としてのミキサ８、フィルタ９、スイッチ１０ａ、１０ｂ、位相比較部としてのミキサ１１、フィルタ１２、及び、演算器１３を備える受信器１４と、を備える。また、受信器１４と送信器７との間には調整器（Calibration）１５が周波数調整部として構成されている。また、送信器７と受信器１４との間には抵抗１６が補助回路として接続されている。また、アンテナ１７がＳＡＷ共振器２と送信器７及び受信器１４との間に介在して設けられている。
【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として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）と受信器１４の演算器１３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、例えばＶＣＯ（Voltage- Controlled Oscillator）により構成され、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周波数ｆcを制御し、その制御後の例えば狭域周波数変調された信号をミキサ８に出力すると共に抵抗１６及びアンテナ１７を通じてＳＡＷ共振器２に出力する。
【００１６】
発振器６は、後述する受信器１４から入力されるＤＣ成分が変化すると当該ＤＣ成分に応じてキャリア周波数ｆcを変化させ、変調信号生成器４の変調信号が変化すると変調周波数ｆmodを変化させる。発振器６の出力ノードをノードＮ１、アンテナ１７と受信器１４を構成するミキサ８との共通接続ノードをノードＮ２とすると、これらのノードＮ１とノードＮ２との間には抵抗１６が補助回路として接続されている。
【００１７】
ＳＡＷ共振器２は、ノードＮ２側にアンテナ１７を介在して接続され、ＳＡＷ素子１９を備える。ＳＡＷ素子１９は、圧電体基板（符号なし）上に導波器２０および反射器２１を備え、アンテナ１７を通じて入力された送信信号ＶTXを、導波器２０からＳＡＷ素子１９の基板に伝搬させる。この伝搬信号は反射器２１において反射し再びアンテナ１７を通じてノードＮ２の側に出力される。アンテナ１７は、例えば互いに対向する導波線路により構成でき、一般的な伝送線路として扱うことができる。アンテナ１７は誘導性アンテナまたは共振型アンテナを用いて構成することもできる。
【００１８】
ＳＡＷ共振器２を通じて反射された受信信号ＶRXは、その振幅と位相がＳＡＷ共振器２の送受信伝達関数に応じて送信信号ＶTXの周波数成分の各周波数毎に変化することになる。後述する受信器１４は、受信信号ＶRXの振幅、及び、送信信号ＶTXと受信信号ＶRXとの位相差を検出し、これらの検出信号に基づいて共振周波数ｆrを求めることで、当該共振周波数ｆrに依存して変化するＳＡＷ共振器２に印加された歪み（物理量に相当）を検出できる。
【００１９】
受信信号ＶRXは、受信器１４のミキサ８に出力される。ミキサ８は、ノードＮ１及びノードＮ２に与えられる信号を乗算することで、ＳＡＷ共振器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９は、例えばＢＰＦ（Band-Pass Filter）により構成され、ミキサ８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の成分を通過させ不要成分をカットする処理を行うように構成され、不要成分（例えばＤＣ成分、変調周波数ｆmodの２倍の成分等）をカットする。
【００２０】
フィルタ９とミキサ１１との間にはスイッチ１０ａが構成されている。また変調信号生成器４とミキサ１１との間にはスイッチ１０ｂが構成されている。これらのスイッチ１０ａ、１０ｂは制御回路２２によりオン及びオフ制御可能に構成される。制御回路２２は例えば論理回路又は／及びマイクロコンピュータなどを用いて構成される。
【００２１】
通常動作モードでは、制御回路２２はスイッチ１０ａ及び１０ｂを共にオン制御する。スイッチ１０ａ及び１０ｂがオンされると、ミキサ１１は変調信号生成器４の出力信号とフィルタ９の出力信号とをミキシングし位相を比較する。そして、ミキサ１１はこの位相の比較結果となる信号をフィルタ１２に出力する。このミキサ１１は、原理的に、変調周波数ｆmodの成分を打ち消し合わせるように動作する。
【００２２】
フィルタ１２は、例えばＬＰＦ（Low-Pass Filter）により構成され、ＤＣ成分を通過して不要成分となる変調周波数ｆmodの２倍の成分をカットし演算器１３に出力する。演算器１３は、フィルタ１２の出力を時間積分する。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。
【００２３】
本実施形態では、前記の通常動作モードの他に調整モードが設けられている。この調整モードは、通常動作モードに入る前に事前に実行されるモードである。この調整モードでは、制御回路２２はスイッチ１０ａ及び１０ｂを共にオフ制御すると共に調整器１５を有効動作させる。調整器１５は、スイッチ１０ａ及び１０ｂがオフされた状態において、受信器１４のフィルタ９の出力信号をポートＰ１に入力すると共に、送信器７の変調信号生成器４の変調周波数ｆmodの信号をポートＰ２に入力し、これらの信号の変調周波数ｆmodの位相差ΔφBPFfmodを検出する。そして調整器１５は、変調周波数ｆmodの位相差ΔφBPFfmodを検出すると、この検出成分に応じて、ポートＰ３から変調信号生成器４に変調周波数ｆmodの周波数変更を指令する。また、調整器１５は、ポートＰ４から加算器５に例えばＤＣ信号をキャリア周波数調整指令信号として印加可能に構成されており、加算器５にキャリア周波数調整指令信号を出力することで、発振器６の出力のキャリア周波数ｆcを調整可能になっている。
【００２４】
まず、前記構成の意義について数式を用いて説明を行う。この方式では発振器６の出力する発振信号に例えば狭域のＦＭ変調波を用いることで、ＳＡＷ共振器２の反射特性のピーク周波数ｆpeakを知ることができる。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は初期位相角を示し、ＡTXは送信信号のキャリア周波数成分の振幅を示す。
【００２５】
【数１】
0006547618.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、とし、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、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。
【００２６】
【数２】
0006547618.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。
【００２７】
【数３】
0006547618.tif 000004
このため、ＦＭ変調波（２）式は（４）式のように展開できる。
【００２８】
【数４】
0006547618.tif 000005
すなわち、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ＳＩ０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ＳＩ１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ＳＩ２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。
【００２９】
このとき、ＳＡＷ共振器２を通じて受信されるＦＭ変調波の受信信号ＶRX（＝ＶFMRx（ｔ））は（５）式のように定義できる。ここで、成分ＳＩ０の振幅をＡTX・Ａ0、成分ＳＩ１の振幅をＡTX・β・Ａ1／２、成分ＳＩ２の振幅をＡTX・β・Ａ2／２とし、成分ＳＩ０の位相差をΔθ0、成分ＳＩ１の位相差をΔθ1、成分ＳＩ２の位相差をΔθ2として表している。
【００３０】
【数５】
0006547618.tif 000006
ミキサ８は、これらの（５）式の信号と（６）式の信号とをミキシングし、（６−１）式に示すＶFMRxConv（ｔ）を得る。この結果として周波数を低域側に変換処理できる。フィルタ９は、ＤＣ成分ＳＩ１及び変調周波数ｆmodの２倍の周波数成分ＳＩ２を除去するため、フィルタ９の通過後の変調周波数ｆmodの成分は（６−２）式のように表すことができる。
【００３１】
【数６】
0006547618.tif 000007
フィルタ９は（６−２）式に示される変調周波数ｆmodの成分を取得しミキサ１１に出力する。ミキサ１１は、送信用の変調周波数ｆmodの信号成分と、この受信信号ＶFMRxConv（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、ミキサ１１に入力される変調周波数ｆmodの成分は（６−２）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、ミキサ１１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（７）式のように表される信号を得る（ＶFMRxConvConv（ｔ）参照）。
【００３２】
【数７】
0006547618.tif 000008
フィルタ１２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（８）式のように表される。
【００３３】
【数８】
0006547618.tif 000009
この（８）式に示されるＤＣ成分が、演算器１３を通じて加算器５にフィードバックされる。（８）式のＤＣ成分は、振幅積（−ＡTX・ＡTXβ・Ａ1）／８と位相差（Δθ1）の余弦値との乗算値と、振幅積（−ＡTX・ＡTXβ・Ａ2）／８と位相差（Δθ2）の余弦値との乗算値と、を加算した成分を示している。
【００３４】
この（８）式が表す周波数依存性の傾向を図２〜図４に示している。図２はキャリア周波数ｆｃがピーク周波数ｆpeakａ、ｆpeakｂよりも低い周波数であるときの（８）式の内容の説明図を示している。なお、振幅特性と位相差の余弦値特性とではピーク周波数ｆpeakａ、ｆpeakｂが互いに異なることもあるため、それぞれ変数ｆpeakａ、ｆpeakｂとしているが概ね同じ周波数となるため、以下の説明では同一周波数であると仮定して説明を行う。図３はキャリア周波数ｆcがピーク周波数ｆpeakａ、ｆpeakｂと同一周波数であるときの（８）式の内容の説明図を示し、図４はキャリア周波数ｆcがピーク周波数ｆpeakａ、ｆpeakｂよりも高い周波数であるときの（８）式の内容の説明図を示す。
【００３５】
キャリア周波数ｆc＜ピーク周波数ｆpeakａ、ｆpeakｂのときには、図２に示すように（８）式の第１項の負値が第２項の正値より絶対値が大きくなるため（８）式の示す電圧ＶOUTは負値となる。キャリア周波数ｆc＞ピーク周波数ｆpeakａ、ｆpeakｂのとき、図４に示すように（８）式の第１項の負値が第２項の正値より絶対値が小さくなるため（８）式の示す電圧ＶOUTは正値となる。キャリア周波数ｆc＝ピーク周波数ｆpeakａ、ｆpeakｂのとき、図３に示すように（８）式の第１項の負値と第２項の正値とは絶対値が同一となるため（８）式の示す電圧ＶOUTは０となる。このようにしてキャリア周波数ｆcをピーク周波数ｆpeakａ、ｆpeakｂに一致させることができる。
【００３６】
以下、理論上の説明を行う。ＳＡＷ共振器２の反射特性Ｓ１１が１次傾斜すると仮定し、この（８）式を展開すると、下記の（９）式のように示すことができる。
【００３７】
【数９】
0006547618.tif 000010
この（９）式が表す振幅と位相の反射特性Ｓ１１を図５に示す。（９）式に示すαは、ＸとＳＱＲＴ（Ｘ＾２＋Ｙ＾２）のなす角であり、ＳＱＲＴはルート演算を示す。また、ＳＡＷ共振器２の反射特性Ｓ１１が１次傾斜であると仮定すれば、（Δθ2＋Δθ1）／２、（Ａ1＋Ａ2）の値は変調周波数ｆmodに依存しないため定数と見做すことができる。また（Δθ2−Δθ1）／２は変調周波数ｆmodに比例する。このためｋを正の定数としてｋ×ｆmodと置く。またこの（９）式のαの値は変調周波数ｆmodの増加に伴い単調減少することになる。このときの関係性を図６に示している。上述の条件から、Ｙは定数となるがＸは変化することになる。（９）式のαの値を、ｌを正の定数として−ｌ×ｆmodと置く。このとき（９）式は（１０）式のように置き換えることができる。
【００３８】
【数１０】
0006547618.tif 000011
理論上、あるキャリア周波数ｆcに応じた電圧ＶOUTのＤＣ成分は変調周波数ｆmodの余弦値に比例する関数で表すことができ、（１０）式中の（ｋ＋ｌ）×ｆmod＝０°又は１８０°のときにフィルタ１２の出力のＤＣ成分の大きさを最大にできる。
【００３９】
以下では、この原理を考慮した本実施形態の特徴点を説明する。発振器６がロック可能な予め定められたロッキングレンジでは、前述したように、あるキャリア周波数ｆｃに応じた電圧ＶOUTのＤＣ成分はｃｏｓΔφBPFfmodの関数を用いて表すことができる。ここで言及したロッキングレンジは、実回路の実現性を考慮し共振周波数ｆｒを算出可能に予め定められた周波数範囲であり、システムを構成する要素に応じて設定される。また位相差ΔφBPFfmodはフィルタ９の出力信号と変調信号生成器４の変調信号との位相差を示す。図７から図９は、キャリア周波数ｆcがピーク周波数より低い場合において、位相差ΔφBPFfmodが０°、９０°、１８０°のときの、変調周波数ｆmodの信号とフィルタ９の出力との位相関係を表すと共に、キャリア周波数ｆcの変化に応じた電圧ＶOUTの関係性を表す図である。
【００４０】
ここで位相差ΔφBPFfmodが９０°に近いと、図８に示すようにキャリア周波数ｆcの変化に応じた電圧ＶOUTのＤＣ出力変化が最小となる。このような特性が得られるときには、共振周波数ｆrを調整するための感度が悪化する。この結果、この電圧ＶOUTを用いたとしても共振周波数ｆrの調整制御性が悪くなってしまう。
【００４１】
逆に、位相差ΔφBPFfmodが０°又は１８０°に近くなると、キャリア周波数ｆcの変化に応じた電圧ＶOUTのＤＣ出力が大きく変化するため、共振周波数ｆrの調整精度を高くできる。すなわちキャリア周波数ｆcの変化に応じた電圧ＶOUTの振幅特性を極力大きくするように、位相差ΔφBPFfmodまたは変調周波数ｆmodを制御する機能を搭載させると良い。キャリア周波数ｆcの変化に応じた電圧ＶOUTの出力変化を最大に制御することにより、ＳＡＷ共振器２を最大感度で使用でき最大精度の特性を得ることができる。ＳＡＷ共振器２を最大感度で使用できれば、受信器１４の入力段に別途増幅器を構成しなくても良くなり、常に最大精度でＳＡＷ共振器２を使用できる。しかも、この構成を量産したとしても、複数のＳＡＷ共振器２の信号強度のバラつきも抑制できる。
【００４２】
なお、図７の位相差ΔφBPFfmod＝０°の場合と図９の位相差ΔφBPFfmod＝１８０°の場合とでは、電圧ＶOUTのキャリア周波数ｆcの依存性が共振周波数ｆrを中心として特性が逆転することに留意する。本実施形態の図１は、キャリア周波数ｆcを共振周波数ｆrより予め低くして、位相差ΔφBPFfmod＝０°を調整目標値として調整制御する場合について例示している。
【００４３】
次に、調整モード及び通常動作モードの流れを説明する。図１０は流れを概略的に示すフローチャートである。本実施形態において、まず制御回路２２がステップＳ１において調整モードに入る。制御回路２２はステップＳ２においてスイッチ１０ａ及び１０ｂをオフ制御し開ループ状態を形成する。制御回路２２は、ステップＳ３において調整器１５を有効動作させる。
【００４４】
このときロッキングレンジ内においてキャリア周波数ｆcが共振周波数ｆrに一致していると、フィルタ９の出力ＶOUTの振幅が０に近い値になる。このため、初期状態において位相差ΔφBPFfmodを測定可能にするため、ステップＳ３ａ及びＳ３ｂの処理を行うことでキャリア周波数ｆcを調整することが望ましい。
【００４５】
例えば、調整器１５は、ステップＳ３ａにおいて、フィルタ９の出力ＶOUTの振幅が０を超える所定値を跨いだか否かを判定する。この条件を満たさないときには、ステップＳ３ｂにおいて、フィルタ１２の出力ＶOUTの振幅が所定値を跨ぎ、且つ共振周波数ｆrより低い値になるようにキャリア周波数ｆcを調整する。ここでは、位相差ΔφBPFfmod＝０°を調整目標値として調整するため、共振周波数ｆｒより低い値になるようにキャリア周波数ｆcを調整する。
【００４６】
他方、位相差ΔφBPFfmod＝１８０°を調整目標値とするときには、例えば図１０のステップＳ３ｂにおいて共振周波数ｆrより高い値となるようにキャリア周波数ｆcを調整すると良い。調整器１５は、ステップＳ３ａ、Ｓ３ｂの条件を満たした上で、ステップＳ４の処理に移行する。
【００４７】
調整器１５は、フィルタ９の出力信号と変調周波数ｆmodの変調信号との位相差ΔφBPFfmodを検出し、この検出成分に応じてポートＰ３から変調信号生成器４に変調周波数ｆmodの周波数変更を指令することで、ステップＳ４において変調周波数ｆmodを調整できる。
【００４８】
ステップＳ４において、調整器１５が位相差ΔφBPFfmodの検出処理と周波数変更指令処理とを繰り返し実行することで、位相差ΔφBPFfmodを例えば０°にするように変調信号生成器４の変調周波数ｆmodを制御できる。実際には、位相差ΔφBPFfmodが０°を中心とした所定範囲内の適正値になれば調整器１５による制御処理をストップする。
【００４９】
その後、制御回路２２はステップＳ５において通常動作モードに入ると、ステップＳ６において調整器１５を無効化する。また制御回路２２は、ステップＳ７においてスイッチ１０ａ及び１０ｂをオン制御し閉ループ状態を形成する。そして、ステップＳ８において通常動作する。通常動作モードにおいては、送信器７が送信信号ＶTXをＳＡＷ共振器２に送信し、受信器１４がＳＡＷ共振器２を介して受信信号ＶRXを受信する。これにより、ＳＡＷ共振器２の特性に合わせて変調信号生成器４の変調周波数ｆmodの周波数を制御でき、ＳＡＷ共振器２の本来持っている精度を極力活用できる。調整器１５の有効、無効処理は必要に応じて設ければ良い。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、調整器１５が位相差ΔφBPFfmodに応じて変調信号生成器４の変調周波数ｆmodを調整するように構成した。この結果、フィルタ１２の出力変化のキャリア周波数依存性を最大にすることができ、ＳＡＷ共振器２を最大感度で使用でき最大精度の特性を得ることができる。この結果、検出信号を確実に得られると共に良好な特性を得られる。
【００５１】
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共振器２に送信し、受信器１４は、送信器７の送信信号ＶTXとＳＡＷ共振器２からの受信信号ＶRXの振幅および位相差θrに応じた信号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、変調信号にフィードバック信号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共振器２の共振周波数ｆrを精度良く検出でき、実用性の高いＳＡＷ共振器２の共振周波数検出装置３を提供できる。
【００５２】
（第２実施形態）
図１１及び図１２は第２実施形態の追加説明図を示す。第２実施形態は、変調信号生成器４の変調信号を位相シフトする移相器を設け、調整器が移相器による位相シフト量を調整する形態を示す。
【００５３】
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は、図１１に示すように、調整器１５に代わる調整器１１５が位相調整部として設けられると共に、移相器１２３がさらに設けられている。調整器１１５のポートＰ１はフィルタ９の出力に接続されると共に、ポートＰ２は移相器１２３の出力に接続され、調整器１１５のポートＰ３は移相器１２３の制御端子に接続されている。移相器１２３は、変調信号生成器４と調整器１１５との間で且つ変調信号生成器４とスイッチ１０ｂとの間に接続されている。調整器１１５は、調整モードにおいて、フィルタ９の出力信号と変調信号生成器４が生成する変調周波数ｆmodの変調信号との位相差ΔφBPFfmodを検出すると、この検出成分に応じてポートＰ３から移相器１２３の制御端子に位相シフト量の絶対値又はその前回からの変化量を指令する。移相器１２３は、調整器１１５から指令を受付けると位相シフト量を設定する。変調信号生成器４が変調信号を出力すると、移相器１２３が前述で設定された位相シフト量だけ変調信号を移相し、調整器１１５に出力する。また、スイッチ１０ｂが制御回路２２によりオンされていれば、移相器１２３の出力はミキサ１１に入力される。その他の構成は前述実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５４】
次に、調整モード及び通常動作モードの流れを説明する。図１２は流れを概略的に示すフローチャートである。本実施形態では、まず制御回路２２はステップＳ１において調整モードに入る。制御回路２２はステップＳ２においてスイッチ１０ａ及び１０ｂをオフ制御し開ループ状態を形成する。制御回路２２は、ステップＳ３において調整器１１５を有効動作させる。調整器１１５は、初期のステップＳ３ａ、Ｓ３ｂの処理を行った後、ステップＳ４ａにおいて、フィルタ９の出力信号と変調周波数ｆmodの変調信号との位相差ΔφBPFfmodを検出し、この検出成分に応じてポートＰ３から移相器１２３に位相シフト量の絶対値又はその前回からの変化量を指令する。これにより、調整器１１５がステップＳ４ａにおいて移相器１２３の位相シフト量を調整できる。
【００５５】
ステップＳ４ａにおいて、調整器１１５がこの位相差ΔφBPFfmodの検出処理と移相器１２３に対する位相シフト量の変更指令処理とを繰り返し実行することにより、位相差ΔφBPFfmodを０°にするように移相器１２３による位相シフト量を制御できる。実際には、位相差ΔφBPFfmodが０°を中心とした所定範囲内の適正値になれば調整器１１５による調整処理をストップする。
【００５６】
その後、制御回路２２はステップＳ５において通常動作モードに入ると、ステップＳ６において調整器１１５を無効化する。また制御回路２２は、ステップＳ７においてスイッチ１０ａ及び１０ｂをオン制御し閉ループ状態を形成する。そして、ステップＳ８において通常動作する。送信器７が送信信号ＶTXをＳＡＷ共振器２に送信し、受信器１４がＳＡＷ共振器２を介して受信信号ＶRXを受信する。ＳＡＷ共振器２の特性に合わせて予め移相器１２３の位相シフト量を制御しているため、ＳＡＷ共振器２の本来持っている精度を極力活用できる。調整器１１５の有効、無効処理は必要に応じて設ければ良い。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態によれば、調整器１１５が、フィルタ９の出力信号と変調周波数ｆmodの変調信号との位相差ΔBPFfmodに応じて移相器１２３による位相シフト量を調整するように構成した。この結果、フィルタ１２の出力変化の周波数依存性を最大にすることができ、ＳＡＷ共振器２を最大感度で使用でき最大精度の特性を得ることができる。この結果、検出信号を確実に得られると共に良好な特性を得られる。
【００５８】
（第３実施形態）
図１３及び図１４は第３実施形態の追加説明図を示す。この第３実施形態は、第１実施形態の構成における補助回路としてコンデンサなどの容量性回路を用いた形態を示している。
【００５９】
第２実施形態のセンシングシステム２０１の共振周波数検出装置２０３は、図１３に示すように、図１の構成に比較して補助回路としての抵抗１６に代わるコンデンサ１１６を備えている。このコンデンサ１１６は送信信号ＶTXの送信ノードＮ１と受信信号ＶRXの受信ノードＮ２との間に接続されている。コンデンサ１１６がこれらのノードＮ１及びＮ２間に構成されていると、フィルタ１２のＤＣ出力のキャリア周波数特性をブロード又はシャープに変化させることができることが確認されている。
【００６０】
図１４は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１４はＳＡＷ共振器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。コンデンサ１１６の容量値が大小調整されると、ＤＣ成分出力のキャリア周波数ｆcに対する勾配変化を調整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値Ｃ３のように小さくすると良く、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値Ｃ１のように大きくすることが望ましい。両者のトレードオフ特性を採用するのであれば、容量値を値Ｃ２（但しＣ１＞Ｃ２＞Ｃ３）のように設定することが望ましい。これにより、前述実施形態と同様の作用効果が得られるようになると共に、設計の自由度を向上でき、アプリケーションに応じて当該特性を選択できるようになる。これにより実用性の高いＳＡＷ共振器２の共振周波数検出装置を提供できる。
【００６１】
（第４実施形態）
図１５は第４実施形態の追加説明図を示す。この第４実施形態は、第２実施形態の構成における補助回路としてコンデンサ１１６などの容量性回路を用いた形態を示している。第４実施形態のセンシングシステム３０１の共振周波数検出装置３０３は、図１５に示すように、図１１の構成に比較して補助回路としての抵抗１６に代わるコンデンサ１１６を備えている。詳細説明は省略するが、この第４実施形態においても第２実施形態及び第３実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
（第５実施形態）
図１６及び図１７は第５実施形態の追加説明図を示す。本実施形態では、ＳＡＷ共振器４０２としてＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂを２つ設けた形態を示している。ＳＡＷ共振器４０２は環境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、歪み、温度の２つの物理量を検出可能なように、ＳＡＷ共振器４０２としてはＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂを２つ用いることが望ましい。
【００６３】
図１６に示すように、ＳＡＷ共振器４０２は、複数のＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂを並列接続して構成される。ＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂ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４１９ａは、圧電体基板（符号なし）上に導波器２０ａ及び反射器２１ａを備え、アンテナ１７を通じて入力された送信信号ＶTXをＳＡＷ素子４１９ａの基板に伝搬し反射器２１ａにて反射し、再びアンテナ１７を通じて受信信号ＶRXの入力ノードＮ１０２の側に出力する。ＳＡＷ素子４１９ｂもまた、圧電体基板（符号なし）上に導波器２０ｂ及び反射器２１ｂを備え、アンテナ１７を通じて入力された送信信号ＶTXをＳＡＷ素子４１９ｂの基板に伝搬し反射器２１ｂにて反射し再びアンテナ１７を通じて受信信号ＶRXの入力ノードＮ１０２の側に出力する。
【００６４】
図１６に示す第５実施形態のセンシングシステム４０１の共振周波数検出装置４０３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、図１における、加算器５、発振器６、ミキサ８、フィルタ９、スイッチ１０ａ、１０ｂ、ミキサ１１、フィルタ１２、演算器１３を、それぞれのＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂ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４１９ａに対応して構成された第１送信器４０７ａ及び第１受信器４１４ａと、第２系統のＳＡＷ素子４１９ｂに対応した構成された第２送信器４０７ｂ及び第２受信器４１４ｂと、を分けて説明する。以下では、構成説明と共に通常動作モードにおける信号の流れを説明する。
【００６５】
第１送信器４０７ａ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４０５ａ、及び、発振器４０６ａを備える。第２送信器４０７ｂは、変調信号生成器４、加算器４０５ｂ、及び、発振器４０６ｂを備える。発振器４０６ａ、４０６ｂは例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）により構成される。これにより、変調信号生成器４は、第１送信器４０７ａと第２送信器４０７ｂとで共用でき、部品点数を削減できる。また、加算器４０５ａ、４０５ｂ及び発振器４０６ａ、４０６ｂは、第１実施形態で説明した加算器５、発振器６とそれぞれ同一機能を示す構成である。
【００６６】
本実施形態以降の２つのＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂを用いる形態では、発振器４０６ａ、４０６ｂの出力信号の振幅が互いに異なるように設定される。この理由は、発振器４０６ａ、４０６ｂの出力信号の位相差が仮に１８０°になっているときには、互いに信号が打ち消されるためである。すなわち、この無信号又は極小信号状態を回避するため、発振器４０６ａ、４０６ｂの出力信号の振幅が互いに異なるように設定されている。
【００６７】
第１受信器４１４ａは、ダウンコンバージョン部としてのミキサ４０８ａ、フィルタ４０９ａ、スイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、位相比較器としてのミキサ４１１ａ、フィルタ４１２ａ、及び、演算器４１３ａを接続して構成される。第２受信器４１４ｂもまた、ダウンコンバージョン部としてのミキサ４０８ｂ、フィルタ４０９ｂ、スイッチ４１０ｂａ、４１０ｂｂ、位相比較器としてのミキサ４１１ｂ、フィルタ４１２ｂ、及び、演算器４１３ｂを接続して構成される。これらのミキサ４０８ａ、４０８ｂ、フィルタ４０９ａ、４０９ｂ、スイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ、４１０ｂｂ、ミキサ４１１ａ、４１１ｂ、フィルタ４１２ａ、４１２ｂ、及び、演算器４１３ａ、４１３ｂは、第１実施形態で説明したミキサ８、フィルタ９、スイッチ１０ａ、１０ｂ、ミキサ１１、フィルタ１２、及び、演算器１３とそれぞれ同一機能を示す構成であると共にその接続形態も同様であるため、その説明を省略する。
【００６８】
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４０５ａ，４０５ｂを通じて発振器４０６ａ、４０６ｂにそれぞれ入力される。加算器４０５ａ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４１２ａから演算器４１３ａ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４０６ａに出力する。発振器４０６ａは、加算器４０５ａ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送信信号ＶTX1の出力ノードＮ４０１ａに出力する。この送信信号ＶTX1はミキサ４０８ａに入力される。
【００６９】
他方、加算器４０５ｂ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４１２ｂから演算器４１３ｂ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４０６ｂに出力する。発振器４０６ｂは、加算器４０５ｂ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送信信号ＶTX2の出力ノードＮ４０１ｂに出力する。この送信信号ＶTX2はミキサ４０８ｂに入力される。
【００７０】
本実施形態においては、これらの発振器４０６ａ、４０６ｂの出力信号を加算する加算器４２３をさらに備える。加算器４２３は、２つの発振器４０６ａ、４０６ｂの出力信号を加算して抵抗１６を通じてＳＡＷ共振器４０２に印加する。加算器４２３は２つの発振器４０６ａ、４０６ｂにより出力される信号を加算して抵抗１６を通じてノードＮ１０２に出力する。ＳＡＷ共振器４０２は、このノードＮ１０２の信号を入力し、ＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂを伝搬した信号をノードＮ１０２に出力する。
【００７１】
ミキサ４０８ａは、受信器４１４ａの入力信号及び発振器４０６ａの出力信号を混合することで、受信信号ＶRX1を送信信号ＶTX1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。ミキサ４０８ｂは、受信器４１４ｂの入力信号及び発振器４０６ｂの出力信号を混合することで、受信信号ＶRX2を送信信号ＶTX2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、これらのミキサ４０８ａ、４０８ｂ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。
【００７２】
フィルタ４０９ａ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、ＤＣ成分、変調周波数ｆmodの２倍の成分等の不要成分をカットする。スイッチ４１０ａａが制御回路４２２によりオン制御されていれば、このフィルタ４０９ａの出力信号はスイッチ４１０ａａを通じてミキサ４１１ａに出力される。同様に、フィルタ４０９ｂ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、ＤＣ成分、変調周波数ｆmodの２倍の成分等の不要成分をカットする。スイッチ４１０ｂａが制御回路４２２によりオン制御されていれば、このフィルタ４０９ｂの出力信号はスイッチ４１０ｂａを通じてミキサ４１１ｂに出力される。スイッチ４１０ａｂが制御回路４２２によりオン制御されていると、変調信号生成器４の出力信号がミキサ４１１ａに与えられる。スイッチ４１０ｂｂが制御回路４２２によりオン制御されていると、変調信号生成器４の出力信号がミキサ４１１ｂに与えられる。
【００７３】
位相比較器となるミキサ４１１ａは、変調信号生成器４の出力信号とフィルタ４０９ａの出力信号とを混合し、変調周波数ｆmod成分の位相を比較し、位相比較信号をフィルタ４１２ａに出力する。ミキサ４１１ａは変調周波数ｆmodの成分を打ち消しあう。ミキサ４１１ｂもまた、変調信号生成器４の出力信号とフィルタ４０９ｂの出力信号とを混合し、変調周波数ｆmodの成分の位相を比較し、位相比較信号をフィルタ４１２ｂに出力する。ミキサ４１１ｂは変調周波数ｆmodの成分を打ち消しあう。
【００７４】
フィルタ４１２ａはＤＣ成分を通過して変調周波数ｆmodの２倍の成分等の不要成分をカットして演算器４１３ａに出力し加算器４０５ａにフィードバックする。フィルタ４１２ｂはＤＣ成分を通過し変調周波数ｆmodの２倍の成分等の不要成分をカットして演算器４１３ｂに出力し加算器４０５ｂにフィードバックする。
【００７５】
加算器４０５ａ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４０６ａに制御信号Ｖctrl1として出力する。発振器４０６ａは、この制御信号Ｖctrl1に応じてキャリア周波数ｆc1を調整して加算器４２３及びミキサ４０８ａに出力する。加算器４０５ｂ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４０６ｂに制御信号Ｖctrl2として出力する。発振器４０６ｂは、この制御信号Ｖctrl2に応じてキャリア周波数ｆc2を調整して加算器４２３及びミキサ４０８ｂに出力する。
【００７６】
これらの一連の処理は、発振器４０６ａが出力するキャリアのキャリア周波数ｆc1がＳＡＷ共振器４０２を構成するＳＡＷ素子４１９ａ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４０６ｂが出力するキャリアのキャリア周波数ｆc2がＳＡＷ共振器４０２を構成するＳＡＷ素子４１９ｂの共振周波数ｆr2に収束するまで繰り返される。
【００７７】
この結果、第１系統の受信器４１４ａは、第１系統のＳＡＷ素子４１９ａ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４１４ｂは、第２系統のＳＡＷ素子４１９ｂ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をそれぞれ異なる共振周波数ｆr1、ｆr2に調整できる。
【００７８】
本実施形態においても、前記の通常動作モードの他に調整モードが設けられている。この調整モードでは、制御回路４２２はスイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂを共にオフ制御すると共に調整器４１５を有効動作させる。これらのスイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂがオフされると、調整器４１５は、受信器４１４ａのフィルタ４０９ａの出力信号をポートＰ１に入力すると共に、変調信号生成器４の変調信号をポートＰ２に入力して受け付け、調整器４１５は、これらの各信号の変調周波数ｆmodにおける位相差ΔφBPF1fmodを算出する。
【００７９】
また、調整器４１５は、受信器４１４ｂのフィルタ４０９ｂの出力信号をポートＰ３に入力すると共に、変調信号生成器４の変調信号をポートＰ４に入力して受け付ける。ポートＰ２とポートＰ４の入力信号は同一であり、調整器４１５は、これらのポートＰ３とポートＰ４の各信号の変調周波数ｆmodにおける位相差ΔφBPF2fmodを算出する。そして調整器４１５は、変調周波数ｆmodの位相差ΔφBPF1fmod、ΔφBPF2fmodを算出した後、この算出成分に応じてポートＰ５から変調信号生成器４に変調周波数ｆmodの周波数変更を指令する。詳細例は後述する。
【００８０】
次に、調整モード及び通常動作モードの流れを説明する。図１７は流れを概略的に示すフローチャートである。本実施形態では、まず制御回路４２２は、ステップＳ１において調整モードに入る。制御回路４２２は、ステップＳ２においてスイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂをオフ制御し開ループ状態を形成する。制御回路４２２は、ステップＳ３において調整器４１５を有効動作させる。調整器４１５は、ポートＰ７及びＰ８を備える。ポートＰ７は加算器４０５ａに接続されており発振器４０６ａのキャリア周波数ｆcの変更指令を出力するポートである。ポートＰ８は加算器４０５ｂに接続されており発振器４０６ｂのキャリア周波数ｆcの変更指令を出力するポートである。
【００８１】
調整器４１５は、初期のステップＳ３ａ及びＳ３ｂにおいて、ポートＰ７及びＰ８を通じてキャリア周波数ｆcの調整処理を行った後、ステップＳ４ｂにおいて、変調信号生成器４の変調信号とフィルタ４０９ａの出力信号との位相差ΔφBPF1fmod、変調信号生成器４の変調信号とフィルタ４０９ｂの出力信号との位相差ΔφBPF2fmodを算出し、この算出成分に応じて、ポートＰ５から変調信号生成器４に変調周波数ｆmodの周波数変更を指令する。調整器４１５が、ステップＳ４ｂにおいて、位相差ΔφBPF1fmod、ΔφBPF2fmodの検出処理と周波数変更指令処理とを繰り返し実行することで、位相差ΔφBPF1fmod、ΔφBPF2fmodを共にある所定範囲の適正値とするように変調周波数ｆmodの周波数を制御できる。
【００８２】
その後、制御回路４２２はステップＳ５において通常動作モードに入ると、ステップＳ６において調整器４１５を無効化する。また制御回路４２２は、ステップＳ７においてスイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂをオン制御し閉ループ状態を形成する。そして、ステップＳ８において通常動作する。送信器４０７が送信信号ＶTX1、ＶTX2をＳＡＷ共振器４０２に送信し、受信器４１４ａ、４１４ｂがＳＡＷ共振器４０２を介して受信信号ＶRX1、ＶRX2を受信する。これにより、ＳＡＷ共振器４０２の特性に合わせて変調信号生成器４の変調周波数ｆmodの周波数を制御でき、ＳＡＷ共振器４０２の本来持っている精度を極力活用できる。調整器４１５の有効、無効処理は必要に応じて設ければ良い。
【００８３】
以下、詳細例を説明する。図１７のステップＳ４ｂにおいて、調整器４１５が、これらの変調信号生成器４の変調信号とフィルタ４０９ａの出力信号との位相差ΔφBPF1fmod、変調信号生成器４の変調信号とフィルタ４０９ｂの出力信号との位相差ΔφBPF2fmodに応じて周波数変更指令する方法としては、様々な手法を考慮できるが、一例として、以下の図１８に示す方法を採用することが望ましい。
【００８４】
図１８に示すように、調整器４１５は、ステップＴ０において、例えば位相差ΔφBPF1fmodから位相差ΔφBPF2fmodを減算した差分値Δφ21を算出する。この後、調整器４１５は、これらの算出値を条件として処理を変更する。
【００８５】
例えば、調整器４１５は、ステップＴ１において、差分値Δφ21が０°以上９０°以下を満たすか、又は、差分値Δφ21が２７０°以上３６０°以下を満たすとき、ステップＴ２において、位相差ΔφBPF1fmod及びΔφBPF2fmodの加算値の２分の１の調整目標値を０°、１８０°、３６０°の何れかとする。そして、調整器４１５は、これらの０°、１８０°、３６０°の何れかの値付近になるようにステップＴ５において変調周波数ｆmodを変更指令する。
【００８６】
また、調整器４１５は、ステップＴ１の条件を満たさないときには、ステップＴ３において差分値Δφ21が９０°以上２７０°以下を満たすと判断し、位相差ΔφBPF1fmod及びΔφBPF2fmodの加算値の２分の１の調整目標値を９０°、２７０°の何れかとする。そして調整器４１５は、これらの９０°、２７０°の何れかの値付近になるようにステップＴ５において変調周波数ｆmodを変更指令する。なお、差分値Δφ21が境界値（例えば９０°、２７０°）に一致するときには、ステップＴ２、Ｔ４の何れの調整目標値０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°を用いても良い。
【００８７】
調整器４１５は、ステップＴ６において、これらの位相差ΔφBPF1fmod及びΔφBPF2fmodが共に適切な所定範囲内になると当該調整処理を抜けるが、適切な所定範囲内に調整できなければステップＴ０に戻り処理を繰り返す。
【００８８】
図１９及び図２０はこの処理の意義の説明を概略的に示す。図１９には、ステップＴ１の０°≦Δφ21≦９０°の条件を満たすと共に、調整器４１５が位相差ΔφBPF1fmod及びΔφBPF2fmodの加算値の２分の１を１８０°に調整する例を示している。例えば、位相差ΔφBPF1fmod及びΔφBPF2fmodの加算値の２分の１が１８０°に補正されると、０°≦Δφ21≦９０°の条件を満たしていれば、ｃｏｓΔφBPF1fmod、ｃｏｓΔφBPF2fmodが何れもｃｏｓ１３５°の値以下となる。
【００８９】
すなわち、ｃｏｓΔφBPF1fmodの絶対値も、ｃｏｓΔφBPF2fmodの絶対値も、双方共にｃｏｓ４５°＝√２／２以上の値にすることができ、これらの絶対値の加算値を２×ｃｏｓ４５°以上にできる。
【００９０】
また図２０には、ステップＴ３における９０°≦Δφ21≦２７０°の条件を満たすと共に、調整器４１５が位相差ΔφBPF1fmod及びΔφBPF2fmodの加算値の２分の１を９０°に調整する例を示している。例えば、位相差ΔφBPF1fmod及びΔφBPF2fmodの加算値の２分の１が９０°に補正されると、９０°≦Δφ21≦２７０°の条件を満たしていれば、図２０に示すように、これらの位相差が９０°を超えることになる。このため、これらのｃｏｓΔφBPF1fmod又はｃｏｓΔφBPF2fmodの何れか一方がｃｏｓ４５°以上の値となり、この他方がｃｏｓ１３５°以下の値となる。
【００９１】
したがって、ｃｏｓΔφBPF1fmodの絶対値も、ｃｏｓΔφBPF2fmodの絶対値も双方共に｜ｃｏｓ４５°｜＝｜ｃｏｓ１３５°｜＝√２／２以上の値とすることができ、これらの絶対値の和を２×｜ｃｏｓ４５°｜以上にできる。
【００９２】
本実施形態によれば、２つのＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂ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、歪み及び温度に応じた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つの物理量やその相関関係等を求めることができる。
【００９３】
本実施形態によれば、変調信号生成器４を２系統の送信器４０７ａ、４０７ｂで共用するように構成し、差分値Δφ21が０°≦Δφ21≦９０°又は２７０°≦Δφ21≦３６０°の条件を満たすときには、０°、１８０°、３６０°の何れかを調整目標値とすると共に、差分値Δφ21が９０°≦Δφ21≦２７０°の条件を満たすときには、９０°、２７０°の何れかを調整目標値とし、これらの調整目標値に応じて変調周波数ｆmodを調整するようにした。したがって、調整モードにおいて、ｃｏｓΔφBPF1fmodの絶対値も、ｃｏｓΔφBPF2fmodの絶対値も適切な範囲に設定して調整できるようになり、通常動作モードにおいてキャリア周波数ｆｃの変化に応じたフィルタ４１２ａ、４１２ｂの何れの出力変化も極力大きくできる。これにより前述実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００９４】
（第６実施形態）
図２１及び図２２は第６実施形態の追加説明図を示す。第６実施形態が第５実施形態と異なるところは、変調信号生成器５０４ａ、５０４ｂを、第１系統の送信器５０７ａ、第２系統の送信器５０７ｂにそれぞれ設けたところにある。
【００９５】
第６実施形態のセンシングシステム５０１の共振周波数検出装置５０３は、複数（例えば２つ）のＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂに対応するように送信器５０７ａ、５０７ｂ及び受信器４１４ａ、４１４ｂを備える。
【００９６】
これらの送信器５０７ａ、５０７ｂ及び受信器４１４ａ、４１４ｂは２系統設けられている。送信器５０７ａは、変調信号生成器５０４ａ、加算器４０５ａ、発振器４０６ａを備え、送信器５０７ｂは、変調信号生成器５０４ｂ、加算器４０５ｂ、発振器４０６ｂを備える。発振器４０６ａ、４０６ｂの出力振幅は互いに異なるように構成される。
【００９７】
調整器４１５に代わる調整器５１５はポートＰ１〜Ｐ６を備える。調整器５１５のポートＰ１〜Ｐ４は調整器４１５のポートＰ１〜Ｐ４と同一機能であるため説明を省略する。調整器５１５のポートＰ５は変調信号生成器５０４ａに変調周波数ｆmod1の値の指令又は変更指令を送信するポートであり、ポートＰ６は変調信号生成器５０４ｂに変調周波数ｆmod2の値の指令又は変更指令を送信するポートである。制御回路５２２は調整器５１５の有効／無効を制御し、スイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂをオン／オフ制御する。その他の構成は、前述した第５実施形態に係る構成と同様又は類似の機能を備える構成であるため説明を省略する。
【００９８】
次に、調整モード及び通常動作モードの流れを説明する。図２２は流れを概略的に示すフローチャートである。本実施形態では、まず制御回路５２２はステップＳ１において調整モードに入る。制御回路５２２は、ステップＳ２においてスイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂをオフ制御し開ループ状態を形成する。制御回路５２２は、ステップＳ３において調整器５１５を有効動作させる。調整器５１５は、初期のステップＳ３ａ及びＳ３ｂにおいてポートＰ７及びＰ８を通じてキャリア周波数ｆcの調整処理を行った後、ステップＳ４ｃにおいて、フィルタ４０９ａの出力信号と変調周波数ｆmod1の変調信号との位相差ΔφBPF1fmodを算出しこの算出成分に応じて、ポートＰ５から変調信号生成器４に変調周波数ｆmod1の周波数変更を指令する。また、調整器５１５は、ステップＳ４ｄにおいて、フィルタ４０９ｂの出力信号と変調周波数ｆmod2の変調信号との位相差ΔφBPF2fmodを算出しこの算出成分に応じて、ポートＰ６から変調信号生成器４に変調周波数ｆmod2の周波数変更を指令する。
【００９９】
調整器５１５が、この位相差ΔφBPF1fmod、ΔφBPF2fmodの検出処理と周波数変更指令処理とを繰り返し実行することで、位相差ΔφBPF1fmod、ΔφBPF2fmodが共にある所定範囲の適正値とするように変調周波数ｆmod1、ｆmod2の周波数を調整制御できる。
【０１００】
その後、制御回路５２２はステップＳ５において通常動作モードに入ると、ステップＳ６において調整器５１５を無効化する。また制御回路５２２は、ステップＳ７においてスイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂをオン制御し閉ループ状態を形成する。そしてステップＳ８において通常動作する。送信器５０７ａ、５０７ｂが送信信号ＶTX1、ＶTX2をＳＡＷ共振器４０２に送信し、ＳＡＷ共振器４０２を介して受信器４１４ａ、４１４ｂが受信信号ＶRX1、ＶRX2をそれぞれ受信する。これにより、ＳＡＷ共振器４０２の特性に合わせて変調信号生成器５０４ａ、５０４ｂの変調周波数ｆmod1、ｆmod2を制御でき、ＳＡＷ共振器４０２の本来持っている精度を極力活用できる。調整器５１５の有効、無効処理は必要に応じて設ければ良い。本実施形態によっても前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
【０１０１】
（第７実施形態）
図２３及び図２４は第７実施形態の追加説明図を示す。第７実施形態は、第２実施形態に係る図１１の構成を２系統設けたところに特徴を備えるもので、第５実施形態に係る図１６の構成を基本構成として図１６と異なる部分について説明し、同一構成部分には同一符号を付し必要に応じて説明を省略する。
【０１０２】
第７実施形態のセンシングシステム６０１の共振周波数検出装置６０３は、複数（例えば２つ）のＳＡＷ素子４１９ａ、４１９ｂに対応するように送信器４０７ａ、４０７ｂ及び受信器４１４ａ、４１４ｂを備える。
【０１０３】
本実施形態では、第１系統のＳＡＷ素子４１９ａに対応するように図１１の移相器１２３に代わる移相器６２３ａを備え、第２系統のＳＡＷ素子４１９ｂに対応するように移相器６２３ｂを備える。
【０１０４】
調整器４１５に代わる調整器６１５はポートＰ１〜Ｐ８を備える。調整器６１５のポートＰ１〜Ｐ４、Ｐ７、Ｐ８は調整器４１５のポートＰ１〜Ｐ４、Ｐ７、Ｐ８と同一機能であるため説明を省略する。調整器６１５のポートＰ５は移相器６２３ａに位相シフト量の指令の絶対値又は前回からの変更指令を送信するポートであり、ポートＰ６は移相器６２３ｂに位相シフト量の指令の絶対値又は前回からの変更指令を送信するポートである。制御回路６２２は、調整器６１５の有効／無効を制御し、スイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂをオン／オフ制御する。その他の構成は、前述実施形態（例えば第２、第５、第６実施形態）に係る構成と同様又は類似の機能を備える構成であるため説明を省略する。
【０１０５】
次に、調整モード及び通常動作モードの流れを説明する。図２４は流れを概略的に示すフローチャートである。本実施形態では、まず制御回路６２２はステップＳ１において調整モードに入る。制御回路６２２は、ステップＳ２においてスイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂをオフ制御し開ループ状態を形成する。制御回路６２２は、ステップＳ３において調整器６１５を有効動作させる。調整器６１５は、初期のステップＳ３ａ及びＳ３ｂにおいてポートＰ７及びＰ８を通じてキャリア周波数ｆcの調整処理を行った後、ステップＳ４ｅにおいて、フィルタ４０９ａの出力信号と変調周波数ｆmodの変調信号との位相差ΔφBPF1fmodを算出しこの算出成分に応じて、ポートＰ５から移相器６２３ａの位相シフト量を調整するように指令する。また、調整器６１５は、ステップＳ４ｆにおいて、フィルタ４０９ｂの出力信号と変調周波数ｆmodの変調信号との位相差ΔφBPF2fmodを算出しこの算出成分に応じて、ポートＰ６から移相器６２３ｂの位相シフト量を調整するように指令する。
【０１０６】
調整器６１５が、この位相差ΔφBPF1fmod、ΔφBPF2fmodの検出処理と位相シフト量の調整指令処理とを繰り返し実行することで、位相差ΔφBPF1fmod、ΔφBPF2fmodが共にある所定範囲の適正値とするように変調周波数ｆmod1、ｆmod2の周波数を制御できる。
【０１０７】
その後、制御回路６２２はステップＳ５において通常動作モードに入ると、ステップＳ６において調整器６１５を無効化する。また制御回路６２２は、ステップＳ７においてスイッチ４１０ａａ、４１０ａｂ、４１０ｂａ及び４１０ｂｂをオン制御し閉ループ状態を形成する。そしてステップＳ８において通常動作する。送信器４０７ａ、４０７ｂが送信信号ＶTX1、ＶTX2をＳＡＷ共振器４０２に送信し、ＳＡＷ共振器４０２を介して受信器４１４ａ、４１４ｂが受信信号ＶRX1、ＶRX2をそれぞれ受信する。これにより、ＳＡＷ共振器４０２の特性に合わせてミキサ４１１ａ、４１１ｂに与える変調周波数ｆmod1、ｆmod2の位相を制御でき、ＳＡＷ共振器４０２の本来持っている精度を極力活用できる。調整器６１５の有効、無効処理は必要に応じて設ければ良い。本実施形態によっても前述実施形態と同様の作用効果を奏するものとなり、本実施形態の構成においても、変調信号生成器４を送信器４０７ａ、４０７ｂで共用できる。
【０１０８】
（第８実施形態）
図２５及び図２６は第８実施形態の追加説明図を示す。第８実施形態は、調整器７１５がフィルタ１２の出力に応じて変調信号生成器４の変調周波数ｆmodを調整する形態を示す。
【０１０９】
第８実施形態のセンシングシステム７０１の共振周波数検出装置７０３は、例えば１つのＳＡＷ素子１９に対応するように送信器７及び受信器７１４を備える。送信器７の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。受信器７１４が、第１実施形態の受信器１４と異なるところはスイッチ７１０の挿入位置である。スイッチ７１０は、フィルタ１２の出力と演算器１３との間に接続されている。また、第１実施形態の図１の構成と異なるところは、スイッチ１０ａ、１０ｂが設けられておらず、変調信号生成器４の変調信号が直接ミキサ１１に入力されている点も異なる。制御回路２２に代わる制御回路７２２が、通常動作モードに入るとスイッチ７１０をオン制御する。この通常動作モードでは第１実施形態と同様に作用することになる。
【０１１０】
他方、制御回路７２２が調整モードに入るとスイッチ７１０をオフ制御する。この調整モードでは、制御回路７２２はスイッチ７１０をオフ制御して調整器７１５を有効動作させる。スイッチ７１０がオフされると、調整器７１５は、ポートＰ２においてフィルタ１２の出力ＶOUTを検出できる。また調整器７１５は、ポートＰ１からＤＣ信号を加算器５に出力することで、加算器５を通じて送信器７のキャリア周波数ｆcを変更可能になっている。また調整器７１５は、ポートＰ３から変調信号生成器４の変調周波数ｆmodを変更可能になっている。
【０１１１】
次に、調整モード及び通常動作モードの流れを説明する。図２６は流れを概略的に示すフローチャートである。本実施形態では、まず制御回路７２２はステップＳ１において調整モードに入る。制御回路７２２は、ステップＳ２においてスイッチ７１０をオフ制御し開ループ状態を形成する。制御回路７２２は、ステップＳ３において調整器７１５を有効動作させる。
【０１１２】
調整器７１５は、ステップＳ１１においてポートＰ１からＤＣ信号を出力することにより発振器６に与える制御信号Ｖctrlを変更し発振器６のキャリア周波数ｆcをスイープ、すなわち掃引させ、このときのフィルタ１２の出力ＶOUTを検出する。この出力ＶOUTは、キャリア周波数ｆｃに応じて変化する。調整器７１５は、ステップＳ１１において出力ＶOUTがある所定値を跨いだことを条件として、ステップＳ１２において、この条件を満たすキャリア周波数ｆcでキャリア周波数制御を停止する。逆にステップＳ１１において所定値を跨がないときには、ステップＳ１０において変調周波数ｆmodの値を一定値（例えば１０ｋＨｚ）変更し、フィルタ１２の出力ＶOUTが所定値を跨いでステップＳ１２においてキャリア周波数制御を停止するまでステップＳ１０及びＳ１１の処理を繰り返す。
【０１１３】
次いで、調整器７１５は、ステップＳ１３において、フィルタ１２の出力ＶOUTが最大になるときのキャリア周波数ｆcにおいて、変調周波数ｆmodをスイープしフィルタ１２の出力ＶOUTを検出しメモリ７１５ａに記憶させる。
【０１１４】
そして、調整器７１５は、ステップＳ１４において、これらの検出結果のうち、キャリア周波数ｆcの変化に応じたフィルタ１２の出力ＶOUTが最大変化量となる条件を満たす変調周波数ｆmodを決定する。例えばフィルタ１２の出力ＶOUTの最大値、最小値が最大幅となる条件を満たす変調周波数ｆmodを決定する。これにより、キャリア周波数ｆcの変化に応じたフィルタ１２の出力変化を最大とするように変調周波数ｆmodを決定できる。実際には、フィルタ１２の出力ＶOUTの最大値が所定範囲内の適正値になれば、調整器７１５によるステップＳ１１〜Ｓ１４の繰り返し制御処理をストップしても良い。
【０１１５】
その後、制御回路７２２はステップＳ５において通常動作モードに入ると、ステップＳ６において調整器７１５を無効化する。また制御回路７２２は、ステップＳ７においてスイッチ７１０をオン制御し閉ループ状態を形成する。そして、ステップＳ８において通常動作する。送信器７が送信信号ＶTXをＳＡＷ共振器２に送信し、受信器１４がＳＡＷ共振器２を介して受信信号ＶRXを受信する。これにより、ＳＡＷ共振器２の特性に合わせて変調信号生成器４の変調周波数ｆmodの周波数を制御でき、ＳＡＷ共振器２の本来持っている精度を極力活用できる。調整器７１５の有効、無効処理は必要に応じて設ければ良い。本実施形態によっても前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
【０１１６】
（第９実施形態）
図２７及び図２８は第９実施形態の追加説明図を示す。第９実施形態は、調整器８１５がフィルタ１２の出力に応じて変調信号生成器４の位相シフト量を調整してミキサ１１に与える形態を示す。
【０１１７】
第９実施形態のセンシングシステム８０１の共振周波数検出装置８０３は、例えば１つのＳＡＷ素子１９に対応するように送信器７及び受信器７１４を備える。送信器７及び受信器７１４の構成は第８実施形態の図２５の構成と同様であるため説明を省略する。第２実施形態と異なるところは、スイッチ１０ａ、１０ｂが設けられておらず、さらに変調信号生成器４の変調信号が移相器８２３を介在してミキサ１１に入力されている点である。制御回路２２に代わる制御回路８２２が、通常動作モードに入るとスイッチ７１０をオン制御する。この場合、第２実施形態の通常動作モードと同様の作用を行う。
【０１１８】
他方、制御回路８２２が調整モードに入るとスイッチ７１０をオフ制御する。この調整モードでは、制御回路８２２はスイッチ７１０をオフ制御すると共に調整器８１５を有効動作させる。スイッチ７１０がオフされると、調整器８１５はポートＰ２においてフィルタ１２の出力ＶOUTを検出できる。また調整器８１５は、ポートＰ１からＤＣ信号を発振器６の制御信号Ｖctrlとして出力し加算器５を通じて送信器７のキャリア周波数ｆcを変更可能になっている。また調整器８１５は、ポートＰ３から移相器８２３の位相シフト量を指令し、当該移相器８２３により変調信号生成器４の変調信号の位相シフト量を変更可能になっている。
【０１１９】
次に、調整モード及び通常動作モードの流れを説明する。図２８は流れを概略的に示すフローチャートである。本実施形態では、まず制御回路８２２はステップＳ１において調整モードに入る。制御回路８２２はステップＳ２においてスイッチ７１０をオフ制御し開ループ状態を形成する。制御回路８２２は、ステップＳ３において調整器８１５を有効動作させる。
【０１２０】
調整器８１５は、ステップＳ１１においてポートＰ１からＤＣ信号を出力することにより発振器６に与える制御信号Ｖctrlを変更し発振器６のキャリア周波数ｆｃをスイープさせ、このときのフィルタ１２の出力ＶOUTを検出する。この出力ＶOUTは、キャリア周波数ｆｃに応じて変化する。調整器８１５は、ステップＳ１１において出力ＶOUTがある所定値を跨いだことを条件として、ステップＳ１２において、この条件を満たすキャリア周波数ｆcでキャリア周波数のスイープ制御を停止する。逆に、ステップＳ１１において所定値を跨がないときには、ステップＳ１０ａにおいて位相シフト量を一定値（例えば９０°）変更し、フィルタ１２の出力ＶOUTが所定値を跨いでステップＳ１２においてキャリア周波数のスイープ制御を停止するまで、ステップＳ１０ａ及びＳ１１の処理を繰り返す。次いで、調整器８１５は、ステップＳ１３ａにおいて、フィルタ１２の出力ＶOUTが最大になるときのキャリア周波数ｆcにおいて位相シフト量をスイープし、フィルタ１２の出力ＶOUTを検出しメモリ８１５ａに記憶させる。
【０１２１】
そして、調整器７１５は、ステップＳ１４ａにおいて、これらの検出結果のうち、キャリア周波数ｆcの変化に応じたフィルタ１２の出力ＶOUTが最大変化量となる条件を満たす位相シフト量を決定する。例えばフィルタ１２の出力ＶOUTの最大値、最小値が最大幅となる条件を満たす位相シフト量を決定する。これにより、キャリア周波数ｆcの変化に応じたフィルタ１２の出力変化を最大とするように位相シフト量を決定できる。実際には、フィルタ１２の出力ＶOUTの最大値が所定範囲内の適正値になれば、調整器８１５によるステップＳ１１〜Ｓ１４ａの繰り返し制御処理をストップしても良い。
【０１２２】
その後、制御回路８２２はステップＳ５において通常動作モードに入ると、ステップＳ６において調整器８１５を無効化する。また制御回路８２２は、ステップＳ７においてスイッチ７１０をオン制御し閉ループ状態を形成する。そして、ステップＳ８において通常動作する。送信器７が送信信号ＶTXをＳＡＷ共振器２に送信し、ＳＡＷ共振器２を介して受信器７１４が受信信号ＶRXを受信する。これにより、ＳＡＷ共振器２の特性に合わせて変調信号生成器４の変調信号の移相器８２３による位相シフト量を制御でき、ＳＡＷ共振器２の本来持っている精度を極力活用できる。調整器８１５の有効、無効処理は必要に応じて設ければ良い。本実施形態によっても前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
【０１２３】
（第１０実施形態）
図２９及び図３０は第１０実施形態の追加説明図を示す。第１０実施形態は、送信器７を１系統設けると共に、この送信器７に対し受信器９１４ａ、９１４ｂを２系統設け、変調周波数ｆmodを固定とし、位相比較器となるミキサ（例えば９１１ａ、９１１ｂ）に入力させる変調信号の位相シフト量を互いに異なるように設定しているところに特徴を備える。
【０１２４】
図２９に示すように、第１０実施形態のセンシングシステム９０１の共振周波数検出装置９０３は、ＳＡＷ共振器２に対応するように送信器９０７及び受信器９１４ａ、９１４ｂを備える。送信器９０７の構成は第２実施形態と同様である。受信器９１４ａは、ミキサ９０８ａ、フィルタ９０９ａ、ミキサ９１１ａ、フィルタ９１２ａ、演算器９１３ａを縦続接続して構成されており、受信器９１４ｂは、ミキサ９０８ｂ、フィルタ９０９ｂ、ミキサ９１１ｂ、フィルタ９１２ｂ、演算器９１３ｂを縦続接続して構成される。これらの受信器９１４ａ、９１４ｂは各構成要素を並列接続して構成される。送信器７は、受信器９１４ａ、９１４ｂのミキサ９０８ａ、９０８ｂに送信信号ＶTXを出力し、ＳＡＷ共振器２、アンテナ１７を介して受信される受信信号ＶRXをミキサ９０８ａ、９０８ｂにそれぞれ入力する。また、変調信号生成器４の変調信号は例えばミキサ９１１ａ、９１１ｂに入力される。
【０１２５】
この構成の他に移相器９２３、スイッチ回路９２６、及び、スイッチ９１０ａ、９１０ｂが設けられている。移相器９２３は、変調信号生成器４の変調信号を予め定められた所定角度（例えば９０°付近）だけシフトし、第２系統のミキサ９１１ｂに変調信号を出力する。すなわち、第１系統の受信器９１４ａと第２系統の受信器９１４ｂとは入力する変調信号の位相が互いに異なっている。スイッチ９１０ａは、フィルタ９１２ａの出力と演算器９１３ａとの間に接続されており、スイッチ回路９２６からオンオフ制御可能になっている。スイッチ９１０ｂは、フィルタ９１２ｂと演算器９１３ｂとの間に接続されており、スイッチ回路９２６からオンオフ制御可能になっている。
【０１２６】
スイッチ回路９２６は、例えば論理回路などにより構成される。スイッチ回路９２６は、ポートＰ１１〜Ｐ１６を備える。ポートＰ１１は演算器９１３ａから信号を入力するポートであり、ポートＰ１２は演算器９１３ｂから信号を入力するポートである。また、ポートＰ１３、Ｐ１４は、加算器５に接続されており、発振器６のキャリア周波数ｆcを調整するためのノードである。なお、第１系統のポートＰ１１からの信号を受付けたときにはポートＰ１３から指令し、第２系統のポートＰ１２から信号を受付けたときにはポートＰ１４から指令する。ポートＰ１５はフィルタ９１２ａの出力を入力するポートであり、ポートＰ１６はフィルタ９１２ｂの出力を入力するポートである。
【０１２７】
スイッチ回路９２６は、通常モードにおいて、スイッチ９１０ａ又は９１０ｂの何れかをオン制御し他方をオフ制御することで、受信器９１４ａ、９１４ｂの演算器９１３ａ、９１３ｂの何れかの出力信号をポートＰ１１又はＰ１２に入力し、この信号をポートＰ１３又はＰ１４から加算器５に出力し、この結果、位相差成分を変調信号生成器４の変調信号に重畳させることでキャリア周波数ｆcを調整可能になっている。
【０１２８】
スイッチ回路９２６は、調整モードに入るとスイッチ９１０ａ、９１０ｂをオフ制御する。この調整モードでは、スイッチ回路９２６による選択制御が有効化され、スイッチ９１０ａ、９１０ｂがオフされると、スイッチ回路９２６はポートＰ１５においてフィルタ９１２ａの出力ＶOUTを有効に検出できる。またスイッチ回路９２６はポートＰ１６においてフィルタ９１２ｂの出力ＶOUTを有効に検出できる。
【０１２９】
次に、調整モード及び通常動作モードの流れを説明する。図３０は流れを概略的に示すフローチャートである。本実施形態では、まずスイッチ回路９２６はステップＵ１において調整モードに入る。スイッチ回路９２６はステップＵ２においてスイッチ９１０ａ、９０１ｂをオフ制御し開ループ状態を形成する。スイッチ回路９２６は、ステップＵ３において選択制御を有効化する。
【０１３０】
スイッチ回路９２６は、ステップＵ４において例えばポートＰ３からＤＣ信号を出力することにより発振器６に与える制御信号Ｖctrlを変更し発振器６のキャリア周波数ｆｃをスイープさせる。そして、スイッチ回路９２６は、ステップＵ５においてフィルタ９１２ａ、９１２ｂの出力の変化が大きい経路、系統の受信器９１４ａ又は９１４ｂを選択する。これにより、キャリア周波数ｆcの変化に応じたフィルタ９１２ａ、９１２ｂの出力ＶOUTの変化の大きい受信器９１４ａ又は９１４ｂを選択できる。
【０１３１】
その後、スイッチ回路９２６は、ステップＵ６において通常動作モードに入ると、ステップＵ７において調整制御を無効化する。またスイッチ回路９２６は、ステップＵ８において、ステップＵ５にて選択された経路、受信器に対応したスイッチ９１０ａ又は９１０ｂをオン制御し、その他方のスイッチをオフのまま保持し、これにより閉ループ状態を形成する。そして、ステップＵ９において通常動作する。送信器７が送信信号ＶTXをＳＡＷ共振器２に送信し、ＳＡＷ共振器２を介して受信器９１４ａ又は９１４ｂが受信信号ＶRXを受信する。これにより、ＳＡＷ共振器２の特性に合わせて経路、系統を選択することができ、ＳＡＷ共振器２の本来持っている精度を極力活用できる。本実施形態によっても前述実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、検出信号が全く得られないという不具合を防止できる。また、スイッチ回路９２６は、スイッチ９１０ａ、９１０ｂの何れかをオンとしその他をオフに切替えることで受信器９１４ａ又は９１４ｂを選択するため、簡便に構成することができる。本実施形態によっても、前述実施形態と同様の作用効果が得られるものとなる。
【０１３２】
（他の実施形態）
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。なお、各実施形態に係る構成は必要に応じて組み合わせて構成しても良い。
【０１３３】
ダウンコンバージョン部としてミキサ８等を用いた形態を示したが、送信信号ＶTXと受信信号ＶRXとを混合して周波数変換可能な構成であればどのような構成を用いても良い。例えば、ダウンコンバージョン部として包絡線検波器などを用いて変調周波数ｆmodを検出可能にしても良い。フィルタ９は必要に応じて設ければ良い。
【０１３４】
位相差検出部としてミキサ１１等を用いた形態を示したが、変調信号生成器４等とフィルタ９の出力を混合して位相差を検出可能な構成でればどのような構成を用いても良い。例えば、Ａ／Ｄ変換処理して信号を読み取り、位相差を検出することも可能である。位相差検出部は、ミキサ１１と共にフィルタ１２を備えるものと考慮しても良いし、さらに演算器１３を備えるものと考慮しても良い。
【０１３５】
第１実施形態では、変調信号生成器４の変調信号を狭域ＦＭ変調波と仮定した理論上の式を示したが、この変調信号生成器４の変調信号は狭域変調波に限定されるものではない。
【０１３６】
例えば第１実施形態等の第５実施形態以外の実施形態には、位相差ΔφBPFfmod＝０°を調整目標値として制御するための構成を例示した。第１実施形態に説明したように、図７の位相差ΔφBPFfmod＝０°の場合と図９の位相差ΔφBPFfmod＝１８０°の場合とでは、電圧ＶOUTのキャリア周波数ｆcの依存性が共振周波数ｆrを中心として特性が逆転する。そのため、受信器（例えば１４）に、受信信号ＶRXの極性を反転させるための構成（例えば反転増幅器）を付加すれば良い。この詳細説明は省略する。したがって、位相差ΔφBPFfmod＝１８０°を調整目標値として制御する場合も前述実施形態と同様の構成及び作用効果を奏するものとなる。また、０°又は１８０°を調整目標値として制御する形態を示しているが、実用的には、この０°又は１８０°を含む所定範囲内を調整目標値として制御しても良い。
【０１３７】
第１０実施形態では、受信器９１４ａ、９１４ｂを２つ設けた形態を示したが、３以上の複数設けても良い。
その他、３以上の複数のＳＡＷ素子に対応して３以上の送信器及び受信器をそれぞれ設けた形態に適用しても良い。
【符号の説明】
【０１３８】
図面中、２、４０２はＳＡＷ共振器、４、５０４ａ、５０４ｂは変調信号生成器（変調信号生成部）、６、４０６ａ、４０６ｂは発振器、７、４０７ａ、４０７ｂ、５０７ａ、５０７ｂは送信器、８、４０８ａ、４０８ｂはミキサ（ダウンコンバート部）、１１、４１１ａ、４１１ｂ、９１１ａ、９１１ｂはミキサ（位相差検出部）、１４、４１４ａ、４１４ｂ、７１４、９１４ａ、９１４ｂは受信器、１５、４１５、５１５、７１５は調整器（周波数調整部）、１１５、６１５は調整器（位相調整部）、１９、４１９ａ、４１９ｂはＳＡＷ素子、１２３、６２３ａ、６２３ｂ、８２３、９２３は移相器、ｆc、ｆc1、ｆc2はキャリア周波数、ｆr、ｆr1，ｆr2はＳＡＷ共振器の共振周波数、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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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