特許 6021213 無線ガス検知システム、レクテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6021213

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月9日

(54)【発明の名称】無線ガス検知システム、レクテナ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/00 20060101AFI20161027BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/00 K

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-93842(P2012-93842)

(22)【出願日】2012年4月17日

(65)【公開番号】特開2013-221859(P2013-221859A)

(43)【公開日】2013年10月28日

【審査請求日】2015年4月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】500302552

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩエアロスペース

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】小澤 雄一郎

【審査官】 塚本 丈二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２０８３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３００６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０９３７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４１９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 北吉均 他，無電源10ｍ超応答可能な無線タグ温度センサ，信学技報，２００５年 ３月，Vol.104 No.680，pp.179-184

【文献】 篠原真毅 他，レクテナ技術のバッテリレス微小電力機器への応用，信学技報，２０１０年 ３月，pp.27-32 (SPS2009-17)

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／２４

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の周波数の電磁波を送信する送電装置と、
前記送電装置から送信される電磁波を受信するアンテナ、前記アンテナに誘起する交流電力を整流し、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する整流素子を含み、前記整流素子が前記所定のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合し、前記整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて前記所定の周波数の反射波が増加するレクテナと、
前記アンテナから送信される電磁波を受信して測定することによって前記所定のガスを検出する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システム。

【請求項2】

第１周波数及び第２周波数を含む周波数帯域で周波数が変化する電磁波を送信する送電装置と、
前記送電装置から送信される電磁波を受信する第１アンテナ、前記第１アンテナに誘起する交流電力を整流し、第１のガスに反応して電流電圧特性が変化する第１整流素子、前記第１アンテナと前記第１整流素子との間に設けられ、前記第１周波数を中心周波数とする第１バンドパスフィルタを含み、前記第１整流素子が前記第１のガスに反応していない状態において前記第１周波数でインピーダンスが整合し、前記第１整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて前記第１周波数の反射波が増加する第１レクテナと、
前記送電装置から送信される電磁波を受信する第２アンテナ、前記第２アンテナに誘起する交流電力を整流し、第２のガスに反応して電流電圧特性が変化する第２整流素子、前記第２アンテナと前記第２整流素子との間に設けられ、前記第２周波数を中心周波数とする第２バンドパスフィルタを含み、前記第２整流素子が前記第２のガスに反応していない状態において前記第２周波数でインピーダンスが整合し、前記第２整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて前記第２周波数の反射波が増加する第２レクテナと、
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナから送信される電磁波を受信して測定することによって前記第１のガス及び前記第２のガスをそれぞれ検出する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システム。

【請求項3】

所定の周波数の電磁波を送信する送電装置と、
前記送電装置から送信される電磁波を受信する第１アンテナ、前記第１アンテナに誘起する交流電力を整流し、第１のガスに反応して電流電圧特性が変化する第１整流素子、前記第１整流素子で整流された直流電力で動作し、第１識別情報を含む信号の電磁波を前記第１アンテナから送信する第１送信回路を含み、前記第１整流素子が前記第１のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合し、前記第１整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて、前記第１整流素子から前記第１送信回路へ供給される直流電力が低下し、前記第１アンテナから送信される前記第１識別情報を含む信号の電磁波の強度が低下する第１レクテナと、
前記送電装置から送信される電磁波を受信する第２アンテナ、前記第２アンテナに誘起する交流電力を整流し、第２のガスに反応して電流電圧特性が変化する第２整流素子、前記第２整流素子で整流された直流電力で動作し、第２識別情報を含む信号の電磁波を前記第２アンテナから送信する第２送信回路を含み、前記第２整流素子が前記第２のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合し、前記第２整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて、前記第２整流素子から前記第２送信回路へ供給される直流電力が低下し、前記第２アンテナから送信される前記第２識別情報を含む信号の電磁波の強度が低下する第２レクテナと、
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナから送信される電磁波を受信して測定することによって前記第１のガス及び前記第２のガスをそれぞれ検出する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システム。

【請求項4】

所定の周波数の電磁波を受信するアンテナと、
前記アンテナに誘起する交流電力を整流し、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する整流素子と、を備え、
前記整流素子が前記所定のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合し、前記整流素子の電流電圧特性が変化したときにインピーダンス不整合が生じて前記所定の周波数の反射波が増加する、ことを特徴とするレクテナ。

【請求項5】

請求項４に記載のレクテナにおいて、前記アンテナと前記整流素子との間に設けられ、前記所定の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタをさらに備える、ことを特徴とするレクテナ。

【請求項6】

請求項４に記載のレクテナにおいて、前記整流素子で整流された直流電力で動作し、所定の識別情報を含む信号の電磁波を前記アンテナから送信する送信回路をさらに備える、ことを特徴とするレクテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスの微量漏洩を検出するガス検知システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池やプラント、ロケットエンジン等を安全に運用する上では、水素ガス等のガス漏れに起因する事故を未然に防止する等の観点から、水素ガス等の微量漏洩を高精度に検出可能なガス検知システムが不可欠である。このようなガス検知システムに用いられる水素ガスセンサとしては、例えば接触燃焼式センサ、気体熱伝導式センサ、熱線型半導体式センサ等が実用化されている（例えば非特許文献１を参照）。また近年は、水素ガスセンサとしてＧａＮ系材料を用いたショットキーバリアダイオードの研究開発が進められている（例えば非特許文献２を参照）。このＧａＮ系材料を用いたショットキーバリアダイオードは、水素ガスに反応して電流電圧特性が変化する性質を有するダイオードである。

【0003】

また燃料電池やプラント、ロケットエンジン等のガス検知システムにおいては、ガスセンサを有線接続で配置することが困難な場合もある。この場合、例えばガスセンサへの電力供給及びガスセンサからの検出信号の受信を無線で行うことが可能になれば、従来配置することができなかった場所にもガスセンサを配置することが可能になる。

【0004】

無線電力伝送技術の一例としては、近年、研究開発が進められているレクテナ（Rectenna)技術が公知である。このレクテナ技術は、微小な消費電力の電子機器への無線給電に適している。ここでレクテナとは、例えばダイポールアンテナと整流回路とで構成され、マイクロ波のエネルギーを直流電流に整流変換するアンテナである（例えば非特許文献３を参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】福井 清、“水素ガスセンサの現状と将来”、［online］、表面技術、［平成２３年１２月６日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.jstage.jst.go.jp/article/sfj/57/4/244/#pdf/-char/ja/〉

【非特許文献2】松尾 一心、他３名、“ＧａＮ系ショットキー形水素ガスセンサーの作製と評価”、［online］、［平成２３年１２月６日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://annex.jsap.or.jp/hokkaido/yokousyuu40th/B-3.pdf〉

【非特許文献3】篠原 真毅、他３名、“レクテナ技術のバッテリレス微小電力機器への応用”、［online］、信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE SPS2009-17(2010-03)、［平成２３年１２月６日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.ieice.org/~wpt/paper/SPS2009-17.pdf〉

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前述したように、ガスセンサへの電力供給及びガスセンサからの検出信号の受信を無線で行うことが可能になれば、例えば従来配置することができなかった場所にもガスセンサを配置することが可能になる。またガス検出の対象となる場所は、人間が立ち入ることが困難な環境条件となる場合が多いため、緊急時等に現場においてガスセンサを有線接続で設置するのは容易ではない。しかしガスセンサへの電力供給及びガスセンサからの検出信号の受信を無線で行うことが可能になれば、そのような場所に予めガスセンサを配置しておくだけで、緊急時等にガスの微量漏洩の有無を検出することが容易に可能になる。

【0007】

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、所定の周波数の電磁波を送信する送電装置と、前記送電装置から送信される電磁波を受信するアンテナ、前記アンテナに誘起する交流電力を整流し、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する整流素子を含み、前記整流素子が前記所定のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合するレクテナと、前記アンテナから送信される電磁波を受信して測定する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システムである。
尚、本発明において「電磁波を送信」とは、電磁波を放射することを意味し、「電磁波を受信」とは、電磁波を電気エネルギーに変換することを意味する。

【0009】

レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置する。そして所定の周波数の電磁波を送電装置からレクテナへ送信する。レクテナは、整流素子が所定のガスに反応していない状態において所定の周波数でインピーダンスが整合する。したがって整流素子が所定のガスに反応していない状態においては、レクテナから反射波はほとんど生じない。他方、レクテナは、整流素子が所定のガスに反応すると、整流素子の電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、所定の周波数の電磁波となってアンテナから送信される。

【0010】

したがってレクテナから送信される所定の周波数の電磁波の有無や強度の変化を電磁波測定装置で測定することによって、そのレクテナの整流素子が所定のガスに反応しているか否かを特定することができる。つまり所望の場所における所定のガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができる。

【0011】

これにより本発明の第１の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。

【0012】

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、第１周波数及び第２周波数を含む周波数帯域で周波数が変化する電磁波を送信する送電装置と、前記送電装置から送信される電磁波を受信する第１アンテナ、前記第１アンテナに誘起する交流電力を整流し、第１のガスに反応して電流電圧特性が変化する第１整流素子、前記第１アンテナと前記第１整流素子との間に設けられ、前記第１周波数を中心周波数とする第１バンドパスフィルタを含み、前記第１整流素子が前記第１のガスに反応していない状態において前記第１周波数でインピーダンスが整合する第１レクテナと、前記送電装置から送信される電磁波を受信する第２アンテナ、前記第２アンテナに誘起する交流電力を整流し、第２のガスに反応して電流電圧特性が変化する第２整流素子、前記第２アンテナと前記第２整流素子との間に設けられ、前記第２周波数を中心周波数とする第２バンドパスフィルタを含み、前記第２整流素子が前記第２のガスに反応していない状態において前記第２周波数でインピーダンスが整合する第２レクテナと、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナから送信される電磁波を受信して測定する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システムである。

【0013】

第１レクテナ及び第２レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置する。そして第１周波数及び第２周波数を含む周波数帯域で周波数が変化する電磁波を送電装置から第１レクテナ及び第２レクテナへ送信する。第１レクテナは、第１周波数を中心周波数とする第１バンドパスフィルタが設けられているので、第１周波数及びその近傍の周波数の電磁波だけを送受信することになる。同様に、第２レクテナは、第２周波数を中心周波数とする第２バンドパスフィルタが設けられているので、第２周波数及びその近傍の周波数の電磁波だけを送受信することになる。

【0014】

第１レクテナは、第１整流素子が第１のガスに反応すると、第１整流素子の電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、第１周波数の電磁波となって第１アンテナから送信される。また第２レクテナは、第２整流素子が第２のガスに反応すると、第２整流素子の電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、第２周波数の電磁波となって第２アンテナから送信される。

【0015】

そして電磁波測定装置において、第１レクテナから送信される第１周波数の電磁波、及び第２レクテナから送信される第２周波数の電磁波の有無や強度の変化を個々に測定する。それによって第１整流素子が第１のガスに反応しているか否か、第２整流素子が第２のガスに反応しているか否かをそれぞれ特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができるとともに、その微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。

【0016】

これにより本発明の第２の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。またその微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。

【0017】

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、所定の周波数の電磁波を送信する送電装置と、前記送電装置から送信される電磁波を受信する第１アンテナ、前記第１アンテナに誘起する交流電力を整流し、第１のガスに反応して電流電圧特性が変化する第１整流素子、前記第１整流素子で整流された直流電力で動作し、第１識別情報を含む信号の電磁波を前記第１アンテナから送信する第１送信回路を含み、前記第１整流素子が前記第１のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合する第１レクテナと、前記送電装置から送信される電磁波を受信する第２アンテナ、前記第２アンテナに誘起する交流電力を整流し、第２のガスに反応して電流電圧特性が変化する第２整流素子、前記第２整流素子で整流された直流電力で動作し、第２識別情報を含む信号の電磁波を前記第２アンテナから送信する第２送信回路を含み、前記第２整流素子が前記第２のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合する第２レクテナと、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナから送信される電磁波を受信して測定する電磁波測定装置と、を備える無線ガス検知システムである。

【0018】

第１レクテナ及び第２レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置する。そして所定の周波数の電磁波を送電装置から第１レクテナ及び第２レクテナへ送信する。第１レクテナの第１送信回路は、第１整流素子で整流された直流電力で動作し、第１識別情報を含む信号の電磁波を第１アンテナから送信する。また第２レクテナの第２送信回路は、第２整流素子で整流された直流電力で動作し、第２識別情報を含む信号の電磁波を第２アンテナから送信する。

【0019】

第１整流素子が第１のガスに反応すると、第１整流素子の電流電圧特性が変化するため、第１レクテナのインピーダンス不整合が生じる。それによって第１送信回路へ供給される直流電力が低下するため、第１送信回路から送信される第１識別情報を含む信号の電磁波は、強度が低下するか、全く送信されない状態となる。また第２整流素子が第２のガスに反応すると、第２整流素子の電流電圧特性が変化するため、第２レクテナのインピーダンス不整合が生じる。それによって第２送信回路へ供給される直流電力が低下するため、第２送信回路から送信される第２識別情報を含む信号の電磁波は、強度が低下するか、全く送信されない状態となる。

【0020】

そして電磁波測定装置において、第１レクテナから送信される第１識別情報を含む信号の電磁波、及び第２レクテナから送信される第２識別情報を含む信号の電磁波の有無や強度の変化を個々に測定する。それによって第１整流素子が第１のガスに反応しているか否か、第２整流素子が第２のガスに反応しているか否かをそれぞれ特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができるとともに、その微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。

【0021】

これにより本発明の第３の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。またその微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。

【0022】

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、所定の周波数の電磁波を受信するアンテナと、前記アンテナに誘起する交流電力を整流し、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する整流素子と、を備え、前記整流素子が前記所定のガスに反応していない状態において前記所定の周波数でインピーダンスが整合する、ことを特徴とするレクテナである。

【0023】

レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置し、所定の周波数の電磁波をレクテナへ送信する。レクテナは、整流素子が所定のガスに反応していない状態において所定の周波数でインピーダンスが整合する。したがって整流素子が所定のガスに反応していない状態においては、レクテナから反射波はほとんど生じない。他方、整流素子が所定のガスに反応すると、整流素子の電流電圧特性が変化するため、レクテナのインピーダンス不整合が生じてレクテナからの反射波が増加する。この反射波は、所定の周波数の電磁波となってアンテナから送信される。

【0024】

したがってレクテナから送信される所定の周波数の電磁波の有無や強度の変化を測定することによって、そのレクテナの整流素子が所定のガスに反応しているか否かを特定することができる。つまり所望の場所における所定のガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができる。これにより本発明の第４の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。

【0025】

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第４の態様において、前記アンテナと前記整流素子との間に設けられ、前記所定の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタをさらに備える、ことを特徴とするレクテナである。
本発明の第５の態様によれば、前述した本発明の第４の態様で得られる作用効果に加えて、所定の周波数以外の周波数の電磁波に対して反射波が出力されることを防止することができるので、不要な反射波の発生を抑制することができるという作用効果が得られる。

【0026】

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第４の態様において、前記整流素子で整流された直流電力で動作し、所定の識別情報を含む信号の電磁波を前記アンテナから送信する送信回路をさらに備える、ことを特徴とするレクテナである。

【0027】

レクテナをガスセンサとして所望の場所に配置し、所定の周波数の電磁波をレクテナへ送信する。レクテナは、整流素子が所定のガスに反応していない状態において所定の周波数でインピーダンスが整合する。したがって整流素子が所定のガスに反応していない状態においては、レクテナの送信回路は、整流素子で整流された直流電力で動作し、所定の識別情報を含む信号の電磁波をアンテナから送信する。他方、整流素子が所定のガスに反応すると、整流素子の電流電圧特性が変化するため、レクテナのインピーダンス不整合が生じる。それによって送信回路へ供給される直流電力が低下するため、送信回路から送信される所定の識別情報を含む信号の電磁波は、強度が低下するか、全く送信されない状態となる。

【0028】

したがってレクテナから送信される所定の識別情報を含む信号の電磁波の有無や強度の変化を測定することによって、そのレクテナの整流素子が所定のガスに反応しているか否かを特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができる。これにより本発明の第６の態様によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができるという作用効果が得られる。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】第１実施例の無線ガス検知システムの構成を図示したブロック図。

【図2】第１実施例のレクテナの回路図。

【図3】第２実施例の無線ガス検知システムの構成を図示したブロック図。

【図4】第２実施例の第１レクテナ及び第２レクテナの回路図。

【図5】第３実施例の第１レクテナ及び第２レクテナの回路図。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

【0032】

＜第１実施例＞
本発明に係る無線ガス検知システムの第１実施例について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、第１実施例の無線ガス検知システムの構成を図示したブロック図である。図２は、第１実施例のレクテナの回路図である。

【0033】

第１実施例の無線ガス検知システムは、送電装置１０、レクテナ２０及び電磁波測定装置３０を備える。

【0034】

送電装置１０は送電アンテナ１１を含む。送電装置１０は、例えば１０ＧＨｚの周波数（所定の周波数）の電磁波を送電アンテナ１１から送信する。より具体的には送電装置１０は、交流信号を発生する発振器、発振器が出力する交流信号を変調する変調回路、変調回路の出力信号を増幅する電力増幅器等を含む公知の装置である。

【0035】

レクテナ２０は、受電アンテナ２１、ショットキーバリアダイオード２２、コンデンサ２３、抵抗器２４を含む。

【0036】

「アンテナ」としての受電アンテナ２１は、送電装置１０の送電アンテナ１１から送信される電磁波を受信する。「整流素子」としてのショットキーバリアダイオード２２は、受電アンテナ２１に誘起する交流電力を整流して直流電力に変換する。またショットキーバリアダイオード２２は、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する素子であり、例えば水素ガスに反応して電流電圧特性が変化するＧａＮ系ショットキーバリアダイオードである。この「整流素子」としては、特に高周波特性に優れるショットキーバリアダイオードが好適であるが、所定のガスに反応して電流電圧特性が変化する素子であれば、例えばダイオード等の整流素子を用いることもできる。コンデンサ２３は、主に平滑コンデンサとして機能する。抵抗器２４は負荷抵抗である。

【0037】

レクテナ２０は、ショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応していない状態において、１０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。レクテナ２０のインピーダンスは、例えばショットキーバリアダイオード２２の特性、コンデンサ２３の容量、抵抗器２４の抵抗値、ショットキーバリアダイオード２２とコンデンサ２３との間の配線長を調整することによって整合させることができる。より高精度にレクテナ２０のインピーダンスを整合させる上では、例えばインピーダンス調整用のスタブ（stub）をレクテナ２０に設けるのが好ましい。

【0038】

電磁波測定装置３０は、受信アンテナ３１を含む。電磁波測定装置３０は、公知の電波測定器等であり、レクテナ２０の受電アンテナ２１から送信される電磁波を受信して測定するための装置である。

【0039】

このような構成の第１実施例の無線ガス検知システムにおいて、レクテナ２０は、ガスセンサとして所望の場所に配置される。そして１０ＧＨｚの周波数の電磁波が送電装置１０からレクテナ２０へ送信される。レクテナ２０は、ショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応していない状態において１０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。したがってショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応していない状態においては、レクテナ２０から反射波はほとんど生じない。他方、レクテナ２０は、ショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応すると、ショットキーバリアダイオード２２の電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、１０ＧＨｚの周波数の電磁波となって受電アンテナ２１から送信される。

【0040】

したがってレクテナ２０から送信される１０ＧＨｚの周波数の電磁波の有無や強度の変化を電磁波測定装置３０で測定することによって、そのレクテナ２０のショットキーバリアダイオード２２が水素ガスに反応しているか否かを特定することができる。つまり所望の場所における水素ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができる。

【0041】

このようにして本発明によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができる。

【0042】

＜第２実施例＞
本発明に係る無線ガス検知システムの第２実施例について、図３及び図４を参照しながら説明する。
図３は、第２実施例の無線ガス検知システムの構成を図示したブロック図である。図４は、第２実施例の第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂの回路図である。

【0043】

第２実施例の無線ガス検知システムは、送電装置１０、第１レクテナ２０ａ、第２レクテナ２０ｂ及び電磁波測定装置３０を備える。電磁波測定装置３０については、第１実施例と同様であるため詳細な説明を省略する。

【0044】

第２実施例の送電装置１０は、第１周波数及び第２周波数を含む周波数帯域で周波数が変化する電磁波を送信する。ここで例えば第１周波数を２０ＧＨｚ、第２周波数を３０ＧＨｚとすると、送電装置１０は、２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの範囲で周波数が周期的にスイープする電磁波を送電アンテナ１１から送信する。あるいは２０ＧＨｚ及び３０ＧＨｚの周波数の電磁波を送電アンテナ１１から交互に送信してもよい。

【0045】

第２実施例の第１レクテナ２０ａは、第１受電アンテナ２１ａ、第１ショットキーバリアダイオード２２ａ、第１コンデンサ２３ａ、第１抵抗器２４ａ、第１バンドパスフィルタ２５ａを含む。

【0046】

「第１アンテナ」としての第１受電アンテナ２１ａは、送電装置１０の送電アンテナ１１から送信される電磁波を受信する。「第１整流素子」としての第１ショットキーバリアダイオード２２ａは、第１受電アンテナ２１ａに誘起する交流電力を整流して直流電力に変換する。また第１ショットキーバリアダイオード２２ａは、第１のガス（例えば水素ガス）に反応して電流電圧特性が変化する素子である。第１コンデンサ２３ａは、主に平滑コンデンサとして機能する。第１抵抗器２４ａは負荷抵抗である。第１バンドパスフィルタ２５ａは、第１受電アンテナ２１ａと第１ショットキーバリアダイオード２２ａとの間に設けられており、中心周波数が２０ＧＨｚのバンドパスフィルタである。

【0047】

第２レクテナ２０ｂは、回路構成は第１レクテナ２０ａと同じであり、第２受電アンテナ２１ｂ、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂ、第２コンデンサ２３ｂ、第２抵抗器２４ｂ、第２バンドパスフィルタ２５ｂを含む。

【0048】

「第２アンテナ」としての第２受電アンテナ２１ｂは、送電装置１０の送電アンテナ１１から送信される電磁波を受信する。「第２整流素子」としての第２ショットキーバリアダイオード２２ｂは、第２受電アンテナ２１ｂに誘起する交流電力を整流して直流電力に変換する。また第２ショットキーバリアダイオード２２ｂは、第２のガス（第１のガスと異なる種類のガス）に反応して電流電圧特性が変化する素子である。第２コンデンサ２３ｂは、主に平滑コンデンサとして機能する。第２抵抗器２４ｂは負荷抵抗である。第２バンドパスフィルタ２５ｂは、第２受電アンテナ２１ｂと第２ショットキーバリアダイオード２２ｂとの間に設けられており、中心周波数が３０ＧＨｚのバンドパスフィルタである。

【0049】

第２実施例の第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応していない状態において、２０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。他方、第２実施例の第２レクテナ２０ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応していない状態において、３０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。

【0050】

このような構成の第２実施例の無線ガス検知システムにおいて、第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂは、ガスセンサとして所望の場所にそれぞれ配置される。そして２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの範囲で周波数が周期的にスイープする電磁波が送電装置１０から第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂへ送信される。あるいは２０ＧＨｚ及び３０ＧＨｚの周波数の電磁波が送電アンテナ１１から交互に送信されるようにしてもよい。第１レクテナ２０ａは、中心周波数が２０ＧＨｚの第１バンドパスフィルタ２５ａが設けられているので、２０ＧＨｚ及びその近傍の周波数の電磁波だけを送受信することになる。同様に、第２レクテナ２０ｂは、中心周波数が３０ＧＨｚの第２バンドパスフィルタ２５ｂが設けられているので、３０ＧＨｚ及びその近傍の周波数の電磁波だけを送受信することになる。

【0051】

第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応すると、第１ショットキーバリアダイオード２２ａの電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、２０ＧＨｚの周波数の電磁波となって第１受電アンテナ２１ａから送信される。また第２レクテナ２０ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応すると、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂの電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じて反射波が増加する。この反射波は、３０ＧＨｚの周波数の電磁波となって第２受電アンテナ２１ｂから送信される。

【0052】

そして電磁波測定装置３０において、第１レクテナ２０ａから送信される２０ＧＨｚの周波数の電磁波、及び第２レクテナ２０ｂから送信される３０ＧＨｚの周波数の電磁波の有無や強度の変化を個々に測定する。それによって第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応しているか否か、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応しているか否かをそれぞれ特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができるとともに、その微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。

【0053】

このようにして本発明によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができる。またその微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。
尚、第２実施例は、第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂを備える無線ガス検知システムを例に説明したが、レクテナの数は、特にこの２つに限定されるものではなく、３つ以上のレクテナを設けても本発明が実施可能であることは言うまでもない。

【0054】

＜第３実施例＞
本発明に係る無線ガス検知システムの第３実施例について、図３及び図５を参照しながら説明する。
第３実施例の無線ガス検知システムは、第２実施例と同様に、送電装置１０、第１レクテナ２０ａ、第２レクテナ２０ｂ及び電磁波測定装置３０を備える（図３）。ただし第３実施例の送電装置１０は、第１実施例と同様に、例えば１０ＧＨｚの周波数（所定の周波数）の電磁波を送電アンテナ１１から送信する。電磁波測定装置３０については、第１実施例と同様であるため詳細な説明を省略する。

【0055】

図５は、第３実施例の第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂの回路図である。
第３実施例の第１レクテナ２０ａは、第１受電アンテナ２１ａ、第１ショットキーバリアダイオード２２ａ、第１コンデンサ２３ａ、第１ＲＦスイッチ２６ａ、第１電源回路２７ａ、第１変調制御回路２８ａを含む。

【0056】

「第１アンテナ」としての第１受電アンテナ２１ａ、「第１整流素子」としての第１ショットキーバリアダイオード２２ａ、第１コンデンサ２３ａは、第２実施例と同様である。第１ＲＦスイッチ２６ａ、第１電源回路２７ａ、第１変調制御回路２８ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａで整流された直流電力で動作し、第１識別情報を含む信号の電磁波を第１受電アンテナ２１ａから送信する「第１送信回路」を構成する。

【0057】

第１ＲＦスイッチ２６ａは、高周波スイッチ回路であり、第１受電アンテナ２１ａから第１ショットキーバリアダイオード２２ａへの信号経路と、第１変調制御回路２８ａから第１受電アンテナ２１ａへの信号経路とを切り替えるスイッチである。第１電源回路２７ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａで整流された直流電力で動作し、一定の直流電圧を第１変調制御回路２８ａへ供給する。第１変調制御回路２８ａは、第１電源回路２７ａが出力する直流電圧で動作し、第１ＲＦスイッチ２６ａを介して、第１識別情報を含む交流信号を第１受電アンテナ２１ａへ出力する。この第１識別情報は、複数のレクテナの中から第１レクテナ２０ａを識別して特定するための情報であり、第１レクテナ２０ａに固有の情報である。

【0058】

第２レクテナ２０ｂは、回路構成は第１レクテナ２０ａと同じであり、第２受電アンテナ２１ｂ、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂ、第２コンデンサ２３ｂ、第２ＲＦスイッチ２６ｂ、第２電源回路２７ｂ、第２変調制御回路２８ｂを含む。

【0059】

「第２アンテナ」としての第２受電アンテナ２１ｂ、「第２整流素子」としての第２ショットキーバリアダイオード２２ｂ、第２コンデンサ２３ｂは、第２実施例と同様である。第２ＲＦスイッチ２６ｂ、第２電源回路２７ｂ、第２変調制御回路２８ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂで整流された直流電力で動作し、第２識別情報を含む信号の電磁波を第２受電アンテナ２１ｂから送信する「第２送信回路」を構成する。

【0060】

第２ＲＦスイッチ２６ｂは、高周波スイッチ回路であり、第２受電アンテナ２１ｂから第２ショットキーバリアダイオード２２ｂへの信号経路と、第２変調制御回路２８ｂから第２受電アンテナ２１ｂへの信号経路とを切り替えるスイッチである。第２電源回路２７ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂで整流された直流電力で動作し、一定の直流電圧を第２変調制御回路２８ｂへ供給する。第２変調制御回路２８ｂは、第２電源回路２７ｂが出力する直流電圧で動作し、第２ＲＦスイッチ２６ｂを介して、第２識別情報を含む交流信号を第２受電アンテナ２１ｂへ出力する。この第２識別情報は、複数のレクテナの中から第２レクテナ２０ｂを識別して特定するための情報であり、第２レクテナ２０ｂに固有の情報である。

【0061】

第３実施例の第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応していない状態において、１０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。同様に、第３実施例の第２レクテナ２０ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応していない状態において、１０ＧＨｚの周波数でインピーダンスが整合する。

【0062】

このような構成の第３実施例の無線ガス検知システムにおいて、第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂは、ガスセンサとして所望の場所にそれぞれ配置される。そして１０ＧＨｚの周波数の電磁波を送電装置１０から第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂへ送信する。第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａで整流された直流電力で第１電源回路２７ａが動作する。それによって第１変調制御回路２８ａが生成する第１識別情報を含む交流信号の電磁波が第１受電アンテナ２１ａから送信される。また第２レクテナ２０ｂは、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂで整流された直流電力で第２電源回路２７ｂが動作する。それによって第２変調制御回路２８ｂが生成する第２識別情報を含む交流信号の電磁波が第２受電アンテナ２１ｂから送信される。

【0063】

第１レクテナ２０ａは、第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応すると、第１ショットキーバリアダイオード２２ａの電流電圧特性が変化するため、インピーダンス不整合が生じる。それによって第１電源回路２７ａへ供給される直流電力が低下するため、第１変調制御回路２８ａが動作しなくなり、第１識別情報を含む信号の電磁波が第１受電アンテナ２１ａから送信されない状態となる。また第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応すると、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂの電流電圧特性が変化するため、第２レクテナ２０ｂのインピーダンス不整合が生じる。それによって第２電源回路２７ｂへ供給される直流電力が低下するため、第２変調制御回路２８ｂが動作しなくなり、第２識別情報を含む信号の電磁波が第２受電アンテナ２１ｂから送信されない状態となる。

【0064】

そして電磁波測定装置３０において、第１レクテナ２０ａから送信される第１識別情報を含む信号の電磁波、及び第２レクテナ２０ｂから送信される第２識別情報を含む信号の電磁波の有無や強度の変化を個々に測定する。それによって第１ショットキーバリアダイオード２２ａが第１のガスに反応しているか否か、第２ショットキーバリアダイオード２２ｂが第２のガスに反応しているか否かをそれぞれ特定することができる。つまり所望の場所におけるガスの微量漏洩の検出を無線で行うことができるとともに、その微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。

【0065】

このようにして本発明によれば、ガスの微量漏洩の検出を無線で行うことが可能な無線ガス検知システムを提供することができる。またその微量漏洩が生じているガスの種類を特定することができる。
尚、第３実施例は、第１レクテナ２０ａ及び第２レクテナ２０ｂを備える無線ガス検知システムを例に説明したが、レクテナの数は、特にこの２つに限定されるものではなく、３つ以上のレクテナを設けても本発明が実施可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0066】

１０ 送電装置
１１ 送電アンテナ
２０ レクテナ
２１ 受電アンテナ
２２ ショットキーバリアダイオード
３０ 電磁波測定装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】