特開 2022-180723 無線計測システム、表面弾性波素子および無線計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022180723

(43)【公開日】2022-12-07

(54)【発明の名称】無線計測システム、表面弾性波素子および無線計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/32 20060101AFI20221130BHJP

【ＦＩ】

G01K7/32 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021087364

(22)【出願日】2021-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】森下 慶一

(72)【発明者】

【氏名】大山 直樹

(72)【発明者】

【氏名】安井 潤

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 健二

(72)【発明者】

【氏名】山上 航平

(72)【発明者】

【氏名】西森 年彦

(57)【要約】

【課題】物理量の検知精度を向上させる。
【解決手段】無線計測システムは、物理量に応じてインピーダンスが変化するセンサと、第１反射器がセンサと非接続であり、第２反射器がセンサに接続され、表面弾性波送受信電極がアンテナが受信した電波を表面弾性波に変換して第１反射器と第２反射器へ送信し、第１反射器で反射された第１反射波と第２反射器で反射された第２反射波を受信してアンテナから電波に変換して送信する表面弾性波素子と、アンテナに対して電波を送信するとともにアンテナが送信した電波を受信する電波送受信部と、電波送受信部の受信信号に含まれる第１反射波に応じた第１受信信号と第２反射波に応じた第２受信信号との比較結果に基づいて物理量を算出する受信信号処理部とを有する無線計測装置とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の物理量に応じてインピーダンスが変化するセンサと、
アンテナと、圧電結晶と、前記圧電結晶上に配置された第１反射器と、前記圧電結晶上に配置された第２反射器と、前記圧電結晶上に配置された表面弾性波送受信電極とを有し、
前記第１反射器が、前記センサと非接続であり、
前記第２反射器が、前記センサに接続され、かつ、前記第１反射器と前記表面弾性波送受信電極との間の第１距離と異なる前記表面弾性波送受信電極に対する第２距離を有し、
前記表面弾性波送受信電極が、前記アンテナが受信した電波を表面弾性波に変換して前記第１反射器と前記第２反射器へ送信し、前記第１反射器で反射された第１反射波と前記第２反射器で反射された第２反射波を受信して前記アンテナから電波に変換して送信する 表面弾性波素子と、
前記アンテナに対して電波を送信するとともに、前記アンテナが送信した電波を受信する電波送受信部と、
前記電波送受信部の受信信号に含まれる前記第１反射波に応じた第１受信信号と前記第２反射波に応じた第２受信信号との比較結果に基づいて前記物理量を算出する受信信号処理部と
を有する無線計測装置と
を備える無線計測システム。

【請求項2】

前記比較結果は、前記第１受信信号の振幅値と前記第２受信信号の振幅値を比較した結果である
請求項１に記載の無線計測システム。

【請求項3】

前記比較結果は、前記第１受信信号の振幅値と前記第２受信信号の振幅値の比の値である
請求項１に記載の無線計測システム。

【請求項4】

前記表面弾性波素子が、前記圧電結晶上に前記第１距離および前記第２距離とは異なる前記表面弾性波送受信電極に対する第３距離を有して配置され、かつ、前記センサに非接続の第３反射器をさらに有し、
前記第１距離が前記第２距離より短く、かつ、前記第３距離が前記第２距離より長く、
前記表面弾性波送受信電極が、前記アンテナが受信した電波を表面弾性波に変換して前記第１反射器と前記第２反射器と前記第３反射器へ送信し、前記第１反射器で反射された第１反射波と前記第２反射器で反射された第２反射波と前記第３反射器で反射された第３反射波とを受信して前記アンテナから電波に変換して送信し、
前記受信信号処理部が、前記受信信号に含まれる前記第３反射波に応じた第３受信信号と前記第１受信信号とを平均化した信号と、前記第２受信信号との比較結果に基づいて、前記物理量を算出する
請求項１に記載の無線計測システム。

【請求項5】

前記第１反射器と前記表面弾性波送受信電極間の最短の伝搬路と、前記第２反射器と前記表面弾性波送受信電極間の最短の伝搬路とが非重複である
請求項１～４のいずれか１項に記載の無線計測システム。

【請求項6】

アンテナと、圧電結晶と、前記圧電結晶上に配置された第１反射器と、前記圧電結晶上に配置された第２反射器と、前記圧電結晶上に配置された表面弾性波送受信電極とを備え、
前記第１反射器が、所定の物理量に応じてインピーダンスが変化するセンサと非接続であり、
前記第２反射器が、前記センサに接続され、かつ、前記第１反射器と前記表面弾性波送受信電極との間の第１距離と異なる前記表面弾性波送受信電極に対する第２距離を有し、
前記表面弾性波送受信電極が、前記アンテナが受信した電波を表面弾性波に変換して前記第１反射器と前記第２反射器へ送信し、前記第１反射器で反射された第１反射波と前記第２反射器で反射された第２反射波を受信して前記アンテナから電波に変換して送信し、
前記第１反射波と前記第２反射波との比較結果が前記物理量に対応する
表面弾性波素子。

【請求項7】

所定の物理量に応じてインピーダンスが変化するセンサと、
アンテナと、圧電結晶と、前記圧電結晶上に配置された第１反射器と、前記圧電結晶上に配置された第２反射器と、前記圧電結晶上に配置された表面弾性波送受信電極とを有し、
前記第１反射器が、前記センサと非接続であり、
前記第２反射器が、前記センサに接続され、かつ、前記第１反射器と前記表面弾性波送受信電極との間の第１距離と異なる前記表面弾性波送受信電極に対する第２距離を有し、
前記表面弾性波送受信電極が、前記アンテナが受信した電波を表面弾性波に変換して前記第１反射器と前記第２反射器へ送信し、前記第１反射器で反射された第１反射波と前記第２反射器で反射された第２反射波を受信して前記アンテナから電波に変換して送信する 表面弾性波素子と、
を用いて、
前記アンテナに対して電波を送信するとともに、前記アンテナが送信した電波を受信するステップと、
その受信信号に含まれる前記第１反射波に応じた第１受信信号と前記第２反射波に応じた第２受信信号との比較結果に基づいて前記物理量を算出するステップと
を含む無線計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無線計測システム、表面弾性波素子および無線計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、表面弾性素子を用いた次のような無線計測システムが記載されている。すなわち、特許文献１では、表面弾性素子として、圧電基板上にすだれ状の電極を１組作成し、一方の電極を表面弾性波送受信電極、他方を反射器として利用している。また、反射器には、センサ（インピーダンス）が接続されている。そして、外部のホスト装置は、表面弾性素子の表面弾性波送受信電極に対して送信機から電波を送信するとともに、表面弾性素子から送信されてきた電波を受信して、受信した信号に基づき、センサが検知した物理量を計算する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－２５５７０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されている無線計測システムは、上述したように、送信機から電波を放射して表面弾性波素子に信号を印加し、表面弾性波素子からの反射信号を電波として受信する無線構成を有している。そのため、送受信間の距離に伴う空間減衰の変化や、送受信機の位置関係で不可避に発生するマルチパスによるフェージング等により、被計測物理量の計測に対する誤差が発生するという課題があった。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、物理量の検知精度を向上させることができる無線計測システム、表面弾性波素子および無線計測方法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】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示に係る無線計測システムは、所定の物理量に応じてインピーダンスが変化するセンサと、アンテナと、圧電結晶と、前記圧電結晶上に配置された第１反射器と、前記圧電結晶上に配置された第２反射器と、前記圧電結晶上に配置された表面弾性波送受信電極とを有し、前記第１反射器が、前記センサと非接続であり、前記第２反射器が、前記センサに接続され、かつ、前記第１反射器と前記表面弾性波送受信電極との間の第１距離と異なる前記表面弾性波送受信電極に対する第２距離を有し、前記表面弾性波送受信電極が、前記アンテナが受信した電波を表面弾性波に変換して前記第１反射器と前記第２反射器へ送信し、前記第１反射器で反射された第１反射波と前記第２反射器で反射された第２反射波を受信して前記アンテナから電波に変換して送信する表面弾性波素子と、前記アンテナに対して電波を送信するとともに、前記アンテナが送信した電波を受信する電波送受信部と、前記電波送受信部の受信信号に含まれる前記第１反射波に応じた第１受信信号と前記第２反射波に応じた第２受信信号との比較結果に基づいて前記物理量を算出する受信信号処理部とを有する無線計測装置とを備える。

【0007】

本開示に係る表面弾性波素子は、アンテナと、圧電結晶と、前記圧電結晶上に配置された第１反射器と、前記圧電結晶上に配置された第２反射器と、前記圧電結晶上に配置された表面弾性波送受信電極とを備え、前記第１反射器が、所定の物理量に応じてインピーダンスが変化するセンサと非接続であり、前記第２反射器が、前記センサに接続され、かつ、前記第１反射器と前記表面弾性波送受信電極との間の第１距離と異なる前記表面弾性波送受信電極に対する第２距離を有し、前記表面弾性波送受信電極が、前記アンテナが受信した電波を表面弾性波に変換して前記第１反射器と前記第２反射器へ送信し、前記第１反射器で反射された第１反射波と前記第２反射器で反射された第２反射波を受信して前記アンテナから電波に変換して送信し、前記第１反射波と前記第２反射波との比較結果が前記物理量に対応する。

【0008】

本開示に係る無線計測方法は、所定の物理量に応じてインピーダンスが変化するセンサと、アンテナと、圧電結晶と、前記圧電結晶上に配置された第１反射器と、前記圧電結晶上に配置された第２反射器と、前記圧電結晶上に配置された表面弾性波送受信電極とを有し、前記第１反射器が、前記センサと非接続であり、前記第２反射器が、前記センサに接続され、かつ、前記第１反射器と前記表面弾性波送受信電極との間の第１距離と異なる前記表面弾性波送受信電極に対する第２距離を有し、前記表面弾性波送受信電極が、前記アンテナが受信した電波を表面弾性波に変換して前記第１反射器と前記第２反射器へ送信し、前記第１反射器で反射された第１反射波と前記第２反射器で反射された第２反射波を受信して前記アンテナから電波に変換して送信する表面弾性波素子と、を用いて、前記アンテナに対して電波を送信するとともに、前記アンテナが送信した電波を受信するステップと、その受信信号に含まれる前記第１反射波に応じた第１受信信号と前記第２反射波に応じた第２受信信号との比較結果に基づいて前記物理量を算出するステップとを含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示の無線計測システム、表面弾性波素子および無線計測方法によれば、物理量の検知精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施形態に係る無線計測システムの構成例を示す模式図である。

【図2】本開示の実施形態に係る無線計測装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】本開示の第１実施形態に係る表面弾性波素子の構成例を模式的に示す平面図である。

【図4】本開示の第１実施形態に係る受信信号の例を示す波形図である。

【図5】本開示の第１実施形態に係る受信信号の他の例を示す波形図である。

【図6】本開示の第１実施形態に係る無線計測装置の動作例を示すフローチャートである。

【図7】本開示の実施形態に係る無線計測システムの動作例を説明するための模式図である。

【図8】本開示の実施形態に係る無線計測システムの動作例を説明するための模式図である。

【図9】本開示の実施形態に係る無線計測システムの動作例を説明するための特性図である。

【図10】本開示の実施形態に係る無線計測システムに係るシミュレーション結果を示す図である。

【図11】本開示の実施形態に係る無線計測システムの比較例に係るシミュレーション結果を示す図である。

【図12】本開示の実施形態に係る無線計測システムとその比較例に係るシミュレーション結果を示す図である。

【図13】本開示の第２実施形態に係る表面弾性波素子の構成例を模式的に示す平面図である。

【図14】本開示の第２実施形態に係る受信信号の例を示す波形図である。

【図15】本開示の第２実施形態に係る無線計測装置の動作例を示すフローチャートである。

【図16】本開示の第３実施形態に係る表面弾性波素子の構成例を模式的に示す平面図である。

【図17】少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜第１実施形態＞
（無線計測システムの構成例）
以下、本開示の実施形態に係る無線計測システム、表面弾性波素子および無線計測方法について、図１～図１２を参照して説明する。本開示の実施形態（第１実施形態から第３実施形態）に係る無線計測システムの構成例を示す模式図である。図２は、本開示の実施形態（第１実施形態から第３実施形態）に係る無線計測装置の構成例を示すブロック図である。図３は、本開示の第１実施形態に係る表面弾性波素子の構成例を模式的に示す平面図である。図４および図５は、本開示の第１実施形態に係る受信信号の例を示す波形図である。図６は、本開示の第１実施形態に係る無線計測装置の動作例を示すフローチャートである。図７および図８は、本開示の実施形態に係る無線計測システムの動作例を説明するための模式図である。図９は、本開示の実施形態に係る無線計測システムの動作例を説明するための特性図である。図１０は、本開示の実施形態に係る無線計測システムに係るシミュレーション結果を示す図である。図１１は、本開示の実施形態に係る無線計測システムの比較例に係るシミュレーション結果を示す図である。図１２は、本開示の実施形態に係る無線計測システムとその比較例に係るシミュレーション結果を示す図である。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。

【0012】

図１は、本開示の実施形態に係る無線計測システム１００の構成例を模式的に示す。図１に示す無線計測システム１００は、ガスタービン５０のタービン動翼５３における所定の物理量（例えば、温度、振動、歪み等）を検知するシステムとして構成されている。図１に示す例では、ガスタービン５０は、ケーシング５１と、ロータ５２と、タービン動翼５３とを備える。ケーシング５１は、軸線Ｏ回りに回転するロータ５２を外周側から覆う筒状の筐体である。ロータ５２には、複数のタービン動翼５３が軸線Ｏの周方向に間隔をあけて複数配列させて取り付けられている。

【0013】

無線計測システム１００は、表面弾性波素子１０と、センサ２０と、信号線３０と、無線計測装置４０とを備える。表面弾性波素子１０とセンサ２０は、タービン動翼５３に設置されている。表面弾性波素子１０とセンサ２０は、信号線３０によって電気的に接続されている。なお、表面弾性波素子１０は、センサ２０よりも軸線Ｏよりに設置されている。センサ２０は、所定の物理量（例えば、温度、振動、歪み等）に応じてインピーダンスが変化する。なお、以下では、一例として、センサ２０が、温度によってインピーダンスが変化する温度センサであるとする。

【0014】

無線計測装置４０は、図２に示すように、ハードウェアである構成要素またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせから構成される機能的構成要素として、アンテナ４１と、導波管４２と、電波送受信部４３と、受信信号処理部４４と、出力部４５とを備える。図１に示すように、アンテナ４１は、ケーシング５１において、表面弾性波素子１０と対面する位置に設置されている。導波管４２は、アンテナ４１と電波送受信部４３との間で高周波信号を伝送する。アンテナ４１は、表面弾性波素子１０（図３に示すアンテナ１１）との間で電波を送受信する。電波送受信部４３は、アンテナ４１を介して、表面弾性波素子１０（アンテナ１１）に対して所定の周波数の電波を間欠的に一定時間ずつ送信するとともに、各送信電波に対して表面弾性波素子１０（アンテナ１１）が送信した反射信号（電波）を受信信号として受信する。なお、受信信号処理部４４と、出力部４５については、後述する。

【0015】

一方、表面弾性波素子１０は、図３に示すように、アンテナ１１と、基板として形成された圧電結晶１２と、圧電結晶１２上に配置された第１反射器１３、第２反射器１４および表面弾性波送受信電極１５とを有する。第２反射器１４は、センサ２０に信号線３０を介して接続されている。また、第１反射器１３は、センサ２０と非接続である（接続されていない）。

【0016】

表面弾性波送受信電極１５は、すだれ状電極（ＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ））であり、アンテナ１１が受信した電波を表面弾性波（ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ））Ｗ１１およびＷ２１に変換して、第１反射器１３と第２反射器１４へ送信し、第１反射器１３で反射された第１反射波Ｗ１２と第２反射器１４で反射された第２反射波Ｗ２２を受信してアンテナ１１から電波に変換して送信する。

【0017】

図２に示す例では、表面弾性波送受信電極１５と第１反射器１３間の距離Ｌ１（第１距離）は、表面弾性波送受信電極１５と第２反射器１４間の距離Ｌ２（第２距離）より短い。すなわち、表面弾性波送受信電極１５からみて、第１反射器１３は、第２反射器１４より手前に配置されている。ただし、第１反射器１３と第２反射器１４と表面弾性波送受信電極１５の位置関係は、図２に示す例に限定されず、距離Ｌ１と距離Ｌ２が異なっていればよい。例えば、表面弾性波送受信電極１５からみて、第２反射器１４が、第１反射器１３より手前に配置されていてもよい。また、第１反射器１３と第２反射器１４は、図２において、一方が表面弾性波送受信電極１５の左側に、他方が表面弾性波送受信電極１５の右側に配置されていてもよい。

【0018】

なお、第２反射器１４はセンサ２０と接続されているので、第２反射器１４による第２反射波Ｗ２２は、温度等でセンサインピーダンスが変化すると、第２反射波Ｗ２２の振幅にも相応分の変化が発生し、その振幅値を計測することで温度等の物理量に換算可能なセンサインピーダンスが同定可能となる。

【0019】

第１反射器１３と第２反射器１４間の距離（距離Ｌ１と距離Ｌ２の差）（弾性波の伝搬時間）は、アンテナ４１を基準としたアンテナ１１の移動による距離減衰の変化や、フェージングによる信号振幅変化の時間に対して十分短い時間になるよう設定することが望ましい。すなわち、第１反射器１３からの第１反射波Ｗ１２に対してその時点でのフェージングによる変化を加えた値と、第２反射器１４からの第２反射波Ｗ２２に対してその時点でのフェージングによる変化を加えた値とが、所望の検知精度を達成できる差に収まるように第１反射器１３と第２反射器１４間の距離を設定しておくことが望ましい。この場合、第１反射器１３と第２反射器１４からの反射信号振幅が送受信間の位置関係により受ける影響は同じとみなせる。なお、センサ２０に接続されていない第１反射器１３からの反射信号は、センサ２０のインピーダンスに対応する第２反射器１４からの反射信号（センサ信号）に対して基準となる参照信号である。

【0020】

図２に示す構成では、表面弾性波送受信電極１５は、第１反射器１３、第２反射器１４の順番に第１反射波Ｗ１２と第２反射波Ｗ２２を受信する。この場合、表面弾性波送受信電極１５は、第１反射器１３で反射された第１反射波Ｗ１２と第２反射器１４で反射された第２反射波Ｗ２２を、この順番でアンテナ１１から電波に変換して送信する。このため、図４および図５に示すように、無線計測装置４０において、アンテナ１１からアンテナ４１を介して電波送受信部４３が受信した受信信号ＳＧは、第１反射波Ｗ１２に応じた第１受信信号ＳＧ１と第２反射波Ｗ２２に応じた第２受信信号ＳＧ２を、この順番で含んでいる。

【0021】

なお、図４および図５は、表面弾性波素子１０からの反射信号Ｓ１１（電波送受信部４３での受信信号ＳＧ）の時間変化を示す。図４はフェージングにより反射信号が小さい場合、図５はフェージングにより反射信号が大きい場合を示す。第１受信信号ＳＧ１の振幅Ａ１の絶対値と第２受信信号ＳＧ２の振幅Ａ２の絶対値は、フェージングによって変化するが、振幅Ａ１と振幅Ａ２の比の値はフェージングの影響を受けない。ただし、第１受信信号ＳＧ１の振幅Ａ１は、第１反射器１３がセンサ２０に接続されていないため、距離減衰やフェージングの影響のみ受ける。これに対し、第２受信信号ＳＧ２の振幅Ａ２は、第２反射器１４がセンサ２０に接続されているため、センサインピーダンスで変化するとともに、受信信号ＳＧ１の振幅Ａ１と同様、距離減衰やフェージングの影響を受ける。

【0022】

そこで、受信信号処理部４４は、電波送受信部４３の受信信号ＳＧに含まれる第１反射波Ｗ１２に応じた第１受信信号ＳＧ１と第２反射波Ｗ２２に応じた第２受信信号ＳＧ２との比較結果に基づいてセンサ２０が検知した物理量を算出する。受信信号処理部４４は、例えば、比較結果を、第１受信信号ＳＧ１の振幅値Ａ１と第２受信信号ＳＧ２の振幅値Ａ２を比較した結果とする。さらに、受信信号処理部４４は、例えば、比較結果を、第１受信信号ＳＧ１の振幅値Ａ１と第２受信信号ＳＧ２の振幅値Ａ２の比の値とする。なお、受信信号処理部４４は、例えば、表面弾性波が第１反射器１３を透過することによる第２反射波Ｗ２２への影響を考慮して、比の値を補正する等して物理量を算出してもよい。あるいは、受信信号処理部４４は、例えば、第１受信信号ＳＧ１の実効値と第２受信信号ＳＧ２の実効値を比較した結果に基づいてセンサ２０が検知した物理量を算出したり、第１受信信号ＳＧ１の振幅値Ａ１と第２受信信号ＳＧ２の振幅値Ａ２の差（比較結果）と振幅値Ａ１と振幅値Ａ２のいずれかの絶対値に基づいてセンサ２０が検知した物理量を算出したりしてもよい。

【0023】

そして、出力部４５は、受信信号処理部４４が算出した物理量を、所定の表示装置、上位の制御装置、所定の記憶装置等へ出力する。

【0024】

（無線計測装置の動作例）
図６は、無線計測装置４０が、物理量を計測する際の処理の流れを示す。図６に示す処理は、物理量を１回サンプリングする際の処理である。図６に示す処理では、まず、電波送受信部４３が、アンテナ４１を用いて、アンテナ１１との間で所定の電波を送受信する（Ｓ１１）。次に、受信信号処理部４４が、受信信号ＳＧに含まれる第１受信信号ＳＧ１（参照信号）の振幅値Ａ１と第２受信信号（センサ信号）ＳＧ２の振幅値Ａ２とを計測する（Ｓ１２）。次に、受信信号処理部４４が、第１受信信号ＳＧ１の振幅値Ａ１と第２受信信号ＳＧ２の振幅値Ａ２との比の値（Ａ１／Ａ２）に基づいて温度を算出する（Ｓ１３）。次に、出力部４５が、算出された温度を出力する（Ｓ１４）。

【0025】

（作用・効果）
一般に、無線構成では、送受信間の距離に伴う空間減衰の変化や、送受信機の位置関係で不可避に発生するマルチパスによるフェージング（図７、図８、図９）により、センサインピーダンスが一定でも反射信号の振幅レベルが変化・変動する。この振幅の変化・変動は、センサインピーダンスの変化と区別不能であるため、センサインピーダンス、すなわち被計測物理量の計測に対する非常に大きな誤差となって発現する。なお、図７は、マルチパスの受信状態の例を示す。図８は、マルチパスによる受信信号の位相状態を示す。図９は、横軸を角度、縦軸を受信信号の受電電力として、マルチパスによるフェージングの例を示す。

【0026】

また、一般に、無線構成で必須となるアンテナやケーブルは固有の入出力インピーダンスを有しており、アンテナ・ケーブルと接続される送受信機や表面弾性波素子のインピーダンスと完全に整合（一致）させることは現実的に不可能である。これらの不整合は損失となるため、減衰変動やフェージングと同様に計測誤差となる。この不整合損は、初期校正である程度軽減可能であるが、周囲環境（温湿度）によってインピーダンスが変化するため、初期校正では取り除けない不整合損となり計測誤差に影響を及ぼす。

【0027】

これに対し、本実施形態では、例えば、反射信号（センサ信号）と参照信号との振幅比のみを使用しているため、距離減衰やフェージングによる影響を相殺することが可能であり、計測精度が格段に向上する（図１０および図１１）。すなわち、本実施形態によれば、物理量の検知精度を向上させることができる。図１０は、フェージングによる影響を０ｄＢから６０ｄＢまで変化させた際に、設定温度（センサ２０のインピーダンス）と受信信号処理部４４で算出される計測温度との関係をシミュレーションで求めた結果を示す。図１１は、第２受信信号ＳＧ２のみに基づいて物理量（温度）を算出した場合（比較例）の設定温度と計測温度（算出した温度）との関係をシミュレーションで求めた結果を示す。

【0028】

さらに、アンテナやケーブルのインピーダンス変化による不整合損が発生しても、本実施形態の効果により計測精度は大幅に向上する（図１２）。図１２は、設定温度（センサ２０のインピーダンス）を変化させた場合の計測誤差のシミュレーション結果を示す。シミュレーション結果によれば、アンテナ等の不整合損が発生しても本実施形態による参照信号を用いたフェージング対策で計測誤差は約１００分の１に低減することができる。なお、特性Ｃ１は本実施形態においてアンテナやケーブルのインピーダンス変化を１０Ωとした場合、特性Ｃ２は本実施形態においてアンテナやケーブルのインピーダンス変化を１００Ωとした場合である（縦軸は右側）。特性Ｃ１１は上述した比較例においてアンテナやケーブルのインピーダンス変化を１０Ωとした場合、特性Ｃ１２は比較例においてアンテナやケーブルのインピーダンス変化を１００Ωとした場合である（縦軸は左側）。

【0029】

以上のように、本実施形態によれば、計測環境による影響の低減が図れるのみならず、アンテナやケーブルの個体差による影響低減も可能であり、アンテナやケーブルの選択肢が広がり現場運用での可用性が拡大する。た、本実施形態によれば振幅比のみからセンサインピーダンスが求まるため、電源電圧や温度による出力変動の影響を排除することができ、信頼性の高い計測システムの構築が可能である。

【0030】

＜第２実施形態＞
次に、本開示の第２実施形態に係る無線計測システム、表面弾性波素子および無線計測方法について、図１３～図１５を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態と比較して、図１３に示す表面弾性波素子１０ａ（第１実施形態の表面弾性波素子１０に対応）の構成と、図１５に示す受信信号処理部４４の動作（Ｓ１２ａとＳ１３－１およびＳ１３－２（図６のＳ１２とＳ１３に対応））が異なる。

【0031】

図１３は、本開示の第２実施形態に係る表面弾性波素子の構成例を模式的に示す平面図である。図１４は、本開示の第２実施形態に係る受信信号の例を示す波形図である。図１５は、本開示の第２実施形態に係る無線計測装置４０の動作例を示すフローチャートである。

【0032】

本実施形態では、センサ２０に接続されている第２反射器１４の前後に第１反射器１３と第３反射器１６を設ける（図１３）。また、受信信号処理部４４は、物理量（センサインピーダンス）を、第１反射器１３、第２反射器１４および第３反射器１６からの第１反射波Ｗ１２に応じた第１受信信号ＳＧ１と第２反射波Ｗ２２に応じた第２受信信号ＳＧ２と第３反射波Ｗ３２に応じた第３受信信号ＳＧ３とを含む受信信号ＳＧの振幅（反射信号振幅）から算出する（図１４）。

【0033】

図１３に示す表面弾性波素子１０ａは、図３に示す表面弾性波素子１０に対して、新たに第３反射器１６を備えている。第３反射器１６は、センサ２０と非接続である（接続されていない）。また、第３反射器１６は、第１反射器１３と同一の反射特性を有する。表面弾性波送受信電極１５と第３反射器１６間の距離Ｌ３（第３距離）は、表面弾性波送受信電極１５と第２反射器１４間の距離Ｌ２（第２距離）より長い。すなわち、表面弾性波送受信電極１５からみて、第３反射器１６は、第２反射器１４より奧に配置されている。

【0034】

表面弾性波送受信電極１５は、アンテナ１１が受信した電波を表面弾性波Ｗ１１、Ｗ２１およびＷ３１に変換して、第１反射器１３と第２反射器１４と第３反射器１６へ送信し、第１反射器１３で反射された第１反射波Ｗ１２と第２反射器１４で反射された第２反射波Ｗ２２と第３反射器１６で反射された第３反射波Ｗ３２を受信してアンテナ１１から電波に変換して送信する。

【0035】

図１３に示す構成では、表面弾性波送受信電極１５は、第１反射器１３、第２反射器１４、第３反射器１６の順番に第１反射波Ｗ１２と第２反射波Ｗ２２と第３反射波Ｗ３２を受信する。この場合、表面弾性波送受信電極１５は、第１反射器１３で反射された第１反射波Ｗ１２と第２反射器１４で反射された第２反射波Ｗ２２と第３反射器１６で反射された第３反射波Ｗ３２を、この順番でアンテナ１１から電波に変換して送信する。このため、図１４に示すように、無線計測装置４０において、アンテナ１１からアンテナ４１を介して電波送受信部４３が受信した受信信号ＳＧは、第１反射波Ｗ１２に応じた第１受信信号ＳＧ１と第２反射波Ｗ２２に応じた第２受信信号ＳＧ２と第３反射波Ｗ３２に応じた第３受信信号ＳＧ３を、この順番で含んでいる。なお、図１４は、表面弾性波素子１０ａからの反射信号Ｓ１１（電波送受信部４３での受信信号ＳＧ）の時間変化を示す。

【0036】

また、図１５に示すように、本実施形態では、まず、電波送受信部４３が、アンテナ４１を用いて、アンテナ１１との間で所定の電波を送受信する（Ｓ１１）。次に、受信信号処理部４４が、受信信号ＳＧに含まれる第１受信信号ＳＧ１（参照信号）の振幅値Ａ１と第２受信信号（センサ信号）ＳＧ２の振幅値Ａ２と第３受信信号ＳＧ３（参照信号）の振幅値（振幅値Ａ３とする）を計測する（Ｓ１２ａ）。次に、受信信号処理部４４が、第１受信信号（参照信号）の振幅値Ａ１と第３受信信号（参照信号）の振幅値Ａ３との平均値（Ａ１３＝（Ａ１＋Ａ３）／２）を算出する（Ｓ１３－１）。次に、受信信号処理部４４が、平均値Ａ１３と第２受信信号ＳＧ２の振幅値Ａ２との比の値（Ａ１３／Ａ２）に基づいて温度を算出する（Ｓ１３－２）。次に、出力部４５が、算出された温度を出力する（Ｓ１４）。

【0037】

フェージング変化が表面弾性波の遅延より速い場合、第１実施形態ではフェージングが各反射信号の振幅に及ぼす影響が異なる。このため、フェージング影響を相殺することができず、計測精度が劣化する場合がある。本実施形態では、センサ２０に接続されている第２反射器１４の前後に第１反射器１３と第３反射器１６を設けているため、第１反射器１３からの反射信号（第１受信信号ＳＧ１）と第３反射器１６からの反射信号（第３受信信号ＳＧ３）との平均化処理を行い、第２反射器１４からの反射信号（受信信号ＳＧ２）との比を求めることでフェージング影響の低減が可能となる。

【0038】

なお、受信信号処理部４４は、第１受信信号ＳＧ１と第３受信信号ＳＧ３の平均化処理では、単純平均に限らず、例えば、透過係数等を考慮して加重平均を求める平均化処理を行ってもよい。

【0039】

＜第３実施形態＞
次に、本開示の第３実施形態に係る無線計測システム、表面弾性波素子および無線計測方法について、図１６を参照して説明する。第３実施形態は、第１実施形態と比較して、図１６に示す表面弾性波素子１０ｂ（第１実施形態の表面弾性波素子１０に対応）の構成が異なる。また、図１６に示す圧電結晶１２ｂおよび表面弾性波送受信電極１５ｂは、図３に示す圧電結晶１２および表面弾性波送受信電極１５と大きさがそれぞれ異なる。

【0040】

第１実施形態では、複数の反射器が同じ伝搬路上に形成されているため、反射器を通過した信号の振幅は、反射器の透過係数に影響される。さらに、通過した信号が後段の反射器で反射された信号の振幅は、後段反射器の反射係数に影響される。従って、第１実施形態の反射信号（受信信号ＳＧ）（図４および図５）は、前段反射器の透過係数と後段反射器の反射係数との積に影響される。このため、反射信号の振幅からセンサインピーダンス（物理量）を求めるアルゴリズムが複雑となり、透過係数や反射係数のバラツキ、変動等の影響で計測精度が低下するおそれがある。

【0041】

本実施形態では、異なった遅延時間となる第１反射器１３と第２反射器１４を並列の位置に構成する。この構成により、反射信号の振幅は各反射器の反射係数のみで決定されるため、より簡易なアルゴリズムでセンサインピーダンスの同定が可能となる。

【0042】

また、同じ半導体製造環境で作成された反射器の反射係数はほぼ同じになり、現場での測定環境で反射係数が変化しても第１反射器１３と第２反射器１４は同程度の影響を受けるため、アルゴリズムによって影響が相殺され、正しいセンサインピーダンスを同定することが可能である。

【0043】

本実施形態によれば、フェージング等送受信の位置関係による反射信号振幅の変化が表面弾性波の遅延による変化に対して無視できない場合でも反射信号（第２受信信号ＳＧ２）の振幅を推定することが可能となる（ただし、フェージング周期が短く、直線近似できない場合は成り立たない）。

【0044】

なお、図１６に示す表面弾性波素子１０ｂは、第１反射器１３と表面弾性波送受信電極１５ｂ間の最短の伝搬路Ｐ１と、第２反射器１４と表面弾性波送受信電極１５ｂ間の最短の伝搬路Ｐ２とが非重複である（重なっていない）。ここで、伝搬路Ｐ１は、例えば、第１反射器１３の端部１３１および１３２と表面弾性波送受信電極１５ｂとを結ぶ最短の線２０１および２０２と第１反射器１３と表面弾性波送受信電極１５ｂとで囲まれた領域として定義することができる。また、伝搬路Ｐ２は、例えば、第２反射器１４の端部１４１および１４２と表面弾性波送受信電極１５ｂとを結ぶ最短の線２０３および２０４と第２反射器１４と表面弾性波送受信電極１５ｂとで囲まれた領域として定義することができる。

【0045】

＜各実施形態に共通の効果＞
表面弾性波デバイスを用いたセンサインピーダンス測定で、複数の反射器を用いて既知の反射器からの信号を基準に、センサの接続された反射器からの信号振幅を測定評価することで、反射信号の変動による誤差を除去可能となる。したがって、物理量の検知精度を向上させることができる。

【0046】

＜その他の実施形態＞
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせてもよい。また、センサ２０および表面弾性波素子１０、１０ａ、１０ｂは、移動する計測対象に限らず、静止している計測対象に設置されてもよい。

【0047】

＜コンピュータ構成＞
図１７は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ９０は、プロセッサ９１、メインメモリ９２、ストレージ９３、および、インタフェース９４を備える。
上述の電波送受信部４３の一部や、受信信号処理部４４と出力部４５は、コンピュータ９０に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９３に記憶されている。プロセッサ９１は、プログラムをストレージ９３から読み出してメインメモリ９２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ９２に確保する。

【0048】

プログラムは、コンピュータ９０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。

【0049】

ストレージ９３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ９３は、コンピュータ９０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９４または通信回線を介してコンピュータ９０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９０が当該プログラムをメインメモリ９２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９３は、一時的でない有形の記憶媒体である。

【0050】

＜付記＞
各実施形態に記載の無線計測システム１００は、例えば以下のように把握される。

【0051】

（１）第１の態様に係る無線計測システム１００は、所定の物理量に応じてインピーダンスが変化するセンサ２０と、アンテナ１１と、圧電結晶１２、１２ｂと、前記圧電結晶上に配置された第１反射器１３と、前記圧電結晶上に配置された第２反射器１４と、前記圧電結晶上に配置された表面弾性波送受信電極１５、１５ｂとを有し、前記第１反射器が、前記センサと非接続であり、前記第２反射器が、前記センサに接続され、かつ、前記第１反射器と前記表面弾性波送受信電極との間の第１距離Ｌ１と異なる前記表面弾性波送受信電極に対する第２距離Ｌ２を有し、前記表面弾性波送受信電極が、前記アンテナが受信した電波を表面弾性波Ｗ１１、Ｗ２１に変換して前記第１反射器と前記第２反射器へ送信し、前記第１反射器で反射された第１反射波Ｗ１２と前記第２反射器で反射された第２反射波Ｗ２２を受信して前記アンテナから電波に変換して送信する表面弾性波素子１０、１０ａ、１０ｂと、前記アンテナに対して電波を送信するとともに、前記アンテナが送信した電波を受信する電波送受信部４３と、前記電波送受信部の受信信号に含まれる前記第１反射波に応じた第１受信信号ＳＧ１と前記第２反射波に応じた第２受信信号ＳＧ２との比較結果に基づいて前記物理量を算出する受信信号処理部４４とを有する無線計測装置４０とを備える。本態様および以下の各態様によれば、物理量の検知精度を向上させることができる。

【0052】

（２）第２の態様に係る無線計測システム１００は、（１）の無線計測システム１００であって、前記比較結果は、前記第１受信信号の振幅値Ａ１と前記第２受信信号の振幅値Ａ２を比較した結果である。

【0053】

（３）第３の態様に係る無線計測システム１００は、（１）の無線計測システム１００であって、前記比較結果は、前記第１受信信号の振幅値Ａ１と前記第２受信信号の振幅値Ａ２の比の値である。

【0054】

（４）第４の態様に係る無線計測システム１００は、（１）の無線計測システム１００であって、前記表面弾性波素子１０ａが、前記圧電結晶上に前記第１距離および前記第２距離とは異なる前記表面弾性波送受信電極に対する第３距離Ｌ３を有して配置され、かつ、前記センサに非接続の第３反射器１６をさらに有し、前記第１距離が前記第２距離より短く、かつ、前記第３距離が前記第２距離より長く、前記表面弾性波送受信電極が、前記アンテナが受信した電波を表面弾性波Ｗ１１、Ｗ２１、Ｗ３１に変換して前記第１反射器と前記第２反射器と前記第３反射器へ送信し、前記第１反射器で反射された第１反射波と前記第２反射器で反射された第２反射波と前記第３反射器で反射された第３反射波Ｗ３２とを受信して前記アンテナから電波に変換して送信し、前記受信信号処理部が、前記受信信号に含まれる前記第３反射波に応じた第３受信信号ＳＧ３と前記第１受信信号とを平均化した信号と、前記第２受信信号との比較結果に基づいて、前記物理量を算出する。本態様によれば、フェージングの影響の低減が可能となる。

【0055】

（５）第５の態様に係る無線計測システム１００は、（１）～（４）の無線計測システム１００であって、前記第１反射器と前記表面弾性波送受信電極間の最短の伝搬路Ｐ１と、前記第２反射器と前記表面弾性波送受信電極間の最短の伝搬路Ｐ２とが非重複である。この構成によれば、反射器の透過係数による影響を低減することがえきる。

【符号の説明】

【0056】

１００…無線計測システム
１０、１０ａ、１０ｂ…表面弾性波素子
１１…アンテナ
１２、１２ｂ…圧電結晶
１３…第１反射器
１４…第２反射器
１５、１５ｂ…表面弾性波送受信電極
１６…第３反射器
２０…センサ
３０…信号線
４０…無線計測装置
４１…アンテナ
４２…導波管
４３…電波送受信部
４４…受信信号処理部
４５…出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】