弾性表面波素子、センサ、センシングシステム、及び状態検知方法
【課題】信号レベル検波方式を利用し、シンプル且つ小型な回路で、複数の素子部の応答の検波を容易に実現できる弾性表面波素子、センサ、センシングシステム、及び状態検知方法を提供すること。
【解決手段】測定用素子部１９と参照用素子部２１との間に、遅延線の構造を有する第１遅延部５１を備えているので、測定用素子部１９から出力される信号を参照用素子部２１から出力される信号に対して遅延させることができる。つまり、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。従って、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１から出力される信号とを、無線によって送信した場合でも、その信号を受信した外部装置３では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。
【解決手段】測定用素子部１９と参照用素子部２１との間に、遅延線の構造を有する第１遅延部５１を備えているので、測定用素子部１９から出力される信号を参照用素子部２１から出力される信号に対して遅延させることができる。つまり、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。従って、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１から出力される信号とを、無線によって送信した場合でも、その信号を受信した外部装置３では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（表面音響波：ＳＡＷ）を利用して、測定対象の様々な状態（ガス濃度、温度、圧力、液体の粘度等）の変化を検出するために、２以上の素子部（例えば参照用素子部、測定用素子部）を備えた弾性表面波素子と、そのセンサと、センサと信号を送受信する外部装置を備えたセンシングシステムと、弾性表面波を利用して測定対象の状態を検出する状態検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、弾性表面波の特性を利用して、測定対象のガス濃度、温度、圧力、液体の粘度等を検知するセンシングシステムが開発されており、例えば遅延線による遅延時間や位相変化を利用した検知方法や、共振器を用いた信号レベル変化や周波数変化による検知方法が知られている。
【０００３】
このうち、遅延線を用いた遅延時間による温度、圧力の検知方法としては、チャープ信号を利用した技術が提案されている（特許文献１参照）。
また、測定対象ガスを検知する場合は、小型化と高感度化を目的に、共振型のセンサが知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
更に、応力・圧力といった機械的摂動を検知する場合は、遅延線による応答がナノオーダーと微小であるため、共振器を用いたセンサが主流となっているが、この共振型センサを用いた無線検波の技術、即ち、共振型センサから無線にて送信された信号波を受信回路にて検知する技術（共振型周波数検波）も、既に検討されている（特許文献３、４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平７−５０２６１３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３０９２号公報
【特許文献３】特表２００５−５０１２３５号公報
【特許文献４】特表２００７−５２２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した共振型センサを用いた場合の検波方法として、共振周波数検波と信号レベル検波とが知られているが、例えば一対の櫛歯電極からなる電極部とそれに対応した反射器を備えた素子部を複数個（例えば測定用の素子部と参照用の素子部或いは複数のガス検知素子）を用い、その検波を無線で行う場合には、下記の様な問題があった。
【０００７】
つまり、共振周波数検波では、共振周波数の異なる素子を配置し、周波数変調を用いることで、受信した信号から各素子部に対応する成分を分解できるため、複数の素子部から反射信号を同時に受信した場合でも、分離・復調が可能であるが、そのためには、周波数シンセサイザが必要となり、回路構成が複雑になりサイズも大きくなるという問題があった。
【０００８】
一方、信号レベル検波の場合は、シンプルな回路構成となるが、受信信号が混信してしまうため、複数の素子部からの信号を分離して検波することが困難であった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、信号レベル検波方式を採用でき、シンプル且つ小型な回路で、複数の素子からなる応答波形の検波を容易に実現できる弾性表面波素子、センサ、センシングシステム、及び状態検知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】
【０００９】
（１）請求項１の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備えた一方の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた他方の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第１遅延部を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、両素子部のうち、一方の素子部（例えばガス吸着体を備えた測定用の素子部）の信号を他方の素子部（例えば参照用の素子部）の信号に対して遅延させる（例えば遅延線によって構成される）第１遅延部を備えているので、例えば、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。
【００１１】
従って、例えば、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する場合でも、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離して検波することができる。よって、その各々の信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握し、所定の簡単な演算を行うことにより、測定対象ガスの状態（例えばガス濃度）を容易に把握することができる。
【００１２】
つまり、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する場合でも、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象ガスの状態を検知することができる。
【００１３】
（２）請求項２の発明は、前記弾性表面波素子は、ガスの濃度検知が可能であることを特徴とする。
本発明は、弾性表面波素子の用途を例示したものである。
【００１４】
（３）請求項３の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた２以上の素子部を有し、前記素子部のいずれかに加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、該測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を備えるとともに、前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第１遅延部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明では、測定用の素子部と参照用の素子部とのうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して遅延させる第１遅延部を備えているので、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。
【００１６】
従って、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する場合でも、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離して検波することができる。よって、その各々の信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握し、所定の簡単な演算を行うことにより、測定対象の状態（圧力等）を容易に把握することができる。
【００１７】
つまり、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する場合でも、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象の状態を検知することができる。
【００１８】
ここで、参照用の素子部としては、測定対象の状態変化を受けない又は受ける程度が異なる素子部を採用できる。従って、例えば測定対象の変化（例えば圧力）を受け且つ他の要因からの影響（例えば温度）を受ける測定用の素子部からの信号と、測定対象の変化（例えば圧力）を受けず且つ前記他の要因からの影響（例えば温度）を受ける参照用の素子部からの信号の差分を求めることにより、測定対象の変化（例えば圧力）を測定できる。
【００１９】
（４）請求項４の発明は、前記弾性表面波素子は、気体の圧力検知が可能であることを特徴とする。
本発明は、弾性表面波素子の用途を例示したものである。
【００２０】
（５）請求項５の発明は、前記弾性表面波素子の圧電基板として、液体に対してエネルギを放射しない弾性表面波を励起する圧電基板を用いることを特徴とする。
本発明では、例えば圧電基板の材料やカット角を選択することにより（例えば３６°ＹＸ−ＬｉＴａＯ3を採用することにより）、液体に対してエネルギを放射しない弾性表面波（例えば主としてＳＨ波やラブ波等の横波）を励起する構成とすることができる。
【００２１】
これにより、液体の物性値（例えば粘度、密度等）などの液体の状態の検出が可能となる。
（６）請求項６の発明は、前記弾性表面波素子は、液体の物性値を検出可能であることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、弾性表面波素子の用途を例示したものである。
（７）請求項７の発明は、前記他方の素子部に接続された信号線と、前記第１遅延部を介して接続された前記一方の素子部の信号線とを、互いの信号が混信しないように分配したことを特徴とする。
【００２３】
本発明では、互いの信号線に流れる信号を時間的に遅延させることにより分離したので、信号の干渉なく測定が可能となる。
（８）請求項８の発明は、 前記第１遅延部が、音波を利用した遅延線であることを特徴とする。
【００２４】
本発明は、第１遅延部の特徴を例示したものである。
（９）請求項９の発明は、前記第１遅延部が複数ある場合は、少なくとも１つを前記圧電基板上に設けたことを特徴とする。
【００２５】
これにより、弾性表面波素子の構成をコンパクトにすることができる。
（１０）請求項１０の発明は、更に、単独で温度検知が可能な温度検知用の素子部を備えたことを特徴とする。
【００２６】
本発明は、温度検知用の素子部を備えているので、例えば圧力等を検知できるとともに、精度良く温度を検知することができる。
なお、センサを設置する環境が測定対象と温度以外の摂動が生じない環境であるならば、参照用の素子部を温度用の素子部として利用できる。つまり、改めて温度用素子を設置する必要がないため、センサが小型かつ安価に作製可能となる。
【００２７】
（１１）請求項１１の発明は、前記請求項３、４、７〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して圧力を付与する圧力付与部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
本発明は、圧力センサの構成を例示したものである。
（１２）請求項１２の発明は、前記請求項１、２、７〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対してガスを付与するガス吸着体と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
本発明は、ガスセンサの構成を例示したものである。
（１３）請求項１３の発明は、前記請求項５〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して測定対象の液体を保持するための囲いを備えた液体付加部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
本発明は、液相系センサの構成を例示したものである。
（１４）請求項１４の発明は、前記弾性表面波素子と前記アンテナとの間に、前記外部装置から入力される信号と前記弾性表面波素子から出力される信号との混信を防ぐための第２遅延部を設けたことを特徴とする。
【００３１】
本発明では、弾性表面波素子とアンテナとの間に、（例えば遅延線によって構成される）第２遅延部を設けているので、外部装置から入力される信号と弾性表面波素子から出力される信号とが混信するのを防止することができる。
【００３２】
（１５）請求項１５の発明は、前記請求項１１〜１４のいずれかに記載のセンサと、該センサと無線にて信号の送受信を行う外部装置と、を備え、前記外部装置から前記素子部への特定周波数の入力信号に対する前記素子部の出力信号のレベル変化により、前記測定対象の状態を検知することを特徴とする。
【００３３】
本発明は、センサと外部装置との間で、無線により信号の送受信を行うセンシングシステムである。このセンシングシステムでは、外部装置から素子部への特定周波数の入力信号に対する素子部の出力信号のレベル変化（信号強度の変化）により、測定対象の状態を容易に検知することができる。
【００３４】
（１６）請求項１６の発明は、前記センサを測定空間内に配置し、前記センサからの信号を前記外部装置で受信して、前記測定空間内の状態を検知することを特徴とする。
本発明は、測定空間内の状態を検知するセンシングシステム、具体的には、例えばタイヤ内にセンサを配置してタイヤ内の圧力を検知するセンシングシステム、また、閉鎖された空間内にガスセンサを配置して空間内のガス濃度を測定するセンシングシステムを例示している。
【００３５】
（１７）請求項１７の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備え、前記測定対象ガスの吸着の影響を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、該センサと無線通信を行う外部装置と、を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号（反射信号）のレベル変化により、測定対象ガスの状態を検知する状態検知方法であって、前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて（所定の演算を行うことで）前記測定対象の状態を検知することを特徴とする。
【００３６】
本発明では、弾性表面波素子の測定用の素子部と参照用の素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、両素子部の信号を分離し、その分離した信号を用いて測定対象ガスの状態を検知することができる。
【００３７】
つまり、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して遅延させることにより、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。よって、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する際に、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。そのため、その分離した信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握することにより、測定対象ガスの状態を容易に把握することができる。
【００３８】
すなわち、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する際に、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象ガスの状態を検知することができる。
【００３９】
なお、前記所定の演算とは、分離して受信された測定用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで、測定対象（ガス）による応答のみを抽出し（例えば測定用の素子部が温度用の素子部の場合には、温度用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで、温度による応答のみを抽出し）、変化量の基準となる関数もしくはデータとのフィッティングにより状態を表す数値を出力する作業のことである。
【００４０】
（１８）請求項１８の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定用の素子部に加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、該センサと無線通信を行う外部装置と、を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号（反射信号）のレベル変化により、測定対象の状態を検知する状態検知方法であって、前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて（所定の演算を行うことで）前記測定対象の状態を検知することを特徴とする。
【００４１】
本発明では、弾性表面波素子の測定用の素子部と参照用の素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、両素子部の信号を分離し、その分離した信号を用いて測定対象の状態を検知することができる。
【００４２】
つまり、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して遅延させることにより、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。よって、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する際に、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。そのため、その分離した信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握することにより、測定対象の状態を容易に把握することができる。
【００４３】
すなわち、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する際に、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象の状態を検知することができる。
【００４４】
なお、前記所定の演算とは、分離して受信された測定用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで、測定対象（例えばガス）による応答のみを抽出し（例えば測定用の素子部が温度用の素子部の場合には、温度用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで温度による応答のみを抽出し）、変化量の基準となる関数もしくはデータとのフィッティングにより状態を表す数値を出力する作業のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１の圧力センサが用いられるセンシングシステムの概略構成を示す説明図である。
【図２】実施例１の圧力センサの概略構成を示す説明図である。
【図３】（ａ）は圧力センサの弾性表面波素子が貼り付けられる表面を示す説明図、（ｂ）は圧力センサを厚み方向に破断した状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は参考例１の共振型の弾性表面波素子の基本構造を示す説明図、（ｂ）はその基本動作を示す説明図、（ｃ）はその出力特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）は参考例１の弾性表面波素子の動作を示す説明図、（ｂ）はその測定原理を示すグラフである。
【図６】（ａ）は参考例２の共振型の弾性表面波素子の基本構造と動作を示す説明図、（ｂ）は、その測定原理を示す説明図である。
【図７】実施例１のセンシングシステムの電気的構成を示す説明図である。
【図８】実施例１のセンシングシステムにおける信号のタイミングチャートである。
【図９】実施例２の圧力センサの概略構成を示す説明図である。
【図１０】実施例２のセンシングシステムの電気的構成を示す説明図である。
【図１１】実施例２のセンシングシステムにおける信号のタイミングチャートである。
【図１２】実施例３の水素濃度センサを示す説明図である。
【図１３】水素濃度センサの他の例を示す説明図である。
【図１４】液相センサを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明が適用される実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００４７】
本実施例では、例えばタイヤ空気圧を検出するタイヤ空気圧センサとして用いられる圧力センサを例に挙げて説明する。
図１にシステム全体を示す様に、圧力センサ１は、外部装置（計測装置）３と無線にて信号の送受信を行うセンシングシステムを構成するものであり、外部装置３からの信号（高周波信号）を受け、その信号に対する応答を外部装置３に送信し、外部装置３にてタイヤ空気圧を求めるものである。
【００４８】
なお、前記圧力センサ１は、例えばタイヤ５内部の内側表面などに取り付けられ、外部装置３は、例えば回転しない箇所（例えばリム７の近傍やタイヤハウジング９の周辺）に取り付けられるものである。以下、詳細に説明する。
【００４９】
ａ）まず、圧力センサ１の構成について説明する。
・図２に圧力センサ１の要部を示すように、圧力センサ１は、弾性表面波素子１１と、高周波分配・結合器１３と、遅延部（第２遅延部）１５と、アンテナ１７とを備えている。
【００５０】
このうち、前記アンテナ１７は、外部装置３との間で高周波信号を送受信するためのアンテナであり、タブレットアンテナやパッチアンテナなどを用いることができる。
前記第２遅延部１５は、高周波信号の伝播を遅延させるものであり、ここでは、外部装置３から入力される信号と弾性表面波素子１１から出力される信号とが混信することを防止するために、アンテナ１７と高周波分配・結合器１３との間に配置されている。なお、第２遅延部１５は、後述する周知の遅延線により構成されている。
【００５１】
前記高周波分配・結合器１３は、外部装置３から受信した高周波信号を、（一対の電極からなる）異なる電極部に対して分配して各素子部１９、２１に伝達するとともに、各素子部１９、２１からの応答に対しては、各電極部間を隔離することで信号の伝達方向に方向性を持たせて異なる電極部からの信号を１つの信号として外部装置３側に送信するためのものである。従って、異なる電極部間では、各電極部にて送受信される高周波信号により影響を受けることがない。
【００５２】
前記弾性表面波素子１１は、弾性表面波と電気信号との間の機械・電気的変換を行う第１変換器（測定用素子部）１９と第２変換器（参照用素子部）２１とを備えている。
詳しくは、弾性表面波素子１１には、圧電基板２３の同一表面上に、測定用素子部１９の第１電極部２５（一対の櫛歯状の電極２７、２９が互いに嵌り込んで構成されている電極部）と、参照用素子部２１の第２電極部３１（一対の櫛歯状の電極３３、３５が互いに嵌り込んで構成されている電極部）とが、同図の左右方向に離れて配置されている。なお、第１電極部２５の一方の電極２７（同図上側）と第２電極部３１の一方の電極３３（同図上側）は、同一の第１電極パターン３７により電気的に接続されている。
【００５３】
また、第１電極部２５の両側（弾性表面波の進行方向における両側：同図左右方向）と第２電極部３１の両側とには、それぞれ弾性表面波を反射する短冊状の反射器３９、４１、４３、４５が配置されている。
【００５４】
更に、測定用素子部１９と参照用素子部２１との間には、左右一対の第３、第４電極部４７、４９からなる遅延部（第１遅延部）５１が配置されている。この第３、第４電極部４７、４９は、前記第１、２電極部２５、３１と同様に、一対の櫛歯状の電極５３、５５、５７、５９が互いに嵌り込んで構成されている電極部である。
【００５５】
前記第１遅延部５１は、第４電極部４９から第３電極部４７への信号の伝播を遅延させるものであり、この第３、第４電極部４７、４９が、信号の伝播を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延線となる。なお、前記第３、第４電極部４７、４９は、同図の左右の両側に信号の送信が可能な双方向電極であり、測定用素子部１９と参照用素子部２１との間にて隣接して配置されることにより、両素子部１９、２１の反射器４１、４３を利用できる。このため、小型で低損失な遅延線を構成できる。
【００５６】
つまり、第４電極部４９により励起された弾性表面波は、第４電極部４９から第３電極部４７に伝播されるまでに、第３、第４電極部４７、４９間の間隔によって定まる所定の時間分遅延されることになる。なお、前記第２遅延部１５も同様な構成である。
【００５７】
また、前記第４電極部４９の一方の電極５９と第２電極部３１の一方の電極３５は、互いに高周波信号が干渉しないように、それぞれ空間的及び電気的に分離された状態で、高周波分配・結合器１３に接続されている。従って、高周波分配・結合器１３からは、第４電極部４９と第２電極部３１とに対して、それぞれ別個に（送電線１４、１６で示す別の経路で）高周波信号が出力され、逆に、第４電極部４９と第２電極部３１とからは、高周波分配・結合器１３に対して、それぞれ別個に（送電線１４、１６で示す別の経路で）高周波信号が出力される。
【００５８】
これにより、一方の素子部から出力される信号（反射信号）が、他方の素子部の入力信号へ流れ込むことを防止できる。
更に、第１電極部２５の一方の電極２９と第３電極部４７の一方の電極５５は、第２電極パターン６１により電気的に接続されている。
【００５９】
・ここで、弾性表面波素子１１における高周波信号の伝播経路について、簡単に説明する。
前記参照用素子部２１は、外部装置３から供給される高周波信号を弾性表面波に変換するものであり、逆圧電効果により電気信号を弾性表面波に変換する。つまり、アンテナ１７で受信し、第２遅延部１５及び高周波分配・結合器１３を介して送信された高周波信号を弾性表面波に変換し、第２電極部３１の電極３３、３５に対して垂直方向（同図左右方向）へ弾性表面波を励起する。この弾性表面波は反射器４３、４５にて反射し、第２電極部３１にて受信され、高周波分配・結合器１３に出力される。
【００６０】
一方、高周波分配・結合器１３から第４電極部４９に出力された高周波信号は、前記第２電極部３１と同様に、弾性表面波に変換され、その弾性表面波は所定の遅延時間後、第３電極部４７に伝播し、高周波信号に変換される。この第３電極部４７は、第２電極パターン６１により第１電極部２５と接続されているので、第３電極部４７から測定用素子部１９の第１電極部２５に高周波信号が伝達される。
【００６１】
前記測定用素子部１９は、前記参照用素子部２１と同様に、弾性表面波を電気信号に変換するものである。この測定用素子部１９は、上述の様に、その第１電極部２５と第３電極部４７とが接続されているので、（第４電極部４９から送信され）第３電極部４７にて受信された遅延した高周波信号は、第１電極部２５に伝達され、第１電極部２５の電極２７、２９に対して垂直方向（同図左右方向）へ弾性表面波を励起する。この弾性表面波は反射器３９、４１にて反射し、第１電極部２５にて受信される。以後は、受信の際と逆の経路を辿って、第３電極部４７、第４電極部４９を介して、遅延した高周波信号が、高周波分配・結合器１３に出力される。
【００６２】
ｂ）次に、前記弾性表面波素子１１の製造方法について、簡単に説明する。
弾性表面波素子１１を製造する場合には、圧電基板２３上に、金属（アルミニウム）膜を、スパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィーによりマスキングし、エッチングにより、前記図１に示す（グレー部分の）電極等のパターンの形状となるようにパターニングする。
【００６３】
下記に、４３３ＭＨｚの共振周波数を有する本実施例の弾性表面波素子１１の設計値、材料を示す。
・圧電基板：ＳＴ−Ｘ水晶基板（単結晶）、厚さ０．５ｍｍ
表面＝鏡面加工、裏面＝粗加工
・金属膜：アルミニウム、厚さ０．１μｍ
・電極構造（図１等では模式的に示してある：λは波長である）
・励起電極（第１〜第４電極部）
電極幅：１／４λ（１．８１μｍ）、電極間隔：１／４λ（１．８１μｍ）、 交差幅：２２９．２μｍ
・反射器
電極幅：１／４λ（１．８１μｍ）、電極間隔：１／４λ（１．８１μｍ）、 本数：４００本
・励起電極−反射器間距離：３／８λ（２．６５７μｍ）
・遅延線伝播距離：１５００λ（４．７３５ｍｍ）
・素子サイズ：１６．４６３ｍｍ×１．９９７ｍｍ
ｃ）次に、前記弾性表面波素子１１を収容した圧力センサ１の全体構成を説明する。
【００６４】
図３（ａ）は圧力センサ１の基板の表面側を示し、図３（ｂ）は圧力センサ１の縦断面を示している。
図３（ａ）に示す様に、弾性表面波素子１１は、例えばコバールからなる金属製の土台７１上に、接着剤等により貼り付けられる。
【００６５】
詳しくは、図３（ｂ）に示す様に、土台７１には、弾性表面波素子１１の一端側（測定用素子部１９側）が撓むことが可能な様に凹部７３が設けられており、弾性表面波素子１１は、その測定用素子部１９側が凹部７３の上方に張り出すように配置され、参照用素子部２１側が基板表面に貼り付けされている。
【００６６】
そして、土台７１の一方の側（弾性表面波素子１１の配置側）には、弾性表面波素子１１を空間を空けて覆うように、例えばポリカーボネート製のカバー７４がかぶせられている。
【００６７】
また、カバー７４には、測定用素子部１９と対向する位置に円形の開口部７５が設けられ、この開口部７５には、例えばステンレスからなる金属製の円盤（ダイヤフラム）７７と、ゴム製のＯリング７９とが配置され、ダイヤフラム７７には測定用素子部１９の表面に当接する金属製の圧力伝達ピン８１が取り付けられている。
【００６８】
従って、圧力センサ１の周囲の空気圧が増加すると、ダイヤフラム７７が凹み、圧力伝達ピン８１が測定用素子部１９付近を押圧するので、この押圧力に対応した出力が得られることになる。
【００６９】
なお、弾性表面波素子１１の電極等は、土台７１に設けられたガラスシール８３を貫くピン（図示せず）に接続され、そのピンを介してアンテナ１７等を配置した電子部品設置用基板８２に接続されている。なお、カバー７４と電子部品設置用基板８２を覆う蓋８４により筐体８６が構成されている。
【００７０】
ｄ）次に、圧力センサ１における測定の原理を、参考例とともに説明する。
図４（ａ）は参考例１の共振型の弾性表面波素子の基本構造を示し、図４（ｂ）はその基本動作を示し、図４（ｃ）は、その出力特性を示している。また、図５（ａ）は参考例１の弾性表面波素子の動作を示し、図５（ｂ）は、その測定原理を示している。同様に、図６（ａ）は参考例２の共振型の弾性表面波素子の基本構造と動作を示し、図６（ｂ）は、その測定原理を示している。
【００７１】
・図４（ａ）に参考例１の共振型の弾性表面波素子９１を示すが、この弾性表面波素子９１は、圧電基板９３の中央に高周波信号が入出力する一対の電極９５、９７からなる電極部９９を備えるとともに、電極部９９の両側に反射器１０１、１０３を備えたものである。
【００７２】
この弾性表面波素子９１では、各構成をファブリペローの共振条件を満たすように配置した場合に得られる共振波を利用したものである。
つまり、電極部９９に電気信号（高周波信号）を印加すると、逆電圧効果により電極部９９の電極９５、９７の周期で決定される周波数の弾性表面波に変換され、図４（ｂ）に示す様に、電極部９９から同図の左右の双方向へ伝播する（入力）。その後、反射器１０１、１０３で反射された弾性表面波が共振しながら再び電極部９９に到達し、圧電効果により電気信号に変換される（出力）。
【００７３】
従って、ネットワークアナライザー等の測定器を用いて反射特性（信号レベル）を観測すると、図４（ｃ）に示す様に、信号レベルは共振点で最小となり、共振点から外れるにつれて大きくなる。
【００７４】
・図５（ａ）に示す様に、参考例１の弾性表面波素子９１は、負荷（圧力、温度、応力等）を加わると、負荷に応じて電極部９９が膨張（収縮）することにより、図５（ｂ）に示す様に、周波数特性が変化する。この応答を検知するために、信号レベル変化の検知（検知方法（１））と共振周波数変化の検知（検知方法（２））が知られている。
【００７５】
このうち、信号レベル変化の検知方法では、負荷の有無によって変化する（共振点における）信号レベルの変化から、負荷の有無や負荷の程度を検知するものであり、本実施例では、この検知方法を採用する。
【００７６】
一方、共振周波数変化の検知方法では、負荷の有無によって変化する共振周波数から、負荷の有無や負荷の程度を検知するものである。
・図６（ａ）に示す参考例２の共振型の弾性表面波素子１１１は、負荷をより精度良く検知するために、参考例１の弾性表面波素子９１を改良したものである。
【００７７】
センサによって負荷を検知する場合、センサの設置環境による不要応答が生じるため、その補正が必要になることが多い。この対策として、前記参考例１の弾性表面波素子９１と同様な形状の素子部（測定用素子部１１３、参照用素子部１１５）を左右に配置した参考例２の弾性表面波素子１１１が開発されている。
【００７８】
前記弾性表面波素子１１１では、測定用素子部１１３を測定対象の負荷を受ける素子部（センシング）とし、参照用素子部１１５を測定対象の負荷を受けない素子部（リファレンス）とし、図６（ｂ）に示す様に、それぞれの信号の作動出力を得ることで、測定環境の変化による応答を除外し、測定したい応答のみを取り出すことができる。
【００７９】
例えばセンサに加わる応力を測定する際に温度が変化した場合を考えると、センサに応力が加わると基板にひずみが生じて膨張・収縮が起こる。また、温度によっても基板に熱膨張・収縮が起こる。よって、測定対象の応力だけの応答を得るには、参照用素子部１１５には応力を加えずに温度影響のみが加わるようにし、測定用素子部１１３には、温度と応力の両方が加わるようにして、これらの素子部１１３、１１５の差分（センシング出力とリファレンス出力との差）を取ることで、測定対象の応力だけを検知することが可能である。
【００８０】
・本実施例の弾性表面波素子１１は、負荷をより精度良く検知するために、前記参考例２の弾性表面波素子１１１を改良したものである。
つまり、参考例２の弾性表面波素子１１１を用いて、信号レベル変化の検知方法によって負荷を検知することが可能であるが、２つの素子部１１３、１１５の応答を無線によって送信する場合には、両素子部１１３、１１５からの信号を分離することができない。なお、共振周波数変化の検知方法の場合は、信号を分離することは可能であるが、その場合には複雑な回路構成を必要とする。
【００８１】
そこで、本実施例では、上述した構成の弾性表面波素子１１とした。
即ち、前記図２に示す様に、測定用素子部１９と参照用素子部２１との間に、高周波信号を遅延させる第１遅延部５１を設け、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１か出力される信号とを、時間的にずらしている。
【００８２】
また、本実施例では、アンテナ１７と弾性表面波素子１１との間に第２遅延部１５を設け、外部装置３から入力される信号と弾性表面波素子１１から出力される信号とが混信することを防止している。
【００８３】
更に、本実施例では、先の参照用素子部２１による反射信号が他の測定用素子部１９へ伝達することによる信号の混信を防ぐために、アンテナ１７と第２、第４電極部３１、４９との間に、高周波分配・結合器１３を配置するとともに、２つの送電線１４、１６間、即ち第２電極部３１と高周波分配・結合器１３との間の送電線１４と第４電極部４９と高周波分配・結合器１３との間の送電線１６との間に、アイソレーション（相互に電気的な干渉が生じないような分離）を持たせている。
【００８４】
ｅ）次に、前記圧力センサ１を用いたセンシングシステムをその動作とともに説明する。
図７はセンシングシステムを示し、図８はセンシングシステムにおける信号のタイミングを示している。
【００８５】
ここで、図７及び図８に示される各信号についてまとめて記載する。
ＳＰＤＴ（Ｖｃｏｕｎｔ）：外部装置から送信する信号
ＳＰＤＴ（Ｔｘ） ：外部装置から送信する際のスイッチの信号
ＳＰＤＴ（Ｒｘ） ：外部装置にて受信する際のスイッチの信号
ＲＥＦ ：参照用素子部の出力信号
Ｓｅｎｓｉｎｇ ：測定用素子部の出力信号
Ｈｏｌｄ１ ：参照用素子部の出力信号を保持するための信号
Ｈｏｌｄ２ ：測定用素子部の出力信号を保持するための信号
ＳＤＯ ：コントローラに出力される信号
ｔＳ ：外部装置から送信される信号の信号長さ
ｔＳＷ ：外部装置の送受信機を切り換える際にかかる時間
ｔＤ ：第２遅延部による遅延時間
ｔＤＥＴ ：第１遅延部による遅延時間
なお、例えば、ｔＳ＝１ｕｓ、ｔＤ＝２ｕｓ、ｔＳＷ＜０．１ｕｓ、ｔＤＥＦ＝３ｕｓ、ｔＨｏｌｄ＝０．１ｕｓを採用できる。
【００８６】
なお、遅延時間は、信号の往路と復路において発生するので、図８に示す遅延時間は、その合計である。
・まず、図７に示す様に、外部装置３は、その主要部としてコントローラ１２１や位相同期ＩＣ（ＰＬＬ ＩＣ）１２３等を備えている。
【００８７】
位相同期ＩＣ１２３は、位相同期回路（ＰＬＬ回路）１２５を備え、位相同期回路１２５には、基準周波数の発信器（ＴＣＸＯ）１２７からの信号と電圧制御発信回路（ＶＣＯ）１２９からの信号が入力し、位相同期回路１２５からは、位相補償器であるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３１と電圧制御発信回路１２９を介して、位相同期ＩＣ１２３外に信号が出力される。なお、コントローラ１２１からは、位相同期ＩＣ１２３に対して、位相同期ＩＣ１２３からの発振のオン・オフを制御する制御信号（Ｅｎａｂｌｅ）が出力される。
【００８８】
従って、位相同期ＩＣ１２３から発振された信号は、アッテネータアンプ（ＡＴＴ）１３３によりその出力を減じられ、その信号はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３５及びパワーアンプ（ＰＡ）１３６を介してスイッチ（ＳＰＤＴ）１３７に至り、スイッチ１３７が信号の送信が可能に設定されている場合には、アンテナ１３９を介して、圧力センサ１に信号を送信する。この信号は、例えば１０ｍＷの４３３ＭＨｚの高周波信号であり、ｔＳ間（図８参照）発振される。
【００８９】
なお、スイッチ１３７の動作は、コントローラ１２１から出力される制御信号（Ｓｅｌｅｃｔ）により制御され、送信するための回路側への接続（送信される信号Ｔｘ）と受信するための回路側への接続（受信される信号Ｒｘ）と切り換えられる。なお、送信するための回路側へ接続される期間により、図８に示すｔＳの期間が定まることになる。
【００９０】
・次に、外部装置３から送信された信号は、圧力センサ１のアンテナ１７によって受信され、第２遅延部（ＳＡＷ ＤＬ）１５、高周波分配・結合器（ＲＦ Ｄ・Ｃ）１３を介して、弾性表面波素子（ＳＡＷ）１１に伝達される。以下、詳細に説明する。
【００９１】
図８に示す様に、アンテナ１７にて受信された信号は、第２遅延部１５により、遅延時間ｔＤだけ遅延される。これは、入力された信号Ｔｘと圧力センサ１から出力されて外部装置３側にて受信される信号（ＲＥＦ、Ｓｅｎｓｉｎｇ）とが混信しないようにするためである。
【００９２】
更に、第２遅延部１５にて遅延した信号は、上述した様に、高周波分配・結合器１３を介して、参照用素子部２１の第２電極部３１と第１遅延部５１の第４電極部４９に送信される。
【００９３】
このうち、参照用素子部２１の第２電極部３１に送られた信号は、第２電極部３１にて弾性表面波に変換され、反射器４３、４５にて反射し、第２電極部３１にて受信されて高周波信号に変換される。この信号は、逆の経路を辿って、高周波分配・結合器１３、第２遅延部１５を介して、アンテナ１７から、外部装置３に送信される。この信号は、ＲＥＦに示されているように、第２遅延部１５により遅延時間ｔＤだけ遅延したものとなる。
【００９４】
一方、第１遅延部５１の第４電極部４９に送信され、第１遅延部５１にて所定の遅延時間だけ遅延した信号は、上述した様に、測定用素子部１９の第１電極部２５に送られる。測定用素子部１９では、第１電極部２５にて弾性表面波に変換され、反射器３９、４１にて反射し、第１電極部２５にて受信されて高周波信号に変換される。この信号は、逆の経路を辿って、高周波分配・結合器１３、第２遅延部１５を介して、アンテナ１７から、外部装置３に送信される。この信号は、Ｓｅｎｓｉｎｇに示されているように、前記第２遅延部１５による遅延時間ｔＤに加え、前記第１遅延部５１による遅延時間ｔＤＥＦだけ遅延したものとなる。
【００９５】
つまり、各素子部１９、２１では、素子部１９、２１毎の信号を時間で分別するため、先の信号に対して更にｔＤＥＦの遅延時間を与えるために第１遅延部５１を介して信号を伝達している。
【００９６】
そして、圧力センサ１では、弾性表面波素子１１から戻ってきた信号が、再び一つの信号にまとめられて、アンテナ１７から外部装置３に送信される。
なお、図８に示す様に、前記遅延時間ｔＤＥＦは、送信信号長さｔＳより十分長く設定されているので、外部装置３から圧力センサ１に送信される信号Ｔｘと、圧力センサ１から外部装置３に返送される信号ＲＥＦ、Ｓｅｎｓｉｎｇとを、時間により分離することができる。
【００９７】
・次に、圧力センサ１から信号を受信した外部装置３では、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１４１により、信号を必要レベルまで増幅・ノイズ除去を行い、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４３を介して、ログアンプやダイオードからなる検波器（ＤＥＴ）１４５により検知する。
【００９８】
その後、検波器１４５から、測定用と参照用の２つのアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１４７、１４９に信号を出力する。この出力（ＲＥＦ、Ｓｅｎｓｉｎｇ）は、図８に示す様に、遅延時間ｔＤＥＴだけずれているので、コントローラ１２１から各出力に対応した時間に出力されるホールド信号ｔＨｏｌｄにより、各出力の値が保持され、その値（ＳＤＯ）が、コントローラ１２１に出力される。
【００９９】
詳しくは、発信してから受信するまでの１サイクル分の全信号の検知が終了したところで、保持された値の読み込みを行い、これを周期Ｔにて繰り返し測定を行う。
これにより、コントローラ１２１には、温度のみの参照用の信号と圧力（タイヤの空気圧）及び温度を示す測定用の信号とが、時間的に明瞭に分離された状態で得られることになる。
【０１００】
よって、コントローラ１２１では、測定用の信号と参照用の信号の信号レベルの差分を取ることにより、圧力に対応した信号のみを抽出できるので、この圧力に対応した信号レベルから、圧力値を算出することができる。
【０１０１】
つまり、タイヤ５の空気圧（圧力）は、ダイヤフラム７７や圧力伝達ピン８１を介して測定用素子部１９にひずみとして伝わり、測定用素子部１９のひずみ量により圧力センサ１から出力される信号強度が変化する。よって、信号レベル検知方式を利用し、測定用の信号と参照用の信号の信号レベルを求めるとともに、両信号レベルの差分を取って、圧力に対応した信号のみを抽出できる。一方、圧力と圧力センサ１との応答との間には線形関係が成り立つことから、予め圧力に対する応答量をマッピングしておき、前記圧力の測定値と比較することにより、タイヤ５内の圧力を特定することができる。
【０１０２】
ｆ）この様に、本実施例では、測定用素子部１９と参照用素子部２１との間に、遅延線の構造を有する第１遅延部５１を備えているので、測定用素子部１９から出力される信号を参照用素子部２１から出力される信号に対して遅延させることができる。
【０１０３】
これにより、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１から出力される信号とを、時間的にずらすことができるので、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１から出力される信号とを、無線によって送信した場合でも、その信号を受信した外部装置３では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。
【０１０４】
よって、その分離した信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握することができる。そして、そのレベル検知後の信号を用い、測定用素子部１９から出力される圧力及び温度に対応した信号と参照用素子部２１から出力される温度に対応した信号とから、すなわち両信号の差分を取ることにより、圧力のみを示す信号を抽出することができる。
【０１０５】
つまり、本実施例によれば、測定用素子部１９と参照用素子部２１とを備えた弾性表面波素子１１を用い、無線によって信号を送信する場合でも、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易にタイヤ５内の圧力（空気圧）を検知することができる。
【実施例２】
【０１０６】
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は簡略化する。
ａ）まず、本実施例の圧力センサの構成について説明する。
図９に示す様に、本実施例の圧力センサ１５１は、前記実施例１と同様に、弾性表面波素子１５３と、高周波分配・結合器１５５と、第２遅延部１５７と、アンテナ１５９とを備えている。
【０１０７】
前記弾性表面波素子１５３は、前記実施例１と同様に、測定用素子部１６１と、参照用素子部１６３と、第１遅延部１６５とを備えている。
特に、本実施例では、第１電極パターン１６７の測定用素子部１６１及び参照用素子部１６３の反対側に、温度測定用素子部１６９が設けられている。
【０１０８】
この温度測定用素子部１６９は、一対の電極１７１、１７３からなる第５電極部１７５の両側に、反射器１７７、１８１を備えたものである。
そして、この第５電極部１７５の一方の電極１７１は、高周波分配・結合器１５３に接続されている。また、第１遅延部１６５の第４電極部１８５は、第３遅延部１８７を介して高周波分配・結合器１５３に接続され、参照用素子部１６３の第２電極部１８９は、第４遅延部１９１を介して高周波分配・結合器１５３に接続されている。
【０１０９】
ｂ）次に、この圧力センサ１５１を用いたセンシングシステムについて説明する。
図１０に示す様に、本実施例のセンシングシステムは、前記実施例１と同様に、圧力センサ１５１と外部装置２０１とを備えている。
【０１１０】
この外部装置２０１は、前記実施例１と同様に、コントローラ２０３、位相同期ＩＣ（ＰＬＬ ＩＣ）２０５、アッテネータアンプ（ＡＴＴ）２０７、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０９、パワーアンプ（ＰＡ）２１１、スイッチ（ＳＰＤＴ）２１３、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）２１５、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１７、検波器（ＤＥＴ）２１９、アンテナ２２１等を備えている。
【０１１１】
特に、本実施例では、３つの素子部１６１、１６３、１６９に対応して、温度測定用と参照用と測定用の３つのアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２２３、２２５、２２７を備えている。
【０１１２】
従って、本実施例では、図１１のような信号が得られる。以下図１０及び図１１を用いて詳細に説明する。
なお、外部装置２０１から圧力センサ１５１に到る信号については、前記実施例１と同様である。
【０１１３】
まず、外部装置２０１からの信号（高周波信号）を受信して、温度測定用素子部１６９に入力する信号は、第５電極部１７５にて弾性表面波に変換されて反射器１７７、１８１側に送信され、ここで反射した弾性表面波は、再度第５電極部１７５に戻って高周波信号に変換される。そして、温度測定用素子部１６９から出力される信号は、第１遅延部１５５により遅延時間ｔＤだけ遅延され、外部装置２０１にて受信され、Ｈｏｌｄ１の信号ｔＨｏｌｄにより、その値が保持される。
【０１１４】
また、参照用電極素子部１６３に入出力することによる同様な信号は、第１遅延部１５５により遅延時間ｔＤだけ遅延されるとともに、第４遅延部１９１にても遅延時間ｔＤＥＦだけ遅延され、外部装置２０１にて受信され、Ｈｏｌｄ２の信号ｔＨｏｌｄにより、その値が保持される。
【０１１５】
更に、測定用素子部１６１に入出力することによる同様な信号は、第１遅延部１５５により遅延時間ｔＤだけ遅延されるとともに、第３遅延部１８７にて遅延時間ｔＤＥＦだけ遅延され、更に、第１遅延部１６５にて遅延時間ｔＤＥＦだけ遅延され、外部装置２０１にて受信され、Ｈｏｌｄ３の信号ｔＨｏｌｄにより、その値が保持される。
【０１１６】
従って、コントローラ２０３には、温度のみの参照用信号と圧力（空気圧）及び温度を示す測定用信号とに加え、より精度の高い温度を示す信号が、時間的に明瞭に分離された状態で得られることになる。
【０１１７】
よって、コントローラ２０３では、測定用信号と参照用信号の信号レベルの差分を取ることにより、圧力に対応した信号のみを抽出できるので、この圧力に対応した信号レベルから、圧力の値を求めることができる。また、温度測定用の信号により、温度を求めることができる。
【０１１８】
本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、温度測定用素子部１６９を備えているので、圧力だけでなく温度も正確に検知することができる。
【実施例３】
【０１１９】
次に、実施例３について説明する。
本実施例では、ガス濃度センサの具体例として、図１２に示す様な水素濃度センサ２３１を例示する。
【０１２０】
この水素濃度センサ２３１は、前記実施例１と同様に、圧電基板２３３、第１電極部２３５、第２電極部２３７、第１遅延部２３９、反射器２４１等を備えるとともに、測定用素子部２４３、参照用素子部２４５を備えている。なお、前記実施例１と同様である箇所の説明は省略し、相違点のガス感応膜（ガス吸着体）２４７を備えた素子構造と、その反応原理について説明する。
【０１２１】
弾性表面波素子２４９の特性が水素ガスの影響のみに依存し変化するには、弾性表面波の伝搬路上にガス選択性を持つ感応膜（ここでは水素を吸着するガス吸着体２４７）が必要となる。この感応膜２４７は、水素吸蔵合金（Ｐｄ合金等）から成る厚さ数百μｍ〜数十μｍの薄膜で形成され、例えば第１電極部２３５と反射器２４１との間に配置される。
【０１２２】
水素に対する弾性表面波の応答は、２種類に大別できる。
１つ目は、感応膜２４７に水素吸蔵合金やＰｄ−Ｎｉ合金等を用いて、水素分子が膜に吸着した際の化学反応熱（発熱量）による変化を利用したセンサである。このタイプは、基板の有する温度特性に対応して周波数特性がシフトする（水晶基板を用いた場合、その変化の様は２次曲線となる）。よって、そのシフト量を特定周波数の信号レベルの変化量から特定し、水素濃度を特定する。
【０１２３】
２つ目は、感応膜２４７にＰｂまたはＰｂ合金を用いて、水素分子が付着することによる質量負荷や弾性率の変化を利用したセンサである。弾性表面波の伝搬面の弾性定数が変化することや質量負荷効果により、弾性表面波の伝搬速度が変化する。これにより、周波数特性のシフトを特定周波数の信号レベルの変化量から特定し、水素濃度を特定する。
【０１２４】
なお、図１３に示す様に、他の水素濃度センサ２５１として、各電極部２５３〜２５９等を覆うように、ＳｉＯ2等の絶縁性保護膜２６１を装荷した上に、感応膜（ガス吸着体）２６３を設けてもよい。
【０１２５】
また、ここでは、水素濃度を検出するセンサについて述べたが、他のガスについても、そのガスを吸着する感応膜を設け、同様な原理でガス濃度を検出することができる。
【実施例４】
【０１２６】
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、図１４に示す様に、液体センシングのセンサ構造（例えば液体の各種の物性値を検出できる液相系センサ２７１）を例示する。なお、他の実施例と同様である箇所は省略し、相違点の液体センシングのための電極構造とその反応原理について例示する。
【０１２７】
本実施例では、弾性表面波素子２７３の圧電基板２７５に液体が付着することによって、（圧力が加わった場合の様に）周波数特性が変化するので、この周波数特性の変化から液体の物性値を検知することができる。
【０１２８】
具体的には、液体に波のエネルギが放射しないモード（ＳＨ、Ｌｏｖｅ等）の弾性表面波を励起する素子を用いることで、液体の粘度・密度等を検出することができる。
液体のセンシングに用いられる弾性表面波は、液体内にエネルギを放射する縦方向の変位成分が殆どなく、横方向の変位成分のみを有する、滑り横波（ＳＨ）型の弾性表面波となる。励起される弾性表面波のモードは、用いる圧電材料（材料の種類やカット角）に依存し、ＳＨ型の弾性表面波を励起する圧電基板材料として、比較的結合係数が高く温度係数の小さな３６°ＹＸ−ＬｉＴａＯ3が知られている。
【０１２９】
電極及び反射器のパターンは、基板材料定数（結合係数や静電容量等）に依存するため実施例１と異なるが設計手法は同様である。また、励起電極−反射器間距離は、弾性表面波の伝搬面と測定溶液とが接触する幅（数ｍｍ）以上が必要となる。
【０１３０】
なお、圧電基板２７５上には、例えば測定用素子部２７７の第１電極部２７９と反射器２８１との間に、液体を保持するための囲い（例えばシリコンや樹脂で作られたプール）２８３を設けることが好ましい。
【０１３１】
また、液体内にセンサを直接浸けるディップ式のセンシングを行うには、励起電極及び反射器が濡れるのを防ぐ必要がある。そのため、センサ基板上に電極と反射器を覆うように防水シールドを形成する。この防水シールド材にはエポキシ系の樹脂を利用し、電極及び反射器と防水シールドの間には微小なエアギャップを設ける。なお、防水シールドとセンサ表面との設置面積が大きいと信号が減衰する要因となるため、設置面積は極力小さくするのが望ましい。
【０１３２】
なお、本発明は、前記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
（１）例えばタイヤ空気圧センサのような圧力センサに限らず、応力センサ、変位センサ、温度センサなど、各種の用途に適用できる。
【０１３３】
（２）また、ガスセンサでは、合成ジャロサイトＭｇＦｅ3（ＳＯ4）2（ＯＨ）6や含水素酸化鉄（III）ＦｅＯＯＨ等により一酸化炭素といったように、特定のガス感応膜を用いることで多種のガスセンシングにも適用できる。
【符号の説明】
【０１３４】
１、１５１…圧力センサ
３、２０１…外部装置
１１、１５３、２４９、２７３…弾性表面波素子
１５、１５７…第２遅延部
１９、１６１、２４３、２７７…測定用素子部
２１、１６３、２４５…参照用素子部
２５、２３５、２５３、２６５、２７９…第１電極部
３１、１８９、２３７、２５５…第２電極部
３９、４１、４３、４５、１７７、１８１、２４１、２８１…反射器
４７、２５７…第３電極部
４９、２５９…第４電極部
５１、１６５、２３９…第１遅延部
８６…筐体
１６９…温度測定用素子部
１８７…第３遅延部
１９１…第４遅延部
１７５…第５電極部
２３１、２５１…水素濃度センサ
２４７、２６３…ガス吸着体
２７１…液相センサ
２８３…囲い
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（表面音響波：ＳＡＷ）を利用して、測定対象の様々な状態（ガス濃度、温度、圧力、液体の粘度等）の変化を検出するために、２以上の素子部（例えば参照用素子部、測定用素子部）を備えた弾性表面波素子と、そのセンサと、センサと信号を送受信する外部装置を備えたセンシングシステムと、弾性表面波を利用して測定対象の状態を検出する状態検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、弾性表面波の特性を利用して、測定対象のガス濃度、温度、圧力、液体の粘度等を検知するセンシングシステムが開発されており、例えば遅延線による遅延時間や位相変化を利用した検知方法や、共振器を用いた信号レベル変化や周波数変化による検知方法が知られている。
【０００３】
このうち、遅延線を用いた遅延時間による温度、圧力の検知方法としては、チャープ信号を利用した技術が提案されている（特許文献１参照）。
また、測定対象ガスを検知する場合は、小型化と高感度化を目的に、共振型のセンサが知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
更に、応力・圧力といった機械的摂動を検知する場合は、遅延線による応答がナノオーダーと微小であるため、共振器を用いたセンサが主流となっているが、この共振型センサを用いた無線検波の技術、即ち、共振型センサから無線にて送信された信号波を受信回路にて検知する技術（共振型周波数検波）も、既に検討されている（特許文献３、４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平７−５０２６１３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３０９２号公報
【特許文献３】特表２００５−５０１２３５号公報
【特許文献４】特表２００７−５２２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した共振型センサを用いた場合の検波方法として、共振周波数検波と信号レベル検波とが知られているが、例えば一対の櫛歯電極からなる電極部とそれに対応した反射器を備えた素子部を複数個（例えば測定用の素子部と参照用の素子部或いは複数のガス検知素子）を用い、その検波を無線で行う場合には、下記の様な問題があった。
【０００７】
つまり、共振周波数検波では、共振周波数の異なる素子を配置し、周波数変調を用いることで、受信した信号から各素子部に対応する成分を分解できるため、複数の素子部から反射信号を同時に受信した場合でも、分離・復調が可能であるが、そのためには、周波数シンセサイザが必要となり、回路構成が複雑になりサイズも大きくなるという問題があった。
【０００８】
一方、信号レベル検波の場合は、シンプルな回路構成となるが、受信信号が混信してしまうため、複数の素子部からの信号を分離して検波することが困難であった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、信号レベル検波方式を採用でき、シンプル且つ小型な回路で、複数の素子からなる応答波形の検波を容易に実現できる弾性表面波素子、センサ、センシングシステム、及び状態検知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】
【０００９】
（１）請求項１の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備えた一方の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた他方の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第１遅延部を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、両素子部のうち、一方の素子部（例えばガス吸着体を備えた測定用の素子部）の信号を他方の素子部（例えば参照用の素子部）の信号に対して遅延させる（例えば遅延線によって構成される）第１遅延部を備えているので、例えば、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。
【００１１】
従って、例えば、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する場合でも、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離して検波することができる。よって、その各々の信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握し、所定の簡単な演算を行うことにより、測定対象ガスの状態（例えばガス濃度）を容易に把握することができる。
【００１２】
つまり、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する場合でも、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象ガスの状態を検知することができる。
【００１３】
（２）請求項２の発明は、前記弾性表面波素子は、ガスの濃度検知が可能であることを特徴とする。
本発明は、弾性表面波素子の用途を例示したものである。
【００１４】
（３）請求項３の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた２以上の素子部を有し、前記素子部のいずれかに加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、該測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を備えるとともに、前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第１遅延部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明では、測定用の素子部と参照用の素子部とのうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して遅延させる第１遅延部を備えているので、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。
【００１６】
従って、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する場合でも、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離して検波することができる。よって、その各々の信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握し、所定の簡単な演算を行うことにより、測定対象の状態（圧力等）を容易に把握することができる。
【００１７】
つまり、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する場合でも、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象の状態を検知することができる。
【００１８】
ここで、参照用の素子部としては、測定対象の状態変化を受けない又は受ける程度が異なる素子部を採用できる。従って、例えば測定対象の変化（例えば圧力）を受け且つ他の要因からの影響（例えば温度）を受ける測定用の素子部からの信号と、測定対象の変化（例えば圧力）を受けず且つ前記他の要因からの影響（例えば温度）を受ける参照用の素子部からの信号の差分を求めることにより、測定対象の変化（例えば圧力）を測定できる。
【００１９】
（４）請求項４の発明は、前記弾性表面波素子は、気体の圧力検知が可能であることを特徴とする。
本発明は、弾性表面波素子の用途を例示したものである。
【００２０】
（５）請求項５の発明は、前記弾性表面波素子の圧電基板として、液体に対してエネルギを放射しない弾性表面波を励起する圧電基板を用いることを特徴とする。
本発明では、例えば圧電基板の材料やカット角を選択することにより（例えば３６°ＹＸ−ＬｉＴａＯ3を採用することにより）、液体に対してエネルギを放射しない弾性表面波（例えば主としてＳＨ波やラブ波等の横波）を励起する構成とすることができる。
【００２１】
これにより、液体の物性値（例えば粘度、密度等）などの液体の状態の検出が可能となる。
（６）請求項６の発明は、前記弾性表面波素子は、液体の物性値を検出可能であることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、弾性表面波素子の用途を例示したものである。
（７）請求項７の発明は、前記他方の素子部に接続された信号線と、前記第１遅延部を介して接続された前記一方の素子部の信号線とを、互いの信号が混信しないように分配したことを特徴とする。
【００２３】
本発明では、互いの信号線に流れる信号を時間的に遅延させることにより分離したので、信号の干渉なく測定が可能となる。
（８）請求項８の発明は、 前記第１遅延部が、音波を利用した遅延線であることを特徴とする。
【００２４】
本発明は、第１遅延部の特徴を例示したものである。
（９）請求項９の発明は、前記第１遅延部が複数ある場合は、少なくとも１つを前記圧電基板上に設けたことを特徴とする。
【００２５】
これにより、弾性表面波素子の構成をコンパクトにすることができる。
（１０）請求項１０の発明は、更に、単独で温度検知が可能な温度検知用の素子部を備えたことを特徴とする。
【００２６】
本発明は、温度検知用の素子部を備えているので、例えば圧力等を検知できるとともに、精度良く温度を検知することができる。
なお、センサを設置する環境が測定対象と温度以外の摂動が生じない環境であるならば、参照用の素子部を温度用の素子部として利用できる。つまり、改めて温度用素子を設置する必要がないため、センサが小型かつ安価に作製可能となる。
【００２７】
（１１）請求項１１の発明は、前記請求項３、４、７〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して圧力を付与する圧力付与部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
本発明は、圧力センサの構成を例示したものである。
（１２）請求項１２の発明は、前記請求項１、２、７〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対してガスを付与するガス吸着体と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
本発明は、ガスセンサの構成を例示したものである。
（１３）請求項１３の発明は、前記請求項５〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して測定対象の液体を保持するための囲いを備えた液体付加部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
本発明は、液相系センサの構成を例示したものである。
（１４）請求項１４の発明は、前記弾性表面波素子と前記アンテナとの間に、前記外部装置から入力される信号と前記弾性表面波素子から出力される信号との混信を防ぐための第２遅延部を設けたことを特徴とする。
【００３１】
本発明では、弾性表面波素子とアンテナとの間に、（例えば遅延線によって構成される）第２遅延部を設けているので、外部装置から入力される信号と弾性表面波素子から出力される信号とが混信するのを防止することができる。
【００３２】
（１５）請求項１５の発明は、前記請求項１１〜１４のいずれかに記載のセンサと、該センサと無線にて信号の送受信を行う外部装置と、を備え、前記外部装置から前記素子部への特定周波数の入力信号に対する前記素子部の出力信号のレベル変化により、前記測定対象の状態を検知することを特徴とする。
【００３３】
本発明は、センサと外部装置との間で、無線により信号の送受信を行うセンシングシステムである。このセンシングシステムでは、外部装置から素子部への特定周波数の入力信号に対する素子部の出力信号のレベル変化（信号強度の変化）により、測定対象の状態を容易に検知することができる。
【００３４】
（１６）請求項１６の発明は、前記センサを測定空間内に配置し、前記センサからの信号を前記外部装置で受信して、前記測定空間内の状態を検知することを特徴とする。
本発明は、測定空間内の状態を検知するセンシングシステム、具体的には、例えばタイヤ内にセンサを配置してタイヤ内の圧力を検知するセンシングシステム、また、閉鎖された空間内にガスセンサを配置して空間内のガス濃度を測定するセンシングシステムを例示している。
【００３５】
（１７）請求項１７の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備え、前記測定対象ガスの吸着の影響を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、該センサと無線通信を行う外部装置と、を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号（反射信号）のレベル変化により、測定対象ガスの状態を検知する状態検知方法であって、前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて（所定の演算を行うことで）前記測定対象の状態を検知することを特徴とする。
【００３６】
本発明では、弾性表面波素子の測定用の素子部と参照用の素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、両素子部の信号を分離し、その分離した信号を用いて測定対象ガスの状態を検知することができる。
【００３７】
つまり、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して遅延させることにより、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。よって、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する際に、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。そのため、その分離した信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握することにより、測定対象ガスの状態を容易に把握することができる。
【００３８】
すなわち、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する際に、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象ガスの状態を検知することができる。
【００３９】
なお、前記所定の演算とは、分離して受信された測定用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで、測定対象（ガス）による応答のみを抽出し（例えば測定用の素子部が温度用の素子部の場合には、温度用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで、温度による応答のみを抽出し）、変化量の基準となる関数もしくはデータとのフィッティングにより状態を表す数値を出力する作業のことである。
【００４０】
（１８）請求項１８の発明は、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定用の素子部に加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、該センサと無線通信を行う外部装置と、を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号（反射信号）のレベル変化により、測定対象の状態を検知する状態検知方法であって、前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて（所定の演算を行うことで）前記測定対象の状態を検知することを特徴とする。
【００４１】
本発明では、弾性表面波素子の測定用の素子部と参照用の素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、両素子部の信号を分離し、その分離した信号を用いて測定対象の状態を検知することができる。
【００４２】
つまり、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して遅延させることにより、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、時間的にずらすことができる。よって、測定用の素子部から出力される信号と参照用の素子部から出力される信号とを、無線によって送信する際に、受信した装置では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。そのため、その分離した信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握することにより、測定対象の状態を容易に把握することができる。
【００４３】
すなわち、本発明によれば、測定用の素子部と参照用の素子部とを備えた弾性表面波素子を用い、無線によって信号を送信する際に、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易に測定対象の状態を検知することができる。
【００４４】
なお、前記所定の演算とは、分離して受信された測定用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで、測定対象（例えばガス）による応答のみを抽出し（例えば測定用の素子部が温度用の素子部の場合には、温度用の素子部からの応答から参照用の素子部からの応答を減算することで温度による応答のみを抽出し）、変化量の基準となる関数もしくはデータとのフィッティングにより状態を表す数値を出力する作業のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１の圧力センサが用いられるセンシングシステムの概略構成を示す説明図である。
【図２】実施例１の圧力センサの概略構成を示す説明図である。
【図３】（ａ）は圧力センサの弾性表面波素子が貼り付けられる表面を示す説明図、（ｂ）は圧力センサを厚み方向に破断した状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は参考例１の共振型の弾性表面波素子の基本構造を示す説明図、（ｂ）はその基本動作を示す説明図、（ｃ）はその出力特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）は参考例１の弾性表面波素子の動作を示す説明図、（ｂ）はその測定原理を示すグラフである。
【図６】（ａ）は参考例２の共振型の弾性表面波素子の基本構造と動作を示す説明図、（ｂ）は、その測定原理を示す説明図である。
【図７】実施例１のセンシングシステムの電気的構成を示す説明図である。
【図８】実施例１のセンシングシステムにおける信号のタイミングチャートである。
【図９】実施例２の圧力センサの概略構成を示す説明図である。
【図１０】実施例２のセンシングシステムの電気的構成を示す説明図である。
【図１１】実施例２のセンシングシステムにおける信号のタイミングチャートである。
【図１２】実施例３の水素濃度センサを示す説明図である。
【図１３】水素濃度センサの他の例を示す説明図である。
【図１４】液相センサを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明が適用される実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００４７】
本実施例では、例えばタイヤ空気圧を検出するタイヤ空気圧センサとして用いられる圧力センサを例に挙げて説明する。
図１にシステム全体を示す様に、圧力センサ１は、外部装置（計測装置）３と無線にて信号の送受信を行うセンシングシステムを構成するものであり、外部装置３からの信号（高周波信号）を受け、その信号に対する応答を外部装置３に送信し、外部装置３にてタイヤ空気圧を求めるものである。
【００４８】
なお、前記圧力センサ１は、例えばタイヤ５内部の内側表面などに取り付けられ、外部装置３は、例えば回転しない箇所（例えばリム７の近傍やタイヤハウジング９の周辺）に取り付けられるものである。以下、詳細に説明する。
【００４９】
ａ）まず、圧力センサ１の構成について説明する。
・図２に圧力センサ１の要部を示すように、圧力センサ１は、弾性表面波素子１１と、高周波分配・結合器１３と、遅延部（第２遅延部）１５と、アンテナ１７とを備えている。
【００５０】
このうち、前記アンテナ１７は、外部装置３との間で高周波信号を送受信するためのアンテナであり、タブレットアンテナやパッチアンテナなどを用いることができる。
前記第２遅延部１５は、高周波信号の伝播を遅延させるものであり、ここでは、外部装置３から入力される信号と弾性表面波素子１１から出力される信号とが混信することを防止するために、アンテナ１７と高周波分配・結合器１３との間に配置されている。なお、第２遅延部１５は、後述する周知の遅延線により構成されている。
【００５１】
前記高周波分配・結合器１３は、外部装置３から受信した高周波信号を、（一対の電極からなる）異なる電極部に対して分配して各素子部１９、２１に伝達するとともに、各素子部１９、２１からの応答に対しては、各電極部間を隔離することで信号の伝達方向に方向性を持たせて異なる電極部からの信号を１つの信号として外部装置３側に送信するためのものである。従って、異なる電極部間では、各電極部にて送受信される高周波信号により影響を受けることがない。
【００５２】
前記弾性表面波素子１１は、弾性表面波と電気信号との間の機械・電気的変換を行う第１変換器（測定用素子部）１９と第２変換器（参照用素子部）２１とを備えている。
詳しくは、弾性表面波素子１１には、圧電基板２３の同一表面上に、測定用素子部１９の第１電極部２５（一対の櫛歯状の電極２７、２９が互いに嵌り込んで構成されている電極部）と、参照用素子部２１の第２電極部３１（一対の櫛歯状の電極３３、３５が互いに嵌り込んで構成されている電極部）とが、同図の左右方向に離れて配置されている。なお、第１電極部２５の一方の電極２７（同図上側）と第２電極部３１の一方の電極３３（同図上側）は、同一の第１電極パターン３７により電気的に接続されている。
【００５３】
また、第１電極部２５の両側（弾性表面波の進行方向における両側：同図左右方向）と第２電極部３１の両側とには、それぞれ弾性表面波を反射する短冊状の反射器３９、４１、４３、４５が配置されている。
【００５４】
更に、測定用素子部１９と参照用素子部２１との間には、左右一対の第３、第４電極部４７、４９からなる遅延部（第１遅延部）５１が配置されている。この第３、第４電極部４７、４９は、前記第１、２電極部２５、３１と同様に、一対の櫛歯状の電極５３、５５、５７、５９が互いに嵌り込んで構成されている電極部である。
【００５５】
前記第１遅延部５１は、第４電極部４９から第３電極部４７への信号の伝播を遅延させるものであり、この第３、第４電極部４７、４９が、信号の伝播を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延線となる。なお、前記第３、第４電極部４７、４９は、同図の左右の両側に信号の送信が可能な双方向電極であり、測定用素子部１９と参照用素子部２１との間にて隣接して配置されることにより、両素子部１９、２１の反射器４１、４３を利用できる。このため、小型で低損失な遅延線を構成できる。
【００５６】
つまり、第４電極部４９により励起された弾性表面波は、第４電極部４９から第３電極部４７に伝播されるまでに、第３、第４電極部４７、４９間の間隔によって定まる所定の時間分遅延されることになる。なお、前記第２遅延部１５も同様な構成である。
【００５７】
また、前記第４電極部４９の一方の電極５９と第２電極部３１の一方の電極３５は、互いに高周波信号が干渉しないように、それぞれ空間的及び電気的に分離された状態で、高周波分配・結合器１３に接続されている。従って、高周波分配・結合器１３からは、第４電極部４９と第２電極部３１とに対して、それぞれ別個に（送電線１４、１６で示す別の経路で）高周波信号が出力され、逆に、第４電極部４９と第２電極部３１とからは、高周波分配・結合器１３に対して、それぞれ別個に（送電線１４、１６で示す別の経路で）高周波信号が出力される。
【００５８】
これにより、一方の素子部から出力される信号（反射信号）が、他方の素子部の入力信号へ流れ込むことを防止できる。
更に、第１電極部２５の一方の電極２９と第３電極部４７の一方の電極５５は、第２電極パターン６１により電気的に接続されている。
【００５９】
・ここで、弾性表面波素子１１における高周波信号の伝播経路について、簡単に説明する。
前記参照用素子部２１は、外部装置３から供給される高周波信号を弾性表面波に変換するものであり、逆圧電効果により電気信号を弾性表面波に変換する。つまり、アンテナ１７で受信し、第２遅延部１５及び高周波分配・結合器１３を介して送信された高周波信号を弾性表面波に変換し、第２電極部３１の電極３３、３５に対して垂直方向（同図左右方向）へ弾性表面波を励起する。この弾性表面波は反射器４３、４５にて反射し、第２電極部３１にて受信され、高周波分配・結合器１３に出力される。
【００６０】
一方、高周波分配・結合器１３から第４電極部４９に出力された高周波信号は、前記第２電極部３１と同様に、弾性表面波に変換され、その弾性表面波は所定の遅延時間後、第３電極部４７に伝播し、高周波信号に変換される。この第３電極部４７は、第２電極パターン６１により第１電極部２５と接続されているので、第３電極部４７から測定用素子部１９の第１電極部２５に高周波信号が伝達される。
【００６１】
前記測定用素子部１９は、前記参照用素子部２１と同様に、弾性表面波を電気信号に変換するものである。この測定用素子部１９は、上述の様に、その第１電極部２５と第３電極部４７とが接続されているので、（第４電極部４９から送信され）第３電極部４７にて受信された遅延した高周波信号は、第１電極部２５に伝達され、第１電極部２５の電極２７、２９に対して垂直方向（同図左右方向）へ弾性表面波を励起する。この弾性表面波は反射器３９、４１にて反射し、第１電極部２５にて受信される。以後は、受信の際と逆の経路を辿って、第３電極部４７、第４電極部４９を介して、遅延した高周波信号が、高周波分配・結合器１３に出力される。
【００６２】
ｂ）次に、前記弾性表面波素子１１の製造方法について、簡単に説明する。
弾性表面波素子１１を製造する場合には、圧電基板２３上に、金属（アルミニウム）膜を、スパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィーによりマスキングし、エッチングにより、前記図１に示す（グレー部分の）電極等のパターンの形状となるようにパターニングする。
【００６３】
下記に、４３３ＭＨｚの共振周波数を有する本実施例の弾性表面波素子１１の設計値、材料を示す。
・圧電基板：ＳＴ−Ｘ水晶基板（単結晶）、厚さ０．５ｍｍ
表面＝鏡面加工、裏面＝粗加工
・金属膜：アルミニウム、厚さ０．１μｍ
・電極構造（図１等では模式的に示してある：λは波長である）
・励起電極（第１〜第４電極部）
電極幅：１／４λ（１．８１μｍ）、電極間隔：１／４λ（１．８１μｍ）、 交差幅：２２９．２μｍ
・反射器
電極幅：１／４λ（１．８１μｍ）、電極間隔：１／４λ（１．８１μｍ）、 本数：４００本
・励起電極−反射器間距離：３／８λ（２．６５７μｍ）
・遅延線伝播距離：１５００λ（４．７３５ｍｍ）
・素子サイズ：１６．４６３ｍｍ×１．９９７ｍｍ
ｃ）次に、前記弾性表面波素子１１を収容した圧力センサ１の全体構成を説明する。
【００６４】
図３（ａ）は圧力センサ１の基板の表面側を示し、図３（ｂ）は圧力センサ１の縦断面を示している。
図３（ａ）に示す様に、弾性表面波素子１１は、例えばコバールからなる金属製の土台７１上に、接着剤等により貼り付けられる。
【００６５】
詳しくは、図３（ｂ）に示す様に、土台７１には、弾性表面波素子１１の一端側（測定用素子部１９側）が撓むことが可能な様に凹部７３が設けられており、弾性表面波素子１１は、その測定用素子部１９側が凹部７３の上方に張り出すように配置され、参照用素子部２１側が基板表面に貼り付けされている。
【００６６】
そして、土台７１の一方の側（弾性表面波素子１１の配置側）には、弾性表面波素子１１を空間を空けて覆うように、例えばポリカーボネート製のカバー７４がかぶせられている。
【００６７】
また、カバー７４には、測定用素子部１９と対向する位置に円形の開口部７５が設けられ、この開口部７５には、例えばステンレスからなる金属製の円盤（ダイヤフラム）７７と、ゴム製のＯリング７９とが配置され、ダイヤフラム７７には測定用素子部１９の表面に当接する金属製の圧力伝達ピン８１が取り付けられている。
【００６８】
従って、圧力センサ１の周囲の空気圧が増加すると、ダイヤフラム７７が凹み、圧力伝達ピン８１が測定用素子部１９付近を押圧するので、この押圧力に対応した出力が得られることになる。
【００６９】
なお、弾性表面波素子１１の電極等は、土台７１に設けられたガラスシール８３を貫くピン（図示せず）に接続され、そのピンを介してアンテナ１７等を配置した電子部品設置用基板８２に接続されている。なお、カバー７４と電子部品設置用基板８２を覆う蓋８４により筐体８６が構成されている。
【００７０】
ｄ）次に、圧力センサ１における測定の原理を、参考例とともに説明する。
図４（ａ）は参考例１の共振型の弾性表面波素子の基本構造を示し、図４（ｂ）はその基本動作を示し、図４（ｃ）は、その出力特性を示している。また、図５（ａ）は参考例１の弾性表面波素子の動作を示し、図５（ｂ）は、その測定原理を示している。同様に、図６（ａ）は参考例２の共振型の弾性表面波素子の基本構造と動作を示し、図６（ｂ）は、その測定原理を示している。
【００７１】
・図４（ａ）に参考例１の共振型の弾性表面波素子９１を示すが、この弾性表面波素子９１は、圧電基板９３の中央に高周波信号が入出力する一対の電極９５、９７からなる電極部９９を備えるとともに、電極部９９の両側に反射器１０１、１０３を備えたものである。
【００７２】
この弾性表面波素子９１では、各構成をファブリペローの共振条件を満たすように配置した場合に得られる共振波を利用したものである。
つまり、電極部９９に電気信号（高周波信号）を印加すると、逆電圧効果により電極部９９の電極９５、９７の周期で決定される周波数の弾性表面波に変換され、図４（ｂ）に示す様に、電極部９９から同図の左右の双方向へ伝播する（入力）。その後、反射器１０１、１０３で反射された弾性表面波が共振しながら再び電極部９９に到達し、圧電効果により電気信号に変換される（出力）。
【００７３】
従って、ネットワークアナライザー等の測定器を用いて反射特性（信号レベル）を観測すると、図４（ｃ）に示す様に、信号レベルは共振点で最小となり、共振点から外れるにつれて大きくなる。
【００７４】
・図５（ａ）に示す様に、参考例１の弾性表面波素子９１は、負荷（圧力、温度、応力等）を加わると、負荷に応じて電極部９９が膨張（収縮）することにより、図５（ｂ）に示す様に、周波数特性が変化する。この応答を検知するために、信号レベル変化の検知（検知方法（１））と共振周波数変化の検知（検知方法（２））が知られている。
【００７５】
このうち、信号レベル変化の検知方法では、負荷の有無によって変化する（共振点における）信号レベルの変化から、負荷の有無や負荷の程度を検知するものであり、本実施例では、この検知方法を採用する。
【００７６】
一方、共振周波数変化の検知方法では、負荷の有無によって変化する共振周波数から、負荷の有無や負荷の程度を検知するものである。
・図６（ａ）に示す参考例２の共振型の弾性表面波素子１１１は、負荷をより精度良く検知するために、参考例１の弾性表面波素子９１を改良したものである。
【００７７】
センサによって負荷を検知する場合、センサの設置環境による不要応答が生じるため、その補正が必要になることが多い。この対策として、前記参考例１の弾性表面波素子９１と同様な形状の素子部（測定用素子部１１３、参照用素子部１１５）を左右に配置した参考例２の弾性表面波素子１１１が開発されている。
【００７８】
前記弾性表面波素子１１１では、測定用素子部１１３を測定対象の負荷を受ける素子部（センシング）とし、参照用素子部１１５を測定対象の負荷を受けない素子部（リファレンス）とし、図６（ｂ）に示す様に、それぞれの信号の作動出力を得ることで、測定環境の変化による応答を除外し、測定したい応答のみを取り出すことができる。
【００７９】
例えばセンサに加わる応力を測定する際に温度が変化した場合を考えると、センサに応力が加わると基板にひずみが生じて膨張・収縮が起こる。また、温度によっても基板に熱膨張・収縮が起こる。よって、測定対象の応力だけの応答を得るには、参照用素子部１１５には応力を加えずに温度影響のみが加わるようにし、測定用素子部１１３には、温度と応力の両方が加わるようにして、これらの素子部１１３、１１５の差分（センシング出力とリファレンス出力との差）を取ることで、測定対象の応力だけを検知することが可能である。
【００８０】
・本実施例の弾性表面波素子１１は、負荷をより精度良く検知するために、前記参考例２の弾性表面波素子１１１を改良したものである。
つまり、参考例２の弾性表面波素子１１１を用いて、信号レベル変化の検知方法によって負荷を検知することが可能であるが、２つの素子部１１３、１１５の応答を無線によって送信する場合には、両素子部１１３、１１５からの信号を分離することができない。なお、共振周波数変化の検知方法の場合は、信号を分離することは可能であるが、その場合には複雑な回路構成を必要とする。
【００８１】
そこで、本実施例では、上述した構成の弾性表面波素子１１とした。
即ち、前記図２に示す様に、測定用素子部１９と参照用素子部２１との間に、高周波信号を遅延させる第１遅延部５１を設け、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１か出力される信号とを、時間的にずらしている。
【００８２】
また、本実施例では、アンテナ１７と弾性表面波素子１１との間に第２遅延部１５を設け、外部装置３から入力される信号と弾性表面波素子１１から出力される信号とが混信することを防止している。
【００８３】
更に、本実施例では、先の参照用素子部２１による反射信号が他の測定用素子部１９へ伝達することによる信号の混信を防ぐために、アンテナ１７と第２、第４電極部３１、４９との間に、高周波分配・結合器１３を配置するとともに、２つの送電線１４、１６間、即ち第２電極部３１と高周波分配・結合器１３との間の送電線１４と第４電極部４９と高周波分配・結合器１３との間の送電線１６との間に、アイソレーション（相互に電気的な干渉が生じないような分離）を持たせている。
【００８４】
ｅ）次に、前記圧力センサ１を用いたセンシングシステムをその動作とともに説明する。
図７はセンシングシステムを示し、図８はセンシングシステムにおける信号のタイミングを示している。
【００８５】
ここで、図７及び図８に示される各信号についてまとめて記載する。
ＳＰＤＴ（Ｖｃｏｕｎｔ）：外部装置から送信する信号
ＳＰＤＴ（Ｔｘ） ：外部装置から送信する際のスイッチの信号
ＳＰＤＴ（Ｒｘ） ：外部装置にて受信する際のスイッチの信号
ＲＥＦ ：参照用素子部の出力信号
Ｓｅｎｓｉｎｇ ：測定用素子部の出力信号
Ｈｏｌｄ１ ：参照用素子部の出力信号を保持するための信号
Ｈｏｌｄ２ ：測定用素子部の出力信号を保持するための信号
ＳＤＯ ：コントローラに出力される信号
ｔＳ ：外部装置から送信される信号の信号長さ
ｔＳＷ ：外部装置の送受信機を切り換える際にかかる時間
ｔＤ ：第２遅延部による遅延時間
ｔＤＥＴ ：第１遅延部による遅延時間
なお、例えば、ｔＳ＝１ｕｓ、ｔＤ＝２ｕｓ、ｔＳＷ＜０．１ｕｓ、ｔＤＥＦ＝３ｕｓ、ｔＨｏｌｄ＝０．１ｕｓを採用できる。
【００８６】
なお、遅延時間は、信号の往路と復路において発生するので、図８に示す遅延時間は、その合計である。
・まず、図７に示す様に、外部装置３は、その主要部としてコントローラ１２１や位相同期ＩＣ（ＰＬＬ ＩＣ）１２３等を備えている。
【００８７】
位相同期ＩＣ１２３は、位相同期回路（ＰＬＬ回路）１２５を備え、位相同期回路１２５には、基準周波数の発信器（ＴＣＸＯ）１２７からの信号と電圧制御発信回路（ＶＣＯ）１２９からの信号が入力し、位相同期回路１２５からは、位相補償器であるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３１と電圧制御発信回路１２９を介して、位相同期ＩＣ１２３外に信号が出力される。なお、コントローラ１２１からは、位相同期ＩＣ１２３に対して、位相同期ＩＣ１２３からの発振のオン・オフを制御する制御信号（Ｅｎａｂｌｅ）が出力される。
【００８８】
従って、位相同期ＩＣ１２３から発振された信号は、アッテネータアンプ（ＡＴＴ）１３３によりその出力を減じられ、その信号はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３５及びパワーアンプ（ＰＡ）１３６を介してスイッチ（ＳＰＤＴ）１３７に至り、スイッチ１３７が信号の送信が可能に設定されている場合には、アンテナ１３９を介して、圧力センサ１に信号を送信する。この信号は、例えば１０ｍＷの４３３ＭＨｚの高周波信号であり、ｔＳ間（図８参照）発振される。
【００８９】
なお、スイッチ１３７の動作は、コントローラ１２１から出力される制御信号（Ｓｅｌｅｃｔ）により制御され、送信するための回路側への接続（送信される信号Ｔｘ）と受信するための回路側への接続（受信される信号Ｒｘ）と切り換えられる。なお、送信するための回路側へ接続される期間により、図８に示すｔＳの期間が定まることになる。
【００９０】
・次に、外部装置３から送信された信号は、圧力センサ１のアンテナ１７によって受信され、第２遅延部（ＳＡＷ ＤＬ）１５、高周波分配・結合器（ＲＦ Ｄ・Ｃ）１３を介して、弾性表面波素子（ＳＡＷ）１１に伝達される。以下、詳細に説明する。
【００９１】
図８に示す様に、アンテナ１７にて受信された信号は、第２遅延部１５により、遅延時間ｔＤだけ遅延される。これは、入力された信号Ｔｘと圧力センサ１から出力されて外部装置３側にて受信される信号（ＲＥＦ、Ｓｅｎｓｉｎｇ）とが混信しないようにするためである。
【００９２】
更に、第２遅延部１５にて遅延した信号は、上述した様に、高周波分配・結合器１３を介して、参照用素子部２１の第２電極部３１と第１遅延部５１の第４電極部４９に送信される。
【００９３】
このうち、参照用素子部２１の第２電極部３１に送られた信号は、第２電極部３１にて弾性表面波に変換され、反射器４３、４５にて反射し、第２電極部３１にて受信されて高周波信号に変換される。この信号は、逆の経路を辿って、高周波分配・結合器１３、第２遅延部１５を介して、アンテナ１７から、外部装置３に送信される。この信号は、ＲＥＦに示されているように、第２遅延部１５により遅延時間ｔＤだけ遅延したものとなる。
【００９４】
一方、第１遅延部５１の第４電極部４９に送信され、第１遅延部５１にて所定の遅延時間だけ遅延した信号は、上述した様に、測定用素子部１９の第１電極部２５に送られる。測定用素子部１９では、第１電極部２５にて弾性表面波に変換され、反射器３９、４１にて反射し、第１電極部２５にて受信されて高周波信号に変換される。この信号は、逆の経路を辿って、高周波分配・結合器１３、第２遅延部１５を介して、アンテナ１７から、外部装置３に送信される。この信号は、Ｓｅｎｓｉｎｇに示されているように、前記第２遅延部１５による遅延時間ｔＤに加え、前記第１遅延部５１による遅延時間ｔＤＥＦだけ遅延したものとなる。
【００９５】
つまり、各素子部１９、２１では、素子部１９、２１毎の信号を時間で分別するため、先の信号に対して更にｔＤＥＦの遅延時間を与えるために第１遅延部５１を介して信号を伝達している。
【００９６】
そして、圧力センサ１では、弾性表面波素子１１から戻ってきた信号が、再び一つの信号にまとめられて、アンテナ１７から外部装置３に送信される。
なお、図８に示す様に、前記遅延時間ｔＤＥＦは、送信信号長さｔＳより十分長く設定されているので、外部装置３から圧力センサ１に送信される信号Ｔｘと、圧力センサ１から外部装置３に返送される信号ＲＥＦ、Ｓｅｎｓｉｎｇとを、時間により分離することができる。
【００９７】
・次に、圧力センサ１から信号を受信した外部装置３では、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１４１により、信号を必要レベルまで増幅・ノイズ除去を行い、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４３を介して、ログアンプやダイオードからなる検波器（ＤＥＴ）１４５により検知する。
【００９８】
その後、検波器１４５から、測定用と参照用の２つのアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１４７、１４９に信号を出力する。この出力（ＲＥＦ、Ｓｅｎｓｉｎｇ）は、図８に示す様に、遅延時間ｔＤＥＴだけずれているので、コントローラ１２１から各出力に対応した時間に出力されるホールド信号ｔＨｏｌｄにより、各出力の値が保持され、その値（ＳＤＯ）が、コントローラ１２１に出力される。
【００９９】
詳しくは、発信してから受信するまでの１サイクル分の全信号の検知が終了したところで、保持された値の読み込みを行い、これを周期Ｔにて繰り返し測定を行う。
これにより、コントローラ１２１には、温度のみの参照用の信号と圧力（タイヤの空気圧）及び温度を示す測定用の信号とが、時間的に明瞭に分離された状態で得られることになる。
【０１００】
よって、コントローラ１２１では、測定用の信号と参照用の信号の信号レベルの差分を取ることにより、圧力に対応した信号のみを抽出できるので、この圧力に対応した信号レベルから、圧力値を算出することができる。
【０１０１】
つまり、タイヤ５の空気圧（圧力）は、ダイヤフラム７７や圧力伝達ピン８１を介して測定用素子部１９にひずみとして伝わり、測定用素子部１９のひずみ量により圧力センサ１から出力される信号強度が変化する。よって、信号レベル検知方式を利用し、測定用の信号と参照用の信号の信号レベルを求めるとともに、両信号レベルの差分を取って、圧力に対応した信号のみを抽出できる。一方、圧力と圧力センサ１との応答との間には線形関係が成り立つことから、予め圧力に対する応答量をマッピングしておき、前記圧力の測定値と比較することにより、タイヤ５内の圧力を特定することができる。
【０１０２】
ｆ）この様に、本実施例では、測定用素子部１９と参照用素子部２１との間に、遅延線の構造を有する第１遅延部５１を備えているので、測定用素子部１９から出力される信号を参照用素子部２１から出力される信号に対して遅延させることができる。
【０１０３】
これにより、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１から出力される信号とを、時間的にずらすことができるので、測定用素子部１９から出力される信号と参照用素子部２１から出力される信号とを、無線によって送信した場合でも、その信号を受信した外部装置３では、両信号の時間的ずれにより、両信号を分離することができる。
【０１０４】
よって、その分離した信号に対して、信号レベル検波方式を適用して信号の状態を把握することができる。そして、そのレベル検知後の信号を用い、測定用素子部１９から出力される圧力及び温度に対応した信号と参照用素子部２１から出力される温度に対応した信号とから、すなわち両信号の差分を取ることにより、圧力のみを示す信号を抽出することができる。
【０１０５】
つまり、本実施例によれば、測定用素子部１９と参照用素子部２１とを備えた弾性表面波素子１１を用い、無線によって信号を送信する場合でも、シンプルな回路構成で済む信号レベル検波方式によって、容易にタイヤ５内の圧力（空気圧）を検知することができる。
【実施例２】
【０１０６】
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は簡略化する。
ａ）まず、本実施例の圧力センサの構成について説明する。
図９に示す様に、本実施例の圧力センサ１５１は、前記実施例１と同様に、弾性表面波素子１５３と、高周波分配・結合器１５５と、第２遅延部１５７と、アンテナ１５９とを備えている。
【０１０７】
前記弾性表面波素子１５３は、前記実施例１と同様に、測定用素子部１６１と、参照用素子部１６３と、第１遅延部１６５とを備えている。
特に、本実施例では、第１電極パターン１６７の測定用素子部１６１及び参照用素子部１６３の反対側に、温度測定用素子部１６９が設けられている。
【０１０８】
この温度測定用素子部１６９は、一対の電極１７１、１７３からなる第５電極部１７５の両側に、反射器１７７、１８１を備えたものである。
そして、この第５電極部１７５の一方の電極１７１は、高周波分配・結合器１５３に接続されている。また、第１遅延部１６５の第４電極部１８５は、第３遅延部１８７を介して高周波分配・結合器１５３に接続され、参照用素子部１６３の第２電極部１８９は、第４遅延部１９１を介して高周波分配・結合器１５３に接続されている。
【０１０９】
ｂ）次に、この圧力センサ１５１を用いたセンシングシステムについて説明する。
図１０に示す様に、本実施例のセンシングシステムは、前記実施例１と同様に、圧力センサ１５１と外部装置２０１とを備えている。
【０１１０】
この外部装置２０１は、前記実施例１と同様に、コントローラ２０３、位相同期ＩＣ（ＰＬＬ ＩＣ）２０５、アッテネータアンプ（ＡＴＴ）２０７、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０９、パワーアンプ（ＰＡ）２１１、スイッチ（ＳＰＤＴ）２１３、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）２１５、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１７、検波器（ＤＥＴ）２１９、アンテナ２２１等を備えている。
【０１１１】
特に、本実施例では、３つの素子部１６１、１６３、１６９に対応して、温度測定用と参照用と測定用の３つのアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２２３、２２５、２２７を備えている。
【０１１２】
従って、本実施例では、図１１のような信号が得られる。以下図１０及び図１１を用いて詳細に説明する。
なお、外部装置２０１から圧力センサ１５１に到る信号については、前記実施例１と同様である。
【０１１３】
まず、外部装置２０１からの信号（高周波信号）を受信して、温度測定用素子部１６９に入力する信号は、第５電極部１７５にて弾性表面波に変換されて反射器１７７、１８１側に送信され、ここで反射した弾性表面波は、再度第５電極部１７５に戻って高周波信号に変換される。そして、温度測定用素子部１６９から出力される信号は、第１遅延部１５５により遅延時間ｔＤだけ遅延され、外部装置２０１にて受信され、Ｈｏｌｄ１の信号ｔＨｏｌｄにより、その値が保持される。
【０１１４】
また、参照用電極素子部１６３に入出力することによる同様な信号は、第１遅延部１５５により遅延時間ｔＤだけ遅延されるとともに、第４遅延部１９１にても遅延時間ｔＤＥＦだけ遅延され、外部装置２０１にて受信され、Ｈｏｌｄ２の信号ｔＨｏｌｄにより、その値が保持される。
【０１１５】
更に、測定用素子部１６１に入出力することによる同様な信号は、第１遅延部１５５により遅延時間ｔＤだけ遅延されるとともに、第３遅延部１８７にて遅延時間ｔＤＥＦだけ遅延され、更に、第１遅延部１６５にて遅延時間ｔＤＥＦだけ遅延され、外部装置２０１にて受信され、Ｈｏｌｄ３の信号ｔＨｏｌｄにより、その値が保持される。
【０１１６】
従って、コントローラ２０３には、温度のみの参照用信号と圧力（空気圧）及び温度を示す測定用信号とに加え、より精度の高い温度を示す信号が、時間的に明瞭に分離された状態で得られることになる。
【０１１７】
よって、コントローラ２０３では、測定用信号と参照用信号の信号レベルの差分を取ることにより、圧力に対応した信号のみを抽出できるので、この圧力に対応した信号レベルから、圧力の値を求めることができる。また、温度測定用の信号により、温度を求めることができる。
【０１１８】
本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、温度測定用素子部１６９を備えているので、圧力だけでなく温度も正確に検知することができる。
【実施例３】
【０１１９】
次に、実施例３について説明する。
本実施例では、ガス濃度センサの具体例として、図１２に示す様な水素濃度センサ２３１を例示する。
【０１２０】
この水素濃度センサ２３１は、前記実施例１と同様に、圧電基板２３３、第１電極部２３５、第２電極部２３７、第１遅延部２３９、反射器２４１等を備えるとともに、測定用素子部２４３、参照用素子部２４５を備えている。なお、前記実施例１と同様である箇所の説明は省略し、相違点のガス感応膜（ガス吸着体）２４７を備えた素子構造と、その反応原理について説明する。
【０１２１】
弾性表面波素子２４９の特性が水素ガスの影響のみに依存し変化するには、弾性表面波の伝搬路上にガス選択性を持つ感応膜（ここでは水素を吸着するガス吸着体２４７）が必要となる。この感応膜２４７は、水素吸蔵合金（Ｐｄ合金等）から成る厚さ数百μｍ〜数十μｍの薄膜で形成され、例えば第１電極部２３５と反射器２４１との間に配置される。
【０１２２】
水素に対する弾性表面波の応答は、２種類に大別できる。
１つ目は、感応膜２４７に水素吸蔵合金やＰｄ−Ｎｉ合金等を用いて、水素分子が膜に吸着した際の化学反応熱（発熱量）による変化を利用したセンサである。このタイプは、基板の有する温度特性に対応して周波数特性がシフトする（水晶基板を用いた場合、その変化の様は２次曲線となる）。よって、そのシフト量を特定周波数の信号レベルの変化量から特定し、水素濃度を特定する。
【０１２３】
２つ目は、感応膜２４７にＰｂまたはＰｂ合金を用いて、水素分子が付着することによる質量負荷や弾性率の変化を利用したセンサである。弾性表面波の伝搬面の弾性定数が変化することや質量負荷効果により、弾性表面波の伝搬速度が変化する。これにより、周波数特性のシフトを特定周波数の信号レベルの変化量から特定し、水素濃度を特定する。
【０１２４】
なお、図１３に示す様に、他の水素濃度センサ２５１として、各電極部２５３〜２５９等を覆うように、ＳｉＯ2等の絶縁性保護膜２６１を装荷した上に、感応膜（ガス吸着体）２６３を設けてもよい。
【０１２５】
また、ここでは、水素濃度を検出するセンサについて述べたが、他のガスについても、そのガスを吸着する感応膜を設け、同様な原理でガス濃度を検出することができる。
【実施例４】
【０１２６】
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、図１４に示す様に、液体センシングのセンサ構造（例えば液体の各種の物性値を検出できる液相系センサ２７１）を例示する。なお、他の実施例と同様である箇所は省略し、相違点の液体センシングのための電極構造とその反応原理について例示する。
【０１２７】
本実施例では、弾性表面波素子２７３の圧電基板２７５に液体が付着することによって、（圧力が加わった場合の様に）周波数特性が変化するので、この周波数特性の変化から液体の物性値を検知することができる。
【０１２８】
具体的には、液体に波のエネルギが放射しないモード（ＳＨ、Ｌｏｖｅ等）の弾性表面波を励起する素子を用いることで、液体の粘度・密度等を検出することができる。
液体のセンシングに用いられる弾性表面波は、液体内にエネルギを放射する縦方向の変位成分が殆どなく、横方向の変位成分のみを有する、滑り横波（ＳＨ）型の弾性表面波となる。励起される弾性表面波のモードは、用いる圧電材料（材料の種類やカット角）に依存し、ＳＨ型の弾性表面波を励起する圧電基板材料として、比較的結合係数が高く温度係数の小さな３６°ＹＸ−ＬｉＴａＯ3が知られている。
【０１２９】
電極及び反射器のパターンは、基板材料定数（結合係数や静電容量等）に依存するため実施例１と異なるが設計手法は同様である。また、励起電極−反射器間距離は、弾性表面波の伝搬面と測定溶液とが接触する幅（数ｍｍ）以上が必要となる。
【０１３０】
なお、圧電基板２７５上には、例えば測定用素子部２７７の第１電極部２７９と反射器２８１との間に、液体を保持するための囲い（例えばシリコンや樹脂で作られたプール）２８３を設けることが好ましい。
【０１３１】
また、液体内にセンサを直接浸けるディップ式のセンシングを行うには、励起電極及び反射器が濡れるのを防ぐ必要がある。そのため、センサ基板上に電極と反射器を覆うように防水シールドを形成する。この防水シールド材にはエポキシ系の樹脂を利用し、電極及び反射器と防水シールドの間には微小なエアギャップを設ける。なお、防水シールドとセンサ表面との設置面積が大きいと信号が減衰する要因となるため、設置面積は極力小さくするのが望ましい。
【０１３２】
なお、本発明は、前記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
（１）例えばタイヤ空気圧センサのような圧力センサに限らず、応力センサ、変位センサ、温度センサなど、各種の用途に適用できる。
【０１３３】
（２）また、ガスセンサでは、合成ジャロサイトＭｇＦｅ3（ＳＯ4）2（ＯＨ）6や含水素酸化鉄（III）ＦｅＯＯＨ等により一酸化炭素といったように、特定のガス感応膜を用いることで多種のガスセンシングにも適用できる。
【符号の説明】
【０１３４】
１、１５１…圧力センサ
３、２０１…外部装置
１１、１５３、２４９、２７３…弾性表面波素子
１５、１５７…第２遅延部
１９、１６１、２４３、２７７…測定用素子部
２１、１６３、２４５…参照用素子部
２５、２３５、２５３、２６５、２７９…第１電極部
３１、１８９、２３７、２５５…第２電極部
３９、４１、４３、４５、１７７、１８１、２４１、２８１…反射器
４７、２５７…第３電極部
４９、２５９…第４電極部
５１、１６５、２３９…第１遅延部
８６…筐体
１６９…温度測定用素子部
１８７…第３遅延部
１９１…第４遅延部
１７５…第５電極部
２３１、２５１…水素濃度センサ
２４７、２６３…ガス吸着体
２７１…液相センサ
２８３…囲い
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備えた一方の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた他方の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、
前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第１遅延部を備えたことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記弾性表面波素子は、ガスの濃度検知が可能であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた２以上の素子部を有し、前記素子部のいずれかに加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、
測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、該測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を備えるとともに、
前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第１遅延部を備えたことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項４】
前記弾性表面波素子は、気体の圧力検知が可能であることを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記弾性表面波素子の圧電基板として、液体に対してエネルギを放射しない弾性表面波を励起する圧電基板を用いることを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記弾性表面波素子は、液体の物性値を検出可能であることを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
前記他方の素子部に接続された信号線と、前記第１遅延部を介して接続された前記一方の素子部の信号線とを、互いの信号が混信しないように分配したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
前記第１遅延部が、音波を利用した遅延線であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項９】
前記第１遅延部が複数ある場合は、少なくとも１つを前記圧電基板上に設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項１０】
更に、単独で温度検知が可能な温度検知用の素子部を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項１１】
前記請求項３、４、７〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して圧力を付与する圧力付与部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項１２】
前記請求項１、２、７〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対してガスを付与するガス吸着体と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項１３】
前記請求項５〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して測定対象の液体を保持するための囲いを備えた液体付加部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項１４】
前記弾性表面波素子と前記アンテナとの間に、前記外部装置から入力される信号と前記弾性表面波素子から出力される信号との混信を防ぐための第２遅延部を設けたことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１５】
前記請求項１１〜１４のいずれかに記載のセンサと、該センサと無線にて信号の送受信を行う外部装置と、を備え、
前記外部装置から前記素子部への特定周波数の入力信号に対する前記素子部の出力信号のレベル変化により、前記測定対象の状態を検知することを特徴とするセンシングシステム。
【請求項１６】
前記センサを測定空間内に配置し、前記センサからの信号を前記外部装置で受信して、前記測定空間内の状態を検知することを特徴とする請求項１５に記載のセンシングシステム。
【請求項１７】
圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備え、前記測定対象ガスの吸着の影響を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、
該センサと無線通信を行う外部装置と、
を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号のレベル変化により、測定対象ガスの状態を検知する状態検知方法であって、
前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて前記測定対象の状態を検知することを特徴とする状態検知方法。
【請求項１８】
圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定用の素子部に加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、
該センサと無線通信を行う外部装置と、
を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号のレベル変化により、測定対象の状態を検知する状態検知方法であって、
前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて前記測定対象の状態を検知することを特徴とする状態検知方法。
【請求項１】
圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備えた一方の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた他方の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、
前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第１遅延部を備えたことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記弾性表面波素子は、ガスの濃度検知が可能であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
圧電基板に一対の電極と反射器とを備えた２以上の素子部を有し、前記素子部のいずれかに加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子であって、
測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、該測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を備えるとともに、
前記一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させる第１遅延部を備えたことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項４】
前記弾性表面波素子は、気体の圧力検知が可能であることを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記弾性表面波素子の圧電基板として、液体に対してエネルギを放射しない弾性表面波を励起する圧電基板を用いることを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記弾性表面波素子は、液体の物性値を検出可能であることを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
前記他方の素子部に接続された信号線と、前記第１遅延部を介して接続された前記一方の素子部の信号線とを、互いの信号が混信しないように分配したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
前記第１遅延部が、音波を利用した遅延線であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項９】
前記第１遅延部が複数ある場合は、少なくとも１つを前記圧電基板上に設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項１０】
更に、単独で温度検知が可能な温度検知用の素子部を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項１１】
前記請求項３、４、７〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して圧力を付与する圧力付与部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項１２】
前記請求項１、２、７〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対してガスを付与するガス吸着体と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項１３】
前記請求項５〜１０のいずれかに記載の弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の測定用の素子部に対して測定対象の液体を保持するための囲いを備えた液体付加部と、該弾性表面波素子における前記周波数特性の変化に対応した信号を無線により外部装置に送信するアンテナと、前記弾性表面波素子と前記アンテナとを収容する筐体と、を備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項１４】
前記弾性表面波素子と前記アンテナとの間に、前記外部装置から入力される信号と前記弾性表面波素子から出力される信号との混信を防ぐための第２遅延部を設けたことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１５】
前記請求項１１〜１４のいずれかに記載のセンサと、該センサと無線にて信号の送受信を行う外部装置と、を備え、
前記外部装置から前記素子部への特定周波数の入力信号に対する前記素子部の出力信号のレベル変化により、前記測定対象の状態を検知することを特徴とするセンシングシステム。
【請求項１６】
前記センサを測定空間内に配置し、前記センサからの信号を前記外部装置で受信して、前記測定空間内の状態を検知することを特徴とする請求項１５に記載のセンシングシステム。
【請求項１７】
圧電基板に一対の電極と反射器と測定対象ガスを吸着するガス吸着体とを備え、前記測定対象ガスの吸着の影響を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定対象ガスが前記ガス吸着体に吸着することによる発熱量又は質量の増加量に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、
該センサと無線通信を行う外部装置と、
を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号のレベル変化により、測定対象ガスの状態を検知する状態検知方法であって、
前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて前記測定対象の状態を検知することを特徴とする状態検知方法。
【請求項１８】
圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、測定対象の摂動を受ける測定用の素子部と、圧電基板に一対の電極と反射器とを備え、前記測定用の素子部の出力を補正するために用いられる参照用の素子部と、を有し、前記測定用の素子部に加わった摂動に応じて周波数特性が変化する弾性表面波素子を備えたセンサと、
該センサと無線通信を行う外部装置と、
を用い、前記外部装置から前記弾性表面波素子への特定周波数の入力信号に対する前記弾性表面波素子からの出力信号のレベル変化により、測定対象の状態を検知する状態検知方法であって、
前記両素子部のうち、一方の素子部の信号を他方の素子部の信号に対して時間的に遅延させて、前記両素子部の信号を分離し、該分離した信号に基づいて前記測定対象の状態を検知することを特徴とする状態検知方法。
【図１】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２６１８４０（Ｐ２０１０−２６１８４０Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１３５０４（Ｐ２００９−１１３５０４）
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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