弾性表面波素子、弾性表面波センサ、センシングシステム、及び応力測定方法
【課題】反射電力変化に基づいて、測定対象の状態を検知する場合に、その測定感度を大きくすることができる弾性表面波素子、弾性表面波センサ、センシングシステム、及び応力測定方法を提供すること。
【解決手段】反射器９は、自身に印加される応力に応じて反射係数が変化する特性があり、弾性表面波を発生させる櫛歯電極５、９の中心周波数は、反射器９の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域に設定されている。従って、反射器９に応力が加わると、反射器９の反射係数は大きく変化するので、反射器９にて反射した反射波のエネルギーも大きく変化する。よって、この反射波を櫛歯電極５、７によって応答信号に変換した場合には、応答信号の電力も大きく変化する。従って、この応答信号の変化を送受信機３７側で検出することにより、応力の変化を容易に検知することができる。
【解決手段】反射器９は、自身に印加される応力に応じて反射係数が変化する特性があり、弾性表面波を発生させる櫛歯電極５、９の中心周波数は、反射器９の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域に設定されている。従って、反射器９に応力が加わると、反射器９の反射係数は大きく変化するので、反射器９にて反射した反射波のエネルギーも大きく変化する。よって、この反射波を櫛歯電極５、７によって応答信号に変換した場合には、応答信号の電力も大きく変化する。従って、この応答信号の変化を送受信機３７側で検出することにより、応力の変化を容易に検知することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波を用いて、測定対象の状態を検出する弾性表面波素子と、該弾性表面波素子を備えた弾性表面波センサと、該弾性表面波センサ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応力を測定する応力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、弾性表面波（ＳＡＷ）の特性を利用して、測定対象の変位や圧力等を検知するセンシングシステムが開発されている。
例えばＳＡＷ共振器を利用して、その共振周波数変化により測定対象の変化を検知する方法は、今日、広く使用されている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
また、例えばＳＡＷ遅延線を利用して、高周波信号応答の遅延時間変化・位相変化により測定対象の変化を検知する方法も知られている。詳しくは、弾性表面波の伝搬路の伸縮に応じた遅延時間変化や位相変化を検出する技術として、櫛歯電極（ＩＤＴ：Inter Digital Transducer）とリフレクタ（反射器）との間に伝搬距離を有する弾性表面波デバイスを用いたセンシングシステムが知られている（特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５０１２３５号公報
【特許文献２】特表２００７−５２２４８０号公報
【特許文献３】特表平７−５０２６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば応力といった機械的摂動を検知する場合に、上述した遅延線を用いた遅延時間変化などによって検知する従来技術の場合には、その変化量がナノオーダーと微小であるため、得られる感度が小さいという問題があった。
【０００６】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、反射電力検知方法において、反射電力変化に基づいて、測定対象の状態を検知する場合に、その測定感度を大きくすることができる弾性表面波素子、弾性表面波センサ、センシングシステム、及び応力測定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】
【０００７】
（１）本発明は、請求項１に記載の様に、圧電基板上に、入力した高周波信号によって弾性表面波を発生させる電極と、該電極で発生した弾性表面波を反射する反射器とを、対向して配置した弾性表面波素子において、 前記反射器は、反射器自身に印加される応力に応じて反射係数が変化する構成を有し、且つ、前記電極の中心周波数を、前記反射器の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域内に設定するとともに、該所定の周波数領域を、周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲に設定したことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、反射器における反射係数の変化に基づいて生じる反射信号の変化（反射電力の変化）によって、（例えば周囲の圧力に変化に起因して）素子に加わる応力の状態を検出することができる弾性表面波素子である。
【０００９】
特に本発明では、反射器は、自身に印加される応力に応じて反射係数が変化する特性があり、弾性表面波を発生させる電極（例えば周知の一対の櫛歯電極）の中心周波数は、反射器の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域、具体的には、周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲（つまり、周波数に対して反射係数が大きく変動する領域：図３の減衰極及び減衰域参照）に設定されている。
【００１０】
従って、反射器に応力が加わると、反射器の反射係数は前記減衰傾度に応じて大きく変化するので、反射器にて反射する弾性表面波のエネルギー（従ってこの弾性表面波によって生じる反射信号の電力）も大きく変化する。よって、例えば前記電極によって前記弾性表面波を受信して反射信号とすることにより、この反射信号の電力の変化に応じて応力の変化を容易に検知することができる。
【００１１】
つまり、本発明によれば、素子の測定感度が大きくなるので、応力の変化を容易に検知することができる。また、電力検知方式の採用は、測定のための（トランスポンダ等の）回路構成を、他の検知方式（周波数・遅延時間・位相）と比較し、簡易化することができる。
【００１２】
・ここで、本発明の原理について、詳細に説明する。
例えば図１に示す様に、信号源と弾性表面波（ＳＡＷ）の送受信を行う櫛歯電極（ＩＤＴ）とＳＡＷ伝送路と反射器（リフレクタ）が、各ポートＰｏｒｔ１〜３にて接続されている場合を考える。なお、Ｚ0〜Ｚ5は、各ポートから見た回路のインピーダンスである。なお、図１は電子信号と音響信号の混在するブロックであるが、電気的等価回路で表現している。
【００１３】
また、図２にＰｏｒｔ１から見たＩＤＴの反射係数の周波数特性を示すが、ＩＤＴの中心周波数（ｆ／ｆ0＝１）にて、入力信号の反射損失が最も小さいように設定されていることが分かる。なお、同図のｆ0はＩＤＴの中心周波数であり、ｆは素子への入力信号の周波数である。
【００１４】
一方、図３に反射器の反射係数の周波数特性を示すが、反射器の中心周波数（ｆ／ｆ0＝１）付近に減衰極があるように設定している。なお、従来では、反射器にて信号を効率良く反射させるために、反射係数のピークに反射器の中心周波数を設定していた。
【００１５】
また、図４に反射器に応力が加わっていない場合（１）と加わった場合（２）の特性の変化を示すが、応力が加わると反射係数の周波数特性が大きく変化することが分かる。
従って、本発明では、例えば図５に、前記図２と図３の中心周波数を一致させ周波数特性を重ねて示す様に、ＩＤＴの反射損失の最も小さい点と反射器の減衰極とが一致又は近接するように設定されている。具体的には、（ＳＡＷを励起する）電極の中心周波数が、反射器の周波数特性における周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲内となるように設定されている。なお、この設定範囲は、例えば図３の減衰域に対応している。
【００１６】
このように設定されていることによって、反射器に応力が加わった場合には、例えば前記図４に示す様に反射器の反射係数の周波数特性がシフトし、中心周波数を基準として見た場合、反射器の反射係数が（反射器に応力が加わらなかった場合に比べて）大きく変化するので、前記電極により励起された弾性表面波が反射器にて反射する状態（即ち反射する弾性表面波のエネルギー）も、大きく変化する。
【００１７】
従って、反射する弾性表面波のエネルギーに対応して発生する反射電気信号のエネルギー（電力）も大きく変化する。周波数１０００ｐｐｍの変化に対し１０ｄＢ以上の反射電力の変化は、すなわち、反射電力の１０倍以上の変化であり、したがって、（反射器に加わる）応力に対する測定感度が大きく取れるのである。
【００１８】
また、１０ｄＢの変化量は、後述の信号検知回路の分解能が０．５ｄＢであれば、２１ポイントの検出ポイント数が得られることになり、指定の応力の計測範囲内においてこのポイント数に相当する検出分解能が得られることになる。したがって、高分解能を得るためには、反射電力変化量は大きければ大きいほど良く、かつ信号検知回路の分解能は小さければ小さいほど良い。
【００１９】
・なお、前記反射係数とは、反射器（又は電極）への入射波と反射器（又は電極）からの出力波（反射波）との比を示すものである。つまり、前記反射係数とは、これの絶対値を二乗した値は、反射器（又は電極）へ入射する電力と反射器（又は電極）からの出力（反射）される電力との比を示すものである。
【００２０】
例えば図６に示す様な回路（即ち、出力インピーダンスＺ0を持つ信号源と、入力インピーダンスＺLを持つ回路Ａを接続したもの）を考えた場合、その接続端では、信号の反射が起こる。その反射の割合を示すものが反射係数（Γ）であり、下記式（１）で表される。
【００２１】
Γ＝（ＺL−Ｚ0）／（ＺL＋Ｚ0）＝ｂ1／ａ1 ・・・（１）
ここで、ａ１、ｂ１は、その絶対値を２乗すると電力を表す量で、ａ１は入力波、ｂ２は反射波を示すものであり、Γ＝０の場合は反射が無い状態を示し、Γ＝１の場合は全反射（完全反射）を示す。
【００２２】
・前記中心周波数とは、実際に入力される高周波信号の周波数として設定される、いわゆる動作周波数である。これに対する周波数特性は、例えば櫛歯電極の各櫛歯（電極指）の間隔や電極指の幅等を調節することにより設定することができる。
【００２３】
・前記高周波信号としては、以降に挙げる無線を用いて高周波信号の送受信を行うのであれば、例えば電波法において特定小電力無線局に定められる周波数帯の範囲の信号が挙げられる。
【００２４】
・前記減衰傾度とは、信号の周波数帯域幅に対する減衰の程度を示すものである。
・なお、ここで電極とは、１個の電極ではなく、例えば一対の櫛歯電極のように、弾性表面波を発生させることができる電極群の総称である（以下各請求項において同様）。
【００２５】
（２）本発明では、請求項２に記載の様に、電極と反射器との間に弾性表面波を伝搬する伝搬路を設け、入力した高周波信号に対して所定以上の時間遅れのある高周波信号を出力させる構成とすることができる。
【００２６】
これにより、例えば送受信機（トランスポンダ）において、単一アンテナでスイッチ等で送受信を切り換えるシステムに好適に適用することができる。
（３）本発明では、請求項３に記載の様に、圧電基板上に、電極を複数配置するとともに、各電極に対してそれぞれ伝搬路の距離の異なる反射器を配置とすることができる。
【００２７】
これにより、遅延時間の異なる複数の応答を得ることができるので、時間分離による応答の判別が可能になる。例えばリファレンス用の応答とセンシング用の応答を得ることができるので、両応答（例えば電力レベル）の差分あるいは比をとることにより、より精度の高い測定が可能となる。なお、センシングのために異なる伝搬路を設けることにより、センシング用の応答を複数とることも可能である。
【００２８】
（４）本発明では、請求項４に記載の様に、圧電基板上に、同一の電極に対してそれぞれ伝搬路の距離の異なる複数の反射器を配置することができる。
これにより、前記請求項３と同様に、遅延時間の異なる複数の応答を得ることができるので、時間分離による応答の判別が可能になる。なお、ここでは、電極を一つにまとめることができるので、回路等の構成を簡易化できるという利点がある。
【００２９】
（５）本発明は、請求項５に記載の様に、前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子を備えた弾性表面波センサであって、前記弾性表面波素子を収容する筐体と、前記反射器に対して応力を印加する応力印加部と、を備えるとともに、前記反射器を、応力が印加された場合に弾性変形する構成としたことを特徴とする。
【００３０】
本発明は、弾性表面波素子を備えた弾性表面波センサを例示したものであり、この弾性表面波センサでは、応力印加部によって反射器に対して応力を印加すると、反射器は弾性変形してたわむことにより、その反射係数が変化する。よって、反射係数の変化によって大きく変動する応答（例えば応答信号の電力レベル）に基づいて、印加された応力を検出することができる。
【００３１】
（６）本発明では、請求項６に記載の様に、電極を、応力が印加された場合でも変形しないように固定することができる。
これにより、応力が印加された場合でも、電極自体は変形しないので（従って電極の反射係数は変化しないので）、反射器自体の反射係数の変化に基づく応答の変化を精度良く検出することができる。
【００３２】
（７）本発明では、請求項７に記載の様に、応力印加部を、応力に応じて変形する弾性部材を介して該応力を受けるように構成することができる。
これにより、応力の変化を好適に弾性表面波素子側に伝達することができる。
【００３３】
（８）本発明では、請求項８に記載の様に、弾性表面波センサに、高周波信号を無線により外部装置より受信、または外部装置に送信するアンテナを設けてもよい。
これにより、無線にて、弾性表面波センサと外部装置（送受信機等）との間で、信号の送受信が可能である。
【００３４】
（９）本発明は、請求項９、１２、１５に記載の様に、無線又は有線により、弾性表面波センサと外部装置との間で信号を送受信するセンシングシステムであり、（外部装置の）高周波印加装置によって、弾性表面波センサの電極に対して高周波信号を印加し、（外部装置の）信号検知装置によって、弾性表面波センサの反射器にて反射した信号を受信し、その受信信号の電力レベルを検知することができる。
【００３５】
（１０）本発明では、請求項１０、１３に記載の様に、信号検知装置によって検知した信号の電力レベルに基づいて、反射器に印加された応力を求め、該応力に基づいて測定対象の状態を検知することができる。
【００３６】
（１１）本発明では、請求項１１、１４に記載の様に、測定対象として、圧力又は変位を採用できる。
（１２）本発明は、請求項１６に記載の様に、前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子を用いて応力を測定する応力測定方法であって、前記電極によって弾性表面波を発生させるとともに、前記反射器に応力を加えて反射係数を変化させ、該応力の印加に応じて変化する前記反射器にて反射した信号を受信し、該出力信号の電力レベルの変化に基づいて、前記応力を測定することを特徴とする。
【００３７】
本発明の応力測定方法では、上述した様に電極の中心周波数と反射器の中心周波数との関係を設定した弾性表面波素子を用いるので、反射器に応力を加えた場合に反射器の反射係数の変化が大きい。従って、電極によって弾性表面波を発生させ、反射器に応力を加えて反射係数を変化させ、その応力の印加に応じて変化する（反射器にて反射した）信号を受信した場合には、その応答信号（出力信号）の電力レベルが大きく変化する。よって、この大きな電力レベルの変化に基づいて、容易に応力を測定することができる。つまり、本発明では、測定感度が大きいので、容易に応力を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】請求項１の発明の原理を説明するための弾性表面波素子の回路構成を示す説明図である。
【図２】櫛歯電極の反射係数の周波数特性を示すグラフである。
【図３】反射器の反射係数の周波数特性を示すグラフである。
【図４】反射器の反射係数の周波数特性の変化を示すグラフである。
【図５】櫛歯電極と反射器との反射係数の周波数特性を示すグラフである。
【図６】反射係数を説明するための回路構成を示す説明図である。
【図７】実施例１の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図８】（ａ）は実施例１の弾性表面波センサを分解して示す説明図、（ｂ）はその弾性表面波センサの図８（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図９】実施例１のセンシングシステムの概略構成を示す説明図である。
【図１０】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１１】実施例２の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１２】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１３】実施例３の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１４】実施例３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１５】実施例４の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１６】実施例５の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１７】実施例６の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１８】実施例７の弾性表面波素子を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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】
【００４０】
本実施例では、弾性表面波素子に加わる応力を検知することができる弾性表面波センサ、及びその弾性表面波センサを用いたセンシングシステム、並びに応力測定方法について説明する。
【００４１】
ａ）まず、本実施例１の弾性表面波素子について説明する。
図７に示す様に、本実施例の弾性表面波素子１は、圧電基板３の同一表面上に、同一方向（圧電基板３の長手方向）に沿って、弾性表面波（ＳＡＷ）を励起させる一対の櫛歯電極（ＩＤＴ）５、７と、櫛歯電極５、７によって励起された弾性表面波を櫛歯電極５、７側に反射させる反射器９と、余分な弾性表面波を吸収する左右一対の吸音材１１、１３とを備えている。
【００４２】
この弾性表面波素子１は、４３３ＭＨｚ近傍で動作する素子であり、櫛歯電極５、７に対して、信号源１５から、後述するように無線（又は有線）にて高周波信号が印加されるように構成されている。なお、ここでは、櫛歯電極５、７は、反射器９からの反射波を受信する電極としても用いられる。
【００４３】
以下、各構成について説明する。
前記圧電基板３は、縦２ｍｍ×横１６ｍｍ×厚み０．５ｍｍの例えばＳＴ−Ｘ水晶基板（単結晶）からなる。
【００４４】
前記櫛歯電極５、７は、後述する信号源１５から４３３ＭＨｚの高周波信号が印加される電極（即ち交互に正負の電圧が印加される電極）であり、それぞれ複数の櫛歯（電極指）１７が、前記長手方向と垂直方向に平行に形成されるとともに、対向する櫛歯電極５、７の電極指１７が互いに入り込む様に設定されている。
【００４５】
ここでは、櫛歯電極５、７は、厚さ０．１μｍのアルミニウムからなり、電極幅：１／４λ（１．１８１μｍ）、電極間隔：１／４λ（１．８１μｍ）、対数：１００．５対に設定されている。なお、λは励起する弾性表面波の波長である。
【００４６】
前記反射器（リフレクタ：ＳＭＳＡ）９は、厚さ０．１μｍのアルミニウムからなり、電極幅：１／４λ（１．１８１μｍ）、電極間隔：１／４λ（１．８１μｍ）、本数：２００本に設定されている。
【００４７】
前記吸音材は、例えばシリコンからなり、それぞれ、櫛歯電極５、７の外側と反射器９の外側に配置されている。
なお、櫛歯電極５、７と反射器９との間の（弾性表面波の）伝搬路１０の伝搬距離ｄＲは、１５００λ（４．７３５ｍｍ）に設定されており、その伝搬時間（櫛歯電極５、７〜反射器９）は、１．５μｓ相当である。
【００４８】
特に本実施例では、反射器９は、自身に印加される応力（Ｆ）に応じて反射係数が変化する特性を有しており、弾性表面波を発生させる櫛歯電極５、７の中心周波数は、反射器９の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域、具体的には、周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲（つまり、周波数の変動に対して反射係数が大きく変動する領域）に設定されている。
【００４９】
ここでは、例えば、櫛歯電極５、７の中心周波数は４３３ＭＨｚであり、反射器９の中心周波数と一致するように設定されている。なお、櫛歯電極５、７や反射器９の中心周波数は、櫛歯電極７、９や反射器９の電極幅や電極間隔等を調整することにより、設定することができる。
【００５０】
また、上述した弾性表面波素子１を製造する場合には、例えば圧電基板３上に、スパッタリング法にて金属（アルミニウム）膜を成膜し、フォトリソグラフィーにて櫛歯電極５、７や反射器９に対応する形状にマスキングし、エッチングにより櫛歯電極５、７や反射器９をパターンニングする方法を採用できる。
【００５１】
ｂ）次に、前記弾性表面波素子１を備えた弾性表面波センサについて説明する。
図８に示す様に、弾性表面波センサ１９は、長尺の四角箱状のセンサ筐体２１内に弾性表面波素子１を収容したものであり、センサ筐体２１は、底部筐体２３とその蓋である上部筐体２５とから構成されている。なお、ここでは、アンテナ及びアンテナに接続された回路は省略してある。
【００５２】
前記底部筐体２３の先端側（同図右側には）直方体形状の凹部２７が形成されており、底部筐体２３の凹部２７に隣接する上面には、長手方向に沿って、弾性表面波素子１の圧電基板３の約２／３が例えば接着剤により接合されている。
【００５３】
つまり、弾性表面波素子１は、その櫛歯電極５、７が設けられている側（同図左側）が、底部筐体２３に固定されており、反射器９が設けられている側（同図右側）は、凹部２７の上方に張り出すように配置されている。
【００５４】
また、上部筐体２５の先端側（同図右側）には、円形の開口部２９が形成されており、この開口部２９を覆うように、円形の（例えばゴムからなる）弾性部材３１が貼り付けられている。この弾性部材３１の中心の下部筐体２３側には、弾性表面波素子１の先端側に当接するように、棒状の押圧部材３３が突出して形成されている。なお、弾性部材３１と押圧部材３３により応力印加部が構成されている。
【００５５】
これにより、弾性部材３１が外部より押圧されると、押圧部材３３が弾性表面波素子１の先端を押圧して（凹部２７の左側端部を支点として）弾性表面波素子１の先端部分が湾曲するので、同時に反射器９も湾曲して、その反射係数が変化する。
【００５６】
ｃ）次に、前記弾性表面波センサ１９を用いたセンシングシステムについて説明する。
なお、ここでは、無線による送受信システムを例に挙げて説明するが、有線にて応力を検出するようにしてもよい。
【００５７】
図９に示す様に、アンテナ３５を備えた弾性表面波センサ１９は、無線を利用した周知の外部装置（送受信機）３７によって駆動される。従って、ここでは、この送受信機３７が前記信号源１５に相当するものである。
【００５８】
前記送受信機３７は、その主要部として制御回路（コントローラ）３９を備えている。また、送受信機３７は、弾性表面波センサ１９を駆動させる信号（高周波信号）の送信のための回路として、高周波の発振回路（Ｏｓｃ）４１、発信のオン・オフを切り換えるスイッチ（ＳＷ）４３、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４５、パワーアンプ（ＰＡ）４７、送受信を切り換えるスイッチ（ＳＰＤＴ）４９、アンテナ５１を備えている。
【００５９】
よって、スイッチ（ＳＰＤＴ）４９が信号の送信が可能に設定されている場合には、制御回路３９からの制御信号により、アンテナ５１を介して、弾性表面波センサ１９に信号を送信する。この送信される信号は、例えば１０ｍＷの４３３ＭＨｚの短パルスの高周波信号である。
【００６０】
更に、送受信機３７は、弾性表面波センサ１９からの信号を受信するための回路として、前記アンテナ５１、前記スイッチ（ＳＰＤＴ）４９に加え、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）５３、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５５、ログアンプあるいはダイオードからなる検波器（ＤＥＴ）５７、Ａ／Ｄ変換器５９を備えている。
【００６１】
よって、スイッチ（ＳＰＤＴ）４９が信号の受信が可能に設定されている場合には、アンテナ５１を介して、弾性表面波センサ１９からの信号を送信して、制御回路３９に入力する。
【００６２】
ｄ）次に、前記センシングシステムを用いた応力測定方法について説明する。
・最初に、このセンシングシステムにおける基本的な送受信の動作について説明する。
まず、弾性表面波センサ１９を駆動する場合には、上述した様に、送受信機３７から弾性表面波センサ１９に対して高周波信号を送信する。この高周波信号を受信した弾性表面波センサ１９では、受信した高周波信号を櫛歯電極５、７に印加することにより、弾性表面波を発生させる。
【００６３】
ここでは、例えば図１０に示す様な（ｔINの幅を有する）入力信号が櫛歯電極５、７に印加された場合を考える。
この入力信号は、櫛歯電極５、７によって弾性表面波に変換され、弾性表面波は、櫛歯電極５、７と反射器９との間の伝搬距離ｄＲによって定まる伝搬時間ｔD後に反射器９に到達する。
【００６４】
反射器９では、この弾性表面波を反射し、この弾性表面波は、同様に前記伝搬距離ｄＲによって定まる伝搬時間ｔD後に櫛歯電極５、７に到達する。この反射した弾性表面波（反射波）によって櫛歯電極５、７に生ずる信号が応答信号（反射信号）であり、この応答信号は、前記送信された信号（送信信号）とは逆に、アンテナ３５を介して、送受信機３７に送信される。
【００６５】
従って、送受信機３７では、この応答信号の電力（信号レベル）から、以下に述べる様に、弾性表面波素子１に加わる応力を検出することができる。
・次に、本実施例の要部である応力測定の手順について説明する。
【００６６】
前記図１〜図５に基づいて説明した様に、本実施例では、櫛歯電極５、７の中心周波数と反射器９の減衰極とが一致又は近接するように設定されている。具体的には、前記図５に示した様に、櫛歯電極５、７の中心周波数が、反射器９の周波数特性における周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲内となるように設定されている。
【００６７】
ここで、外部からの圧力等の影響により、弾性部材３１の押圧部材３３が圧電基板３の反射器９側の端部を押圧した場合（応力が加わった場合）には、反射器９が湾曲して図４に示す様に反射係数が変化するが、本実施例では、上述の様に櫛歯電極５、７の中心周波数と反射器９の減衰極との関係が設定されているので、その反射係数の変化により、反射信号（応答変化）の大きな変化が得られる。
【００６８】
つまり、本実施例では、櫛歯電極５、７の中心周波数を基準として見た場合、前記減衰傾度に対応して、反射器９の反射係数が大きく変化するので、櫛歯電極５、７により励起された弾性表面波が反射器９にて反射する反射波のエネルギー（従ってその反射波によって生じる応答信号の電力レベル）も、大きく変化する。これにより、（反射器９に加わる）応力に対する大きな測定感度が得られる。
【００６９】
この様に、本実施例では、単一周波数による電力応答（反射電力変化）を利用して応力を測定する場合に、大きな弾性表面波素子１の測定感度が得られるので、応力の変化を容易に検知することができる。その結果、測定のための送受信機３７の回路構成を簡易化することができるという利点がある。
【００７０】
また、本実施例では、伝搬距離ｄＲの設定により、遅延時間を持ったセンサ応答を実現できるので、送受信機３７では、単一アンテナでスイッチにより送受信を切り換えることにより、応力の測定が可能である。
【実施例２】
【００７１】
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。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【００７２】
ａ）まず、本実施例の弾性表面波素子の構成について説明する。
図１１に示す様に、本実施例の弾性表面波素子６１は、２個の素子部６３、６５、即ち参照用の素子部（リファレンス素子部）６３と測定用の素子部（センシング素子部）６５とが、同一の圧電基板６６上に形成されたものである。
【００７３】
以下詳細に説明する。
まず、同図上側のリファレンス素子部６３は、前記実施例１と同様に、圧電基板６６の表面に、一対の櫛歯電極６７、６９と反射器７１とが、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材７３、７５が配置されている。
【００７４】
一方、同図下側のセンシング素子部６５も、前記実施例１と同様に、圧電基板６６の表面に、一対の櫛歯電極７７、７９と反射器８１とが、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材７３、８３が配置されている。なお、吸音材７３は、両素子部６３、６５の共有である。
【００７５】
特に、本実施例では、センシング素子部６５の先端側（同図右側）に応力が加わるように設定されているので、その応力がリファレンス素子部６３側に伝わらないように、弾性表面波素子６１の先端側には、リファレンス素子部６３とセンシング素子部６５とを分離する切り欠き８５が形成されている。
【００７６】
また、後述する様に、送受信機側にて、リファレンス素子部６３における応答信号とセンシング素子部６５における応答信号とを分離できるように、リファレンス素子部６３における伝搬距離ｄＲ１は、センシング素子部６５における伝搬距離ｄＲ２よりも十分に小さく設定されている。
【００７７】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）８７からの信号が、リファレンス素子部６３の櫛歯電極６７、６９とセンシング素子部６５の櫛歯電極７７、７９とに入力するように構成されている。同様に、リファレンス素子部６３から得られる反射信号とセンシング素子部６５から得られる反射信号が、前記実施例１と同様に、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【００７８】
ｂ）次に、本実施例の弾性表面波素子６１の動作について説明する。
図１２に示す様に、弾性表面波素子６１に入力信号がある場合、リファレンス素子部６３においては、櫛歯電極６７、６９への入力から所定の伝搬時間（遅延時間ｔD1×２）後に、同櫛歯電極６７、６９にて反射波が検出され、この反射波に対応した応答信号（検出信号）が送受信機側に送信され、送受信側にて検出される。同様に、センシング素子部６５においては、櫛歯電極７７、７９への入力から前記伝搬時間より長い所定の伝搬時間（遅延時間ｔD2×２）後に、同櫛歯電極７７、７９にて反射波が検出される。
【００７９】
なお、同図では、反射波として示される信号が送受信機側で検出される応答信号（検出信号）であり、ここでは、センシング素子部６５に応力が加わった場合の信号を一点鎖線で示し、応力が加わらなかった場合の信号を破線で示している。
【００８０】
そして、これらの両伝搬時間ｔD1、ｔD2は、同図に示す様に、反射波（従って検出信号）が重なって検出されないように十分に異なるように（ｔD1＜ｔD2）設定されているので、たとえ単一のアンテナで送受信機側に送信された場合でも、送受信機側では、櫛歯電極６７、６９からの検出信号と櫛歯電極７７、７９からの検出信号とを容易に分離することができる。
【００８１】
従って、送受信機側では、応力が加わったセンシング素子部６３の検出信号と応力が加わらないリファレンス素子部６５からの検出信号とから、例えば両信号の差を利用することにより、無線によるセンシングシステムにおいて、無線通信間距離或いはマルチパス等に由来する外乱等の影響を解除して、より精度よく応力を測定できるという効果を奏する。
【００８２】
つまり、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、単一周波数による電力応答を利用して応力を測定する場合に、より精度良く応力を検出できるという顕著な効果を奏する。
【実施例３】
【００８３】
次に、実施例３について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【００８４】
ａ）まず、本実施例の弾性表面波素子の構成について説明する。
図１３に示す様に、本実施例の弾性表面波素子９１は、３個の素子部９３、９５、９７、即ち参照用の素子部（リファレンス素子部）９３と測定用の２個の素子部（第１、第２センシング素子部）９５、９７とが、同一の圧電基板９９上に形成されたものである。
【００８５】
この弾性表面波素子９１により、後述する様に、例えば複数の変位量（ここでは応力）の測定や、他のＳＡＷ特性に変化をもたらすパラメータの検出を行うことができる。
以下詳細に説明する。
【００８６】
まず、同図上側のリファレンス素子部９３は、前記実施例２と同様に、圧電基板９９の表面に、一対の櫛歯電極１０１、１０３と反射器１０５とが、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１０７、１０９が配置されている。
【００８７】
また、同図中央の第１センシング素子部９５も、前記実施例２と同様に、圧電基板９９の表面に、一対の櫛歯電極１１１、１１３と反射器１１５とが、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１０７、１１７が配置されている。
【００８８】
更に、同図下側の第２センシング素子部９７も、前記実施例２と同様に、圧電基板９９の表面に、一対の櫛歯電極１１９、１２１と反射器１２３とが、所定の伝搬距離ｄＲ３だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１０７、１２５が配置されている。なお、吸音材１０７は、３個の素子部９３〜９７の共有である。
【００８９】
特に、本実施例では、第１センシング素子部９５の先端側（同図右側）に（ある測定対象からの）第１の応力が加わるように設定されるとともに、第２センシング素子部９７の先端側に（他の測定対象からの）第２の応力が加わるように設定されているので、その応力が、自身以外の他の素子部に伝わらないように、弾性表面波素子９１の先端側には、各素子部９３〜９７を分離する切り欠き１２７、１２９が形成されている。
【００９０】
また、後述する様に、送受信機側にて、リファレンス素子部９３における応答信号と第１センシング素子部９５における応答信号と第３センシング素子部９７における応答信号とを分離できるように、各素子部９３〜９７における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２＜ｄＲ３のように、十分に異なるように設定されている。
【００９１】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）１３１からの信号が、リファレンス素子部９３の櫛歯電極１０１、１０３と第１センシング素子部９５の櫛歯電極１１１、１１３と第２センシング素子部９７の櫛歯電極１１９、１２１とに入力するように構成されている。同様に、リファレンス素子部９３から得られる反射信号と第１センシング素子部９５から得られる反射信号と第２センシング素子部９７から得られる反射信号とが、前記実施例２と同様に、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【００９２】
ｂ）次に、本実施例の弾性表面波素子９１の動作について説明する。
図１４に示す様に、弾性表面波素子９１に入力信号がある場合、リファレンス素子部９３においては、櫛歯電極１０１、１０３への入力から所定の伝搬時間（遅延時間ｔD1×２）後に、同櫛歯電極１０１、１０３にて反射波が検出され、この反射波に対応した応答信号（検出信号）が送受信機側に送信され、送受信側にて検出される。
【００９３】
同様に、第１センシング素子部９５においては、櫛歯電極１１１、１１３への入力から前記伝搬時間より長い所定の伝搬時間（遅延時間ｔD2×２）後に、同櫛歯電極１１１、１１３にて反射波が検出される。
【００９４】
同様に、第２センシング素子部９７においては、櫛歯電極１１９、１２１への入力から前記伝搬時間より長い所定の伝搬時間（遅延時間ｔD3×２）後に、同櫛歯電極１１９、１２１にて反射波が検出される。
【００９５】
なお、同図では、反射波として示される信号が送受信機側で検出される応答信号（検出信号）であり、ここでは、第１、第２センシング素子部９５、９７に応力が加わった場合の信号を一点鎖線で示し、応力が加わらなかった場合の信号を破線で示している。
【００９６】
そして、これらの伝搬時間ｔD1、ｔD2、ｔD3は、同図に示す様に、各反射波（従って各検出信号）が重なって検出されないように十分に異なるように（ｔD1＜ｔD2＜ｔD3）設定されているので、たとえ単一のアンテナで送受信機側に送信された場合でも、送受信機側では、各素子部９３〜９７からの検出信号を容易に分離することができる。
【００９７】
従って、送受信機側では、例えば第１の応力が加わった第１のセンシング素子部９５の検出信号と応力が加わらないリファレンス素子部９３からの検出信号とから、例えば両信号の差を利用することにより、温度等の外乱の影響を解除して、より精度よく第１の応力を測定できる。また、同様に、第２の応力が加わった第２のセンシング素子部９７の検出信号と応力が加わらないリファレンス素子部９３からの検出信号とから、例えば両信号の差を利用することにより、温度等の外乱の影響を解除して、より精度よく第２の応力を測定できる。
【００９８】
つまり、本実施例では、前記実施例２と同様な効果を奏するとともに、１個の弾性表面波素子９１によって、異なる測定対象の応力を検出できるという顕著な効果を奏する。
【実施例４】
【００９９】
次に、実施例４について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【０１００】
図１５に示す様に、本実施例の弾性表面波素子１４１は、２個の素子部１４３、１４５、即ち参照用の素子部（リファレンス素子部）１４３と測定用の素子部（センシング素子部）１４５とが、同一の圧電基板１４７上に形成されたものである。
【０１０１】
以下詳細に説明する。
まず、同図上側のリファレンス素子部１４３は、前記実施例２と同様に、圧電基板１４７の表面に、一対の櫛歯電極１４９、１５１と反射器１５３とが、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１５５、１５７が配置されている。
【０１０２】
また、同図下方のセンシング素子部１４５も、前記実施例２と同様に、圧電基板１４７の表面に、一対の櫛歯電極１４９、１５１と反射器１５９とが、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１５５、１６１が配置されている。
【０１０３】
なお、一対の櫛歯電極１４９、１５１及び吸音材１５５は、両素子部１４３、１４５の共有である。
更に、本実施例では、前記実施例２と同様に、センシング素子部１４５の先端側（同図右側）に応力が加わるように設定されているので、その応力が、リファレンス素子部１４３に伝わらないように、弾性表面波素子１４１の先端側には、両素子部１４３、１４５を分離する切り欠き１６３が形成されている。
【０１０４】
また、送受信機側にて、リファレンス素子部１４３における応答信号とセンシング素子部１４５における応答信号とを分離できるように、各素子部１４３、１４５における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２のように、十分に異なるように設定されている。
【０１０５】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）１６５からの信号が、両素子部１４３、１４５の共通の櫛歯電極１４９、１５１に入力するように構成されている。同様に、両素子部１４３、１４５から得られる各反射信号が、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【０１０６】
本実施例によっても、前記実施例２と同様な効果を奏する。
【実施例５】
【０１０７】
次に、実施例５について説明するが、前記実施例３と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【０１０８】
図１６に示す様に、本実施例の弾性表面波素子１７１は、３個の素子部１７３、１７５、１７７、即ち参照用の素子部（リファレンス素子部）１７３と測定用の２個の素子部（第１、第２センシング素子部）１７５、１７７とが、同一の圧電基板１７９上に形成されたものである。
【０１０９】
以下詳細に説明する。
まず、同図上側のリファレンス素子部１７３は、前記実施例３と同様に、圧電基板１７９の表面に、一対の櫛歯電極１８１、１８３と反射器１８５とが、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１８７、１８９が配置されている。
【０１１０】
また、同図中央の第１センシング素子部１７５も、前記実施例３と同様に、圧電基板１７９の表面に、一対の櫛歯電極１８１、１８３と反射器１９１とが、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１８７、１９３が配置されている。
【０１１１】
更に、同図下側の第２センシング素子部１７７も、前記実施例３と同様に、圧電基板１７９の表面に、一対の櫛歯電極１８１、１８３と反射器１９５とが、所定の伝搬距離ｄＲ３だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１８７、１９７が配置されている。
【０１１２】
なお、一対の櫛歯電極１８１、１８３と吸音材１８７は、３個の素子部１７３〜１７７の共有である。
また、本実施例では、第１センシング素子部１７５の先端側（同図右側）に第１の応力が加わるように設定されるとともに、第２センシング素子部１７７の先端側に第２の応力が加わるように設定されているので、その応力が、自身以外の他の素子部に伝わらないように、弾性表面波素子１７１の先端側には、各素子部１７３〜１７７を分離する切り欠き１９９、２０１が形成されている。
【０１１３】
そして、前記実施例３と同様に、送受信機側にて、リファレンス素子部１７３における応答信号と第１センシング素子部１７５における応答信号と第３センシング素子部１７７における応答信号とを分離できるように、各素子部１７３〜１７７における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２＜ｄＲ３のように、十分に異なるように設定されている。
【０１１４】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）２０３からの信号が、各素子部１７３〜１７７共通の櫛歯電極１８７、１８３に入力するように構成されている。同様に、リファレンス素子部１７３から得られる反射信号と第１センシング素子部１７５から得られる反射信号と第２センシング素子部１７７から得られる反射信号とが、前記実施例３と同様に、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【０１１５】
本実施例によっても、前記第３実施例と同様な効果を奏する。
【実施例６】
【０１１６】
次に、実施例６について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【０１１７】
図１７に示す様に、本実施例の弾性表面波素子２１１は、同一の圧電基板２１３上において、同じ延長線上の左右方向に、参照用の素子部（リファレンス素子部）２１５と測定用の素子部（センシング素子部）２１７とが形成されたものである。
【０１１８】
以下詳細に説明する。
まず、同図左側のリファレンス素子部２１５は、圧電基板２１３の表面において、同図略中央に一対の櫛歯電極２１９、２２１が形成されるとともに、同図左側に第１の反射器２２３が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２１９、２２１と第１の反射器２２３とは、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されている。なお、第１の反射器２２３の外側（同図左側）には、吸音材２２５が配置されている。
【０１１９】
一方、同図右側のセンシング素子部２１７は、同じ圧電基板２１３の表面において、前記一対の櫛歯電極２１９、２２１が形成されるとともに、同図右側に第２の反射器２２７が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２１９、２２１と第２の反射器２２７とは、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されている。なお、第２の反射器２２７の外側（同図右側）には、吸音材２２９が配置されている。
【０１２０】
本実施例では、中央の一対の櫛歯電極２１９、２２１は、両素子部２１５、２１７の共有であり、センシング素子部２１７の先端側（同図右側）に応力が加わるように設定されている。
【０１２１】
また、本実施例では、送受信機側にて、リファレンス素子部２１５における応答信号とセンシング素子部２１７における応答信号とを分離できるように、各素子部２１５、２１７における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２のように、十分に異なるように設定されている。
【０１２２】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）２３１からの信号が、両素子部２１５、２１７の共通の櫛歯電極２１９、２２１に入力するように構成されている。同様に、両素子部２１５、２２１から得られる各反射信号が、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【０１２３】
本実施例によっても、前記実施例２と同様な効果を奏する。
【実施例７】
【０１２４】
次に、実施例７について説明するが、前記実施例３と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【０１２５】
図１８に示す様に、本実施例の弾性表面波素子２４１は、３個の素子部２４３、２４５、２４７、即ち参照用の素子部（リフレンス素子部）２４３と測定用の２個の素子部（第１、第２センシング素子部）２４５、２４７とが、同一の圧電基板２４９上に形成されたものである。なお、リフレンス素子部２４３は同図左側に形成され、第１、第２センシング素子部２４５、２４７は、同図右側に形成されている。
【０１２６】
以下詳細に説明する。
まず、同図左側のリファレンス素子部２４３は、圧電基板２４９の表面において、同図略中央に一対の櫛歯電極２５１、２５３が形成されるとともに、同図左側に第１の反射器２５５が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２５１、２５３と第１の反射器２５５とは、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されている。なお、第１の反射器２５５の外側（同図左側）には、吸音材２５７が配置されている。
【０１２７】
また、同図左上側の第１センシング素子部２４５は、同じ圧電基板２４９の表面において、前記一対の櫛歯電極２５１、２５３が形成されるとともに、同図右側に第２の反射器２５９が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２５１、２５３と第２の反射器２５９とは、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されている。なお、第２の反射器２５９の外側（同図右側）には、吸音材２６１が配置されている。
【０１２８】
更に、同図左下側の第２センシング素子部２４７は、同じ圧電基板２４９の表面において、前記一対の櫛歯電極２５１、２５３が形成されるとともに、同図右側に第３の反射器２６３が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２５１、２５３と第３の反射器２６３とは、所定の伝搬距離ｄＲ３だけ離れて形成されている。なお、第３の反射器２６３の外側（同図右側）には、吸音材２６５が配置されている。
【０１２９】
なお、一対の櫛歯電極２５１、２５３は、３個の素子部２４３〜２４７の共有である。
また、本実施例では、第１センシング素子部２４５の先端側（同図右側）に第１の応力が加わるように設定されるとともに、第２センシング素子部２４７の先端側に第２の応力が加わるように設定されているので、その応力が、自身以外の他の素子部に伝わらないように、弾性表面波素子２４１の先端側には、両素子部２４５〜２６５を分離する切り欠き２４９が形成されている。
【０１３０】
そして、前記実施例３と同様に、送受信機側にて、リファレンス素子部２４３における応答信号と第１センシング素子部２４５における応答信号と第３センシング素子部２４７における応答信号とを分離できるように、各素子部２４３〜２４７における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２＜ｄＲ３のように、十分に異なるように設定されている。
【０１３１】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）２５０からの信号が、各素子部２４３〜２４７共通の櫛歯電極２５１、２５３に入力するように構成されている。同様に、リファレンス素子部２４３から得られる反射信号と第１センシング素子部２４５から得られる反射信号と第２センシング素子部２４７から得られる反射信号とが、前記実施例３と同様に、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【０１３２】
本実施例によっても、前記第３実施例と同様な効果を奏する。
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。
【０１３３】
例えばこの弾性表面波センサは、製造ラインにおけるプレス機といった機器の圧力、ビル・トンネルといった構造物の機械的ひずみ等、変位測定を必要とする全ての分野、またタイヤ空気圧といった回転体等の電気配線が困難な箇所での測定に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１、６１、９１、１４１、１７１、２１１、２４１…弾性表面波素子
３、６６、９９、１４７、１７９、２１３、２４９…圧電基板
５、７、６７、６９、７７、７９、１０１、１０３、１１１、１１３、１１９、１２１、１４９、１５１、１８１、１８３、２１９、２２１、２５１、２５３…櫛歯電極
９、７１、８１、１０５、１１５、１２３、１５３、１５９、１８５、１９１、１９５、２２３、２２７、２５５、２５９、２６３…反射器
１０…伝搬路
１１、１３、７３、７５、８３、１０７、１０９、１１７、１２５、１５５、１５７、１６１、１８７、１８９、１９３、１９７、２２５、２２９、２５７、２６１、２６５…吸音材
１５、８７、１３１、１６５、２０３、２３１、２５０…送受信機（信号源）
１９…弾性表面波センサ
３１…弾性部材
３３…押圧部材
６３、９３、１４３、１７３、２１５、２４３…リファレンス素子部
６５、９５、９７、１４５、１７５、１７７、２１７、２４５、２４７…センシング素子部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波を用いて、測定対象の状態を検出する弾性表面波素子と、該弾性表面波素子を備えた弾性表面波センサと、該弾性表面波センサ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応力を測定する応力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、弾性表面波（ＳＡＷ）の特性を利用して、測定対象の変位や圧力等を検知するセンシングシステムが開発されている。
例えばＳＡＷ共振器を利用して、その共振周波数変化により測定対象の変化を検知する方法は、今日、広く使用されている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
また、例えばＳＡＷ遅延線を利用して、高周波信号応答の遅延時間変化・位相変化により測定対象の変化を検知する方法も知られている。詳しくは、弾性表面波の伝搬路の伸縮に応じた遅延時間変化や位相変化を検出する技術として、櫛歯電極（ＩＤＴ：Inter Digital Transducer）とリフレクタ（反射器）との間に伝搬距離を有する弾性表面波デバイスを用いたセンシングシステムが知られている（特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５０１２３５号公報
【特許文献２】特表２００７−５２２４８０号公報
【特許文献３】特表平７−５０２６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば応力といった機械的摂動を検知する場合に、上述した遅延線を用いた遅延時間変化などによって検知する従来技術の場合には、その変化量がナノオーダーと微小であるため、得られる感度が小さいという問題があった。
【０００６】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、反射電力検知方法において、反射電力変化に基づいて、測定対象の状態を検知する場合に、その測定感度を大きくすることができる弾性表面波素子、弾性表面波センサ、センシングシステム、及び応力測定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】
【０００７】
（１）本発明は、請求項１に記載の様に、圧電基板上に、入力した高周波信号によって弾性表面波を発生させる電極と、該電極で発生した弾性表面波を反射する反射器とを、対向して配置した弾性表面波素子において、 前記反射器は、反射器自身に印加される応力に応じて反射係数が変化する構成を有し、且つ、前記電極の中心周波数を、前記反射器の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域内に設定するとともに、該所定の周波数領域を、周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲に設定したことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、反射器における反射係数の変化に基づいて生じる反射信号の変化（反射電力の変化）によって、（例えば周囲の圧力に変化に起因して）素子に加わる応力の状態を検出することができる弾性表面波素子である。
【０００９】
特に本発明では、反射器は、自身に印加される応力に応じて反射係数が変化する特性があり、弾性表面波を発生させる電極（例えば周知の一対の櫛歯電極）の中心周波数は、反射器の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域、具体的には、周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲（つまり、周波数に対して反射係数が大きく変動する領域：図３の減衰極及び減衰域参照）に設定されている。
【００１０】
従って、反射器に応力が加わると、反射器の反射係数は前記減衰傾度に応じて大きく変化するので、反射器にて反射する弾性表面波のエネルギー（従ってこの弾性表面波によって生じる反射信号の電力）も大きく変化する。よって、例えば前記電極によって前記弾性表面波を受信して反射信号とすることにより、この反射信号の電力の変化に応じて応力の変化を容易に検知することができる。
【００１１】
つまり、本発明によれば、素子の測定感度が大きくなるので、応力の変化を容易に検知することができる。また、電力検知方式の採用は、測定のための（トランスポンダ等の）回路構成を、他の検知方式（周波数・遅延時間・位相）と比較し、簡易化することができる。
【００１２】
・ここで、本発明の原理について、詳細に説明する。
例えば図１に示す様に、信号源と弾性表面波（ＳＡＷ）の送受信を行う櫛歯電極（ＩＤＴ）とＳＡＷ伝送路と反射器（リフレクタ）が、各ポートＰｏｒｔ１〜３にて接続されている場合を考える。なお、Ｚ0〜Ｚ5は、各ポートから見た回路のインピーダンスである。なお、図１は電子信号と音響信号の混在するブロックであるが、電気的等価回路で表現している。
【００１３】
また、図２にＰｏｒｔ１から見たＩＤＴの反射係数の周波数特性を示すが、ＩＤＴの中心周波数（ｆ／ｆ0＝１）にて、入力信号の反射損失が最も小さいように設定されていることが分かる。なお、同図のｆ0はＩＤＴの中心周波数であり、ｆは素子への入力信号の周波数である。
【００１４】
一方、図３に反射器の反射係数の周波数特性を示すが、反射器の中心周波数（ｆ／ｆ0＝１）付近に減衰極があるように設定している。なお、従来では、反射器にて信号を効率良く反射させるために、反射係数のピークに反射器の中心周波数を設定していた。
【００１５】
また、図４に反射器に応力が加わっていない場合（１）と加わった場合（２）の特性の変化を示すが、応力が加わると反射係数の周波数特性が大きく変化することが分かる。
従って、本発明では、例えば図５に、前記図２と図３の中心周波数を一致させ周波数特性を重ねて示す様に、ＩＤＴの反射損失の最も小さい点と反射器の減衰極とが一致又は近接するように設定されている。具体的には、（ＳＡＷを励起する）電極の中心周波数が、反射器の周波数特性における周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲内となるように設定されている。なお、この設定範囲は、例えば図３の減衰域に対応している。
【００１６】
このように設定されていることによって、反射器に応力が加わった場合には、例えば前記図４に示す様に反射器の反射係数の周波数特性がシフトし、中心周波数を基準として見た場合、反射器の反射係数が（反射器に応力が加わらなかった場合に比べて）大きく変化するので、前記電極により励起された弾性表面波が反射器にて反射する状態（即ち反射する弾性表面波のエネルギー）も、大きく変化する。
【００１７】
従って、反射する弾性表面波のエネルギーに対応して発生する反射電気信号のエネルギー（電力）も大きく変化する。周波数１０００ｐｐｍの変化に対し１０ｄＢ以上の反射電力の変化は、すなわち、反射電力の１０倍以上の変化であり、したがって、（反射器に加わる）応力に対する測定感度が大きく取れるのである。
【００１８】
また、１０ｄＢの変化量は、後述の信号検知回路の分解能が０．５ｄＢであれば、２１ポイントの検出ポイント数が得られることになり、指定の応力の計測範囲内においてこのポイント数に相当する検出分解能が得られることになる。したがって、高分解能を得るためには、反射電力変化量は大きければ大きいほど良く、かつ信号検知回路の分解能は小さければ小さいほど良い。
【００１９】
・なお、前記反射係数とは、反射器（又は電極）への入射波と反射器（又は電極）からの出力波（反射波）との比を示すものである。つまり、前記反射係数とは、これの絶対値を二乗した値は、反射器（又は電極）へ入射する電力と反射器（又は電極）からの出力（反射）される電力との比を示すものである。
【００２０】
例えば図６に示す様な回路（即ち、出力インピーダンスＺ0を持つ信号源と、入力インピーダンスＺLを持つ回路Ａを接続したもの）を考えた場合、その接続端では、信号の反射が起こる。その反射の割合を示すものが反射係数（Γ）であり、下記式（１）で表される。
【００２１】
Γ＝（ＺL−Ｚ0）／（ＺL＋Ｚ0）＝ｂ1／ａ1 ・・・（１）
ここで、ａ１、ｂ１は、その絶対値を２乗すると電力を表す量で、ａ１は入力波、ｂ２は反射波を示すものであり、Γ＝０の場合は反射が無い状態を示し、Γ＝１の場合は全反射（完全反射）を示す。
【００２２】
・前記中心周波数とは、実際に入力される高周波信号の周波数として設定される、いわゆる動作周波数である。これに対する周波数特性は、例えば櫛歯電極の各櫛歯（電極指）の間隔や電極指の幅等を調節することにより設定することができる。
【００２３】
・前記高周波信号としては、以降に挙げる無線を用いて高周波信号の送受信を行うのであれば、例えば電波法において特定小電力無線局に定められる周波数帯の範囲の信号が挙げられる。
【００２４】
・前記減衰傾度とは、信号の周波数帯域幅に対する減衰の程度を示すものである。
・なお、ここで電極とは、１個の電極ではなく、例えば一対の櫛歯電極のように、弾性表面波を発生させることができる電極群の総称である（以下各請求項において同様）。
【００２５】
（２）本発明では、請求項２に記載の様に、電極と反射器との間に弾性表面波を伝搬する伝搬路を設け、入力した高周波信号に対して所定以上の時間遅れのある高周波信号を出力させる構成とすることができる。
【００２６】
これにより、例えば送受信機（トランスポンダ）において、単一アンテナでスイッチ等で送受信を切り換えるシステムに好適に適用することができる。
（３）本発明では、請求項３に記載の様に、圧電基板上に、電極を複数配置するとともに、各電極に対してそれぞれ伝搬路の距離の異なる反射器を配置とすることができる。
【００２７】
これにより、遅延時間の異なる複数の応答を得ることができるので、時間分離による応答の判別が可能になる。例えばリファレンス用の応答とセンシング用の応答を得ることができるので、両応答（例えば電力レベル）の差分あるいは比をとることにより、より精度の高い測定が可能となる。なお、センシングのために異なる伝搬路を設けることにより、センシング用の応答を複数とることも可能である。
【００２８】
（４）本発明では、請求項４に記載の様に、圧電基板上に、同一の電極に対してそれぞれ伝搬路の距離の異なる複数の反射器を配置することができる。
これにより、前記請求項３と同様に、遅延時間の異なる複数の応答を得ることができるので、時間分離による応答の判別が可能になる。なお、ここでは、電極を一つにまとめることができるので、回路等の構成を簡易化できるという利点がある。
【００２９】
（５）本発明は、請求項５に記載の様に、前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子を備えた弾性表面波センサであって、前記弾性表面波素子を収容する筐体と、前記反射器に対して応力を印加する応力印加部と、を備えるとともに、前記反射器を、応力が印加された場合に弾性変形する構成としたことを特徴とする。
【００３０】
本発明は、弾性表面波素子を備えた弾性表面波センサを例示したものであり、この弾性表面波センサでは、応力印加部によって反射器に対して応力を印加すると、反射器は弾性変形してたわむことにより、その反射係数が変化する。よって、反射係数の変化によって大きく変動する応答（例えば応答信号の電力レベル）に基づいて、印加された応力を検出することができる。
【００３１】
（６）本発明では、請求項６に記載の様に、電極を、応力が印加された場合でも変形しないように固定することができる。
これにより、応力が印加された場合でも、電極自体は変形しないので（従って電極の反射係数は変化しないので）、反射器自体の反射係数の変化に基づく応答の変化を精度良く検出することができる。
【００３２】
（７）本発明では、請求項７に記載の様に、応力印加部を、応力に応じて変形する弾性部材を介して該応力を受けるように構成することができる。
これにより、応力の変化を好適に弾性表面波素子側に伝達することができる。
【００３３】
（８）本発明では、請求項８に記載の様に、弾性表面波センサに、高周波信号を無線により外部装置より受信、または外部装置に送信するアンテナを設けてもよい。
これにより、無線にて、弾性表面波センサと外部装置（送受信機等）との間で、信号の送受信が可能である。
【００３４】
（９）本発明は、請求項９、１２、１５に記載の様に、無線又は有線により、弾性表面波センサと外部装置との間で信号を送受信するセンシングシステムであり、（外部装置の）高周波印加装置によって、弾性表面波センサの電極に対して高周波信号を印加し、（外部装置の）信号検知装置によって、弾性表面波センサの反射器にて反射した信号を受信し、その受信信号の電力レベルを検知することができる。
【００３５】
（１０）本発明では、請求項１０、１３に記載の様に、信号検知装置によって検知した信号の電力レベルに基づいて、反射器に印加された応力を求め、該応力に基づいて測定対象の状態を検知することができる。
【００３６】
（１１）本発明では、請求項１１、１４に記載の様に、測定対象として、圧力又は変位を採用できる。
（１２）本発明は、請求項１６に記載の様に、前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子を用いて応力を測定する応力測定方法であって、前記電極によって弾性表面波を発生させるとともに、前記反射器に応力を加えて反射係数を変化させ、該応力の印加に応じて変化する前記反射器にて反射した信号を受信し、該出力信号の電力レベルの変化に基づいて、前記応力を測定することを特徴とする。
【００３７】
本発明の応力測定方法では、上述した様に電極の中心周波数と反射器の中心周波数との関係を設定した弾性表面波素子を用いるので、反射器に応力を加えた場合に反射器の反射係数の変化が大きい。従って、電極によって弾性表面波を発生させ、反射器に応力を加えて反射係数を変化させ、その応力の印加に応じて変化する（反射器にて反射した）信号を受信した場合には、その応答信号（出力信号）の電力レベルが大きく変化する。よって、この大きな電力レベルの変化に基づいて、容易に応力を測定することができる。つまり、本発明では、測定感度が大きいので、容易に応力を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】請求項１の発明の原理を説明するための弾性表面波素子の回路構成を示す説明図である。
【図２】櫛歯電極の反射係数の周波数特性を示すグラフである。
【図３】反射器の反射係数の周波数特性を示すグラフである。
【図４】反射器の反射係数の周波数特性の変化を示すグラフである。
【図５】櫛歯電極と反射器との反射係数の周波数特性を示すグラフである。
【図６】反射係数を説明するための回路構成を示す説明図である。
【図７】実施例１の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図８】（ａ）は実施例１の弾性表面波センサを分解して示す説明図、（ｂ）はその弾性表面波センサの図８（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図９】実施例１のセンシングシステムの概略構成を示す説明図である。
【図１０】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１１】実施例２の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１２】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１３】実施例３の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１４】実施例３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１５】実施例４の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１６】実施例５の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１７】実施例６の弾性表面波素子を示す平面図である。
【図１８】実施例７の弾性表面波素子を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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】
【００４０】
本実施例では、弾性表面波素子に加わる応力を検知することができる弾性表面波センサ、及びその弾性表面波センサを用いたセンシングシステム、並びに応力測定方法について説明する。
【００４１】
ａ）まず、本実施例１の弾性表面波素子について説明する。
図７に示す様に、本実施例の弾性表面波素子１は、圧電基板３の同一表面上に、同一方向（圧電基板３の長手方向）に沿って、弾性表面波（ＳＡＷ）を励起させる一対の櫛歯電極（ＩＤＴ）５、７と、櫛歯電極５、７によって励起された弾性表面波を櫛歯電極５、７側に反射させる反射器９と、余分な弾性表面波を吸収する左右一対の吸音材１１、１３とを備えている。
【００４２】
この弾性表面波素子１は、４３３ＭＨｚ近傍で動作する素子であり、櫛歯電極５、７に対して、信号源１５から、後述するように無線（又は有線）にて高周波信号が印加されるように構成されている。なお、ここでは、櫛歯電極５、７は、反射器９からの反射波を受信する電極としても用いられる。
【００４３】
以下、各構成について説明する。
前記圧電基板３は、縦２ｍｍ×横１６ｍｍ×厚み０．５ｍｍの例えばＳＴ−Ｘ水晶基板（単結晶）からなる。
【００４４】
前記櫛歯電極５、７は、後述する信号源１５から４３３ＭＨｚの高周波信号が印加される電極（即ち交互に正負の電圧が印加される電極）であり、それぞれ複数の櫛歯（電極指）１７が、前記長手方向と垂直方向に平行に形成されるとともに、対向する櫛歯電極５、７の電極指１７が互いに入り込む様に設定されている。
【００４５】
ここでは、櫛歯電極５、７は、厚さ０．１μｍのアルミニウムからなり、電極幅：１／４λ（１．１８１μｍ）、電極間隔：１／４λ（１．８１μｍ）、対数：１００．５対に設定されている。なお、λは励起する弾性表面波の波長である。
【００４６】
前記反射器（リフレクタ：ＳＭＳＡ）９は、厚さ０．１μｍのアルミニウムからなり、電極幅：１／４λ（１．１８１μｍ）、電極間隔：１／４λ（１．８１μｍ）、本数：２００本に設定されている。
【００４７】
前記吸音材は、例えばシリコンからなり、それぞれ、櫛歯電極５、７の外側と反射器９の外側に配置されている。
なお、櫛歯電極５、７と反射器９との間の（弾性表面波の）伝搬路１０の伝搬距離ｄＲは、１５００λ（４．７３５ｍｍ）に設定されており、その伝搬時間（櫛歯電極５、７〜反射器９）は、１．５μｓ相当である。
【００４８】
特に本実施例では、反射器９は、自身に印加される応力（Ｆ）に応じて反射係数が変化する特性を有しており、弾性表面波を発生させる櫛歯電極５、７の中心周波数は、反射器９の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域、具体的には、周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲（つまり、周波数の変動に対して反射係数が大きく変動する領域）に設定されている。
【００４９】
ここでは、例えば、櫛歯電極５、７の中心周波数は４３３ＭＨｚであり、反射器９の中心周波数と一致するように設定されている。なお、櫛歯電極５、７や反射器９の中心周波数は、櫛歯電極７、９や反射器９の電極幅や電極間隔等を調整することにより、設定することができる。
【００５０】
また、上述した弾性表面波素子１を製造する場合には、例えば圧電基板３上に、スパッタリング法にて金属（アルミニウム）膜を成膜し、フォトリソグラフィーにて櫛歯電極５、７や反射器９に対応する形状にマスキングし、エッチングにより櫛歯電極５、７や反射器９をパターンニングする方法を採用できる。
【００５１】
ｂ）次に、前記弾性表面波素子１を備えた弾性表面波センサについて説明する。
図８に示す様に、弾性表面波センサ１９は、長尺の四角箱状のセンサ筐体２１内に弾性表面波素子１を収容したものであり、センサ筐体２１は、底部筐体２３とその蓋である上部筐体２５とから構成されている。なお、ここでは、アンテナ及びアンテナに接続された回路は省略してある。
【００５２】
前記底部筐体２３の先端側（同図右側には）直方体形状の凹部２７が形成されており、底部筐体２３の凹部２７に隣接する上面には、長手方向に沿って、弾性表面波素子１の圧電基板３の約２／３が例えば接着剤により接合されている。
【００５３】
つまり、弾性表面波素子１は、その櫛歯電極５、７が設けられている側（同図左側）が、底部筐体２３に固定されており、反射器９が設けられている側（同図右側）は、凹部２７の上方に張り出すように配置されている。
【００５４】
また、上部筐体２５の先端側（同図右側）には、円形の開口部２９が形成されており、この開口部２９を覆うように、円形の（例えばゴムからなる）弾性部材３１が貼り付けられている。この弾性部材３１の中心の下部筐体２３側には、弾性表面波素子１の先端側に当接するように、棒状の押圧部材３３が突出して形成されている。なお、弾性部材３１と押圧部材３３により応力印加部が構成されている。
【００５５】
これにより、弾性部材３１が外部より押圧されると、押圧部材３３が弾性表面波素子１の先端を押圧して（凹部２７の左側端部を支点として）弾性表面波素子１の先端部分が湾曲するので、同時に反射器９も湾曲して、その反射係数が変化する。
【００５６】
ｃ）次に、前記弾性表面波センサ１９を用いたセンシングシステムについて説明する。
なお、ここでは、無線による送受信システムを例に挙げて説明するが、有線にて応力を検出するようにしてもよい。
【００５７】
図９に示す様に、アンテナ３５を備えた弾性表面波センサ１９は、無線を利用した周知の外部装置（送受信機）３７によって駆動される。従って、ここでは、この送受信機３７が前記信号源１５に相当するものである。
【００５８】
前記送受信機３７は、その主要部として制御回路（コントローラ）３９を備えている。また、送受信機３７は、弾性表面波センサ１９を駆動させる信号（高周波信号）の送信のための回路として、高周波の発振回路（Ｏｓｃ）４１、発信のオン・オフを切り換えるスイッチ（ＳＷ）４３、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４５、パワーアンプ（ＰＡ）４７、送受信を切り換えるスイッチ（ＳＰＤＴ）４９、アンテナ５１を備えている。
【００５９】
よって、スイッチ（ＳＰＤＴ）４９が信号の送信が可能に設定されている場合には、制御回路３９からの制御信号により、アンテナ５１を介して、弾性表面波センサ１９に信号を送信する。この送信される信号は、例えば１０ｍＷの４３３ＭＨｚの短パルスの高周波信号である。
【００６０】
更に、送受信機３７は、弾性表面波センサ１９からの信号を受信するための回路として、前記アンテナ５１、前記スイッチ（ＳＰＤＴ）４９に加え、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）５３、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５５、ログアンプあるいはダイオードからなる検波器（ＤＥＴ）５７、Ａ／Ｄ変換器５９を備えている。
【００６１】
よって、スイッチ（ＳＰＤＴ）４９が信号の受信が可能に設定されている場合には、アンテナ５１を介して、弾性表面波センサ１９からの信号を送信して、制御回路３９に入力する。
【００６２】
ｄ）次に、前記センシングシステムを用いた応力測定方法について説明する。
・最初に、このセンシングシステムにおける基本的な送受信の動作について説明する。
まず、弾性表面波センサ１９を駆動する場合には、上述した様に、送受信機３７から弾性表面波センサ１９に対して高周波信号を送信する。この高周波信号を受信した弾性表面波センサ１９では、受信した高周波信号を櫛歯電極５、７に印加することにより、弾性表面波を発生させる。
【００６３】
ここでは、例えば図１０に示す様な（ｔINの幅を有する）入力信号が櫛歯電極５、７に印加された場合を考える。
この入力信号は、櫛歯電極５、７によって弾性表面波に変換され、弾性表面波は、櫛歯電極５、７と反射器９との間の伝搬距離ｄＲによって定まる伝搬時間ｔD後に反射器９に到達する。
【００６４】
反射器９では、この弾性表面波を反射し、この弾性表面波は、同様に前記伝搬距離ｄＲによって定まる伝搬時間ｔD後に櫛歯電極５、７に到達する。この反射した弾性表面波（反射波）によって櫛歯電極５、７に生ずる信号が応答信号（反射信号）であり、この応答信号は、前記送信された信号（送信信号）とは逆に、アンテナ３５を介して、送受信機３７に送信される。
【００６５】
従って、送受信機３７では、この応答信号の電力（信号レベル）から、以下に述べる様に、弾性表面波素子１に加わる応力を検出することができる。
・次に、本実施例の要部である応力測定の手順について説明する。
【００６６】
前記図１〜図５に基づいて説明した様に、本実施例では、櫛歯電極５、７の中心周波数と反射器９の減衰極とが一致又は近接するように設定されている。具体的には、前記図５に示した様に、櫛歯電極５、７の中心周波数が、反射器９の周波数特性における周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲内となるように設定されている。
【００６７】
ここで、外部からの圧力等の影響により、弾性部材３１の押圧部材３３が圧電基板３の反射器９側の端部を押圧した場合（応力が加わった場合）には、反射器９が湾曲して図４に示す様に反射係数が変化するが、本実施例では、上述の様に櫛歯電極５、７の中心周波数と反射器９の減衰極との関係が設定されているので、その反射係数の変化により、反射信号（応答変化）の大きな変化が得られる。
【００６８】
つまり、本実施例では、櫛歯電極５、７の中心周波数を基準として見た場合、前記減衰傾度に対応して、反射器９の反射係数が大きく変化するので、櫛歯電極５、７により励起された弾性表面波が反射器９にて反射する反射波のエネルギー（従ってその反射波によって生じる応答信号の電力レベル）も、大きく変化する。これにより、（反射器９に加わる）応力に対する大きな測定感度が得られる。
【００６９】
この様に、本実施例では、単一周波数による電力応答（反射電力変化）を利用して応力を測定する場合に、大きな弾性表面波素子１の測定感度が得られるので、応力の変化を容易に検知することができる。その結果、測定のための送受信機３７の回路構成を簡易化することができるという利点がある。
【００７０】
また、本実施例では、伝搬距離ｄＲの設定により、遅延時間を持ったセンサ応答を実現できるので、送受信機３７では、単一アンテナでスイッチにより送受信を切り換えることにより、応力の測定が可能である。
【実施例２】
【００７１】
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。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【００７２】
ａ）まず、本実施例の弾性表面波素子の構成について説明する。
図１１に示す様に、本実施例の弾性表面波素子６１は、２個の素子部６３、６５、即ち参照用の素子部（リファレンス素子部）６３と測定用の素子部（センシング素子部）６５とが、同一の圧電基板６６上に形成されたものである。
【００７３】
以下詳細に説明する。
まず、同図上側のリファレンス素子部６３は、前記実施例１と同様に、圧電基板６６の表面に、一対の櫛歯電極６７、６９と反射器７１とが、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材７３、７５が配置されている。
【００７４】
一方、同図下側のセンシング素子部６５も、前記実施例１と同様に、圧電基板６６の表面に、一対の櫛歯電極７７、７９と反射器８１とが、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材７３、８３が配置されている。なお、吸音材７３は、両素子部６３、６５の共有である。
【００７５】
特に、本実施例では、センシング素子部６５の先端側（同図右側）に応力が加わるように設定されているので、その応力がリファレンス素子部６３側に伝わらないように、弾性表面波素子６１の先端側には、リファレンス素子部６３とセンシング素子部６５とを分離する切り欠き８５が形成されている。
【００７６】
また、後述する様に、送受信機側にて、リファレンス素子部６３における応答信号とセンシング素子部６５における応答信号とを分離できるように、リファレンス素子部６３における伝搬距離ｄＲ１は、センシング素子部６５における伝搬距離ｄＲ２よりも十分に小さく設定されている。
【００７７】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）８７からの信号が、リファレンス素子部６３の櫛歯電極６７、６９とセンシング素子部６５の櫛歯電極７７、７９とに入力するように構成されている。同様に、リファレンス素子部６３から得られる反射信号とセンシング素子部６５から得られる反射信号が、前記実施例１と同様に、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【００７８】
ｂ）次に、本実施例の弾性表面波素子６１の動作について説明する。
図１２に示す様に、弾性表面波素子６１に入力信号がある場合、リファレンス素子部６３においては、櫛歯電極６７、６９への入力から所定の伝搬時間（遅延時間ｔD1×２）後に、同櫛歯電極６７、６９にて反射波が検出され、この反射波に対応した応答信号（検出信号）が送受信機側に送信され、送受信側にて検出される。同様に、センシング素子部６５においては、櫛歯電極７７、７９への入力から前記伝搬時間より長い所定の伝搬時間（遅延時間ｔD2×２）後に、同櫛歯電極７７、７９にて反射波が検出される。
【００７９】
なお、同図では、反射波として示される信号が送受信機側で検出される応答信号（検出信号）であり、ここでは、センシング素子部６５に応力が加わった場合の信号を一点鎖線で示し、応力が加わらなかった場合の信号を破線で示している。
【００８０】
そして、これらの両伝搬時間ｔD1、ｔD2は、同図に示す様に、反射波（従って検出信号）が重なって検出されないように十分に異なるように（ｔD1＜ｔD2）設定されているので、たとえ単一のアンテナで送受信機側に送信された場合でも、送受信機側では、櫛歯電極６７、６９からの検出信号と櫛歯電極７７、７９からの検出信号とを容易に分離することができる。
【００８１】
従って、送受信機側では、応力が加わったセンシング素子部６３の検出信号と応力が加わらないリファレンス素子部６５からの検出信号とから、例えば両信号の差を利用することにより、無線によるセンシングシステムにおいて、無線通信間距離或いはマルチパス等に由来する外乱等の影響を解除して、より精度よく応力を測定できるという効果を奏する。
【００８２】
つまり、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、単一周波数による電力応答を利用して応力を測定する場合に、より精度良く応力を検出できるという顕著な効果を奏する。
【実施例３】
【００８３】
次に、実施例３について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【００８４】
ａ）まず、本実施例の弾性表面波素子の構成について説明する。
図１３に示す様に、本実施例の弾性表面波素子９１は、３個の素子部９３、９５、９７、即ち参照用の素子部（リファレンス素子部）９３と測定用の２個の素子部（第１、第２センシング素子部）９５、９７とが、同一の圧電基板９９上に形成されたものである。
【００８５】
この弾性表面波素子９１により、後述する様に、例えば複数の変位量（ここでは応力）の測定や、他のＳＡＷ特性に変化をもたらすパラメータの検出を行うことができる。
以下詳細に説明する。
【００８６】
まず、同図上側のリファレンス素子部９３は、前記実施例２と同様に、圧電基板９９の表面に、一対の櫛歯電極１０１、１０３と反射器１０５とが、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１０７、１０９が配置されている。
【００８７】
また、同図中央の第１センシング素子部９５も、前記実施例２と同様に、圧電基板９９の表面に、一対の櫛歯電極１１１、１１３と反射器１１５とが、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１０７、１１７が配置されている。
【００８８】
更に、同図下側の第２センシング素子部９７も、前記実施例２と同様に、圧電基板９９の表面に、一対の櫛歯電極１１９、１２１と反射器１２３とが、所定の伝搬距離ｄＲ３だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１０７、１２５が配置されている。なお、吸音材１０７は、３個の素子部９３〜９７の共有である。
【００８９】
特に、本実施例では、第１センシング素子部９５の先端側（同図右側）に（ある測定対象からの）第１の応力が加わるように設定されるとともに、第２センシング素子部９７の先端側に（他の測定対象からの）第２の応力が加わるように設定されているので、その応力が、自身以外の他の素子部に伝わらないように、弾性表面波素子９１の先端側には、各素子部９３〜９７を分離する切り欠き１２７、１２９が形成されている。
【００９０】
また、後述する様に、送受信機側にて、リファレンス素子部９３における応答信号と第１センシング素子部９５における応答信号と第３センシング素子部９７における応答信号とを分離できるように、各素子部９３〜９７における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２＜ｄＲ３のように、十分に異なるように設定されている。
【００９１】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）１３１からの信号が、リファレンス素子部９３の櫛歯電極１０１、１０３と第１センシング素子部９５の櫛歯電極１１１、１１３と第２センシング素子部９７の櫛歯電極１１９、１２１とに入力するように構成されている。同様に、リファレンス素子部９３から得られる反射信号と第１センシング素子部９５から得られる反射信号と第２センシング素子部９７から得られる反射信号とが、前記実施例２と同様に、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【００９２】
ｂ）次に、本実施例の弾性表面波素子９１の動作について説明する。
図１４に示す様に、弾性表面波素子９１に入力信号がある場合、リファレンス素子部９３においては、櫛歯電極１０１、１０３への入力から所定の伝搬時間（遅延時間ｔD1×２）後に、同櫛歯電極１０１、１０３にて反射波が検出され、この反射波に対応した応答信号（検出信号）が送受信機側に送信され、送受信側にて検出される。
【００９３】
同様に、第１センシング素子部９５においては、櫛歯電極１１１、１１３への入力から前記伝搬時間より長い所定の伝搬時間（遅延時間ｔD2×２）後に、同櫛歯電極１１１、１１３にて反射波が検出される。
【００９４】
同様に、第２センシング素子部９７においては、櫛歯電極１１９、１２１への入力から前記伝搬時間より長い所定の伝搬時間（遅延時間ｔD3×２）後に、同櫛歯電極１１９、１２１にて反射波が検出される。
【００９５】
なお、同図では、反射波として示される信号が送受信機側で検出される応答信号（検出信号）であり、ここでは、第１、第２センシング素子部９５、９７に応力が加わった場合の信号を一点鎖線で示し、応力が加わらなかった場合の信号を破線で示している。
【００９６】
そして、これらの伝搬時間ｔD1、ｔD2、ｔD3は、同図に示す様に、各反射波（従って各検出信号）が重なって検出されないように十分に異なるように（ｔD1＜ｔD2＜ｔD3）設定されているので、たとえ単一のアンテナで送受信機側に送信された場合でも、送受信機側では、各素子部９３〜９７からの検出信号を容易に分離することができる。
【００９７】
従って、送受信機側では、例えば第１の応力が加わった第１のセンシング素子部９５の検出信号と応力が加わらないリファレンス素子部９３からの検出信号とから、例えば両信号の差を利用することにより、温度等の外乱の影響を解除して、より精度よく第１の応力を測定できる。また、同様に、第２の応力が加わった第２のセンシング素子部９７の検出信号と応力が加わらないリファレンス素子部９３からの検出信号とから、例えば両信号の差を利用することにより、温度等の外乱の影響を解除して、より精度よく第２の応力を測定できる。
【００９８】
つまり、本実施例では、前記実施例２と同様な効果を奏するとともに、１個の弾性表面波素子９１によって、異なる測定対象の応力を検出できるという顕著な効果を奏する。
【実施例４】
【００９９】
次に、実施例４について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【０１００】
図１５に示す様に、本実施例の弾性表面波素子１４１は、２個の素子部１４３、１４５、即ち参照用の素子部（リファレンス素子部）１４３と測定用の素子部（センシング素子部）１４５とが、同一の圧電基板１４７上に形成されたものである。
【０１０１】
以下詳細に説明する。
まず、同図上側のリファレンス素子部１４３は、前記実施例２と同様に、圧電基板１４７の表面に、一対の櫛歯電極１４９、１５１と反射器１５３とが、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１５５、１５７が配置されている。
【０１０２】
また、同図下方のセンシング素子部１４５も、前記実施例２と同様に、圧電基板１４７の表面に、一対の櫛歯電極１４９、１５１と反射器１５９とが、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１５５、１６１が配置されている。
【０１０３】
なお、一対の櫛歯電極１４９、１５１及び吸音材１５５は、両素子部１４３、１４５の共有である。
更に、本実施例では、前記実施例２と同様に、センシング素子部１４５の先端側（同図右側）に応力が加わるように設定されているので、その応力が、リファレンス素子部１４３に伝わらないように、弾性表面波素子１４１の先端側には、両素子部１４３、１４５を分離する切り欠き１６３が形成されている。
【０１０４】
また、送受信機側にて、リファレンス素子部１４３における応答信号とセンシング素子部１４５における応答信号とを分離できるように、各素子部１４３、１４５における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２のように、十分に異なるように設定されている。
【０１０５】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）１６５からの信号が、両素子部１４３、１４５の共通の櫛歯電極１４９、１５１に入力するように構成されている。同様に、両素子部１４３、１４５から得られる各反射信号が、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【０１０６】
本実施例によっても、前記実施例２と同様な効果を奏する。
【実施例５】
【０１０７】
次に、実施例５について説明するが、前記実施例３と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【０１０８】
図１６に示す様に、本実施例の弾性表面波素子１７１は、３個の素子部１７３、１７５、１７７、即ち参照用の素子部（リファレンス素子部）１７３と測定用の２個の素子部（第１、第２センシング素子部）１７５、１７７とが、同一の圧電基板１７９上に形成されたものである。
【０１０９】
以下詳細に説明する。
まず、同図上側のリファレンス素子部１７３は、前記実施例３と同様に、圧電基板１７９の表面に、一対の櫛歯電極１８１、１８３と反射器１８５とが、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１８７、１８９が配置されている。
【０１１０】
また、同図中央の第１センシング素子部１７５も、前記実施例３と同様に、圧電基板１７９の表面に、一対の櫛歯電極１８１、１８３と反射器１９１とが、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１８７、１９３が配置されている。
【０１１１】
更に、同図下側の第２センシング素子部１７７も、前記実施例３と同様に、圧電基板１７９の表面に、一対の櫛歯電極１８１、１８３と反射器１９５とが、所定の伝搬距離ｄＲ３だけ離れて形成されたものであり、その外側には、同様に吸音材１８７、１９７が配置されている。
【０１１２】
なお、一対の櫛歯電極１８１、１８３と吸音材１８７は、３個の素子部１７３〜１７７の共有である。
また、本実施例では、第１センシング素子部１７５の先端側（同図右側）に第１の応力が加わるように設定されるとともに、第２センシング素子部１７７の先端側に第２の応力が加わるように設定されているので、その応力が、自身以外の他の素子部に伝わらないように、弾性表面波素子１７１の先端側には、各素子部１７３〜１７７を分離する切り欠き１９９、２０１が形成されている。
【０１１３】
そして、前記実施例３と同様に、送受信機側にて、リファレンス素子部１７３における応答信号と第１センシング素子部１７５における応答信号と第３センシング素子部１７７における応答信号とを分離できるように、各素子部１７３〜１７７における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２＜ｄＲ３のように、十分に異なるように設定されている。
【０１１４】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）２０３からの信号が、各素子部１７３〜１７７共通の櫛歯電極１８７、１８３に入力するように構成されている。同様に、リファレンス素子部１７３から得られる反射信号と第１センシング素子部１７５から得られる反射信号と第２センシング素子部１７７から得られる反射信号とが、前記実施例３と同様に、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【０１１５】
本実施例によっても、前記第３実施例と同様な効果を奏する。
【実施例６】
【０１１６】
次に、実施例６について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【０１１７】
図１７に示す様に、本実施例の弾性表面波素子２１１は、同一の圧電基板２１３上において、同じ延長線上の左右方向に、参照用の素子部（リファレンス素子部）２１５と測定用の素子部（センシング素子部）２１７とが形成されたものである。
【０１１８】
以下詳細に説明する。
まず、同図左側のリファレンス素子部２１５は、圧電基板２１３の表面において、同図略中央に一対の櫛歯電極２１９、２２１が形成されるとともに、同図左側に第１の反射器２２３が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２１９、２２１と第１の反射器２２３とは、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されている。なお、第１の反射器２２３の外側（同図左側）には、吸音材２２５が配置されている。
【０１１９】
一方、同図右側のセンシング素子部２１７は、同じ圧電基板２１３の表面において、前記一対の櫛歯電極２１９、２２１が形成されるとともに、同図右側に第２の反射器２２７が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２１９、２２１と第２の反射器２２７とは、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されている。なお、第２の反射器２２７の外側（同図右側）には、吸音材２２９が配置されている。
【０１２０】
本実施例では、中央の一対の櫛歯電極２１９、２２１は、両素子部２１５、２１７の共有であり、センシング素子部２１７の先端側（同図右側）に応力が加わるように設定されている。
【０１２１】
また、本実施例では、送受信機側にて、リファレンス素子部２１５における応答信号とセンシング素子部２１７における応答信号とを分離できるように、各素子部２１５、２１７における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２のように、十分に異なるように設定されている。
【０１２２】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）２３１からの信号が、両素子部２１５、２１７の共通の櫛歯電極２１９、２２１に入力するように構成されている。同様に、両素子部２１５、２２１から得られる各反射信号が、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【０１２３】
本実施例によっても、前記実施例２と同様な効果を奏する。
【実施例７】
【０１２４】
次に、実施例７について説明するが、前記実施例３と同様な内容の説明は簡略化する。
本実施例では、弾性表面波素子が大きく異なるので、主として弾性表面波素子について説明する。
【０１２５】
図１８に示す様に、本実施例の弾性表面波素子２４１は、３個の素子部２４３、２４５、２４７、即ち参照用の素子部（リフレンス素子部）２４３と測定用の２個の素子部（第１、第２センシング素子部）２４５、２４７とが、同一の圧電基板２４９上に形成されたものである。なお、リフレンス素子部２４３は同図左側に形成され、第１、第２センシング素子部２４５、２４７は、同図右側に形成されている。
【０１２６】
以下詳細に説明する。
まず、同図左側のリファレンス素子部２４３は、圧電基板２４９の表面において、同図略中央に一対の櫛歯電極２５１、２５３が形成されるとともに、同図左側に第１の反射器２５５が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２５１、２５３と第１の反射器２５５とは、所定の伝搬距離ｄＲ１だけ離れて形成されている。なお、第１の反射器２５５の外側（同図左側）には、吸音材２５７が配置されている。
【０１２７】
また、同図左上側の第１センシング素子部２４５は、同じ圧電基板２４９の表面において、前記一対の櫛歯電極２５１、２５３が形成されるとともに、同図右側に第２の反射器２５９が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２５１、２５３と第２の反射器２５９とは、所定の伝搬距離ｄＲ２だけ離れて形成されている。なお、第２の反射器２５９の外側（同図右側）には、吸音材２６１が配置されている。
【０１２８】
更に、同図左下側の第２センシング素子部２４７は、同じ圧電基板２４９の表面において、前記一対の櫛歯電極２５１、２５３が形成されるとともに、同図右側に第３の反射器２６３が配置されたものであり、一対の櫛歯電極２５１、２５３と第３の反射器２６３とは、所定の伝搬距離ｄＲ３だけ離れて形成されている。なお、第３の反射器２６３の外側（同図右側）には、吸音材２６５が配置されている。
【０１２９】
なお、一対の櫛歯電極２５１、２５３は、３個の素子部２４３〜２４７の共有である。
また、本実施例では、第１センシング素子部２４５の先端側（同図右側）に第１の応力が加わるように設定されるとともに、第２センシング素子部２４７の先端側に第２の応力が加わるように設定されているので、その応力が、自身以外の他の素子部に伝わらないように、弾性表面波素子２４１の先端側には、両素子部２４５〜２６５を分離する切り欠き２４９が形成されている。
【０１３０】
そして、前記実施例３と同様に、送受信機側にて、リファレンス素子部２４３における応答信号と第１センシング素子部２４５における応答信号と第３センシング素子部２４７における応答信号とを分離できるように、各素子部２４３〜２４７における伝搬距離は、ｄＲ１＜ｄＲ２＜ｄＲ３のように、十分に異なるように設定されている。
【０１３１】
更に、ここでは、同一の信号源（即ち送受信機）２５０からの信号が、各素子部２４３〜２４７共通の櫛歯電極２５１、２５３に入力するように構成されている。同様に、リファレンス素子部２４３から得られる反射信号と第１センシング素子部２４５から得られる反射信号と第２センシング素子部２４７から得られる反射信号とが、前記実施例３と同様に、１つのアンテナ（図示せず）を介して送受信機側に送信されるように構成されている。
【０１３２】
本実施例によっても、前記第３実施例と同様な効果を奏する。
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。
【０１３３】
例えばこの弾性表面波センサは、製造ラインにおけるプレス機といった機器の圧力、ビル・トンネルといった構造物の機械的ひずみ等、変位測定を必要とする全ての分野、またタイヤ空気圧といった回転体等の電気配線が困難な箇所での測定に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１、６１、９１、１４１、１７１、２１１、２４１…弾性表面波素子
３、６６、９９、１４７、１７９、２１３、２４９…圧電基板
５、７、６７、６９、７７、７９、１０１、１０３、１１１、１１３、１１９、１２１、１４９、１５１、１８１、１８３、２１９、２２１、２５１、２５３…櫛歯電極
９、７１、８１、１０５、１１５、１２３、１５３、１５９、１８５、１９１、１９５、２２３、２２７、２５５、２５９、２６３…反射器
１０…伝搬路
１１、１３、７３、７５、８３、１０７、１０９、１１７、１２５、１５５、１５７、１６１、１８７、１８９、１９３、１９７、２２５、２２９、２５７、２６１、２６５…吸音材
１５、８７、１３１、１６５、２０３、２３１、２５０…送受信機（信号源）
１９…弾性表面波センサ
３１…弾性部材
３３…押圧部材
６３、９３、１４３、１７３、２１５、２４３…リファレンス素子部
６５、９５、９７、１４５、１７５、１７７、２１７、２４５、２４７…センシング素子部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に、入力した高周波信号によって弾性表面波を発生させる電極と、該電極で発生した弾性表面波を反射する反射器とを、対向して配置した弾性表面波素子において、
前記反射器は、反射器自身に印加される応力に応じて反射係数が変化する構成を有し、
且つ、前記電極の中心周波数を、前記反射器の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域内に設定するとともに、
該所定の周波数領域を、周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲に設定したことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記電極と前記反射器との間に弾性表面波を伝搬する伝搬路を設け、前記入力した高周波信号に対して所定以上の時間遅れのある高周波信号を出力させる構成とした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】
前記圧電基板上に、前記電極を複数配置するとともに、各電極に対してそれぞれ伝搬路の距離の異なる反射器を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記圧電基板上に、同一の前記電極に対してそれぞれ伝搬路の距離の異なる複数の反射器を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子を備えた弾性表面波センサであって、
前記弾性表面波素子を収容する筐体と、
前記反射器に対して応力を印加する応力印加部と、
を備えるとともに、
前記反射器を、応力が印加された場合に弾性変形する構成としたことを特徴とする弾性表面波センサ。
【請求項６】
更に、前記電極を、前記応力が印加された場合でも変形しないように固定したことを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波センサ。
【請求項７】
前記応力印加部を、前記応力に応じて変形する弾性部材を介して該応力を受けるように構成したことを特徴とする請求項５又は６に記載の弾性表面波センサ。
【請求項８】
前記高周波信号を無線により外部装置より受信、または外部装置に送信するアンテナを備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の弾性表面波センサ。
【請求項９】
前記請求項５〜７のいずれか１項に記載の弾性表面波センサを備えたセンシングシステムであって、
前記電極に対して高周波信号を印加する高周波印加装置と、前記反射器にて反射した信号を受信し、その受信信号の電力レベルを検知する信号検知装置とを備えたことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項１０】
前記信号検知装置によって検知した信号の電力レベルに基づいて、前記反射器に印加された応力を求め、該応力に基づいて測定対象の状態を検知することを特徴とする請求項９に記載のセンシングシステム。
【請求項１１】
前記測定対象は、圧力又は変位であることを特徴とする請求項１０に記載のセンシングシステム。
【請求項１２】
前記請求項８に記載の弾性表面波センサを備えたセンシングシステムであって、
前記電極に対して高周波信号を印加する高周波印加装置と、前記反射器にて反射した信号を受信し、その受信信号の電力レベルを検知する信号検知装置とを備えたことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項１３】
前記信号検知装置によって検知した信号の電力レベルに基づいて、前記反射器に印加された応力を求め、該応力に基づいて測定対象の状態を検知することを特徴とする請求項１２に記載のセンシングシステム。
【請求項１４】
前記測定対象は、圧力又は変位であることを特徴とする請求項１３に記載のセンシングシステム。
【請求項１５】
無線を利用して、前記弾性表面波センサの電極に対して前記高周波印加装置よって高周波信号を印加し、且つ、前記弾性表面波センサの電極によって発生した信号を前記信号検知装置によって受信する構成を備えたことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のセンシングシステム。
【請求項１６】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子を用いて応力を測定する応力測定方法であって、
前記電極によって弾性表面波を発生させるとともに、前記反射器に応力を加えて反射係数を変化させ、該応力の印加に応じて変化する前記反射器にて反射した信号を受信し、該出力信号の電力レベルの変化に基づいて、前記応力を測定することを特徴とする応力測定方法。
【請求項１】
圧電基板上に、入力した高周波信号によって弾性表面波を発生させる電極と、該電極で発生した弾性表面波を反射する反射器とを、対向して配置した弾性表面波素子において、
前記反射器は、反射器自身に印加される応力に応じて反射係数が変化する構成を有し、
且つ、前記電極の中心周波数を、前記反射器の反射係数の周波数特性における減衰極及び減衰極近傍を含む所定の周波数領域内に設定するとともに、
該所定の周波数領域を、周波数帯域幅１０００ｐｐｍに対する減衰傾度が１０ｄＢ以上の範囲に設定したことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記電極と前記反射器との間に弾性表面波を伝搬する伝搬路を設け、前記入力した高周波信号に対して所定以上の時間遅れのある高周波信号を出力させる構成とした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】
前記圧電基板上に、前記電極を複数配置するとともに、各電極に対してそれぞれ伝搬路の距離の異なる反射器を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記圧電基板上に、同一の前記電極に対してそれぞれ伝搬路の距離の異なる複数の反射器を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子を備えた弾性表面波センサであって、
前記弾性表面波素子を収容する筐体と、
前記反射器に対して応力を印加する応力印加部と、
を備えるとともに、
前記反射器を、応力が印加された場合に弾性変形する構成としたことを特徴とする弾性表面波センサ。
【請求項６】
更に、前記電極を、前記応力が印加された場合でも変形しないように固定したことを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波センサ。
【請求項７】
前記応力印加部を、前記応力に応じて変形する弾性部材を介して該応力を受けるように構成したことを特徴とする請求項５又は６に記載の弾性表面波センサ。
【請求項８】
前記高周波信号を無線により外部装置より受信、または外部装置に送信するアンテナを備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の弾性表面波センサ。
【請求項９】
前記請求項５〜７のいずれか１項に記載の弾性表面波センサを備えたセンシングシステムであって、
前記電極に対して高周波信号を印加する高周波印加装置と、前記反射器にて反射した信号を受信し、その受信信号の電力レベルを検知する信号検知装置とを備えたことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項１０】
前記信号検知装置によって検知した信号の電力レベルに基づいて、前記反射器に印加された応力を求め、該応力に基づいて測定対象の状態を検知することを特徴とする請求項９に記載のセンシングシステム。
【請求項１１】
前記測定対象は、圧力又は変位であることを特徴とする請求項１０に記載のセンシングシステム。
【請求項１２】
前記請求項８に記載の弾性表面波センサを備えたセンシングシステムであって、
前記電極に対して高周波信号を印加する高周波印加装置と、前記反射器にて反射した信号を受信し、その受信信号の電力レベルを検知する信号検知装置とを備えたことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項１３】
前記信号検知装置によって検知した信号の電力レベルに基づいて、前記反射器に印加された応力を求め、該応力に基づいて測定対象の状態を検知することを特徴とする請求項１２に記載のセンシングシステム。
【請求項１４】
前記測定対象は、圧力又は変位であることを特徴とする請求項１３に記載のセンシングシステム。
【請求項１５】
無線を利用して、前記弾性表面波センサの電極に対して前記高周波印加装置よって高周波信号を印加し、且つ、前記弾性表面波センサの電極によって発生した信号を前記信号検知装置によって受信する構成を備えたことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のセンシングシステム。
【請求項１６】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子を用いて応力を測定する応力測定方法であって、
前記電極によって弾性表面波を発生させるとともに、前記反射器に応力を加えて反射係数を変化させ、該応力の印加に応じて変化する前記反射器にて反射した信号を受信し、該出力信号の電力レベルの変化に基づいて、前記応力を測定することを特徴とする応力測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−２４７７３２（Ｐ２０１１−２４７７３２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０８４１（Ｐ２０１０−１２０８４１）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
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