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2010 年度 実績報告書

センサネットワークに導入可能な低損失弾性表面波センサ装置の研究

研究課題

研究課題/領域番号 22560342
研究機関工学院大学

研究代表者

疋田 光孝  工学院大学, グローバルエンジニリング学部, 教授 (00407157)

キーワードセンサ / センサネットワーク / 弾性表面波 / 弾性表面波センサ / ガスセンサ / ZigBee
研究概要

弾性表面波センサのダイナミックレンジの拡大と遅延線型弾性表面波センサの自己温度補償機能実現の基礎研究を行い、基本的に実現可能なことを以前に示した。しかし、遅延線型センサの伝搬損失が20dB以上と非常に大きく、極端な低消費電力化が必要なセンサネットワークのノードには適用出来ないことが分かった。また、-40~80℃で動作するガレージ内使用等では、自己温度補償機能は必須である。本研究では、今年度は新たに弾性表面波共振器を組み合わせた低損失遅延線型センサを提案した。また、新センサでも同様に自己温度補償機能の実現の可能性があるも分かった。
初めに本研究の基本である新提案のラチス回路形低損失遅延線の可能性を検討した。弾性表面波の波長λοは弾性表面波の速度でほぼ決まり、例えば水晶基板では速度はv≒3,000m/sである。また、弾性表面波は通常の波動現象と同様に、λο/2をピッチとする周期構造ではブラックの反射条件が満たされ伝搬方向が逆転する。アルミニュウム(Al)などで形成されるトランスデューサと同一金属材料で周期的なグレーティング反射器をトランスデューサの左右に形成すると、弾性表面波は反射器で折り返され一種の共振器となる。トランスデューサと反射器間がPとP-λo/4の共振器を考えると(インピーダンスはZ1、Z2)、Z1、Z2は反射器の帯域内でほぼ虚数部のみと成る。その周波数特性は、例えばIm(Z1)はインピーダンスがほぼゼロの共振周波数とほぼ∞の反共振周波数を交互に繰り返す。一方、Im(Z2)には同様の繰り返しが生じるが、トランスデューサと反射器間にλο/4の違いがあるため、Im(Z2)の共振周波数はIm(Z1)の反共振周波数と一致し、反共振周波数は共振周波数と一致することを見出した。従って、Z1、Z2をラチス回路に組むと、Z1の共振周波数ではインピーダンスがほぼゼロに対して、Z2はほぼ∞となるため、入力信号はZ1を通り出力へ現れる。逆にZ1の反共振周波数ではインピーダンスはほぼ∞で、Z2はほぼゼロと成るため、入力信号はZ2を通り出力へ現れる。この現象は反射器の帯域内で繰り返され、結局入出力間では極めて損失の小さい遅延線としての特性が得られることが予想出来る。今年度は高度なシミュレーン手法の開発により、各共振器の設計およびそれ等を組み合わせた低損失遅延線の設計を行った。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2010 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Loss-reduction technique for SAW gas sensor with self-temperature-compensation characteristics used in sensor network2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Kato, J.Hosaka, M.Hikita
    • 雑誌名

      Proceedings of 2010 IEEE Ultrasonics Symposium

      巻: 2006 ページ: 1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sensor network installing SAW sensors for living and care environments2010

    • 著者名/発表者名
      M.Hikita, Y.Kato, J.Hosaka
    • 雑誌名

      Proceedings of Asia-Pacific Microwave Conference 2010

      巻: 2010 ページ: 2180-2182

    • 査読あり
  • [雑誌論文] SAW gas sensor with self-temperature-compensation characteristics at 1^<st>- and 3^<rd>-harmonic frequencies, and investigation of its loss-reduction Technique for sensor network2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Kato, J.Hosaka, T.Shimizu, M.Hikita
    • 雑誌名

      Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics

      巻: 31 ページ: 347-348

    • 査読あり
  • [学会発表] Sensor network installing SAW sensors for living and care environments2010

    • 著者名/発表者名
      M.Hikita, Y.Kato, J.Hosaka
    • 学会等名
      Asia-Pacific Microwave Conference 2010
    • 発表場所
      横浜パシフィコ
    • 年月日
      2010-12-10
  • [学会発表] SAW gas sensor with self-temperature-compensation characteristics at 1^<st>- and 3^<rd>-harmonic frequencies, and investigation of its loss-reduction Technique for sensor network2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Kato, J.Hosaka, T.Shimizu, M.Hikita
    • 学会等名
      Symposium on Ultrasonic Electronics
    • 発表場所
      東京明治大学
    • 年月日
      2010-12-07
  • [学会発表] Loss-reduction technique for SAW gas sensor with self-temperature-compensation characteristics used in sensor network2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Kato, J.Hosaka, M.Hikita
    • 学会等名
      2010 IEEE Ultrasonics Symposium
    • 発表場所
      米国サンジェゴ
    • 年月日
      2010-10-11
  • [備考]

    • URL

      http://www.ns.kogakuin.ac.jp/~wwa1022

  • [産業財産権] 超音波計測システム2010

    • 発明者名
      疋田
    • 権利者名
      工学院大学
    • 産業財産権番号
      特願2010-269436
    • 出願年月日
      2010-12-02

URL: 

公開日: 2012-07-19  

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