位置検知装置および防犯センサ
【課題】 信号検知部に内蔵される部品数の削減による小型で電源を要しない、位置検知装置および防犯センサを提供すること。
【解決手段】 圧電材料から成る片持ち梁構造体１４の主面上の表面弾性波共振子１５および反射器１６と、裏面上の磁性薄膜１８と、表面弾性波共振子１５に接続されたアンテナ１３から成る信号検知部１０と、信号検知部１０に近接して移動可能な物体上の磁性体１２と、表面弾性波共振子１５の共振周波数と同一の周波数成分のパルス波状の送信電磁波を信号検知部１０に送信する機能と、信号検知部１０からの返信電磁波を受信する機能と、返信電磁波の位相を解析する機能とを備えた質問器１１からなり、片持ち梁構造体１４の歪みにより生ずる表面弾性波共振子１５と反射器１６間の距離の変化に応じた位相の変化を時間軸で解析することにより磁性体１２と信号検知部１０の相対的な位置情報を検知する。
【解決手段】 圧電材料から成る片持ち梁構造体１４の主面上の表面弾性波共振子１５および反射器１６と、裏面上の磁性薄膜１８と、表面弾性波共振子１５に接続されたアンテナ１３から成る信号検知部１０と、信号検知部１０に近接して移動可能な物体上の磁性体１２と、表面弾性波共振子１５の共振周波数と同一の周波数成分のパルス波状の送信電磁波を信号検知部１０に送信する機能と、信号検知部１０からの返信電磁波を受信する機能と、返信電磁波の位相を解析する機能とを備えた質問器１１からなり、片持ち梁構造体１４の歪みにより生ずる表面弾性波共振子１５と反射器１６間の距離の変化に応じた位相の変化を時間軸で解析することにより磁性体１２と信号検知部１０の相対的な位置情報を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窓の開閉を認知することが可能な表面弾性波型開閉検知機能とガラス破壊固有のＡＥ（アコースティクエミッション）波を検知可能な表面弾性波型ガラス破壊検知機能を兼備可能な小型のワイヤレス防犯センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の窓の開閉を検知する機能を有するワイヤレス防犯システムは、例えば特許文献１に開示されており、窓の開閉検知に加えて窓ガラスの破壊を検知する機能を有する無線センサシステムは、例えば特許文献２に開示されている。
【０００３】
図４は、特許文献１に開示されるワイヤレス防犯システムの使用例を示す図である。２枚窓の開閉状態を監視するために適用されるワイヤレス送信器と永久磁石の必要数を軽減させてコストも軽減できるワイヤレス防犯システムを提供するものである。
【０００４】
特許文献１に開示されるワイヤレス防犯システムは、２枚窓の一方の窓枠体の側縁部の幅より小さい寸法に形成されたワイヤレス送信器を、２枚窓の一方の窓枠体の側縁部に取付けるとともに、２枚窓の他方の窓枠体の対応した側縁部あるいは窓ガラスには永久磁石を取り付けた構成となし、上記ワイヤレス送信器から送出されるＩＤコードに開閉信号を付加した電波信号をセキュリティー受信機で受信検知して、２枚窓の開閉状態を報知するもので、上記ワイヤレス送信器は、複数の接続ピンを導出させたパッケージ内に制御回路部を実装させたＩＣチップを内蔵しており、そのＩＣチップの導電接続部と、上記接続ピンとを選択的にボンディング接続することによってＩＤコードを固定的に設定した構成となっている。
【０００５】
図５は、特許文献２に開示される無線センサシステムの回路構成図である。その目的は、薄型で、且つ電池交換の頻度を大きく減らす若しくは無くすことができる無線センサ装置を提供することであって、本体ハウジングＡは、窓体のガラス板の振動を検出してガラス板の破壊を検知するガラス破壊検知部２Ａと、窓体の開閉を検知する開閉検知部２Ｂと、ガラス破壊検知部２Ａの検知信号を処理するガラス破壊処理回路３Ａと、開閉検知部２Ｂの検知信号を処理する開閉処理回路３Ｂと、両処理回路３Ａ，３Ｂで処理された検知信号の状態に応じた電波信号を送信する超広帯域無線送信回路からなる無線送信回路４と、一次電池１からなる電源部５とを本体ハウジングＡ内に備えている。
【０００６】
ガラス破壊検知部２Ａには、ガラス破壊固有のＡＥ（アコースティックエミッション）による振動を検知するために圧電セラミックが利用されている。また、開閉検知部２Ｂには、マグネットとの距離に応じて開閉するリードスイッチが利用されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２７５６１１号公報
【特許文献２】特開２００７−２３３６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば特許文献１や特許文献２にも開示されるような従来の防犯システムやセンサシステムでは、ワイヤレス化すなわち無線化を実現するために窓の開閉検知に用いる近接センサやガラス破壊検知部の他にも、複数の電子回路から構成される信号処理回路や無線送信回路部を必須とする。そのため、部品点数が多くなり、信号検知部自体の小型化には限度がある。また、検知対象物、例えば窓枠体等の寸法や取付け位置の制限を受ける。加えて、各回路部における消費電力を賄うための電源として一次電池、例えば乾電池を利用する場合には、電池消耗に伴う定期的な点検や乾電池の交換作業が必要となるという課題が依然としてあった。
【０００９】
そこで、本発明では、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、位置検知装置あるいは防犯センサの信号検知部に内蔵される部品点数の削減による信号検知部自体の小型化と、大幅な消費電力削減によって信号検知部自体に電源を要しない、すなわち定期的な点検や乾電池等の電源交換作業を必要としない位置検知装置および防犯センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、圧電材料から成る片持ち梁構造体の主面上の表面弾性波共振子および反射器と、主面に対向する裏面上の磁性薄膜と、表面弾性波共振子に接続されたアンテナから成る信号検知部と、信号検知部に近接して移動可能な物体に取付けられた磁性体と、表面弾性波共振子の共振周波数と同一の周波数成分を含有するパルス波状の第１の送信電磁波を信号検知部に送信する機能と、第１の送信電磁波を受信して表面弾性波共振子および反射器により散乱されて前記アンテナから返信される信号検知部からの第１の返信電磁波を受信する機能と、第１の返信電磁波の位相を解析する機能とを備えた質問器からなり、磁性薄膜と磁性体の磁気的相互作用による片持ち梁構造体の歪みにより生ずる表面弾性波共振子と反射器間の伝搬距離の変化に応じた位相の変化を時間軸で解析することにより磁性体と信号検知部の相対的な位置情報を検知する位置検知装置としている。
【００１１】
磁気的相互作用による磁性薄膜の磁歪によって片持ち梁構造体の歪を生じさせても良い。
【００１２】
磁気的相互作用による磁性薄膜と磁性体間の磁力に基づく磁気モーメントによって片持ち梁構造体の歪を生じさせても良い。
【００１３】
磁性体を開閉可能な２枚窓の一方の窓に取り付け、他方の窓に信号検知部を磁性体に近接した位置関係にあるように配置して取り付け、磁性体と信号検知部の相対的な位置情報を検知することにより、２枚窓の開閉状態を認知する位置検知装置とすることができる。
【００１４】
質問器は、表面弾性波共振子の共振周波数と同一の周波数成分を有する連続的な第２の送信電磁波を、信号検知部に送信する機能と、信号検知部からの散乱による第２の返信電磁波の変調成分を解析する機能をさらに備え、２枚窓の他方の窓のガラス破壊に伴って生じるＡＥ（アコースティックエミッション）波の振動による共振周波数の変化と共振周波数の変化に伴う表面弾性波共振子のインピーダンスの変化に応じた第２の返信電磁波の変調成分を周波数軸で解析することにより、窓の開閉検知に加えてガラス破壊を検知する防犯センサとすることができる。
【００１５】
本発明の上記の構成によれば、窓に設置する信号検知部自体には、従来必要であった複数の電子回路から構成される信号処理回路や無線送信回路部を必要としない小型のセンサとすることができるものである。
【００１６】
また、信号検知部に電子回路を必要としないため、電子回路を駆動するための電源すなわち電池も不要となり、定期的な点検作業の効率が各段に向上することになる。
【００１７】
磁性体には、アルニコ、フェライト、ネオジム鉄ボロン、サマリウムコバルト磁石等の永久磁石を用いることができる。
【００１８】
片持ち梁構造体の材料としては、ＬｉＴａＯ3が好適であるが、温度特性に優れた水晶やランガサイト等の圧電単結晶や、ＰＺＴ等の焼結体でもよく、また、磁性薄膜としては、組成比Ｃｏ60Ｆｅ25Ｚｒ15（原子％）のものが好適であるが、強磁性体であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉや超磁歪材として知られているＦｅと希土類元素（Ｔｂ、Ｄｙ等）の混合物質を用いても良い。
【００１９】
表面弾性波共振子の共振周波数としては、２．４ＧＨｚ帯域あるいは９５０ＭＨｚ帯域を用いることができ、アンテナとしては、半波長のダイポールアンテナを用いることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の位置検知装置あるいは防犯センサにおいては、従来の技術に比べ部品点数が大幅に削減でき信号検知部自体の小型化が実現できる。加えて、信号検知部の電子回路を不要としたことにより消費電力が大幅に削減できるため、信号検知部の定期的な点検や乾電池等の電源の交換作業が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
本発明の基本的構成および基本的な原理について、図面により詳述する。図１は、本発明の位置検知装置および防犯センサの概念構成図であり、図１（ａ）は、本発明の実施例に係わる位置検知装置および防犯センサの概念構成図である。図１（ｂ）は、本発明の実施例に係わる表面弾性波型信号検出器からなる信号検知部の概念構成図である。図１（ｃ）は、表面弾性波型信号検出器をＡ−Ａ’で見た断面図である。
【００２３】
本発明の位置検知装置および防犯センサは、図１（ａ）に示すように、２枚窓の窓枠６および窓ガラス７に対して、信号検知部１０、質問器１１および磁性体１２から構成されている。信号検知部１０には、図１（ｂ）に示す表面弾性波型信号検出器が図示しないセラミックパッケージ内に納められており、さらにアンテナを有する。
【００２４】
表面弾性波型信号検出器は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、圧電材料から成る片持ち梁構造体１４上に表面弾性波共振子１５、反射器１６、および磁性薄膜１８が形成された構造となっており、信号検知部１０として、アンテナ１３は、表面弾性波共振子１５と電気的に接続されている。
【００２５】
質問器１１は、表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１と同一の周波数成分を含有するパルス波状の第１の送信電磁波を、信号検知部１０に送信する機能と、信号検知部１０からの散乱による第１の返信波電磁波の返信時間を時間軸で解析する機能と、表面弾性波共振子１４の共振周波数と同一の周波数成分を有する連続的な第２の送信電磁波を、信号検知部１０に送信する機能と、信号検知部１０からの散乱による第２の返信電磁波の変調成分を周波数軸で解析する機能とを備えている。ここでｆ１としては、前述の通り、２．４ＧＨｚ帯域あるいは９５０ＭＨｚ帯域を用いることができる。
【００２６】
磁性体１２を開閉可能な２枚窓の一方のガラスに取り付け、窓が閉じた状態においては、他方の１枚のガラスに信号検知部１０が取り付けられ、且つ磁性体１２に比較的近接した位置にあるように配置している。尚、磁性体１２は、アルニコ、フェライト、ネオジム鉄ボロン、サマリウムコバルト磁石等の永久磁石からなる。
【００２７】
図２は、本発明における表面弾性波型信号検出器を位置検出に用いる場合の原理を説明する図である。図２（ａ）は、磁性体が近傍にある場合の表面弾性波型信号検出器の動作原理に係わる概念図である。面弾性波型信号検出器の近傍にある場合には、磁性体１２によって加わる磁場が強く、磁歪効果、あるいは磁気モーメントにより磁性薄膜１８に対する歪、あるいは力が生じる。従って、この磁歪効果、あるいは磁気モーメントにより磁性薄膜１８が形成された片持ち梁構造体１４が変形し、表面弾性波共振子１５と反射器１６間の伝搬距離が変形しない状態に比較して例えば図２（ａ）のように収縮する。
【００２８】
一方、磁性体１２が、遠方にある場合には、磁性体１２から発生される磁場１９が弱く、磁性薄膜１８に生じる磁歪効果、あるいは磁気モーメントは小さいため、片持ち梁構造体は変形しない（図１（ｃ）と同様であり、図示せず）。
【００２９】
図２（ｂ）は、質問器１１から送信されるパルス波状の第１の送信電磁波と、表面弾性波型信号検出器で散乱された第１の返信電磁波の時間応答特性を示す図である。アンテナ１３と、表面弾性波共振子１５は電気的に接続されており、質問器１１から送信された第１の送信電磁波の電磁エネルギーは、表面弾性波共振子１５の表面弾性波の機械振動エネルギーに変換される。ここで、第１の送信電磁波は、表面弾性波共振子１５の共振周波数と同一の周波数成分を含有するパルス波状の形態をなしている。
【００３０】
磁性体１２が遠方にあり、磁性薄膜１８の磁歪効果、あるいは磁気モーメントが小さい場合には、質問器１１より送信された第１の送信電磁波３１と信号検知部１０から返信される第１の返信電磁波３２の時間差は、図２（ｂ）に示すように、表面弾性波共振子１５と反射器１６間の距離に対応した時間差ｔ１で表わされる。
【００３１】
一方、磁性体１２が近傍にあり、磁性薄膜１８の磁歪効果、あるいは磁気モーメントが大きな場合には、第１の送信電磁波３１と第１の返信電磁波３３の時間差は、表面弾性波共振子１５と反射器１６間の伝搬距離が例えば収縮することにより、図２（ｂ）に示すように、ｔ２（＜ｔ１）となる。
【００３２】
図２（ａ）においては、伝搬距離が収縮する様子が描かれているが、磁歪効果、あるいは磁気モーメントの向きによっては、伝搬距離が伸長する場合もある。その場合は、当然に伝搬時間がｔ１より長くなる。以上の伝搬時間の差異により、磁性体１２と信号検知部１０との相対的な位置情報を検知することができ、窓が閉じられた状態での時間差と比較することにより、質問器１１により２枚窓の開閉状態を監視することが可能である。
【００３３】
図３は、本発明における表面弾性波型信号検出器をガラス破壊検出に用いる場合の原理を説明する図である。図３（ａ）は、ガラスが破壊された場合の表面弾性波型信号検出器の動作原理に係わる概念図である。ガラスが割られると、ガラス破壊固有のＡＥ波３４が発生する。このＡＥ波３４を表面弾性波型信号検出器が受けて、片持ち梁構造体１４は構造体自体の共振周波数ｆ２で共鳴振動をする。
【００３４】
片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２は、ガラス破壊固有のＡＥ波の周波数帯（５０ｋＨｚ以上）に合致するように設計される。片持ち梁構造体１４が共鳴振動をする場合、アンテナ１３からみたインピーダンスは、その共鳴振動に同期して変化する。従って、アンテナ１３から散乱される返信電磁波の周波数も、インピーダンスの変化に応じて変化する。
【００３５】
図３（ｂ）は、質問器１１から送信される連続的な第２の送信電磁波に対する表面弾性波型信号検出器で散乱された第２の返信電磁波の時間応答特性を示す図である。図３（ｂ）に示すように、ガラスが割られた場合には、質問器１１より送信される第２の送信電磁波と同一の表面弾性波共振子の共振周波数ｆ１を有する波３５を基本波として、前述の共鳴振動に基づく包絡線状の波３６が形成される。この包絡線状の波３６の周期は、片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２に一致している。
【００３６】
図３（ｃ）は、第２の返信電磁波の信号成分のスペクトルを示す図である。このスペクトルは、第２の送信電磁波の周波数ｆ１を基本波として、周波数軸で両側波帯に片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２が存在する形態をとる。質問器１１では、このような両側波帯に存在する片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２と同一の周波数、すなわちｆ１±ｆ２を周波数軸で検知した場合に、ガラスが割れたと認知する。
【００３７】
次に、表面弾性波型信号検出器の具体的な構造およびその製造方法について説明する。
【００３８】
まず、表面弾性波型信号検出器の構造および製造方法について説明する。片持ち梁構造体１４の材料である３６度回転Ｙ板のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）ウエハ上に公知のスパッタリング技術、フォトリソグラフィ技術により、Ｔｉ／Ａｌ層からなる表面弾性波共振子１５および反射器１６を形成する。表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１は、２．４ＧＨｚ帯となるようにＴｉ／Ａｌ層電極およびギャップ間隔は０．４μｍとする。尚、Ａｌ層の厚みは、適度な電気機械結合係数が得るために７０ｎｍとすることが望ましい。加えて、表面弾性波共振子１５を形成した面に対向する裏面には、同様に公知のスパッタリング技術、フォトリソグラフィ技術により１μｍ厚のＣｏ−Ｆｅ−Ｚｒ系磁性薄膜１８を形成する。尚、磁歪効果が最大となるように、磁性薄膜１８の組成比はＣｏ60Ｆｅ25Ｚｒ15（原子％）とすることが望ましい。
【００３９】
ここで、片持ち梁構造体１４の材料としては、前述のＬｉＴａＯ3の他に、温度特性に優れた水晶やランガサイト等の圧電単結晶や、ＰＺＴ等の焼結体でもよく、また、磁性薄膜１８としては、強磁性体であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉや超磁歪材として知られているＦｅと希土類元素（Ｔｂ、Ｄｙ等）の混合物質でも構わない。
【００４０】
次に、支持部の形成には、セラミックパッケージの台座部分にＡｕ−Ｓｎ半田で固定する。あるいは、シリコン基板を用いて、ＬｉＴａＯ3基板と陽極接合あるいは直接接合技術によって張り合せることも可能である。ここで、ＬｉＴａＯ3から成る片持ち梁構造体１４が磁性薄膜１８の磁歪効果により自由に変形可能なように、シリコン基板の一部には、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）やウエットエッチング技術を用いて空洞部が形成されている。尚、本実施の形態の場合、片持ち梁構造体１４の寸法として、長さ１．５ｍｍ、幅１．０ｍｍ、厚み０．２５ｍｍとする。
【００４１】
アンテナ１３は、表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１と一致するように、２．４ＧＨｚ帯の半波長ダイポールアンテナとする。具体的には、ガラスエポキシ基板上の３６μｍ厚の銅箔を、公知のフォトリソグラフィ技術によりパターン化し、半波長ダイポールアンテナを形成する。
【００４２】
加えて、質問器１１からの第１の送信電磁波の周波数及び送信電力は、各々２．４５ＧＨｚ、＋１０ｄＢｍとし、受信感度を−８０ｄＢｍとする。
【００４３】
また、移動体である窓ガラスに取り付ける磁性体１２である永久磁石としては、長さ５０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚み３０ｍｍのネオジム鉄ボロン磁石を用いる。
【００４４】
また、表面弾性波共振子の共振周波数ｆ１を９５０ＭＨｚ帯に存在するように、Ｔｉ／Ａｌ層電極幅およびギャップ間隔は１．０μｍとし、片持ち梁構造体１４の寸法は、長さ１．５ｍｍ、幅１．０ｍｍ、厚み０．２５ｍｍとしても良い。
【００４５】
このときの片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２は、屈曲振動モードにおいて、６０ｋＨｚとなる。アンテナ１３も、表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１と一致するように、９５０Ｈｚ帯の半波長ダイポールアンテナとする必要がある。
【００４６】
（位置検知装置としての実施例）
２枚窓の一方の窓枠体の側縁部に取付けた磁性体１２と、他方の窓枠体の側縁部に取付けられた信号検知部１０および質問器１１によって窓の開閉状態を監視したときの結果を説明する。表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１は、２．４ＧＨｚ帯とした。
【００４７】
一例として、閉状態での磁性体１２と信号検知部１０の間隔は１００ｍｍであり、開状態での間隔は２００ｍｍとする。この場合において、質問器１１から送信される第１の送信電磁波の送信時間と信号検知部１０によって返信され第１の返信電磁波が到着するまでの時間差は、閉状態に相当する間隔１００ｍｍにおいては１０ｎｓｅｃであるのに対し、開状態に相当する間隔２００ｍｍにおいては１３ｎｓｅｃであった。尚、質問器１１と信号検知部１０の間隔は０．５ｍであった。このように、窓の開閉状態において、明確な差異が認められ、本発明の位置検知装置の効果が検証できた。
【００４８】
（ガラス破壊検知機能を有する防犯センサとしての実施例）
表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１を、９５０ＭＨｚ帯とした信号検知部１０を取り付けた窓ガラスを金属棒で叩き割った場合に、表面弾性波型信号検出器の片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２と同一の６０ｋＨｚの側波帯信号を有するスペクトルが、質問器１１により、図３（ｃ）に見られるように受信できた。
【００４９】
なお、表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１としては、位置検知およびガラス破壊検知に対して、特に変える必要はなく、同一の信号検知部を用いて、単に、質問器１１からの送信電磁波をパルス波状の第１の送信電磁波とするか連続的な第２の送信電磁波とするかにして、返信電磁波の解析を時間軸で行うか、あるいは周波数軸で行うかの相違である。第１の送信電磁波と第２の送信電磁波は、それぞれに対する返信電磁波の受信および解析の時間を考慮した時間間隔を置いて交互に送信するようにできる。
【００５０】
また、窓が開放している状態で、ガラスが破壊されることはあまりないと思われるが、窓が開放している状態においても、その時の片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２を知ることは、位置検知機能による窓の開放状態に応じた共振周波数ｆ２を予め調べておけば問題なく、また、片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２が極端に変化することもないので、同様にガラス破壊の検知が可能である。
【００５１】
片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２に対する、磁性薄膜１８および片持ち梁構造体１４の歪による影響により、ガラス破壊検知の確度が影響されるような場合には、ガラス破壊検知専用の表面弾性波型信号検出器をさらに備えるようにしても良い。
【００５２】
すなわち、片持ち梁構造体１４と表面弾性波共振子１５およびアンテナ１３のみからなる表面弾性波型信号検出器をもう一個、信号検知部１０内に備えるようにすれば良い。この時、例えば、表面弾性波共振子１５およびアンテナ１３の共振周波数を、位置検知用の共振周波数と異なるように、いずれか一方を２．４ＧＨｚ帯、他方を９５０ＭＨｚ帯としても問題はない。質問器１１にそれに対する機能があれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の位置検知装置および防犯センサの概念構成図、図１（ａ）は、本発明の実施例に係わる位置検知装置および防犯センサの概念構成図、図１（ｂ）は、本発明の実施例に係わる表面弾性波型信号検出器からなる信号検知部の概念構成図、図１（ｃ）は、表面弾性波型信号検出器をＡ−Ａ’で見た断面図。
【図２】本発明における表面弾性波型信号検出器を位置検出に用いる場合の原理を説明する図。図２（ａ）は、磁性体が近傍にある場合の表面弾性波型信号検出器の動作原理に係わる概念図、図２（ｂ）は、質問器から送信されるパルス波状の第１の送信電磁波と、表面弾性波型信号検出器で散乱された第１の返信電磁波の時間応答特性を示す図。
【図３】本発明における表面弾性波型信号検出器をガラス破壊検出に用いる場合の原理を説明する図。図３（ａ）は、ガラスが破壊された場合の表面弾性波型信号検出器の動作原理に係わる概念図、図３（ｂ）は、質問器から送信される連続的な第２の送信電磁波に対する表面弾性波型信号検出器で散乱された第２の返信電磁波の時間応答特性を示す図、図３（ｃ）は、第２の返信電磁波の信号成分のスペクトルを示す図。
【図４】特許文献１に開示されるワイヤレス防犯システムの使用例を示す図。
【図５】特許文献２に開示される無線センサシステムの回路構成図。
【符号の説明】
【００５４】
１ 一次電池
２Ａ ガラス破壊検知部
２Ｂ 開閉検知部
３Ａ ガラス破壊処理回路
３Ｂ 開閉処理回路
４ 無線送信回路
５ 電源部
６ ２枚窓の窓枠
７ 窓ガラス
１０ 信号検知部
１１ 質問器
１２ 磁性体
１３ アンテナ
１４ 片持ち梁構造体
１５ 表面弾性波共振子
１６ 反射器
１７ 支持台
１８ 磁性薄膜
１９ 磁場
３１ 第１の送信電磁波
３２、３３ 第１の返信電磁波
３４ ＡＥ波
３５ 第２の送信電磁波と同一の周波数成分を有する波
３６ 共鳴振動に基づく包絡線状の波
１００ 窓枠体
Ａ 本体ハウジング
Ｃ 永久磁石
Ｄ ワイヤレス送信器
ｆ１ 表面弾性波共振子の共振周波数
ｆ２ 片持ち梁構造体の共振周波数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窓の開閉を認知することが可能な表面弾性波型開閉検知機能とガラス破壊固有のＡＥ（アコースティクエミッション）波を検知可能な表面弾性波型ガラス破壊検知機能を兼備可能な小型のワイヤレス防犯センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の窓の開閉を検知する機能を有するワイヤレス防犯システムは、例えば特許文献１に開示されており、窓の開閉検知に加えて窓ガラスの破壊を検知する機能を有する無線センサシステムは、例えば特許文献２に開示されている。
【０００３】
図４は、特許文献１に開示されるワイヤレス防犯システムの使用例を示す図である。２枚窓の開閉状態を監視するために適用されるワイヤレス送信器と永久磁石の必要数を軽減させてコストも軽減できるワイヤレス防犯システムを提供するものである。
【０００４】
特許文献１に開示されるワイヤレス防犯システムは、２枚窓の一方の窓枠体の側縁部の幅より小さい寸法に形成されたワイヤレス送信器を、２枚窓の一方の窓枠体の側縁部に取付けるとともに、２枚窓の他方の窓枠体の対応した側縁部あるいは窓ガラスには永久磁石を取り付けた構成となし、上記ワイヤレス送信器から送出されるＩＤコードに開閉信号を付加した電波信号をセキュリティー受信機で受信検知して、２枚窓の開閉状態を報知するもので、上記ワイヤレス送信器は、複数の接続ピンを導出させたパッケージ内に制御回路部を実装させたＩＣチップを内蔵しており、そのＩＣチップの導電接続部と、上記接続ピンとを選択的にボンディング接続することによってＩＤコードを固定的に設定した構成となっている。
【０００５】
図５は、特許文献２に開示される無線センサシステムの回路構成図である。その目的は、薄型で、且つ電池交換の頻度を大きく減らす若しくは無くすことができる無線センサ装置を提供することであって、本体ハウジングＡは、窓体のガラス板の振動を検出してガラス板の破壊を検知するガラス破壊検知部２Ａと、窓体の開閉を検知する開閉検知部２Ｂと、ガラス破壊検知部２Ａの検知信号を処理するガラス破壊処理回路３Ａと、開閉検知部２Ｂの検知信号を処理する開閉処理回路３Ｂと、両処理回路３Ａ，３Ｂで処理された検知信号の状態に応じた電波信号を送信する超広帯域無線送信回路からなる無線送信回路４と、一次電池１からなる電源部５とを本体ハウジングＡ内に備えている。
【０００６】
ガラス破壊検知部２Ａには、ガラス破壊固有のＡＥ（アコースティックエミッション）による振動を検知するために圧電セラミックが利用されている。また、開閉検知部２Ｂには、マグネットとの距離に応じて開閉するリードスイッチが利用されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２７５６１１号公報
【特許文献２】特開２００７−２３３６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば特許文献１や特許文献２にも開示されるような従来の防犯システムやセンサシステムでは、ワイヤレス化すなわち無線化を実現するために窓の開閉検知に用いる近接センサやガラス破壊検知部の他にも、複数の電子回路から構成される信号処理回路や無線送信回路部を必須とする。そのため、部品点数が多くなり、信号検知部自体の小型化には限度がある。また、検知対象物、例えば窓枠体等の寸法や取付け位置の制限を受ける。加えて、各回路部における消費電力を賄うための電源として一次電池、例えば乾電池を利用する場合には、電池消耗に伴う定期的な点検や乾電池の交換作業が必要となるという課題が依然としてあった。
【０００９】
そこで、本発明では、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、位置検知装置あるいは防犯センサの信号検知部に内蔵される部品点数の削減による信号検知部自体の小型化と、大幅な消費電力削減によって信号検知部自体に電源を要しない、すなわち定期的な点検や乾電池等の電源交換作業を必要としない位置検知装置および防犯センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、圧電材料から成る片持ち梁構造体の主面上の表面弾性波共振子および反射器と、主面に対向する裏面上の磁性薄膜と、表面弾性波共振子に接続されたアンテナから成る信号検知部と、信号検知部に近接して移動可能な物体に取付けられた磁性体と、表面弾性波共振子の共振周波数と同一の周波数成分を含有するパルス波状の第１の送信電磁波を信号検知部に送信する機能と、第１の送信電磁波を受信して表面弾性波共振子および反射器により散乱されて前記アンテナから返信される信号検知部からの第１の返信電磁波を受信する機能と、第１の返信電磁波の位相を解析する機能とを備えた質問器からなり、磁性薄膜と磁性体の磁気的相互作用による片持ち梁構造体の歪みにより生ずる表面弾性波共振子と反射器間の伝搬距離の変化に応じた位相の変化を時間軸で解析することにより磁性体と信号検知部の相対的な位置情報を検知する位置検知装置としている。
【００１１】
磁気的相互作用による磁性薄膜の磁歪によって片持ち梁構造体の歪を生じさせても良い。
【００１２】
磁気的相互作用による磁性薄膜と磁性体間の磁力に基づく磁気モーメントによって片持ち梁構造体の歪を生じさせても良い。
【００１３】
磁性体を開閉可能な２枚窓の一方の窓に取り付け、他方の窓に信号検知部を磁性体に近接した位置関係にあるように配置して取り付け、磁性体と信号検知部の相対的な位置情報を検知することにより、２枚窓の開閉状態を認知する位置検知装置とすることができる。
【００１４】
質問器は、表面弾性波共振子の共振周波数と同一の周波数成分を有する連続的な第２の送信電磁波を、信号検知部に送信する機能と、信号検知部からの散乱による第２の返信電磁波の変調成分を解析する機能をさらに備え、２枚窓の他方の窓のガラス破壊に伴って生じるＡＥ（アコースティックエミッション）波の振動による共振周波数の変化と共振周波数の変化に伴う表面弾性波共振子のインピーダンスの変化に応じた第２の返信電磁波の変調成分を周波数軸で解析することにより、窓の開閉検知に加えてガラス破壊を検知する防犯センサとすることができる。
【００１５】
本発明の上記の構成によれば、窓に設置する信号検知部自体には、従来必要であった複数の電子回路から構成される信号処理回路や無線送信回路部を必要としない小型のセンサとすることができるものである。
【００１６】
また、信号検知部に電子回路を必要としないため、電子回路を駆動するための電源すなわち電池も不要となり、定期的な点検作業の効率が各段に向上することになる。
【００１７】
磁性体には、アルニコ、フェライト、ネオジム鉄ボロン、サマリウムコバルト磁石等の永久磁石を用いることができる。
【００１８】
片持ち梁構造体の材料としては、ＬｉＴａＯ3が好適であるが、温度特性に優れた水晶やランガサイト等の圧電単結晶や、ＰＺＴ等の焼結体でもよく、また、磁性薄膜としては、組成比Ｃｏ60Ｆｅ25Ｚｒ15（原子％）のものが好適であるが、強磁性体であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉや超磁歪材として知られているＦｅと希土類元素（Ｔｂ、Ｄｙ等）の混合物質を用いても良い。
【００１９】
表面弾性波共振子の共振周波数としては、２．４ＧＨｚ帯域あるいは９５０ＭＨｚ帯域を用いることができ、アンテナとしては、半波長のダイポールアンテナを用いることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の位置検知装置あるいは防犯センサにおいては、従来の技術に比べ部品点数が大幅に削減でき信号検知部自体の小型化が実現できる。加えて、信号検知部の電子回路を不要としたことにより消費電力が大幅に削減できるため、信号検知部の定期的な点検や乾電池等の電源の交換作業が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
本発明の基本的構成および基本的な原理について、図面により詳述する。図１は、本発明の位置検知装置および防犯センサの概念構成図であり、図１（ａ）は、本発明の実施例に係わる位置検知装置および防犯センサの概念構成図である。図１（ｂ）は、本発明の実施例に係わる表面弾性波型信号検出器からなる信号検知部の概念構成図である。図１（ｃ）は、表面弾性波型信号検出器をＡ−Ａ’で見た断面図である。
【００２３】
本発明の位置検知装置および防犯センサは、図１（ａ）に示すように、２枚窓の窓枠６および窓ガラス７に対して、信号検知部１０、質問器１１および磁性体１２から構成されている。信号検知部１０には、図１（ｂ）に示す表面弾性波型信号検出器が図示しないセラミックパッケージ内に納められており、さらにアンテナを有する。
【００２４】
表面弾性波型信号検出器は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、圧電材料から成る片持ち梁構造体１４上に表面弾性波共振子１５、反射器１６、および磁性薄膜１８が形成された構造となっており、信号検知部１０として、アンテナ１３は、表面弾性波共振子１５と電気的に接続されている。
【００２５】
質問器１１は、表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１と同一の周波数成分を含有するパルス波状の第１の送信電磁波を、信号検知部１０に送信する機能と、信号検知部１０からの散乱による第１の返信波電磁波の返信時間を時間軸で解析する機能と、表面弾性波共振子１４の共振周波数と同一の周波数成分を有する連続的な第２の送信電磁波を、信号検知部１０に送信する機能と、信号検知部１０からの散乱による第２の返信電磁波の変調成分を周波数軸で解析する機能とを備えている。ここでｆ１としては、前述の通り、２．４ＧＨｚ帯域あるいは９５０ＭＨｚ帯域を用いることができる。
【００２６】
磁性体１２を開閉可能な２枚窓の一方のガラスに取り付け、窓が閉じた状態においては、他方の１枚のガラスに信号検知部１０が取り付けられ、且つ磁性体１２に比較的近接した位置にあるように配置している。尚、磁性体１２は、アルニコ、フェライト、ネオジム鉄ボロン、サマリウムコバルト磁石等の永久磁石からなる。
【００２７】
図２は、本発明における表面弾性波型信号検出器を位置検出に用いる場合の原理を説明する図である。図２（ａ）は、磁性体が近傍にある場合の表面弾性波型信号検出器の動作原理に係わる概念図である。面弾性波型信号検出器の近傍にある場合には、磁性体１２によって加わる磁場が強く、磁歪効果、あるいは磁気モーメントにより磁性薄膜１８に対する歪、あるいは力が生じる。従って、この磁歪効果、あるいは磁気モーメントにより磁性薄膜１８が形成された片持ち梁構造体１４が変形し、表面弾性波共振子１５と反射器１６間の伝搬距離が変形しない状態に比較して例えば図２（ａ）のように収縮する。
【００２８】
一方、磁性体１２が、遠方にある場合には、磁性体１２から発生される磁場１９が弱く、磁性薄膜１８に生じる磁歪効果、あるいは磁気モーメントは小さいため、片持ち梁構造体は変形しない（図１（ｃ）と同様であり、図示せず）。
【００２９】
図２（ｂ）は、質問器１１から送信されるパルス波状の第１の送信電磁波と、表面弾性波型信号検出器で散乱された第１の返信電磁波の時間応答特性を示す図である。アンテナ１３と、表面弾性波共振子１５は電気的に接続されており、質問器１１から送信された第１の送信電磁波の電磁エネルギーは、表面弾性波共振子１５の表面弾性波の機械振動エネルギーに変換される。ここで、第１の送信電磁波は、表面弾性波共振子１５の共振周波数と同一の周波数成分を含有するパルス波状の形態をなしている。
【００３０】
磁性体１２が遠方にあり、磁性薄膜１８の磁歪効果、あるいは磁気モーメントが小さい場合には、質問器１１より送信された第１の送信電磁波３１と信号検知部１０から返信される第１の返信電磁波３２の時間差は、図２（ｂ）に示すように、表面弾性波共振子１５と反射器１６間の距離に対応した時間差ｔ１で表わされる。
【００３１】
一方、磁性体１２が近傍にあり、磁性薄膜１８の磁歪効果、あるいは磁気モーメントが大きな場合には、第１の送信電磁波３１と第１の返信電磁波３３の時間差は、表面弾性波共振子１５と反射器１６間の伝搬距離が例えば収縮することにより、図２（ｂ）に示すように、ｔ２（＜ｔ１）となる。
【００３２】
図２（ａ）においては、伝搬距離が収縮する様子が描かれているが、磁歪効果、あるいは磁気モーメントの向きによっては、伝搬距離が伸長する場合もある。その場合は、当然に伝搬時間がｔ１より長くなる。以上の伝搬時間の差異により、磁性体１２と信号検知部１０との相対的な位置情報を検知することができ、窓が閉じられた状態での時間差と比較することにより、質問器１１により２枚窓の開閉状態を監視することが可能である。
【００３３】
図３は、本発明における表面弾性波型信号検出器をガラス破壊検出に用いる場合の原理を説明する図である。図３（ａ）は、ガラスが破壊された場合の表面弾性波型信号検出器の動作原理に係わる概念図である。ガラスが割られると、ガラス破壊固有のＡＥ波３４が発生する。このＡＥ波３４を表面弾性波型信号検出器が受けて、片持ち梁構造体１４は構造体自体の共振周波数ｆ２で共鳴振動をする。
【００３４】
片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２は、ガラス破壊固有のＡＥ波の周波数帯（５０ｋＨｚ以上）に合致するように設計される。片持ち梁構造体１４が共鳴振動をする場合、アンテナ１３からみたインピーダンスは、その共鳴振動に同期して変化する。従って、アンテナ１３から散乱される返信電磁波の周波数も、インピーダンスの変化に応じて変化する。
【００３５】
図３（ｂ）は、質問器１１から送信される連続的な第２の送信電磁波に対する表面弾性波型信号検出器で散乱された第２の返信電磁波の時間応答特性を示す図である。図３（ｂ）に示すように、ガラスが割られた場合には、質問器１１より送信される第２の送信電磁波と同一の表面弾性波共振子の共振周波数ｆ１を有する波３５を基本波として、前述の共鳴振動に基づく包絡線状の波３６が形成される。この包絡線状の波３６の周期は、片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２に一致している。
【００３６】
図３（ｃ）は、第２の返信電磁波の信号成分のスペクトルを示す図である。このスペクトルは、第２の送信電磁波の周波数ｆ１を基本波として、周波数軸で両側波帯に片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２が存在する形態をとる。質問器１１では、このような両側波帯に存在する片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２と同一の周波数、すなわちｆ１±ｆ２を周波数軸で検知した場合に、ガラスが割れたと認知する。
【００３７】
次に、表面弾性波型信号検出器の具体的な構造およびその製造方法について説明する。
【００３８】
まず、表面弾性波型信号検出器の構造および製造方法について説明する。片持ち梁構造体１４の材料である３６度回転Ｙ板のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）ウエハ上に公知のスパッタリング技術、フォトリソグラフィ技術により、Ｔｉ／Ａｌ層からなる表面弾性波共振子１５および反射器１６を形成する。表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１は、２．４ＧＨｚ帯となるようにＴｉ／Ａｌ層電極およびギャップ間隔は０．４μｍとする。尚、Ａｌ層の厚みは、適度な電気機械結合係数が得るために７０ｎｍとすることが望ましい。加えて、表面弾性波共振子１５を形成した面に対向する裏面には、同様に公知のスパッタリング技術、フォトリソグラフィ技術により１μｍ厚のＣｏ−Ｆｅ−Ｚｒ系磁性薄膜１８を形成する。尚、磁歪効果が最大となるように、磁性薄膜１８の組成比はＣｏ60Ｆｅ25Ｚｒ15（原子％）とすることが望ましい。
【００３９】
ここで、片持ち梁構造体１４の材料としては、前述のＬｉＴａＯ3の他に、温度特性に優れた水晶やランガサイト等の圧電単結晶や、ＰＺＴ等の焼結体でもよく、また、磁性薄膜１８としては、強磁性体であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉや超磁歪材として知られているＦｅと希土類元素（Ｔｂ、Ｄｙ等）の混合物質でも構わない。
【００４０】
次に、支持部の形成には、セラミックパッケージの台座部分にＡｕ−Ｓｎ半田で固定する。あるいは、シリコン基板を用いて、ＬｉＴａＯ3基板と陽極接合あるいは直接接合技術によって張り合せることも可能である。ここで、ＬｉＴａＯ3から成る片持ち梁構造体１４が磁性薄膜１８の磁歪効果により自由に変形可能なように、シリコン基板の一部には、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）やウエットエッチング技術を用いて空洞部が形成されている。尚、本実施の形態の場合、片持ち梁構造体１４の寸法として、長さ１．５ｍｍ、幅１．０ｍｍ、厚み０．２５ｍｍとする。
【００４１】
アンテナ１３は、表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１と一致するように、２．４ＧＨｚ帯の半波長ダイポールアンテナとする。具体的には、ガラスエポキシ基板上の３６μｍ厚の銅箔を、公知のフォトリソグラフィ技術によりパターン化し、半波長ダイポールアンテナを形成する。
【００４２】
加えて、質問器１１からの第１の送信電磁波の周波数及び送信電力は、各々２．４５ＧＨｚ、＋１０ｄＢｍとし、受信感度を−８０ｄＢｍとする。
【００４３】
また、移動体である窓ガラスに取り付ける磁性体１２である永久磁石としては、長さ５０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚み３０ｍｍのネオジム鉄ボロン磁石を用いる。
【００４４】
また、表面弾性波共振子の共振周波数ｆ１を９５０ＭＨｚ帯に存在するように、Ｔｉ／Ａｌ層電極幅およびギャップ間隔は１．０μｍとし、片持ち梁構造体１４の寸法は、長さ１．５ｍｍ、幅１．０ｍｍ、厚み０．２５ｍｍとしても良い。
【００４５】
このときの片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２は、屈曲振動モードにおいて、６０ｋＨｚとなる。アンテナ１３も、表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１と一致するように、９５０Ｈｚ帯の半波長ダイポールアンテナとする必要がある。
【００４６】
（位置検知装置としての実施例）
２枚窓の一方の窓枠体の側縁部に取付けた磁性体１２と、他方の窓枠体の側縁部に取付けられた信号検知部１０および質問器１１によって窓の開閉状態を監視したときの結果を説明する。表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１は、２．４ＧＨｚ帯とした。
【００４７】
一例として、閉状態での磁性体１２と信号検知部１０の間隔は１００ｍｍであり、開状態での間隔は２００ｍｍとする。この場合において、質問器１１から送信される第１の送信電磁波の送信時間と信号検知部１０によって返信され第１の返信電磁波が到着するまでの時間差は、閉状態に相当する間隔１００ｍｍにおいては１０ｎｓｅｃであるのに対し、開状態に相当する間隔２００ｍｍにおいては１３ｎｓｅｃであった。尚、質問器１１と信号検知部１０の間隔は０．５ｍであった。このように、窓の開閉状態において、明確な差異が認められ、本発明の位置検知装置の効果が検証できた。
【００４８】
（ガラス破壊検知機能を有する防犯センサとしての実施例）
表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１を、９５０ＭＨｚ帯とした信号検知部１０を取り付けた窓ガラスを金属棒で叩き割った場合に、表面弾性波型信号検出器の片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２と同一の６０ｋＨｚの側波帯信号を有するスペクトルが、質問器１１により、図３（ｃ）に見られるように受信できた。
【００４９】
なお、表面弾性波共振子１５の共振周波数ｆ１としては、位置検知およびガラス破壊検知に対して、特に変える必要はなく、同一の信号検知部を用いて、単に、質問器１１からの送信電磁波をパルス波状の第１の送信電磁波とするか連続的な第２の送信電磁波とするかにして、返信電磁波の解析を時間軸で行うか、あるいは周波数軸で行うかの相違である。第１の送信電磁波と第２の送信電磁波は、それぞれに対する返信電磁波の受信および解析の時間を考慮した時間間隔を置いて交互に送信するようにできる。
【００５０】
また、窓が開放している状態で、ガラスが破壊されることはあまりないと思われるが、窓が開放している状態においても、その時の片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２を知ることは、位置検知機能による窓の開放状態に応じた共振周波数ｆ２を予め調べておけば問題なく、また、片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２が極端に変化することもないので、同様にガラス破壊の検知が可能である。
【００５１】
片持ち梁構造体１４の共振周波数ｆ２に対する、磁性薄膜１８および片持ち梁構造体１４の歪による影響により、ガラス破壊検知の確度が影響されるような場合には、ガラス破壊検知専用の表面弾性波型信号検出器をさらに備えるようにしても良い。
【００５２】
すなわち、片持ち梁構造体１４と表面弾性波共振子１５およびアンテナ１３のみからなる表面弾性波型信号検出器をもう一個、信号検知部１０内に備えるようにすれば良い。この時、例えば、表面弾性波共振子１５およびアンテナ１３の共振周波数を、位置検知用の共振周波数と異なるように、いずれか一方を２．４ＧＨｚ帯、他方を９５０ＭＨｚ帯としても問題はない。質問器１１にそれに対する機能があれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の位置検知装置および防犯センサの概念構成図、図１（ａ）は、本発明の実施例に係わる位置検知装置および防犯センサの概念構成図、図１（ｂ）は、本発明の実施例に係わる表面弾性波型信号検出器からなる信号検知部の概念構成図、図１（ｃ）は、表面弾性波型信号検出器をＡ−Ａ’で見た断面図。
【図２】本発明における表面弾性波型信号検出器を位置検出に用いる場合の原理を説明する図。図２（ａ）は、磁性体が近傍にある場合の表面弾性波型信号検出器の動作原理に係わる概念図、図２（ｂ）は、質問器から送信されるパルス波状の第１の送信電磁波と、表面弾性波型信号検出器で散乱された第１の返信電磁波の時間応答特性を示す図。
【図３】本発明における表面弾性波型信号検出器をガラス破壊検出に用いる場合の原理を説明する図。図３（ａ）は、ガラスが破壊された場合の表面弾性波型信号検出器の動作原理に係わる概念図、図３（ｂ）は、質問器から送信される連続的な第２の送信電磁波に対する表面弾性波型信号検出器で散乱された第２の返信電磁波の時間応答特性を示す図、図３（ｃ）は、第２の返信電磁波の信号成分のスペクトルを示す図。
【図４】特許文献１に開示されるワイヤレス防犯システムの使用例を示す図。
【図５】特許文献２に開示される無線センサシステムの回路構成図。
【符号の説明】
【００５４】
１ 一次電池
２Ａ ガラス破壊検知部
２Ｂ 開閉検知部
３Ａ ガラス破壊処理回路
３Ｂ 開閉処理回路
４ 無線送信回路
５ 電源部
６ ２枚窓の窓枠
７ 窓ガラス
１０ 信号検知部
１１ 質問器
１２ 磁性体
１３ アンテナ
１４ 片持ち梁構造体
１５ 表面弾性波共振子
１６ 反射器
１７ 支持台
１８ 磁性薄膜
１９ 磁場
３１ 第１の送信電磁波
３２、３３ 第１の返信電磁波
３４ ＡＥ波
３５ 第２の送信電磁波と同一の周波数成分を有する波
３６ 共鳴振動に基づく包絡線状の波
１００ 窓枠体
Ａ 本体ハウジング
Ｃ 永久磁石
Ｄ ワイヤレス送信器
ｆ１ 表面弾性波共振子の共振周波数
ｆ２ 片持ち梁構造体の共振周波数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料から成る片持ち梁構造体の主面上の表面弾性波共振子および反射器と、前記主面に対向する裏面上の磁性薄膜と、前記表面弾性波共振子に接続されたアンテナから成る信号検知部と、
前記信号検知部に近接して移動可能な物体に取付けられた磁性体と、
前記表面弾性波共振子の共振周波数と同一の周波数成分を含有するパルス波状の第１の送信電磁波を前記信号検知部に送信する機能と、前記第１の送信電磁波を受信して前記表面弾性波共振子および前記反射器により散乱されて前記アンテナから返信される前記信号検知部からの第１の返信電磁波を受信する機能と、前記第１の返信電磁波の位相を解析する機能とを備えた質問器からなり、
前記磁性薄膜と前記磁性体の磁気的相互作用による前記片持ち梁構造体の歪みにより生ずる前記表面弾性波共振子と反射器間の伝搬距離の変化に応じた前記位相の変化を時間軸で解析することにより前記磁性体と前記信号検知部の相対的な位置情報を検知することを特徴とする位置検知装置。
【請求項２】
前記磁気的相互作用による前記磁性薄膜の磁歪によって前記片持ち梁構造体の歪を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の位置検知装置。
【請求項３】
前記磁気的相互作用による前記磁性薄膜と前記磁性体間の磁力に基づく磁気モーメントによって前記片持ち梁構造体の歪を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の位置検知装置。
【請求項４】
前記磁性体を開閉可能な２枚窓の一方の窓に取り付け、他方の窓に前記信号検知部を前記磁性体に近接した位置関係にあるように配置して取り付け、前記磁性体と前記信号検知部の相対的な位置情報を検知することにより、前記２枚窓の開閉状態を認知することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の位置検知装置。
【請求項５】
前記質問器は、前記表面弾性波共振子の共振周波数と同一の周波数成分を有する連続的な第２の送信電磁波を、前記信号検知部に送信する機能と、前記信号検知部からの散乱による第２の返信電磁波の変調成分を解析する機能をさらに備え、
前記２枚窓の他方の窓のガラス破壊に伴って生じるＡＥ（アコースティックエミッション）波の振動による前記共振周波数の変化と該共振周波数の変化に伴う前記表面弾性波共振子のインピーダンスの変化に応じた前記第２の返信電磁波の変調成分を周波数軸で解析することにより、ガラス破壊を検知することを特徴とする防犯センサ。
【請求項１】
圧電材料から成る片持ち梁構造体の主面上の表面弾性波共振子および反射器と、前記主面に対向する裏面上の磁性薄膜と、前記表面弾性波共振子に接続されたアンテナから成る信号検知部と、
前記信号検知部に近接して移動可能な物体に取付けられた磁性体と、
前記表面弾性波共振子の共振周波数と同一の周波数成分を含有するパルス波状の第１の送信電磁波を前記信号検知部に送信する機能と、前記第１の送信電磁波を受信して前記表面弾性波共振子および前記反射器により散乱されて前記アンテナから返信される前記信号検知部からの第１の返信電磁波を受信する機能と、前記第１の返信電磁波の位相を解析する機能とを備えた質問器からなり、
前記磁性薄膜と前記磁性体の磁気的相互作用による前記片持ち梁構造体の歪みにより生ずる前記表面弾性波共振子と反射器間の伝搬距離の変化に応じた前記位相の変化を時間軸で解析することにより前記磁性体と前記信号検知部の相対的な位置情報を検知することを特徴とする位置検知装置。
【請求項２】
前記磁気的相互作用による前記磁性薄膜の磁歪によって前記片持ち梁構造体の歪を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の位置検知装置。
【請求項３】
前記磁気的相互作用による前記磁性薄膜と前記磁性体間の磁力に基づく磁気モーメントによって前記片持ち梁構造体の歪を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の位置検知装置。
【請求項４】
前記磁性体を開閉可能な２枚窓の一方の窓に取り付け、他方の窓に前記信号検知部を前記磁性体に近接した位置関係にあるように配置して取り付け、前記磁性体と前記信号検知部の相対的な位置情報を検知することにより、前記２枚窓の開閉状態を認知することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の位置検知装置。
【請求項５】
前記質問器は、前記表面弾性波共振子の共振周波数と同一の周波数成分を有する連続的な第２の送信電磁波を、前記信号検知部に送信する機能と、前記信号検知部からの散乱による第２の返信電磁波の変調成分を解析する機能をさらに備え、
前記２枚窓の他方の窓のガラス破壊に伴って生じるＡＥ（アコースティックエミッション）波の振動による前記共振周波数の変化と該共振周波数の変化に伴う前記表面弾性波共振子のインピーダンスの変化に応じた前記第２の返信電磁波の変調成分を周波数軸で解析することにより、ガラス破壊を検知することを特徴とする防犯センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１２８５４３（Ｐ２０１０−１２８５４３Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９９３９８（Ｐ２００８−２９９３９８）
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【Ｆターム（参考）】
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