專利名稱：傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及傳感器。
背景技術：
在物品被運輸或儲存時從一定距離獲取所述物品所處環境的溫度歷史的傳感器是公知的。例如，使用這種傳感器來確定在冷凍食品等到達零售店或者消費者之前該冷凍食品等是否處于冷凍狀態。
作為這種類型的傳感器，并入了溫度傳感器的IC標簽以及其諧振頻率隨溫度變化而變化的IC標簽是已知的。利用查詢裝置以恒定時間間隔查詢這種傳感器，獲得表示溫度的數據。然而，采用這種系統，表示溫度歷史的數據被存儲為電子數據，從而存在表示溫度歷史的數據被篡改的危險。
為了防止這種對數據的篡改，已經提出了利用隨環境變化而不可逆地變化的物理對象的技術。例如，采用在日本專利申請特開第2003-232687號中公開的技術，將固體物質和染料密封在容器中。當固體物質熔化時，該物質和染料混合，從而能可視地確定溫度曾上升超過了該固體的熔點。根據在日本專利申請特開第2006-47030號中公開的技術，將彼此不相溶并具有不同比重的兩種液體密封在容器中并且冷凍。將容器附于物品，使具有較高比重的物質在上方。當這兩種物質都融化時，它們的位置關系改變為具有較高比重的液體運動到下側，從而能可視地確定溫度曾上升超過了這兩種物質的熔點。
然而，采用這些可視地確定物質狀態的改變的方法，必須逐個可視地確定附于物品的物質的狀態，從而這些方法需要大量的時間。可以想到利用光學傳感器代替視覺確認來檢測變化的方法，但是這種方法增加了成本。
發明內容
考慮到上述情況作出了本發明，本發明提供了一種技術，利用該技術能夠防止對表示環境變化的信息進行篡改并能夠獲得這種信息。
為了解決上述問題，根據本發明實施例的傳感器包括接收器，接收從外部發送的信號；第一轉換器，將所述接收器接收的信號轉換為聲波；第二轉換器，將沿著預定區域傳播的所述聲波轉換為信號；發送器，發送從所述第二轉換器輸出的所述信號；以及附著物(attachment)，附于所述聲波在所述預定區域的傳播路徑上，響應于環境變化而經歷不可逆變化，并且由于這種不可逆變化而使所述聲波在所述預定區域的傳播特性發生變化。
所述傳感器還可包括基板。所述預定區域可以是所述基板。所述聲波可以是表面聲波。
所述附著物可以包括當達到預定溫度時熔化的物質(或者可以由該物質制成)。
所述附著物可以包括當達到預定濕度時潮解的物質(或者可以由該物質制成)。
所述附著物可以包括當曝光時固化的物質(或者可以由該物質制成)。
所述附著物可以包括與預定物質發生化學反應的物質(或者可以由該物質制成)。
可以將所述附著物設置為在超過預定強度的外力作用于所述傳感器的情況下所述附著物脫離所述物質。
可以將所述附著物設置為在超過預定強度的外力作用于所述傳感器的情況下所述附著物相對于所述基板的位置發生變化。
根據本發明的實施例，能夠防止對表示環境變化的信息進行篡改并且能夠獲得該信息。
將根據以下附圖詳細地描述本發明的示例性實施例，在附圖中
圖1A和圖1B示出了傳感器101的結構；圖2示出了查詢裝置200的結構；圖3是示出了傳感器101和查詢裝置200的操作的流程圖；圖4示出了表203的示例；圖5示出了傳感器102；圖6示出了傳感器103；圖7A至圖7D示出了傳感器104；圖8A至圖8D示出了傳感器105；圖9示出了傳感器106；以及圖10示出了傳感器107。
具體實施例方式
下面是參照附圖對本發明示例性實施例的解釋。
結構圖1示出了傳感器101的結構。圖1A是傳感器101的平面圖，圖1B是沿著線A-A’截取的傳感器101的剖面圖。
在基板1的表面上形成鐵電薄膜2。在鐵電薄膜2上形成IDT(叉指式換能器)3、天線4、地線5、反射器7和蠟塊(附著物)8。IDT 3包括兩組彼此面對的梳形電極。天線4連接到這兩組梳形電極中的一組，地線5連接到這兩組梳形電極中的另一組。地電極6形成在基板1的背面，地線5通過通孔(圖中未示出)連接到該地電極6。
例如，利用LiTaO3形成鐵電薄膜2。從IDT 3的機電耦合系數/壓電系數以及天線4的介電損失的角度看，優選的是，該鐵電薄膜2是取向附生層(epitaxial layer)或者具有單一取向。另外，還可以在鐵電薄膜2上形成III-V半導體(例如GaAs)或者碳(例如金剛石)。因此，例如可以增加表面聲波的表面速度、耦合系數和壓電常數。
應該注意，也可以采用包含鐵電材料(或者由鐵電材料制成)的板形構件作為基板，來代替基板1和鐵電薄膜2。
通過導電圖案以一體的方式形成IDT 3、天線4和地線5。作為該導電圖案的材料，優選的是，形成金屬(例如Ti、Cr、Cu、W、Ni、Ta、Ga、In、Al、Pb、Pt、Au、Ag等)或合金(例如Ti-Al、Al-Cu、Ti-Ni、Ni-Cr等)的單層結構或者兩層或更多層的多層結構。特別優選的是采用Au、Ti、W、Al或Cu作為所述金屬。另外，優選的是，金屬層的厚度至少為1nm(納米)并小于10μm(微米)。
蠟塊8以預定形狀形成在鐵電薄膜2上的IDT 3和反射體7之間的區域中(即，形成在表面聲波的傳播路徑中)。在該示例性實施例中，如圖1中所示，從上面觀察時，蠟塊呈橢圓形，并且其沿著A-A’的截面呈矩形。當達到蠟的熔點時，蠟塊8熔化。熔化的蠟塊在鐵電薄膜2上薄薄地散開并且與其熔化前相比在鐵電薄膜2上占據了更大的面積。當溫度降到所述熔點以下時，蠟塊8凝固為由于熔化而薄薄地散開的狀態。換言之，熔化前后蠟塊的形狀不同。如果不管熔化的蠟塊8，則它不會返回其原始形狀。這就是說，就蠟塊8的形狀而言，蠟塊8經歷了不可逆變化。因此，在本申請中，“不可逆變化”不是指狀態的變化決不可逆，而是指不管這種環境變化如何變遷，由于環境變化而引起的變化不會返回原始狀態或形狀，只有施加由于環境變化而產生的力量以外的外力，才會使所述變化返回到原始狀態或形狀。
圖2示出了查詢裝置200的結構。
發送器/接收器201具有天線并且從傳感器101接收無線電信號或者向傳感器101發送無線電信號。
信號處理部202產生具有預定振幅和頻率的信號，并且將該信號饋送給發送器/接收器201。信號處理部202還使接收信號經過預定處理，以確定該信號的物理量或參數(振幅、相位速度等)。
表203包括這樣的信息，該信息表示信號的物理量和其中放置有傳感器的環境之間的對應關系。
確定部204通過將所接收的信號的物理量和表203的內容進行比較，確定傳感器101周圍的溫度是否已經達到蠟的熔點。在后面會更詳細地解釋表203的內容以及由確定部204執行的處理。
顯示部205對表示確定部204執行的判斷的結果的圖像進行顯示。
當按下開關206(例如為按鈕型開關)時，發送器/接收器201向傳感器101發送無線電信號。
下面是對傳感器101和查詢裝置200的操作的解釋。
圖3是示出了傳感器101和查詢裝置200的操作的流程圖。
首先，當在步驟A01中按下開關206時，發送器/接收器201向傳感器101發送具有預定頻率和振幅的無線電信號。
在步驟B01中，傳感器101的天線4接收該無線電信號。接收到該無線電信號之后，天線4將該無線電信號轉換為電信號并將該電信號饋送給IDT 3。
在步驟B02中，根據該電信號，IDT 3在鐵電薄膜2的表面產生表面聲波。該表面聲波沿著鐵電薄膜2傳播并到達反射器7。
在步驟B03中，反射器7反射已經到達反射器7的表面聲波。被反射的表面聲波沿著鐵電薄膜2傳播并到達IDT 3。
在步驟B04中，IDT 3將表面聲波轉換為電信號并且將該電信號饋送給天線4。天線4將該電信號轉換為無線電信號并發送該無線電信號。
在步驟A02中，查詢裝置200接收到由傳感器101發送的無線電信號。查詢裝置200確定所接收的信號的物理量(振幅、相位速度等)。接著，通過對表203進行查詢，確定部204確定傳感器101周圍的溫度是否已經達到所述熔點。
圖4是示出了表203的內容的圖。表203存儲在傳感器101周圍的溫度達到蠟的熔點(即，蠟塊8已經熔化)的情況下從傳感器101發送的信號的物理量(振幅、相位速度等)的范圍。
下面是對表面聲波的傳播的解釋。當由IDT 3產生的表面聲波沿著鐵電薄膜2傳播時，其傳播特性取決于鐵電薄膜2、基板1和蠟塊8的材料、形狀和溫度等。如果傳感器101周圍的溫度達到蠟的熔點，則蠟在鐵電薄膜2上薄薄地散開。如果之后溫度降到該熔點以下，則蠟凝固，但是蠟的形狀不會返回其原始形狀。因此，表面聲波在鐵電薄膜2上的傳播特性發生變化，結果，表面聲波的物理量(振幅、相位速度等)發生變化。因此，通過預先試驗性地確定傳感器101周圍的溫度達到蠟的熔點的情況下的輸出信號的物理量，將所述物理量存儲在表203中，并且將存儲的內容與實際輸出信號的物理量進行比較，可以確定傳感器101周圍的溫度是否已經達到蠟的熔點。
以這種方式，確定部204確定傳感器101周圍的溫度是否達到蠟的熔點。
如果確定了傳感器101周圍的溫度已經達到蠟的熔點，則在顯示部205上顯示例如“已經達到熔點”的消息。
應該注意，表203也可以存儲傳感器101周圍的溫度沒有到達蠟的熔點(即，蠟塊8沒有熔化)的情況下的輸出信號的物理量的范圍。在這種情況下，也可以通過使確定部204將存儲的內容與實際輸出信號的物理量進行比較來確定傳感器101周圍的溫度是否已經達到蠟的熔點。
變型例本發明并不限于上述示例性實施例，而可以以各種形式來實施。例如，如下面所解釋的那樣對上述示例性實施例進行了修改的示例性實施例也是可以的。
變型例1圖5示出了傳感器102。在該示例中，代替上述示例性實施例中的蠟塊8，使用鹽塊81(即，具有潮解性(deliquescence)的物質)作為附著物。鹽塊81例如可以為氯化鈣。用透濕膜覆蓋鹽塊81，將鹽塊81附于鐵電薄膜2，例如空氣中的水分子可以穿過該透濕膜。因此，如果傳感器102周圍的濕度達到預定濕度，則鹽塊81潮解。在鹽塊81潮解的情況下，鹽塊81不會返回其原始形狀。因此，與上述示例性實施例相同，表面聲波的傳播特性發生變化，因而輸出信號的物理量發生變化，從而可以根據輸出信號的物理量來確定傳感器102周圍的濕度是否已經達到預定值。
變型例2圖6示出了傳感器103。在該示例中，代替上述示例性實施例中的蠟塊8，將光固化樹脂82設置為附著物，所述光固化樹脂82在暴露于特定波長的光(例如，紫外光)的情況下固化。將該光固化樹脂82例如放置在透明容器821中，并且將該容器附于鐵電薄膜2上。因此，如果傳感器103被曝光，則光固化樹脂82固化。當光固化樹脂82固化時，其機械特性改變，并且不會返回原始機械特性。因此，與上述示例性實施例相同，表面聲波的傳播特性發生變化，因而輸出信號的物理量發生變化，從而可以根據輸出信號的物理量來確定傳感器103是否已經被曝光。
變型例3還可以如下修改上述示例性實施例。例如，可以將在抗原(例如細菌)侵入的情況下產生抗體的物質放置在容器中作為附著物，該容器可以附于鐵電薄膜2上。如果抗原隨后侵入該容器中，則發生抗原-抗體反應，容器內物質的機械特性發生變化，并且不會返回原始機械特性。因此，與上述示例性實施例相同，與抗原-抗體反應之前相比，輸出信號的物理量發生變化，從而可以根據輸出信號的物理量來確定抗原是否侵入該傳感器。
變型例4還可以如下修改上述示例性實施例。例如，可將還原劑(例如金屬鈉)放置在容器中作為附著物，并且該容器可以附于鐵電薄膜2上。如果隨后氧侵入該容器，則發生氧化還原反應，容器內物質的機械特性發生變化，并且不會返回原始機械特性。因此，與上述示例性實施例相同，與氧化還原反應之前相比，輸出信號的物理量發生變化，從而可以根據輸出信號的物理量來確定氧是否侵入該傳感器。也可以采用氧化劑來代替還原劑。也就是說，所述附著物可以是與預定物質進行化學反應的物質。
變型例5還可以如下修改上述示例性實施例。
圖7示出了傳感器104，在傳感器104中將永磁體83附于鐵電薄膜2上作為附著物。圖7A是俯視圖，圖7B是沿著B-B’的剖面圖，圖7C是沿著C-C’的剖面圖。如圖7A中所示，緊固件84包括從上面觀察為矩形的頂部841以及從頂部841的兩側向下延伸的兩個腿部842，如圖7B中所示。腿部842的下端固定在鐵電薄膜2上。另外，如圖7C中所示，設置有兩個傾斜部843，兩個傾斜部843從頂部841的四個邊中沒有設置腿部842的邊傾斜地面向下。將這兩個傾斜部843設置為使得它們的下端之間的距離大于它們的上端之間的距離，從而始它們形成為類似于“八”的形狀。緊固件84由金屬、塑料等制成，當外力作用于傾斜部843并使其變形時，在使傾斜部843的形狀恢復為其原始形狀的方向上產生彈力。永磁體83是矩形固體并且被這兩個傾斜部843朝向鐵電薄膜2按壓。另外，圖7B中的永磁體83的寬度等于或略小于兩個腿部842之間的距離。永磁體83不能在圖中的橫向方向上移動。采用這種結構，當在鐵電薄膜2上產生了表面聲波時，永磁體83與鐵電薄膜2一體地振蕩。
如果磁力作用于傳感器104，則發生以下作用。例如圖7D中所示，如果使另一永磁體90的S極靠近永磁體83的S極，則在永磁體83和永磁體90之間產生斥力。當該斥力超過預定強度時，永磁體83將緊固件84的傾斜部843向上推并且向左逃出。當永磁體83逃出后，傾斜部843返回其原始形狀，從而永磁體83不會返回其原始位置。因此，永磁體83將不再與鐵電薄膜2形成一體，從而表面聲波在鐵電薄膜2上的傳播特性發生變化，因此，輸出信號的物理量發生變化。因此，根據輸出信號的物理量，可以確定是否有超出預定強度的磁力作用于傳感器104。另外，由于永磁體83的移動受到兩個腿部842的限制，所以可以確定在預定方向(圖7D中指示的方向)上是否有超過預定強度的磁力作用于傳感器104。
應該注意，永磁體83的形狀不限于矩形固體的形狀，其可以為任何形狀。另外，為了保持已經脫離緊固件84的永磁體83，還可以在鐵電薄膜2上設置永磁體、磁體和粘合劑等。
變型例6還可以如下修改上述示例性實施例。
圖8示出了傳感器105，在傳感器105中將球體86附于鐵電薄膜2上作為附著物。圖8A是俯視圖，圖8B是沿著B-B’的剖面圖，圖8C是沿著C-C’的剖面圖。緊固件84與圖7中示出的相同。球體86由金屬等制成，并且被兩個傾斜部843對著鐵電薄膜2向下推壓。另外，圖8B中的球體86的寬度等于或略小于兩個腿部842之間的距離，球體86不能在圖8B中的橫向方向上移動。采用這種結構，當在鐵電薄膜2上產生了表面聲波時，球體86與鐵電薄膜2一體地振蕩。
如果慣性力作用于傳感器105，則發生以下用作。如果沿著例如圖8D中向左的方向產生超過預定強度的慣性力，則球體86將緊固件84的傾斜部843向上推并且向左逃出。當球體86逃出后，傾斜部843返回其原始形狀，從而球體86不會返回其原始位置。因此，球體86將不再與鐵電薄膜2形成一體，從而表面聲波在鐵電薄膜2上的傳播特性發生變化，因此，輸出信號的物理量發生變化。因此，根據輸出信號的物理量，可以確定是否有超過預定強度的慣性力作用于傳感器105。另外，由于球體86的移動受到兩個腿部842的限制，所以可以確定在預定方向(圖8D中指示的方向)上是否有超過預定強度的慣性力作用于傳感器105。
應該注意，在該變型例中的附著物不限于球體，可以采用任何形狀。另外，為了保持已經脫離緊固件84的球體86，可以在鐵電薄膜2上設置永磁體(在球體86為磁體的情況下)、粘合劑等。
變型例7還可以如下修改上述示例性實施例。
圖9示出了傳感器106。在該示例中，除了上述示例性實施例的結構之外，在IDT 3的背離反射體7的一側設置了另一個反射體71。如上所述，當由IDT 3產生的表面聲波沿著鐵電薄膜2傳播時，該表面聲波的物理量(振幅、相位速度等)根據鐵電薄膜2和基板1的材料、形狀和溫度而變化。在該示例中，將反射體71布置在沒有蠟塊8的一側，以使被反射體71反射的表面聲波的物理量不受蠟熔化的影響。結果，被反射體71反射的表面聲波的物理量具有獨立于溫度的對傳感器106唯一的值。可以利用其以及溫度通過上述示例性實施例的作用，來確定明確地識別傳感器106的ID。
圖10示出了傳感器107。該傳感器107為反射體7和反射體71各設置有分立的IDT 3。也就是說，傳感器107包括四組梳形電極。在這四組梳形電極中，兩組電極發送和接收與被反射體7反射的表面聲波相對應的信號。這四組梳形電極中的另外兩組電極發送和接收與被反射體71反射的表面聲波相對應的信號。此外，采用這種結構，可以獲得與傳感器106的操作效果相同的操作效果。
在上述實施例中，作為聲波的示例，描述了沿材料表面傳播的表面聲波。所述聲波不限于表面聲波。可以使用沿材料的體積傳播的聲波作為所述聲波。在這種情況下，可將附著物附于聲波的傳播路徑上。
權利要求
1.一種傳感器，該傳感器包括接收器，接收從外部發送的信號；第一轉換器，將所述接收器接收的信號轉換為聲波；第二轉換器，將沿著預定區域傳播的所述聲波轉換為信號；發送器，發送從所述第二轉換器輸出的所述信號；以及附著物，附于所述聲波在所述預定區域的傳播路徑上，響應于環境變化而經歷不可逆變化，并且由于這種不可逆變化而使所述聲波在所述預定區域的傳播特性發生變化。
2.根據權利要求1所述的傳感器，該傳感器還包括基板，其中所述預定區域是所述基板；以及所述聲波是表面聲波。
3.根據權利要求1所述的傳感器，其中，所述附著物包括當達到預定溫度時熔化的物質。
4.根據權利要求1所述的傳感器，其中，所述附著物包括當達到預定濕度時潮解的物質。
5.根據權利要求1所述的傳感器，其中，所述附著物包括當曝光時固化的物質。
6.根據權利要求1所述的傳感器，其中，所述附著物包括與預定物質發生化學反應的物質。
7.根據權利要求1所述的傳感器，其中，將所述附著物設置為在超過預定強度的外力作用于所述傳感器的情況下所述附著物脫離所述預定區域。
8.根據權利要求1所述的傳感器，其中，將所述附著物設置為在超過預定強度的外力作用于所述傳感器的情況下所述附著物相對于所述預定區域的位置發生變化。
全文摘要
本發明提供了一種傳感器。該傳感器包括接收器，接收從外部發送的信號；第一轉換器，將由接收器接收的信號轉換為聲波；第二轉換器，將沿著預定區域傳播的聲波轉換為信號；發送器，發送從第二轉換器輸出的信號；以及附著物，附于聲波在預定區域的傳播路徑上，響應于環境變化而經歷不可逆變化，并且由于這種不可逆變化而使聲波在該預定區域的傳播特性發生變化。
文檔編號G01K11/06GK101089907SQ20071000191
公開日2007年12月19日 申請日期2007年1月15日 優先權日2006年6月13日
發明者不野浩之, 渡部雅夫, 飯田靖, 水谷良太, 小西泰彰 申請人:富士施樂株式會社