JP2022063670A - Sensor device, low pressure space device and low pressure space system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気圧より低い気体圧力の低圧空間内で動作するセンサ装置、低圧空間装置および低圧空間システムに関する。 The present invention relates to a sensor device, a low pressure space device and a low pressure space system operating in a low pressure space having a gas pressure lower than atmospheric pressure.
従来、真空チャンバー内部で動作するセンサ装置が開発されている。例えば、特許文献１では、真空加工装置の真空チャンバー内部で動作する、構造がシンプルで、堅牢であり、かつ測定精度が高い小型の圧力センサが開示されている。また、特許文献２では、真空チャンバー内に情報を計測するためのセンサを設け、当該センサにより計測した情報を無線で真空チャンバー外へ送信するセンサ装置が開示されている。さらに、特許文献３では、センサ基板において、情報処理素子が、検出素子が検出した情報を無線でリアルタイムで真空処理装置に送信する送信素子を有することが開示されている。
Conventionally, a sensor device that operates inside a vacuum chamber has been developed. For example,
低圧力下のような特殊環境下で動作可能なセンサとしては、特許文献１～特許文献３に挙げられたものがある。しかしながら、特許文献１に記載のセンサ装置では、大気圧より減圧された空間内でプラズマを発生させた場合、プラズマ中では１００００Ｋを超えるようなエネルギーを持つ電子など、高エネルギーの荷電粒子が存在し、内部の構造物がスパッタ現象等により不純物として容器内に拡散して動作が不安定となる可能性があった。また、特許文献２，３に記載のセンサ装置では、単に真空チャンバー内部で検出した信号を外部に出力するだけで、真空チャンバー内部の状況を把握するためには当該信号に対して所定の演算を行う必要があり、真空チャンバー内部の状況をリアルタイムに知ることができなかった。
Sensors that can operate in a special environment such as under low pressure include those listed in
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、低圧空間における特定の信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができるセンサ装置を提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is suitable for detecting a specific signal in a low pressure space and performing data processing on the detected signal. Is to provide a sensor device capable of transmitting to the outside.
本開示のある局面に従うセンサ装置は、大気圧より低い気体圧力の低圧空間内で動作する。センサ装置は、信号検出部と、データ処理部と、無線伝送部と、電源部とを備える。信号検出部は、低圧空間における特定の信号を検出する。データ処理部は、信号検出部で検出した信号に対して所定のデータ処理を行い、出力信号を生成する。無線伝送部は、データ処理部が生成した出力信号を低圧空間の外部に無線伝送する。電源部は、信号検出部、データ処理部および無線伝送部に電力を供給する。 A sensor device according to certain aspects of the present disclosure operates in a low pressure space with a gaseous pressure below atmospheric pressure. The sensor device includes a signal detection unit, a data processing unit, a wireless transmission unit, and a power supply unit. The signal detection unit detects a specific signal in the low pressure space. The data processing unit performs predetermined data processing on the signal detected by the signal detection unit and generates an output signal. The wireless transmission unit wirelessly transmits the output signal generated by the data processing unit to the outside of the low-voltage space. The power supply unit supplies electric power to the signal detection unit, the data processing unit, and the wireless transmission unit.
本開示の別の局面に従う低圧空間装置は、センサ装置と、低圧空間容器とを備える。低圧空間容器は、内部にセンサ装置を設置し、内部を低圧空間とする。 A low pressure space device according to another aspect of the present disclosure comprises a sensor device and a low pressure space container. For the low-pressure space container, a sensor device is installed inside, and the inside is made into a low-pressure space.
本開示の別の局面に従う低圧空間システムは、センサ装置と、低圧空間装置と、受信装置とを備える。低圧空間装置は、内部にセンサ装置を設置し、内部を低圧空間とする。受信装置は、無線伝送部が無線伝送した出力信号を、低圧空間装置の外部で受信する。低圧空間装置の外部は、気体圧力が大気圧である大気圧空間である。無線伝送部は、所定周波数で出力信号を無線伝送する。低圧空間装置の大気圧空間との壁部の少なくとも一部は、センサ装置と受信装置との間で所定周波数で無線伝送される出力信号を遮らない部材である。 A low pressure space system according to another aspect of the present disclosure comprises a sensor device, a low pressure space device, and a receiving device. For the low-pressure space device, a sensor device is installed inside, and the inside is used as a low-pressure space. The receiving device receives the output signal wirelessly transmitted by the wireless transmission unit outside the low-voltage space device. The outside of the low pressure space device is an atmospheric pressure space where the gas pressure is atmospheric pressure. The wireless transmission unit wirelessly transmits an output signal at a predetermined frequency. At least a part of the wall portion of the low pressure space device with the atmospheric pressure space is a member that does not block the output signal wirelessly transmitted at a predetermined frequency between the sensor device and the receiving device.
本開示によれば、低圧空間における特定の信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 According to the present disclosure, a specific signal in a low voltage space can be detected, and the result of data processing on the detected signal can be suitably transmitted to the outside.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
低圧力下においては、特許文献１（特許５７６４７２３号公報）にあるような、圧力状態の監視のためのセンサが開発されているが、このセンサは無線化されておらず有線にて信号伝送を行う必要があり、また雑音が発生する環境で信号／雑音比を高めるようなデータ処理機能も持ち合わせていない。 Under low pressure, a sensor for monitoring the pressure state as described in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 5764723) has been developed, but this sensor is not wireless and transmits signals by wire. It does not have the data processing function to increase the signal / noise ratio in a noisy environment.
低圧力下において動作可能なセンサが、データ処理機能と無線伝送機能を備えるためには、電気電子回路を内包することが不可欠であるが、電気電子回路の部品を低圧力下で動作可能である状態で備え、そしてその信号を無線伝送により取り出すことは、従来は、下記のような理由で困難であった。 In order for a sensor that can operate under low pressure to have a data processing function and a wireless transmission function, it is indispensable to include an electric / electronic circuit, but parts of the electric / electronic circuit can be operated under low pressure. In the past, it was difficult to prepare in a state and extract the signal by wireless transmission for the following reasons.
特に、大気圧の１／１０以下の圧力の空間においては、もし気体を封入した自由に伸び縮みする部品が大気圧空間からその空間に投入された場合、部品の容積は１０倍以上となり、部品内に包含される電気電子回路の配線は、銅配線は形状を保ったまま延伸できず、切断状態となって導通できず、動作が不可能となる。 In particular, in a space with a pressure of 1/10 or less of the atmospheric pressure, if a freely expanding and contracting component containing gas is introduced into the space from the atmospheric pressure space, the volume of the component becomes 10 times or more, and the component As for the wiring of the electric / electronic circuit included therein, the copper wiring cannot be stretched while maintaining its shape, and cannot be conducted in a cut state, so that the operation becomes impossible.
また、特に、大気圧の１／１００以下の圧力の空間においては、部品の内部の構造物の一部が容易に気体化して、不純物として容器内に拡散してしまう可能性があり、動作が不可能となる。さらに、大気圧より減圧された空間内でプラズマを発生させる場合、プラズマ中では１００００Ｋを超えるようなエネルギーを持つ電子など、高エネルギーの荷電粒子が存在する。 Further, especially in a space having a pressure of 1/100 or less of the atmospheric pressure, a part of the internal structure of the component may be easily gasified and diffused into the container as an impurity, and the operation may be performed. It becomes impossible. Further, when plasma is generated in a space depressurized from atmospheric pressure, high-energy charged particles such as electrons having an energy exceeding 10,000 K exist in the plasma.
プラズマ中の高エネルギーの荷電粒子に対して部品の内部の構造物の耐性が弱い場合、スパッタ現象等により構造物が不純物として容器内に拡散してしまう可能性があり、動作が不安定となる。また別の例として、特許文献２（特開平６－７６１９３号公報）に示されているように、ここで検討しているような低圧力下で動作可能なデータ処理と無線伝送が可能なセンサが報告されている。しかし、ここで行われているデータ処理機能は、無線伝送を行うための信号の前処理機能であり、比較的小規模な電気電子回路構成で実現される。 If the resistance of the structure inside the component to high-energy charged particles in the plasma is weak, the structure may diffuse into the container as an impurity due to a spatter phenomenon or the like, and the operation becomes unstable. .. As another example, as shown in Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-76193), a sensor capable of data processing and wireless transmission capable of operating under low pressure as discussed here. Has been reported. However, the data processing function performed here is a signal preprocessing function for performing wireless transmission, and is realized by a relatively small-scale electric / electronic circuit configuration.
一方、特許文献２では、ＩｏＴ（Internet of Things）分野を支える技術である、信号対雑音比を改善するためのデータ処理機能や、データに対する学習能力を備えてデータを有用な形に変えたりデータの圧縮を行ったりするためのエッジコンピューティング機能を含んでおらず、そのような大規模かつ複雑な電気電子回路が低圧力下で動作可能とする手段については明示されていない。
On the other hand, in
特許文献３（国際公開第００／６８９８６号）についても、無線伝送可能あることで信号伝送線が不要であることが示されているものの、大規模かつ複雑な電気電子回路が低圧力下で動作可能とする手段については明示されていない。 Patent Document 3 (International Publication No. 00/68986) also shows that a signal transmission line is unnecessary because wireless transmission is possible, but a large-scale and complicated electric / electronic circuit operates under low pressure. The means by which it is possible are not specified.
以下に説明する第１実施形態～第３実施形態に係るセンサ装置は、データ処理機能と無線伝送機能をもたらす電気電子回路において、銅配線の切断の抑制、構造物の気体化の抑制、プラズマ耐性の保持、を備えた部品により構成することにより、所望のセンサ装置を製作することができる。そして、大気圧よりも低圧力の状態、大気圧の１／１０以下の圧力の空間、大気圧の１／１００以下の圧力の空間、ならびに低圧力下で気体プラズマが存在する空間において、センサの動作が可能となる。さらに、無線伝送経路の設計により、統合的にセンサデータを取得できるシステムが実現される。以下、図を用いて詳細に説明する。 The sensor device according to the first to third embodiments described below is an electric / electronic circuit that provides a data processing function and a wireless transmission function, which suppresses cutting of copper wiring, suppresses gasification of structures, and resists plasma. A desired sensor device can be manufactured by constituting the component with the holding of the above. Then, in a state where the pressure is lower than the atmospheric pressure, a space where the pressure is 1/10 or less of the atmospheric pressure, a space where the pressure is 1/100 or less the atmospheric pressure, and a space where the gas plasma exists under the atmospheric pressure, the sensor Operation is possible. Furthermore, the design of the wireless transmission path realizes a system that can acquire sensor data in an integrated manner. Hereinafter, it will be described in detail with reference to figures.
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るセンサ装置を備える低圧空間システムの概略構成図である。図１に示すように、低圧空間システム１０００は、センサ装置１と、低圧空間装置１００と、受信装置２００とを備える。センサ装置１は、大気圧より低い気体圧力の低圧空間内で動作する装置である。センサ装置１は、低圧空間における特定の信号を検出し、当該信号に対して所定のデータ処理を行い、生成した出力信号を無線伝送する装置である。図１の例において、低圧空間における特定の信号は、光の強度に関する信号である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a low pressure space system including the sensor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the low-
低圧空間装置１００は、内部にセンサ装置１を設置し、内部を低圧空間とする。気体圧力は、たとえば、大気圧の１／１０以下であり、センサ装置１は、少なくともこの気体圧力の低圧空間内で動作可能である。また、たとえば、気体圧力は、大気圧の１／１００以下であり、センサ装置１は、この気体圧力の低圧空間内で動作可能である。
In the low
低圧空間装置１００は、低圧空間容器（「真空容器」とも称する）４０と、光源４１と、光ファイバー４２と、ガス容器５１と、圧力計５２と、真空ポンプ５３とを含む。低圧空間容器４０は、上部が石英ガラス容器で構成され、下部がステンレス容器で構成されている。
The low
上記において、低圧空間装置１００はセンサ装置１を備えないものであるが、これに限らず、低圧空間装置１００はセンサ装置１を備えるものであってもよい。この場合、低圧空間装置１００は、少なくともセンサ装置１と低圧空間容器４０とを備えるものであればよい。低圧空間システム１０００は、センサ装置１を備える低圧空間装置１００と、受信装置２００とを備える。
In the above, the low
低圧空間容器４０には、低圧空間容器４０に接続されたガス容器５１から所定のガス（たとえば、アンモニアを含んだガス）が供給される。低圧空間容器４０内部は、低圧空間容器４０に接続された真空ポンプ５３が、低圧空間容器４０内の気体を排出することで、低圧空間となる。低圧空間容器４０の気体圧力は、圧力計５２によって計測可能である。
A predetermined gas (for example, a gas containing ammonia) is supplied to the low-
低圧空間容器４０へは、光ファイバー４２を介して接続された光源４１から光が取り込まれる。そして、センサ装置１は、光の強度に関する信号を検出し、当該信号に対して所定のデータ処理を行い、生成した出力信号を所定周波数で無線伝送する。本実施の形態においては、所定周波数は、２．４ＧＨｚである。
Light is taken into the low-
低圧空間装置１００の外部は、気体圧力が大気圧である大気圧空間である。受信装置２００は、たとえば、ノートパソコンであり、低圧空間装置１００の外部に設置されている。受信装置２００（ノートパソコン）は、センサ装置１が無線伝送した出力信号を受信可能な構成となっている。受信装置２００においては、センサ装置１から受信した出力信号をリアルタイムで確認することができる。
The outside of the low
低圧空間システム１０００においては、低圧空間装置１００の内部（低圧空間）と外部（大気圧空間）とを隔てる壁部の少なくとも一部は、所定周波数（２．４ＧＨｚ）で無線伝送される出力信号を遮らない部材である。本実施の形態においては、所定周波数（２．４ＧＨｚ）で無線伝送される出力信号を遮らない部材として、石英ガラスを用いている（低圧空間容器４０の上部は石英ガラス容器である）。
In the low
図２は、第１実施形態に係るセンサ装置を備える低圧空間システムの機能構成を示すブロック図である。上述のように、低圧空間システム１０００は、センサ装置１と、低圧空間装置１００と、受信装置２００とを備える。センサ装置１は、光の強度に関する信号に対してデータ処理を行って生成した出力信号を無線伝送する。無線伝送された出力信号は、低圧空間装置１００の外部に設置された受信装置２００によって受信される。
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of a low pressure space system including the sensor device according to the first embodiment. As described above, the low
センサ装置１は、信号検出部２１と、データ処理部２２と、無線伝送部２３と、電源部２４とを備える。以下、図３を用いてこれらを具体的に説明する。図３は、第１実施形態に係るセンサ装置の概略構成図である。
The
図３（ａ）に示すように、センサ装置１は、基板１１を備えている。基板１１上には、信号検出部２１、データ処理部２２、無線伝送部２３および電源部２４が配置されている。
As shown in FIG. 3A, the
信号検出部２１は、低圧空間における特定の信号（光の強度に関する信号）を検出する。本実施の形態において、信号検出部２１は、フォトダイオードアレイである。信号検出部２１においては、光の強度に関する信号として、赤色、緑色、青色の波長帯域（赤色：６００～７００ｎｍ、緑色：５００～６００ｎｍ、青色：４００～５００ｎｍ）にのみ感度を持つフォトダイオードアレイを用いることで、それぞれの３つの信号値を検出する。
The
データ処理部２２は、信号検出部２１で検出した信号に対して所定のデータ処理を行い、出力信号を生成する。本実施の形態において、データ処理部２２は、マイクロコントローラである。所定のデータ処理については、後述する。
The
無線伝送部２３は、データ処理部２２が生成した出力信号を低圧空間の外部に無線伝送する。無線伝送部２３は、所定周波数（２．４ＧＨｚ）で出力信号を無線伝送する。本実施の形態において、無線伝送部２３は、は周波数が２．４ＧＨｚ帯のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールである。なお、これに限らず、無線伝送部２３は、所定周波数でデータを無線伝送できるものであればよい。
The
信号検出部２１と、データ処理部２２と、無線伝送部２３とは、それぞれ別々の集積回路としてセラミックあるいは樹脂のパッケージの中に収納されている電子部品である。パッケージ化する過程においては、パッケージ内の圧力と外部の圧力が異なっても圧力差に耐えうるように、シール材を用いた気密封止を行った。
The
電源部２４は、信号検出部２１、データ処理部２２および無線伝送部２３に電力を供給する。本実施の形態において、この電気回路全体を動作させる電源部２４として、リチウムイオン電池を用いた。リチウムイオン電池についても、信号検出部２１、データ処理部２２、無線伝送部２３と同様に、液体成分を電池内部に注入するにあたって、内部を真空化することにより液体を注入しつつ、シール材により気密封止している。
The
受信装置２００は、無線伝送部２３が無線伝送した出力信号を、低圧空間装置１００の外部で受信する（図１、図２参照）。
The receiving
また、少なくとも基板１１は、コーティング部材により覆われている。電気電子回路を構成するにあたり、基板としてはガラスエポキシ基板、銅端子部分としては水溶性フラックス（イミダゾール化合物）、その他の領域はレジスト（solder mask）で被覆した。
Further, at least the
センサ装置１は、図３（ａ）のように構成されてもよいが、さらに、センサ装置１は、図３（ｂ）に示すように、収納部３１を備えてもよい。収納部３１の少なくとも一部は、信号検出部２１が光の強度に関する信号を検出するために、あるいは、無線伝送する出力信号を遮らないために、光を透過する部材で構成される。具体的には、収納部３１の一部は、部材３１Ａと部材３１Ｂとで構成される。部材３１Ａや部材３１Ｂは、たとえば、石英ガラスである。
The
図３（ａ）の例とは異なり、図３（ｃ）に示すように、センサ装置１は収納部３１を備え、信号検出部２１、データ処理部２２、無線伝送部２３および電源部２４は収納部３１に収納される。収納部３１内の圧力と外部の圧力が異なっても圧力差に耐えうるように、シール材を用いた気密封止を行う。光は、部材３１Ａを通過して信号検出部２１によって検出される。無線伝送部２３から出力される出力信号は、部材３１Ｂを通過して出力される。
Unlike the example of FIG. 3A, as shown in FIG. 3C, the
本実施の形態においては、センサ装置１は、プラズマ空間のような特殊環境下で動作可能なものを想定している。このような環境下においてセンサ装置１を保護するために、収納部３１として金属ケースを用いることが有効である。金属ケースは、接地電位に接続する。これにより、外部の電磁波を遮蔽して内部のセンサ装置１を保護する。また、上述のように、収納部３１の少なくとも一部は、信号検出部２１が光の強度に関する信号を検出するために、あるいは、無線伝送する出力信号を遮らないために、光を透過する部材で構成されるようにしてもよいし、収納部３１が穴部を有するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
次に、データ処理部２２が行う所定のデータ処理について説明する。先に説明したように、データ処理部２２は、信号検出部２１で検出した信号に対して所定のデータ処理を行い、出力信号を生成する。
Next, a predetermined data processing performed by the
本実施の形態においては、データ処理部２２は、教師データを用いた機械学習処理が施された学習済みニューラルネットワークを有する。学習済みニューラルネットワークは、信号検出部２１が検出した信号から得られる情報に対して演算処理を行い、出力信号として出力するために、あらかじめ学習されたニューラルネットワークである。
In the present embodiment, the
図４は、第１実施形態に係るセンサ装置１のニューラルネットワークにおける入出力データを示す図である。データ処理部２２は、学習済みニューラルネットワークを用いて光の強度に関する信号を補正した信号を出力信号として出力する。
FIG. 4 is a diagram showing input / output data in the neural network of the
図４に示すように、学習済みニューラルネットワークに入力される入力データは、光強度を特定可能な赤信号、緑信号、青信号である。これに対し、学習済みニューラルネットワークから出力される出力データは、補正された赤信号、補正された緑信号、補正された青信号である（それぞれ、赤信号（補正）、緑信号（補正）、青信号（補正）とも称する）。 As shown in FIG. 4, the input data input to the trained neural network is a red signal, a green signal, and a green signal whose light intensity can be specified. On the other hand, the output data output from the trained neural network is a corrected red signal, a corrected green signal, and a corrected green signal (red signal (correction), green signal (correction), and green signal, respectively). Also called (correction)).
まず、信号検出部２１からデータ処理部２２に信号が送られることで、信号はアナログ信号から無線伝送に適切な大きさのディジタル信号（赤信号、緑信号、青信号）に変換される。さらに、有用なデータ値とするために、データ処理部２２において各色の信号値の補正処理を行う。
First, when a signal is sent from the
具体的には、事前に１６００色のカラーサンプルを用いて、赤色、緑色、青色の正規の値とそれらに対応する検出値の間で隠れ層１層、中間変数４つの階層型ニューラルネットワークにより補正プロセスを構築した。その補正プロセスを実現するための四則演算とシグモイド関数演算と条件分岐処理と繰り返し処理を行った。学習済みニューラルネットワークから出力された補正後の赤信号と緑信号と青信号は、無線伝送部２３で無線信号として送信される。
Specifically, using 1600 color samples in advance, correction is performed by a hierarchical neural network with one hidden layer and four intermediate variables between the normal values of red, green, and blue and the corresponding detection values. I built a process. Four arithmetic operations, sigmoid function operations, conditional branch processing, and iterative processing were performed to realize the correction process. The corrected red signal, green signal, and green signal output from the trained neural network are transmitted as wireless signals by the
（実験結果）
図５は、第１実施形態に係るセンサ装置の信号出力結果を示す図である。図５において、縦軸は、光出力信号強度（任意単位）を示す。横軸は、時間（分）を示す。光源４１からの光に適用した。
(Experimental result)
FIG. 5 is a diagram showing a signal output result of the sensor device according to the first embodiment. In FIG. 5, the vertical axis indicates the optical output signal intensity (arbitrary unit). The horizontal axis shows hours (minutes). It was applied to the light from the
図１のような配置において、センサ装置１を低圧空間容器４０内に設置して動作させたところ、図５に示すような結果が得られた。図５において、Ａ１のタイミングで、光源４１をオンにしている。光学フィルターの波長は、５５０ｎｍである。このとき、低圧空間容器４０内は１００ｋＰａ（大気圧）である。次に、Ａ２のタイミングで、真空ポンプ５３による排気をオンにしている。このとき、たとえば、緑信号の出力値はおよそ５０である。
When the
Ａ３のタイミングで２００Ｐａになり、Ａ４のタイミングで３０Ｐａになっている。この場合においても、Ａ２～Ａ４において、各色の信号出力（補正後の各信号）は変化していない。Ａ４のタイミングで真空ポンプ５３による排気をオフにし、大気を開放している。その後、Ａ５のタイミングで２００Ｐａになり、Ａ６のタイミングで１００ｋＰａ（大気圧）になっている。また、Ａ７のタイミングで、光源４１をオフにしている。Ａ４～Ａ７においても、各色の信号出力は変化していない。
It is 200 Pa at the timing of A3 and 30 Pa at the timing of A4. Even in this case, the signal outputs (corrected signals) of each color do not change in A2 to A4. At the timing of A4, the exhaust by the
このように、センサ装置１は、大気圧から３０Ｐａまで動作が可能であった。すなわち、真空状態と大気雰囲気を隔てている石英ガラスを通して入射した光の信号が、圧力変化に関わらずにセンサで検出され、外部に設置した受信装置２００（パソコン）で受信できた。
As described above, the
ここで、低圧力状態と大気圧状態は、厚み３ｍｍ合成ガラスで隔てられている構造となっており、この厚みの間に圧力状態の変化が一気に生じている。この場合、圧力ポイントとして指摘した１／１０気圧（１０ｋＰａ）および１／１００気圧（１０００Ｐａ）においても信号出力に変化はなく、それらより十分低い圧力で動作可能であることが示された。 Here, the low pressure state and the atmospheric pressure state have a structure separated by a synthetic glass having a thickness of 3 mm, and the pressure state changes at once during this thickness. In this case, there was no change in the signal output even at 1/10 atm (10 kPa) and 1/100 atm (1000 Pa) pointed out as pressure points, indicating that it is possible to operate at a pressure sufficiently lower than those.
また、図１～図３に示したセンサ装置１は、次の点で有線によりデータを伝送するセンサより優れている。本実施の形態における低圧空間容器４０内部から外部への信号の取り出しは、無線伝送機能により実現されている。前述したように、この場合、低圧力状態から大気圧状態への空間的変化は、たった数ｍｍの間に生じており、そのような場合に有線型伝送を想定する場合には、真空状態を保ちつつ信号伝送を行う特殊なコネクタを必要とする。
Further, the
しかし、我々の場合には、無線伝送機能を搭載することにより、そのような特殊なコネクタは必要としない。アナログ信号による有線伝送の場合と比較して、どの程度伝送データ量を削減できたか、信号対雑音比がどの程度改善したかについて、以下に説明する。 However, in our case, by incorporating the wireless transmission function, such a special connector is not required. The extent to which the amount of transmitted data can be reduced and the degree to which the signal-to-noise ratio has improved as compared with the case of wired transmission using analog signals will be described below.
無線通信にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を採用した場合、実際にデータ転送が行われる時間はせいぜい数分の１であり、残りの時間は情報伝送がなされない。一方で、アナログ信号は、基本的にはリアルタイムで連続的に信号伝送を行い続けないといけない。 When the Bluetooth (registered trademark) standard is adopted for wireless communication, the time when data transfer is actually performed is at most a fraction, and information transmission is not performed during the remaining time. On the other hand, analog signals basically have to continuously transmit signals in real time.
また、受信側で送信信号に同期した信号処理を行うことで間欠的にデータ伝送を行うことも可能ではあるものの、そのような特殊な信号処理を必要とする。すなわち、アナログ信号による有線伝送を用いる場合に比べて、データ量は数分の１となった。 Further, although it is possible to intermittently perform data transmission by performing signal processing synchronized with the transmission signal on the receiving side, such special signal processing is required. That is, the amount of data is a fraction of that in the case of using wired transmission using analog signals.
また、図１～図３に示したセンサ装置１は、次の点で宇宙探査で用いられるシステムより優れている。従来、宇宙探査で用いられるセンサの場合は、センサ装置１と同様に検出データを無線伝送により行っているが、基本的には空気以外には何もない空間を伝送しており、距離は長いものの、無線電波信号の反射や吸収などが発生する物体を考慮する必要はない。
Further, the
それに対して、我々の無線伝送においては、低圧空間容器４０の中で使用することを想定している。その場合、外部の大気圧の空間との間で、ごく短い長さの間に大きく変化する圧力に対する耐性をもたせつつ無線電波を透過させる必要がある。
On the other hand, in our wireless transmission, it is assumed to be used in the low
図１～図３に示したセンサ装置１においては、その部分に石英ガラスを使用しており、無線電波の周波数において反射や吸収が発生しない窓材料を選定する必要がある。
In the
この実施形態において使用した無線電波の周波数は２．４ＧＨｚであり、石英ガラスはこの周波数において屈折率が約１．８９、誘電体損失角が約０．０００１であるので、反射も吸収も少ない材質と言える。このようなシステム設計によって、低圧力下にある低圧空間容器４０から大気圧の空間へ向けて、無線伝送の効率が高まるシステムが実現できた。
The frequency of the radio wave used in this embodiment is 2.4 GHz, and quartz glass has a refractive index of about 1.89 and a dielectric loss angle of about 0.0001 at this frequency, so that it is a material with little reflection and absorption. It can be said that. By such a system design, it was possible to realize a system in which the efficiency of wireless transmission is enhanced from the low
以上説明したように、センサ装置１は、大気圧より低い気体圧力の低圧空間内で動作する。信号検出部２１は、低圧空間における特定の信号を検出する。データ処理部２２は、信号検出部２１で検出した信号に対して所定のデータ処理を行い、出力信号を生成する。無線伝送部２３は、データ処理部２２が生成した出力信号を低圧空間の外部に無線伝送する。これにより、低圧空間内における特定の信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。このように、低圧空間のような過酷な環境下において、所定のデータ処理を行い無線伝送を行うことで、外部において必要な情報（低圧空間内の内部状態など）だけをリアルタイムで取得することができる。このようにすれば、外部において、必要な情報を算出する演算を行うための専用装置を設けたり専用ソフトウェアをインストールするような必要がなく、また、有線で接続するために配線を行う必要もないため、工場内の管理が容易になるとともに外部設備のコストダウンを図ることができる。
As described above, the
［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係るセンサ装置を備える低圧空間システムの概略構成図である。第２実施形態に係るセンサ装置１は、低圧空間容器４０の内部でプラズマを生成する。以下、第１実施形態と異なる点について説明し、共通する部分については説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a low pressure space system including the sensor device according to the second embodiment. The
図６（ａ）は低圧空間システム全体を説明する図であり、図６（ｂ）はプラズマ生成部を説明する図であり、図６（ｃ）はプラズマ生成部の各大きさを説明する図である。 6 (a) is a diagram for explaining the entire low-voltage space system, FIG. 6 (b) is a diagram for explaining a plasma generation unit, and FIG. 6 (c) is a diagram for explaining each size of the plasma generation unit. Is.
図６（ａ）に示すように、第２実施形態に係るセンサ装置１は、第１実施形態に係るセンサ装置１と異なり、低圧空間容器４０の内部に、プラズマ生成部７１を備える。なお、光ファイバー４２および光源４１は備えない。
As shown in FIG. 6A, the
図６（ｂ）に示すように、プラズマ生成部７１は、プラズマ生成用電源６１に接続されている。プラズマ生成部７１は、接地された接地電極７２と、プラズマ生成用電源６１に接続された放電電極７３とを有する。そして、放電電極７３と接地電極７２との間に電圧を印加して、プラズマを生成させる。
As shown in FIG. 6B, the
図６（ｃ）に示すように、接地電極７２と放電電極７３との距離ｄ３は２５ｍｍである。円筒状である放電電極７３の直径ｄ２は２０ｍｍであり、長さｄ４は５０ｍｍである。円筒状のプラズマ生成部７１の直径はｄ１＋ｄ２＋ｄ１である。プラズマ生成部７１の壁面から放電電極７３までは距離ｄ１（３７ｍｍ）離れている。
As shown in FIG. 6C, the distance d3 between the
プラズマ生成部７１によりプラズマが生成されると、信号検出部２１は、低圧空間の環境状態として気体プラズマを特定する。具体的には、信号検出部２１は、プラズマ生成部７１が生成した気体プラズマに起因する信号を検出する。本実施の形態において、気体プラズマに起因する信号は、気体プラズマの光の強度に関する信号である。そして、データ処理部２２が当該信号に対してデータ処理を行って生成した出力信号を、無線伝送部２３が無線伝送する。無線伝送された出力信号は、低圧空間装置１００の外部に設置された受信装置２００によって受信される。
When plasma is generated by the
第２実施形態においては、図１～図３に示した第１実施形態に係るセンサ装置１の一部について、以下のように機能を付加して構成した。信号検出部２１においては、赤色、緑色、青色の波長帯域にのみ感度を持つフォトダイオードアレイに加えて、紫外線（波長帯域：３００～４００ｎｍ）と赤外線（波長帯域：７００～９００ｎｍ）のみに感度を持つフォトダイオードアレイを追加することで、それぞれの５つの信号値を検出する。このセンサ装置１を用いて行ったプラズマ生成空間に設置した場合の、動作検証の実験について説明する。
In the second embodiment, a part of the
（実験結果）
図７は、第２実施形態に係るセンサ装置の信号出力結果を示す図である。図７において、縦軸は、光出力信号強度（任意単位）を示す。横軸は、時間（分）を示す。本実施の形態においても、学習済みニューラルネットワークにより、各信号はそれぞれ補正が行われている。
(Experimental result)
FIG. 7 is a diagram showing a signal output result of the sensor device according to the second embodiment. In FIG. 7, the vertical axis indicates the optical output signal intensity (arbitrary unit). The horizontal axis shows hours (minutes). Also in this embodiment, each signal is corrected by the trained neural network.
図６のような配置において、センサ装置１を低圧空間容器４０内に設置して動作させた。低圧空間容器４０内は１００Ｐａである。本実験では、０分から１分ごとにプラズマ生成電力を増加させている。プラズマ生成用電源６１（周波数１３．５６ＭＨｚ）を用い、レベル０からレベル１５（電力換算：４５Ｗ）まで投入電力を変化させたとき、どのように検出信号が変化するかを調べた。
In the arrangement as shown in FIG. 6, the
すると、図７に示すように、６分経過時に赤信号、緑信号、青信号が検出され、７分経過後に、それぞれがさらに強い強度で検出され、以降、１分ごとにそれぞれ段階的に強度が増している。このように、圧力１００Ｐａにおいて生成されたプラズマからの発光信号が、センサにより検出できた。 Then, as shown in FIG. 7, a red signal, a green signal, and a green signal are detected after 6 minutes, each of them is detected with a stronger intensity after 7 minutes, and thereafter, the intensity is gradually increased every 1 minute. It is increasing. In this way, the light emission signal from the plasma generated at the pressure of 100 Pa could be detected by the sensor.
低圧空間容器４０内で発生したプラズマからの光は、低圧空間容器４０内に設置したセンサ装置１で検出され、外部に設置した受信装置２００で受信できた。電力レベル０から５までの間は、投入電力がプラズマ生成電力に届かず、プラズマは生成しなかった。レベル６のとき、はじめてプラズマが生成し、それに合わせてセンサも信号を検出した。
The light from the plasma generated in the low-
検出した信号がプラズマ発光による信号かどうかを確認するため、図６のように、大気側の石英ガラス壁のすぐそばに設置した光ファイバー４４から取り込んだ光信号を分光器４３で検出した強度と比較したところ、両者の信号がほぼ比例関係にあることが確認され、プラズマの発光強度の検出に成功した。
In order to confirm whether the detected signal is a signal due to plasma emission, as shown in FIG. 6, the optical signal captured from the
ここで、赤信号は分光器４３で得られるスペクトルのうちの６００～７００ｎｍの領域、緑信号は分光器４３で得られるスペクトルのうちの５００～６００ｎｍの領域、青信号は分光器４３で得られるスペクトルのうちの４００～５００ｎｍの領域に対応すると仮定した。
Here, the red signal is the region of 600 to 700 nm in the spectrum obtained by the
アナログ信号による有線伝送の場合と比較して、信号対雑音比がどの程度改善したかについて、以下に説明する。図６の配置において、プラズマが生成されているとき、低圧空間容器４０内には３０Ｖから６０Ｖの交流電圧が発生していた。これは、通常の信号伝送に使用されるアナログ信号のレベルである５Ｖあるいは１２Ｖと比較して数倍の大きさがあり、適切なフィルター処理を行わない限り、信号対雑音比は０．２５以下となる。
The extent to which the signal-to-noise ratio has improved compared to the case of wired transmission using analog signals will be described below. In the arrangement of FIG. 6, when the plasma was generated, an AC voltage of 30 V to 60 V was generated in the low
一方で、センサ装置１を利用した場合は、周波数シフトによるディジタル信号が伝送される様式であり、アナログ的な雑音の影響は受けない。つまり、信号対雑音比はほぼ無限大であり、図１～図３に示した第１実施形態に係るセンサ装置１の場合と比較しても、同様の信号が問題なく受信が可能であった。
On the other hand, when the
さらに、得られた各信号（紫外線信号、青色信号、緑色信号、赤色信号、赤外線信号）を用いたり、あるいは各信号をデータ処理部２２において以下のように処理することで、プラズマ空間において生成された生成粒子の密度推定を行う方法について、図８、図９を用いて以下に説明する。図８は、第２実施形態に係る低圧空間におけるアンモニアの分解や反応についての概略の関係図である。
Further, it is generated in the plasma space by using each of the obtained signals (ultraviolet signal, blue signal, green signal, red signal, infrared signal) or by processing each signal in the
図８では、図６に示す低圧空間容器４０内にアンモニア（ＮＨ３）気体を供給した時に、プラズマの中の電子（ｅ－）によりどのように気体分子が分解したり反応したりするかの概略の関係図を示している。実際の実験検討としては、圧力が５ｋＰａから１００ｋＰａにおいて実験を行った。ここで、名称に下線を付けた粒子は低圧空間容器４０の設定パラメータよりその密度を特定可能である。すなわち、アンモニア分子密度は圧力計５２により検出でき、電子密度はプラズマ生成用電源６１からの投入電力により特定できる。
In FIG. 8, when ammonia (NH 3 ) gas is supplied into the low-
また、二重丸で示した粒子の相対密度は信号検出部２１の出力で直接表現できる。すなわち、ＮＨラジカルは３００～３５０ｎｍの波長領域に複数の発光スペクトルを持つためその密度の値は紫外線信号に現れ、アンモニア分子（ＮＨ３）は５６４ｎｍの波長に発光スペクトルを持つためその密度の値は緑色信号に現れ、そして水素原子（Ｈ）は６５６ｎｍの波長に発光スペクトルを持つためその密度の値は赤色信号に現れる。それらをデータ処理なしに用いることで、それぞれの粒子の密度量を特定できた。
Further, the relative density of the particles represented by the double circle can be directly expressed by the output of the
また、その他の発光スペクトルを持たない粒子についても、電子密度（絶対値）とアンモニア分子密度（絶対値および相対値）ＮＨラジカル密度（相対値）と水素原子（相対値）を入力とし、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）密度とヒドラジル（Ｎ２Ｈ３）密度とを出力とする、階層型およびリカレント型の３層ニューラルネットワークを構成して、１５０通りの教師データにより計算を行った。 For other particles that do not have an emission spectrum, hydrazine (absolute value), ammonia molecular density (absolute and relative values), NH radical density (relative value), and hydrogen atom (relative value) are input. A hierarchical and recurrent three-layer neural network with N 2 H 4 ) density and hydrazil (N 2 H 3 ) density as outputs was constructed, and calculations were performed using 150 types of teacher data.
図９は、第２実施形態に係るセンサ装置のニューラルネットワークにおける入出力データを示す図である。データ処理部２２は、学習済みニューラルネットワークを用いて所定物質の密度に関する信号を前記出力信号として出力する。
FIG. 9 is a diagram showing input / output data in the neural network of the sensor device according to the second embodiment. The
図９に示すように、上述のように、投入電力から電子密度（絶対値）が特定され、圧力からＮＨ３密度（絶対値）が特定され、緑信号からＮＨ３密度（相対値）が特定され、紫外信号から（相対値）が特定され、赤信号からＨ密度（相対値）が特定される。そして、特定されたこれらの値が、学習済みニューラルネットワークに入力される入力データとなる。これらが入力されると、学習済みニューラルネットワークにより、Ｎ２Ｈ４密度、Ｎ２Ｈ３密度が出力データとして出力される。 As shown in FIG. 9, as described above, the electron density (absolute value) is specified from the input power, the NH 3 density (absolute value) is specified from the pressure, and the NH 3 density (relative value) is specified from the green signal. (Relative value) is specified from the ultraviolet signal, and H density (relative value) is specified from the red signal. Then, these identified values become input data to be input to the trained neural network. When these are input, the N 2 H 4 density and the N 2 H 3 density are output as output data by the trained neural network.
ニューラルネットワークを構成するために、データ処理部２２では、四則演算とシグモイド関数演算と条件分岐処理と繰り返し処理を行った。そして、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）密度については、以下の文献Ａに基づいて測定したところ、この密度推定計算について、妥当な推定が行われたことを確認した。
In order to construct a neural network, the
文献Ａ：Urabe, K., Hiraoka, Y. & Sakai. O. Hydrazine generation for the reduction process using small-scale plasmas in an argon/ammonia mixed gas flow. Plasma Sources Science and Technology 22, 032003-1-4 (2013).
ヒドラジンは、強い還元性を持つ物質で、金属イオンを含む溶液をヒドラジンを含んだ気流に晒すことで、金属ナノ粒子を抽出することができ、実際に我々は銀ナノ粒子の合成に成功した。
Reference A: Urabe, K., Hiraoka, Y. & Sakai. O. Hydrazine generation for the reduction process using small-scale plasmas in an argon / ammonia mixed gas flow. Plasma Sources Science and
Hydrazine is a substance with strong reducing properties, and metal nanoparticles can be extracted by exposing a solution containing metal ions to an air stream containing hydrazine, and in fact, we succeeded in synthesizing silver nanoparticles.
センサ装置１は、これらの例で示す通り、光の信号に対して特に有効に作用する。すなわち、光は、通常の工場内の空間においては、低圧空間容器４０の内外に多く存在しているため、低圧空間容器４０の外から透明な真空窓などを通した測定を行うとどうしても雑音成分（いわゆる迷光）が紛れ込んでしまう。
The
また、低圧空間容器４０内の環境によっては、低圧空間容器４０内の気体成分による光の吸収も発生する。低圧空間容器４０内にセンサを設置することで、このような迷光の影響と光吸収の影響を除去することが可能となり、実際の発光信号を直接測定することが可能となった。しかし、光以外の信号についても、センサ装置１を応用可能である。
Further, depending on the environment inside the low-
例えば、信号検出部として２本の円筒形状のタングステン（直径３００ｎｍ、長さ１ｍｍなど）を用いて、そこに－５０Ｖから＋５０Ｖの交流電圧を印加することで、ラングミュアプローブ特性を得ることができる。より詳しくは、１秒ごとに１Ｖ刻みに電圧を変化させ、１秒ごとに検出信号としてタングステン部分に流れる電流値をデータ処理部で記憶させて、全部の電圧値に対応する電流値をデータ処理することでプラズマのパラメータである電子密度と電子温度と空間電位を得ることができる。
For example, Langmuir probe characteristics can be obtained by using two cylindrical tungstens (diameter 300 nm,
［第３実施形態］
第１実施形態および第２実施形態においては、図３に示したように、信号検出部２１と、データ処理部２２と、無線伝送部２３とは、それぞれ別々の集積回路としてセラミックあるいは樹脂のパッケージの中に収納した。これに対して、第３実施形態においては、信号検出部２１、データ処理部２２、無線伝送部２３を一体化してワンチップ化する。
[Third Embodiment]
In the first embodiment and the second embodiment, as shown in FIG. 3, the
このようにワンチップ化して、図１～３に示したセンサ装置１と同様の機能を実現する。このようにすることで、低圧空間容器４０の中の空間の機能を損なわない大きさの小型のセンサ装置を実現することができる。その他の構成については、第１実施形態や第２実施形態と同じであるので、説明は省略する。
By integrating into one chip in this way, the same functions as those of the
なお、第１実施形態～第３実施形態においては、センサとして信号検出部２１を１つ設置する構成としたが、これに限らず、信号検出部は複数のセンサにより構成されてもよい。たとえば、低圧空間容器４０の複数箇所にセンサを設置し、各位置におけるデータを検出するようにしてもよい。このようにすることで、たとえば、設置位置による光強度などの違い（分布）を確認することが可能となる。
In the first to third embodiments, one
［態様］
上述した実施の形態およびその変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[Aspect]
It will be understood by those skilled in the art that the above-described embodiments and modifications thereof are specific examples of the following embodiments.
（第１項）一態様に係るセンサ装置は、大気圧より低い気体圧力の低圧空間内で動作する。センサ装置は、信号検出部と、データ処理部と、無線伝送部と、電源部とを備える。信号検出部は、低圧空間における特定の信号を検出する。データ処理部は、信号検出部で検出した信号に対して所定のデータ処理を行い、出力信号を生成する。無線伝送部は、データ処理部が生成した出力信号を低圧空間の外部に無線伝送する。電源部は、信号検出部、データ処理部および無線伝送部に電力を供給する。 (Item 1) The sensor device according to one embodiment operates in a low pressure space having a gas pressure lower than the atmospheric pressure. The sensor device includes a signal detection unit, a data processing unit, a wireless transmission unit, and a power supply unit. The signal detection unit detects a specific signal in the low pressure space. The data processing unit performs predetermined data processing on the signal detected by the signal detection unit and generates an output signal. The wireless transmission unit wirelessly transmits the output signal generated by the data processing unit to the outside of the low-voltage space. The power supply unit supplies electric power to the signal detection unit, the data processing unit, and the wireless transmission unit.
このような構成によれば、低圧空間における特定の信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 According to such a configuration, a specific signal in the low voltage space can be detected, and the result of data processing on the detected signal can be suitably transmitted to the outside.
（第２項）第１項に記載のセンサ装置において、基板をさらに備える。基板は、信号検出部、データ処理部、無線伝送部および電源部を配置する。少なくとも基板は、コーティング部材により覆われている。
(Clause 2) In the sensor device according to
このような構成によれば、低圧空間内において適切にセンサ装置を保護することができる。 With such a configuration, the sensor device can be appropriately protected in the low pressure space.
（第３項）第１項または２項に記載のセンサ装置において、信号検出部が検出する信号は、気体プラズマに起因する信号である。 (Clause 3) In the sensor device according to the first or second paragraph, the signal detected by the signal detection unit is a signal caused by gas plasma.
このような構成によれば、低圧空間内で生成されるプラズマの発生空間において、気体プラズマに起因する信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 According to such a configuration, it is possible to detect a signal caused by gas plasma in the plasma generation space generated in the low pressure space, and the result of data processing on the detected signal is preferably external. Can be transmitted to.
（第４項）第３項に記載のセンサ装置において、気体プラズマに起因する信号は、気体プラズマの光の強度に関する信号である。 (Clause 4) In the sensor device according to the third item, the signal caused by the gas plasma is a signal relating to the light intensity of the gas plasma.
このような構成によれば、低圧空間内で生成されるプラズマの発生空間において、発生したプラズマの光の強度に関する信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 According to such a configuration, it is possible to detect a signal related to the light intensity of the generated plasma in the plasma generation space generated in the low pressure space, and the result of data processing on the detected signal can be obtained. It can be suitably transmitted to the outside.
（第５項）第１～第４項のいずれか１項に記載のセンサ装置において、収納部をさらに備える。収納部は、信号検出部、データ処理部、無線伝送部および電源部を収納する。収納部の少なくとも一部は、信号検出部が光の強度に関する信号を検出するために、光を透過する部材で構成される。
(Clause 5) The sensor device according to any one of
このような構成によれば、低圧空間内、あるいは、低圧空間内で生成されるプラズマの発生空間において、収納部により適切にセンサ装置を保護することができるとともに、適切に信号を検出することができる。 According to such a configuration, the sensor device can be appropriately protected by the accommodating portion in the low pressure space or the plasma generation space generated in the low pressure space, and the signal can be appropriately detected. can.
（第６項）第１～第５項に記載のセンサ装置において、データ処理部は、信号検出部が検出した信号から得られる情報に対して演算処理を行い、出力信号として出力するため、教師データを用いた機械学習処理が施された学習済みニューラルネットワークを有する。 (Clause 6) In the sensor device according to the first to fifth paragraphs, the data processing unit performs arithmetic processing on the information obtained from the signal detected by the signal detection unit and outputs it as an output signal. It has a trained neural network that has undergone machine learning processing using data.
このような構成によれば、低圧空間内、あるいは、低圧空間内で生成されるプラズマの発生空間において、ニューラルネットワークによる複雑なデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 According to such a configuration, the result of performing complicated data processing by the neural network can be suitably transmitted to the outside in the low pressure space or the plasma generation space generated in the low pressure space.
（第７項）第６項に記載のセンサ装置において、信号検出部は、光の強度に関する信号を検出する。データ処理部は、学習済みニューラルネットワークを用いて光の強度に関する信号を補正した信号を出力信号として出力する。
(Clause 7) In the sensor device according to
このような構成によれば、低圧空間内、あるいは、低圧空間内で生成されるプラズマの発生空間において、データ処理によって検出精度の高い出力信号を外部に伝送することができる。 According to such a configuration, it is possible to transmit an output signal with high detection accuracy to the outside by data processing in the low pressure space or the plasma generation space generated in the low pressure space.
（第８項）第６項に記載のセンサ装置において、信号検出部は、光の強度に関する信号を検出する。データ処理部は、学習済みニューラルネットワークを用いて所定物質の密度に関する信号を前記出力信号として出力する。
(Item 8) In the sensor device according to
このような構成によれば、低圧空間内、あるいは、低圧空間内で生成されるプラズマの発生空間において、データ処理によって有用なデータを得るとともにこれを外部に伝送することができる。 According to such a configuration, useful data can be obtained by data processing and transmitted to the outside in the low pressure space or the plasma generation space generated in the low pressure space.
（第９項）第１～第８項のいずれか１項に記載のセンサ装置において、気体圧力は、大気圧の１／１０以下である。
(Item 9) In the sensor device according to any one of
このような構成によれば、大気圧の１／１０以下の低圧空間における特定の信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 According to such a configuration, it is possible to detect a specific signal in a low pressure space of 1/10 or less of the atmospheric pressure, and it is possible to suitably transmit the result of data processing on the detected signal to the outside. can.
（第１０項）第１～第８項のいずれか１項に記載のセンサ装置において、気体圧力は、大気圧の１／１００以下である。
(Item 10) In the sensor device according to any one of
このような構成によれば、大気圧の１／１００以下の低圧空間における特定の信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 With such a configuration, it is possible to detect a specific signal in a low pressure space of 1/100 or less of the atmospheric pressure, and it is possible to suitably transmit the result of data processing on the detected signal to the outside. can.
（第１１項）一態様に係る低圧空間装置は、センサ装置と、低圧空間容器とを備える。低圧空間容器は、内部にセンサ装置を設置し、内部を低圧空間とする。 (Item 11) The low-pressure space device according to one aspect includes a sensor device and a low-pressure space container. For the low-pressure space container, a sensor device is installed inside, and the inside is made into a low-pressure space.
このような構成によれば、低圧空間における特定の信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 According to such a configuration, a specific signal in the low voltage space can be detected, and the result of data processing on the detected signal can be suitably transmitted to the outside.
（第１２項）一態様に係る低圧空間システムは、センサ装置と、低圧空間装置と、受信装置とを備える。センサ装置は、請求項１～１０のいずれか１項に記載のセンサ装置である。低圧空間装置は、内部にセンサ装置を設置し、内部を低圧空間とする。受信装置は、無線伝送部が無線伝送した出力信号を、低圧空間装置の外部で受信する。低圧空間装置の外部は、気体圧力が大気圧である大気圧空間である。無線伝送部は、所定周波数で出力信号を無線伝送する。低圧空間装置の大気圧空間との壁部の少なくとも一部は、センサ装置と受信装置との間で所定周波数で無線伝送される出力信号を遮らない部材である。
(Item 12) The low-voltage space system according to one aspect includes a sensor device, a low-voltage space device, and a receiving device. The sensor device is the sensor device according to any one of
このような構成によれば、低圧空間における特定の信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 According to such a configuration, a specific signal in the low voltage space can be detected, and the result of data processing on the detected signal can be suitably transmitted to the outside.
（第１３項）第１２項に記載の低圧空間システムにおいて、壁部の少なくとも一部は、石英ガラスである。 (Section 13) In the low pressure space system according to paragraph 12, at least a part of the wall portion is quartz glass.
このような構成によれば、低圧空間における特定の信号を検出することができ、検出した信号に対してデータ処理を行った結果を好適に外部に伝送することができる。 According to such a configuration, a specific signal in the low voltage space can be detected, and the result of data processing on the detected signal can be suitably transmitted to the outside.
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
１ センサ装置、１１ 基板、２１ 信号検出部、２２ データ処理部、２３ 無線伝送部、２４ 電源部、３１ 収納部、３１Ａ 部材、３１Ｂ 部材、４０ 低圧空間容器、４１ 光源、４２ 光ファイバー、４３ 分光器、４４ 光ファイバー、５１ ガス容器、５２ 圧力計、５３ 真空ポンプ、６１ プラズマ生成用電源、７１ プラズマ生成部、７２ 接地電極、７３ 放電電極、１００ 低圧空間装置、２００ 受信装置、１０００ 低圧空間システム。 1 Sensor device, 11 board, 21 signal detection unit, 22 data processing unit, 23 wireless transmission unit, 24 power supply unit, 31 storage unit, 31A member, 31B member, 40 low pressure space container, 41 light source, 42 optical fiber, 43 spectroscope , 44 optical fiber, 51 gas container, 52 pressure gauge, 53 vacuum pump, 61 plasma generation power supply, 71 plasma generator, 72 ground electrode, 73 discharge electrode, 100 low pressure space device, 200 receiver, 1000 low pressure space system.
Claims (13)
前記低圧空間における特定の信号を検出する信号検出部と、
前記信号検出部で検出した信号に対して所定のデータ処理を行い、出力信号を生成するデータ処理部と、
前記データ処理部が生成した前記出力信号を前記低圧空間の外部に無線伝送する無線伝送部と、
前記信号検出部、前記データ処理部および前記無線伝送部に電力を供給する電源部と、を備える、センサ装置。 A sensor device that operates in a low-pressure space with a gas pressure lower than atmospheric pressure.
A signal detection unit that detects a specific signal in the low pressure space,
A data processing unit that performs predetermined data processing on the signal detected by the signal detection unit and generates an output signal, and a data processing unit.
A wireless transmission unit that wirelessly transmits the output signal generated by the data processing unit to the outside of the low voltage space.
A sensor device including a signal detection unit, a data processing unit, and a power supply unit that supplies electric power to the wireless transmission unit.
少なくとも前記基板は、コーティング部材により覆われている、請求項１に記載のセンサ装置。 A substrate for arranging the signal detection unit, the data processing unit, the wireless transmission unit, and the power supply unit is further provided.
The sensor device according to claim 1, wherein at least the substrate is covered with a coating member.
前記収納部の少なくとも一部は、前記信号検出部が光の強度に関する信号を検出するために、光を透過する部材で構成される、請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ装置。 Further, a storage unit for accommodating the signal detection unit, the data processing unit, the wireless transmission unit, and the power supply unit is provided.
The sensor device according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the accommodating portion is composed of a member that transmits light in order for the signal detection unit to detect a signal relating to light intensity. ..
前記データ処理部は、前記学習済みニューラルネットワークを用いて光の強度に関する信号を補正した信号を前記出力信号として出力する、請求項６に記載のセンサ装置。 The signal detection unit detects a signal related to the intensity of light, and the signal detection unit detects the signal.
The sensor device according to claim 6, wherein the data processing unit outputs a signal obtained by correcting a signal related to light intensity by using the trained neural network as the output signal.
前記データ処理部は、前記学習済みニューラルネットワークを用いて所定物質の密度に関する信号を前記出力信号として出力する、請求項６に記載のセンサ装置。 The signal detection unit detects a signal related to the intensity of light, and the signal detection unit detects the signal.
The sensor device according to claim 6, wherein the data processing unit outputs a signal relating to the density of a predetermined substance as the output signal using the trained neural network.
内部に前記センサ装置を設置し、内部を前記低圧空間とする低圧空間容器とを備える、低圧空間装置。 The sensor device according to any one of claims 1 to 10, and the sensor device.
A low-pressure space device having the sensor device installed inside and a low-pressure space container having the inside as the low-pressure space.
内部に前記センサ装置を設置し、内部を前記低圧空間とする低圧空間装置と、
前記無線伝送部が無線伝送した前記出力信号を、前記低圧空間装置の外部で受信する受信装置とを備え、
前記低圧空間装置の外部は、前記気体圧力が大気圧である大気圧空間であり、
前記無線伝送部は、所定周波数で前記出力信号を無線伝送し、
前記低圧空間装置の前記大気圧空間との壁部の少なくとも一部は、前記センサ装置と前記受信装置との間で前記所定周波数で無線伝送される前記出力信号を遮らない部材である、低圧空間システム。 The sensor device according to any one of claims 1 to 10, and the sensor device.
A low-pressure space device in which the sensor device is installed inside and the inside is the low-pressure space,
A receiving device for receiving the output signal wirelessly transmitted by the wireless transmission unit outside the low-voltage space device is provided.
The outside of the low pressure space device is an atmospheric pressure space in which the gas pressure is atmospheric pressure.
The wireless transmission unit wirelessly transmits the output signal at a predetermined frequency.
At least a part of the wall portion of the low-pressure space device with the atmospheric pressure space is a member that does not block the output signal wirelessly transmitted at the predetermined frequency between the sensor device and the receiving device. system.
The low pressure space system according to claim 12, wherein at least a part of the wall portion is quartz glass.
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