JP2006185048A - Ｉｃタグ及びｉｃタグシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 特別な電源を不要として、簡単な構造と操作で、被測定対象の連続的な監視が可能なＩＣタグ及びＩＣタグシステムを提供する。
【解決手段】 アンテナ部１０を介して、外部から受信された電磁波Ｒに励起される電力によって作動するＩＣタグ１において、電磁波Ｒの物理量を検出するセンサ部１１と、センサ部１１によって検出された物理量を保存するメモリ部１２とを有する。電磁波Ｒは、メモリ部１２に保存された情報を読み出す際の電磁波とは異なる周波数とする。メモリ部１２を、検出した物理量を記録する不揮発性のアナログメモリとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、機械構造的に電源供給等のための接続ができない部位を含む機器に対して、情報収集及びその伝送が可能となるように設置されるＩＣタグ及びＩＣタグシステムに関するものである。

従来、高圧ガスタンク内や高電圧機器などにおいては、物理量を検知および記録する必要がありながら、外部から電線等を介して測定器を接続することが不可能な部位が存在した。かかる部位においては、電気−光変換、電気−音響変換するなど、伝送媒体の変換を行うか、電池を内蔵させたレコーダーを当該部位に保持させ、ガスタンクの圧力を減じるなど、一時的に接続可能な条件を作り出して情報を読み出していた。

ところで、上記のような測定においては、外部から有線で電源を供給することができないため、測定器の動作エネルギーを電池等に蓄積しておく必要がある。しかし、測定器の設置位置や被測定器の運転状況によっては、蓄電作業は必ずしも容易ではない。これに対処するため、被測定器の運転により漏れ出す振動や熱、電磁波等のエネルギーを、動作エネルギーに変換して、測定器に供給する方法も考えられる。しかし、情報読み出しのために機器の運転を中止すると、その動作エネルギーが無くなり、記録された情報を失う可能性がある。

また、機器外部に分圧器などの低結合度機器を接続できる場合には、被測定物理量を機器から遠方に離れた位置で検出することができる。しかし、被検出物理量が低結合度機器により信号が減衰するなど、必要な検出感度を得ることができない場合があった。そして、低結合度機器等を接続した外部観測では、１つのセンサ信号から被測定物理量の発生部位を特定することが不可能であり、他のセンサ信号と組み合わせることによりその発生部位を推定していたため、正しい物理量を得ることは不可能であった。特に、離散的現象を測定する場合、測定器に内蔵させたバッテリーの容量に応じた時間しか測定できず、被測定信号が生じていない時間も、バッテリーを消費していたため、長時間の測定は不可能であった。

このような状況で、離散的現象を長期間に渡り測定するには、外部にセンサとレコーダを設置して瞬時値を計算機や人力により積算するなど、多大な労力を要していた。特に低結合度器による測定は、被測定対象器全体の信号を測定するため、被測定物理量が複数の部位で独立離散的に発生したり、特定部位に集中して発生する場合は長時間の累積測定が不可能であった。また、検出された情報を外部に伝送するためにはセンサ・レコーダ部に機械的に結合する必要があり、機器の運転を中止する必要があった。特に、機器内部の微細部分に設けられたセンサからの情報は、機器を分解するなど工数を必要としていた。
特開２００３−２４２２６０号公報

上記のように、従来技術においては、物理量を検出するセンサを、外部と接続した状態で被検出物理現象が発生する部位に設けることができないため、種々の問題があった。これに対処するため、ＩＣタグを用いる方法が考えられる。これは、例えば、特許文献１に記載されているように、被測定対象の所定の箇所に取り付けられたＩＣタグが常時監視記録を保持し、後日、この情報を取り出すシステムを利用するものである。

しかしながら、かかる従来技術においては、ＩＣタグリーダの読み出し範囲に、ＩＣタグを動作させるための内蔵電源とＩＣタグを保持する被測定対象とを個別に持ち込む必要があった。また、ＩＣタグは照射された電磁波から動作エネルギーを得る。そのためセンサの種類によっては、常時稼動している素子のためにＩＣタグに常時動作エネルギーを与える必要があるが、ガスタンク内部などのように、外部から動作電源となる電磁波を照射することが不可能な場合がある。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、特別な電源を不要として、簡単な構造と操作で、被測定対象の連続的な監視が可能なＩＣタグ及びＩＣタグシステムを提供することを目的とする。

上記のような目的を達するため、本発明は、アンテナ部を介して、外部から受信された電磁波により作動するＩＣタグにおいて、前記電磁波の物理量を検出するセンサ部と、前記センサ部によって検出された物理量を保存するメモリ部とを有し、前記電磁波は、前記メモリ部に保存された情報を読み出す際の電磁波とは異なる周波数であることを特徴とする。

以上のような本発明では、検出対象となる電磁波により動作エネルギーを得ることができるので、特別な電源を使用しなくとも常時検出が可能となる。また、検出対象となる電磁波と、メモリ部からの読み出しのための電磁波とが異なる周波数であるため、必要となる構成と読み出し作業が簡単になる。

以上のような本発明によれば、特別な電源を不要として、簡単な構造と操作で、被測定対象の連続的な監視が可能なＩＣタグ及びＩＣタグシステムを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（実施形態）について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
［構成］
本実施形態のＩＣタグ１は、図１及び図２に示すように、アンテナ部１０、センサ部１１、メモリ部１２、変換部１３及び制御部１４を有している。アンテナ部１０は、監視対象となる被設置機器Ｃから飛来する電磁波Ｒを受信し、メモリ部１２に記録された情報を外部に発信するための手段である。なお、図２において、Ｅは、被設置機器Ｃの容器内部の金属構造物である。センサ部１１は、受信した電磁波Ｒの物理量を検出する手段である。メモリ部１２は、検出した物理量を記録する不揮発性のアナログメモリである。アナログメモリを実現するための手法としては、ＩＣタグ１に収納されている化学物質の電気分解や半導体チップに注入された電荷やエネルギーなどの離脱・追加等がある。

変換部１３は、送受信信号に対して、記録、送信等に適した変換を行う手段である。この変換部１３によって、変調されＩＣタグリーダ２へデータを送信するための搬送波は、物理量として検出されて記録される電磁波Ｒと異なる周波数となるように設定されている。制御部１４は、各部を制御するために必要な演算処理を行う手段である。なお、本実施形態におけるＩＣタグ１は、アンテナ部１０において受信した被測定電磁波から励起される電力によって、上記各部の動作エネルギーを得るパッシブタイプである。

［作用］
以上のような本実施形態の作用は、以下の通りである。まず、図２に示すように、被設置機器Ｃの被測定物理量が発生する部位近傍に、ＩＣタグ１を設置する。そして、被設置機器Ｃから飛来する電磁波Ｒを、アンテナ部１０を介して受信し、これにより動作エネルギーを得る。このため、常時稼動を実現できる。受信した電磁波Ｒの物理量は、センサ部１１が検出し、これをメモリ部１２が記録する。記録される情報である物理量は、デジタル量でなくアナログ量の積算値である。例えば、記憶セルに注入された電荷や素子の分解・崩壊のようにアナログ量を記憶する。

このように記録された物理量は、ＩＣタグリーダ２によって読み出される。つまり、ＩＣタグリーダ２が、外部から高周波信号を電磁波によりＩＣタグ１に与えると、ＩＣタグ１は電磁波による外部への情報伝送が可能となる。このように、遠方から電磁波によりその情報を読み取ることにより、機器状態を変化させることなく測定・監視を行う。なお、読み取り時の電磁波は、検出対象となる電磁波Ｒとは異なる周波数である。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、高電圧機器の内部など外部へ有線伝送しにくい部位や、ガスタンク内部など外部から遮断されやすいタンク内部など、被設置機器Ｃにおいて、居所的に発生する電磁波Ｒを連続的に検出することができる。このため、ＩＣタグ１の設置場所に対する制約が無く、減衰しやすい電磁波Ｒの連続監視が可能となる。特に、被測定物理量を電磁波Ｒとしつつ、これから動作エネルギーを得ることにより、連続検出における特別な電源が不要となる。

また、物理量の積分値をメモリ部１２のアナログメモリに記録することによって、記録に必要な動作エネルギーを小さくすることが可能となる。従って、被測定対象となる電磁波Ｒの検出感度を向上させることができる。そして、被設置機器Ｃの物理量の検出用及び記録用電磁波Ｒの周波数と、リーダによる読み出し及び管理用電磁波の周波数とを、異なる周波数に設定することにより、検出・記録モードと読み出し・操作モードとが区別されるので、ＩＣタグ１の構成が簡略化されるとともに、読み出し・操作等の作業が簡単になる。

［第２の実施形態］
［構成］
本実施形態のＩＣタグ１は、図３に示すように、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態においては、電磁波Ｒを検知するアンテナ部１０Ａとして、狭帯域アンテナが用いられている。この狭帯域アンテナとしては、例えば、図４に示した寸法比のように、Ｑの高い非対称タイポールアンテナを用いることができる。そして、ＩＣタグ１は、高Ｑフィルタ１１Ａにより、特定周波数の電磁波のみが処理される構成となっている。この高Ｑフィルタ１１Ａとしては、例えば、Ｑの高いアナログフィルタ又はディジタルフィルタを用いることができる。ディジタルフィルタの場合、単発パルスでも効率よく処理される。

［作用効果］
以上のような本実施形態によれば、アンテナ部１０Ａとして狭帯域アンテナを用い、高Ｑフィルタ１１Ａによって処理することにより、被設置機器Ｃの物理量の検出用及び記録用の電磁波Ｒの周波数と、ＩＣタグリーダ２による読み出し及び管理用の電磁波の周波数とがより明確に区別される。

［第３の実施形態］
［構成］
本実施形態のＩＣタグ１は、図５に示すように、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態においては、時間情報を検知する時間情報検知部１５を有している。この時間情報検知部１５は、電磁波に重畳された時間情報（時刻タイミング情報、時刻情報等）を検知する手段である。時間情報としては、ＧＰＳで得られる分解能の高いものまたは標準電波から得られる分解の低いものどちらでもよい。

［作用効果］
以上のような本実施形態によれば、例えば、図６に示すように、ＩＣタグリーダ２等からＩＣタグ１に照射される駆動用電源の電磁波Ｄ又は別の電磁波に時間情報を重畳させたものを、アンテナ部１０を介して受信し、この時間情報を時間情報検知部１５によって検知する。検知された時間情報は、電磁波の物理量と一緒にメモリ部１２に保存される。これにより、正確な時刻に基づく測定データを記録できる。

例えば、放送用電波を捉えて駆動用電源とする場合には、当該電波に含まれる制度の良い信号、ＦＭ波のサブキャリア周波数、ＮＴＳＣ−ＴＶ放送のカラーバースト信号等から、時刻タイミング情報を十分な精度で得ることが可能となる。そして、定期的な時刻信号、例えば、ＮＨＫ放送波の時報等で時刻情報を一度得れば、前記タイミング信号の受信のみで、十分な時刻精度を得ることが可能となる。

［第４の実施形態］
［構成］
本実施形態のＩＣタグ１は、図７に示すように、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態は、個々のＩＣタグ１を識別するための識別情報記録部１６を備えている。制御部１４は、ＩＣタグリーダ２から電磁波が照射されたた場合、これに重畳された識別情報と識別情報記録部１６に記録された識別情報とを照合して、一致する場合にのみ、情報伝送等の応答処理を行うように設定されている。

［作用効果］
以上のような本実施形態においては、図８に示すように、ＩＣタグリーダ２から、被設置機器Ｃに設置された全てのＩＣタグ１に読み出し用の電磁波を照射しても、照射された電磁波に重畳された識別情報を持つＩＣタグ１のみが応答するので、特定のＩＣタグ１から確実に情報を得ることが可能となる。このため、ＩＣタグリーダ２をＩＣタグ１ごとに移動させたり、アンテナ部１０の指向性を極度に高める必要はない。特に、高電圧機器などＩＣタグリーダ２を遠方に設置せざるを得ない場合であっても、アンテナ部１０の指向性を著しく高める必要はない。

また、ＩＣタグ１のメモリ部１２に記録されたアナログ情報をアナログ量として読み出す場合、例えば、読み出し情報を、アナログ量に応じた長さの信号と自身の識別情報とすれば、全てのＩＣタグ１に保持情報送信命令を与え、全てのＩＣタグ１が同時に情報を発信しても、最も大きな情報が記録されたＩＣタグ１が最後まで情報を送信しているので、最大点のＩＣタグ１の情報を相互干渉なく得ることが可能となる。

［第５の実施形態］
本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態においては、被設置機器Ｃの金属構造物ＥとＩＣタグ１のアンテナ部１０が電磁的に結合している。このとき、特定の周波数の結合を強くし、他の周波数における結合を極めて弱くすることにより、図９に示すように、特定の周波数の電磁波のみを検知したり特定のＩＣタグ１を選別して情報交換を行うことが可能となる。また、ＩＣタグ１との情報交換は金属構造物Ｅを介して行うことも可能である。このばあい、ＩＣタグリーダ２はＩＣタグ１と対向させる必要はない。遠方から高周波電流を金属構造物Ｅに誘導させ、金属構造物ＥからＩＣタグ１に向けて電磁波Ｒを放射させればよい。

［第６の実施形態］
本実施形態は、上記の実施形態において、ＩＣタグ１を、アンテナ部１０と金属構造物Ｅとが波長に応じた距離だけ離れるように設置し、ＩＣタグリーダ２を金属構造物ＥとＩＣタグ１とを結ぶ延直上に設置する。このように設置することにより、金属構造物Ｅで反射された電磁波ＲとＩＣタグ１のアンテナ部１０から放出される電磁波とが干渉して強め合い指向性を持つ。そのため、遠方まで電磁波が到達するので、ＩＣタグリーダ２は指向性の方向であれば遠方に設置することが可能となる。また、ＩＣタグ１のアンテナ部１０が強い指向性を持つので、指向性の強いアンテナを有するＩＣタグリーダ２を用いると、遠方から特定のＩＣタグ１を選択することも可能となる。

［他の実施形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、ＩＣタグの各機能を実現するための具体的な回路構成は、種々考えられるものであり、特定のものには限定されない。ハードウェア処理とプログラム及びデータによるソフトウェア処理の範囲も自由である。上記の各機能を実現させるための方法及びプログラムも本発明に含まれる。また、アンテナやセンサ等を、ＩＣタグに内蔵させても、独立させて外付けとしてもよい。

検出対象となるデータについても自由である。本発明においては、特に、積算値が重要な意味を有する劣化信号や運転情報などを、メモリ部に記憶させることにより、定期点検等の機会に累積した機器状態を容易に知ることができる。さらに、上記の実施形態の全部若しくは一部を組み合わせた実施形態を構成することも可能である。

本発明の第１の実施形態のＩＣタグを示す機能ブロック図。 図１のＩＣタグの設置例を示す説明図。 本発明の第２の実施形態のＩＣタグを示す機能ブロック図。 図３のＩＣタグのアンテナ寸法比を示す説明図。 本発明の第３の実施形態のＩＣタグを示す機能ブロック図。 図５のＩＣタグの使用例を示す説明図。 本発明の第４の実施形態のＩＣタグを示す機能ブロック図。 図７の実施形態の設置例を示す説明図。 本発明の第５の実施形態のＩＣタグの設置例を示す説明図。

符号の説明

１…ＩＣタグ
２…ＩＣタグリーダ
１０，１０Ａ…アンテナ部
１１…センサ部
１１Ａ…高Ｑフィルタ
１２…メモリ部
１３…変換部
１４…制御部
１５…時間情報検知部
１６…識別情報記録部
Ｃ…被設置機器
Ｅ…金属構造物
Ｒ，Ｄ…電磁波

Claims (6)

1. アンテナ部を介して、外部から受信された電磁波により作動するＩＣタグにおいて、
   前記電磁波の物理量を検出するセンサ部と、前記センサ部によって検出された物理量を保存するメモリ部とを有し、
   前記電磁波は、前記メモリ部に保存された情報を読み出す際の電磁波とは異なる周波数であることを特徴とするＩＣタグ。
2. 前記メモリ部へ保存される情報として、特定の周波数帯の電波の物理量のみを検出するフィルタを有することを特徴とする請求項１記載のＩＣタグ。
3. 前記物理量とともに前記メモリ部に保存される情報として、前記アンテナ部を介して受信した電磁波に含まれる時間情報を検知する時間情報検知部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＩＣタグ。
4. 個々のＩＣタグを識別するための識別情報を記録した識別情報記録部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＩＣタグ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の複数のＩＣタグが、金属構造物と特定の周波数において電磁的に強く結合し、他の周波数の電磁波に対しては弱い結合となるように配置されていることを特徴とするＩＣタグシステム。
6. 前記ＩＣタグは、前記メモリ部に保存された情報を読み出す際の電磁波の周波数又は波長に応じた距離だけ前記金属構造物から絶縁物により離間され、前記金属構造物と前記ＩＣタグとを結ぶ延直上に、ＩＣタグリーダが配設されていることを特徴とする請求項５記載のＩＣタグシステム。

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