JP2005018175A - センサシステム - Google Patents

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Susumu Sugiyama
進 杉山
Naoya Miyano
尚哉 宮野
Yoshiichi Tobinaga
芳一 飛永
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Abstract

【課題】センサを有するRFIDタグはセンサの温度補償、直線性改善のためタグ内に補償回路を組み込むとタグが大型化し、タグから送出されたセンサの検出データを外部で補正する場合、センサの数が多くなるセンサの種別が分からなくなるという問題があった。
【解決手段】センサ本体70と、識別情報を記憶させたメモリ74と、前記メモリ74に記憶させた情報とセンサ70の検出データとを送出する送信部78とを一体化したセンサチップ88と、前記センサチップ88から送出された信号を受信する受信部106と、前記受信部106から出力されるセンサの検出データをセンサ本体70の種別に応じて補正する信号補正部108とを備えた信号処理部120とを含むセンサシステム。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はセンサ本体を内蔵し識別情報とセンサの検出データとを送信するセンサチップを含むセンサシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
RFIDタグは識別情報を非接触で読み取ることが可能で、小型でありながらメモリが許容する多くの情報を提供できるため、多方面で利用されている。
【0003】
このRFIDタグ及びこのRFIDタグから識別情報を取得する携帯端末機(PDA)の一例を図2に示す。図において、10は識別情報を記憶させたメモリ、12はメモリ10から取り出した識別情報を送信する送信部、14はメモリ10、送信部12を制御する制御部、16は外部の高周波信号を検出し、送信部12から送り出される高周波信号を放出するアンテナ、18はアンテナ16に誘起された高周波信号を整流して直流に変換する電源部で、発生した直流電圧はメモリ10、送信部12、制御部14に供給される。図示例では上記メモリ10、送信部12、制御部16、電源部18は半導体チップ20内に形成されている。22は絶縁基板で、導電パターンにより前記アンテナ16が形成され、半導体チップ20がマウントされ、アンテナ16と半導体チップ20とが電気的に接続されて、RFIDタグ24を構成する。
【0004】
26は端末機側アンテナ、28はRFIDタグ24を動作させるための電力を端末機側アンテナ26に供給する電力送信部、30は端末機側アンテナ26に接続され、RFIDタグ24から送出される信号を受信する受信部、32は受信部30から出力される受信信号を処理する信号処理部、34は信号処理部32によって処理されたデータを表示するデータ表示部、36は電力送信部28、受信部30、信号処理部32、データ表示部34を制御する制御部を示す。上記端末機側アンテナ26、電力送信部28、受信部30、信号処理部32、データ表示部34、制御部36により携帯端末機38を構成する。この携帯端末機38には内部回路に電力を供給する電源が備えられているが、図示を省略する。
【0005】
この動作を以下に説明する。RFIDタグ24のメモリ10には少なくともタグ自身の識別番号を含む識別情報を記憶させている。そしてRFIDタグ24は管理される製品などに取り付けられているが、この状態ではRFIDタグ24の内部素子には電力が与えられず、休止状態にある。このRFIDタグ24が配置された領域で携帯端末機38を作動させ、電力送信部28で発生した高周波信号を端末機側アンテナ26より間歇放出する。これにより携帯端末機38近傍のRFIDタグ24のアンテナ16に高周波電流が誘起され、電源部18により変換された直流電圧が半導体チップ20内部の素子を動作可能とし、制御部14によってメモリ10に記憶された識別情報が送信部12に与えられ、アンテナ16から放出される。この送信処理の間に電源部18から供給される電圧は低下し、RFIDタグ24内の回路の動作が不安定になる。携帯端末機38は識別信号を確実に受信できるまで高周波信号を間歇送信する。このようにしてRDIFタグ24から放出された識別情報を含む高周波信号は携帯端末機38のアンテナ26、受信部30を経て、信号処理部32に入力され、必要な処理がなされてその結果がデータ表示部34に表示される。
【0006】
RFIDタグ24は遠隔操作により情報を取り出すことができ、メモリ10の容量が許す範囲で大量の情報を提供でき、外部に露出させずに情報を取り出せるなどの利点があるため、広い分野で利用が期待されている。
【0007】
一方、遠隔配置した多数のセンサを一つの計測器に接続する必要があるとか、作業が困難な場所の状態を随時観測したいという場合に、図3に示すRFIDタグ24にセンサを組み込むことにより、容易にセンサの検出結果を得ることができる。
【0008】
この種のRFIDタグは例えば、特許文献1〜2、非特許文献1などに開示されている。その一例を図3に示す。図において図2と同一部分または類似部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。図中相異するのは、符号40を付したA/D変換回路と、符号42を付したセンサを追加した点で、半導体チップ20内に組み込んだA/D変換回路40を制御部14に接続し、絶縁基板22上に固定したセンサ42の出力を前記A/D変換回路40に接続している。
【0009】
このRFIDタグは、図2に示すタグと同様に外部の携帯端末機によって動作を開始し、センサ42によって検出した検出データをA/D変換回路40によってデジタル化し、メモリ10に記憶させた識別情報とデジタル化された検出データとを送信部12によって送出し、携帯端末機上に識別情報と検出データを蓄積し、データ表示部上に表示させることができる。
【0010】
各特許文献1、2、非特許文献1にはセンサとして、ガスメータ、超音波センサ、湿度センサ、水分センサ、温度センサなどが具体的に開示されているが、光センサ、色センサ、輻射温度センサ、放射線センサ、磁気センサ、近接センサ、圧力センサ、ガスセンサ、pHセンサ、濁度センサ、高度センサ、液面センサ、風速センサ、圧力センサ、回転数センサ、速度センサ、歪ゲージ、熱電対、イメージセンサなど種々のセンサを利用することができる。
【0011】
ところで遠隔配置したセンサから検出データを収集するものとして、上記RFIDタグを利用したもの以外にも多数の技術があり、例えば特許文献3には、図4に示す圧力センサシステムが開示されている。図において、44は圧力センサで、圧力によって抵抗変化する半導体ピエゾ抵抗素子を用いている。46は圧力センサ44の検出信号をデジタル変換するA/D変換回路、48は温度センサで、温度によって抵抗変化するサーミスタを用いている。50は温度センサ48の検出信号をデジタル変換するA/D変換回路、52は2つのA/D変換回路46、50からのデジタル信号を処理する中央演算処理部、54は中央演算処理部52から出力される信号を送信する送信部、56は送信部54から送り出される高周波信号を放出する送信用アンテナで、上記圧力センサ44から送信用アンテナ56までの各部より圧力センサ部58を構成している。
【0012】
60は受信用アンテナ、62は受信用アンテナ60に接続された受信部、64は受信部62から出力される信号を処理する中央演算処理部で、図示を省略するが、メモリには予め実験によって求められた温度補償データが格納されている。66は中央演算処理部64で処理されたデータを表示する表示部で、上記受信用アンテナ60から表示部66までの各部により受信装置68を構成している。上記圧力センサ部58、受信装置68にはそれぞれ電源が内蔵されているが図示省略する。
【0013】
以下このシステムの動作を説明する。半導体ピエゾ抵抗素子は温度依存性があり、圧力センサ44の検出データを温度補償する必要がある。このシステムでは、圧力センサ44の検出データとともに圧力センサ44が配置された環境の温度を温度センサ48で検出して、2組のデータをA/D変換回路46、50によりデジタル化し中央演算処理部52によって一連のデジタル信号に変換し、これを送信部54によって発生した高周波信号に載せて送信用アンテナ56から送出し、受信用アンテナ60、受信部62によって受信した信号の圧力データと温度データとを中央演算処理部64で処理し、内部の温度補償データを参照して正確な圧力データを得て、これを図外のメモリに記録したり表示部66に表示させることができる。
【0014】
半導体ピエゾ抵抗素子の温度特性は素子を含むブリッジ回路を構成することにより補償可能であるが、回路構成が複雑となり、センサが多数ある場合、個々のブリッジのバランス調整が面倒で、製造コストも高くつくという問題もあるが、特許文献3に開示されたシステムにより解消できる。
【0015】
センサの検出出力をそのまま送信し受信側で温度補償するものは特許文献4にも開示されている。この文献には温度補償したデータをさらにネットワーク接続して利用可能であることが開示されている。その段落番号0041には湿度センサ側にRFIDタグを埋め込みセンサの電源のON/OFF制御をすることにより電源部のバッテリの消耗を低減できることが開示されている。
【0016】
【特許文献1】
特開2001−84474号公報(段落番号0009〜0016、図1)
【特許文献2】
特開2001−291181号公報(段落番号0013、図1)
【特許文献3】
特開2003−14572号公報(段落番号0023〜0043、図1)
【特許文献4】
特開2003−130964号公報(段落番号0014〜0016、図1)
【非特許文献1】
Klaus Finkenzeller著「RFIDハンドブック」日刊工業新聞社、2001年2月26日、p.231−232、図10.34
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、RFIDタグを構成する半導体チップやアンテナは小型で薄く形成できるため、今後は例えば食肉や生鮮品などの商品一つ一つに付与することにより、産地から消費者までの連続した動きを把握することも可能となる。特にRFIDタグに温度センサを組み込むと、識別情報による移動軌跡の把握だけでなく、移動中の商品の温度履歴も把握することができ、温度センサの検出出力により保管温度の設定を変えたり、商品に不具合が生じた場合でも原因究明が容易となる。
【0018】
しかしながら、各特許文献1〜4や非特許文献1に開示された技術をそのまま適用したセンサ付きRFIDタグでは、多数のRFIDタグの中から識別情報により特定のRFIDタグを識別できても、センサの種類が多くなると、センサ毎に検出データを補正することができないという問題がある。さらにセンサ付きRFIDタグを利用できる範囲が限定され、センサの種類に応じたデータ補正手段を用意する必要があるという問題があった。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題の解決を目的として提案されたもので、センサ本体と、識別情報を記憶させたメモリと、少なくともセンサ本体の検出データを送出する送信部とを一体化したセンサチップと、前記センサチップから送出された検出データを受信する受信部と、前記受信部から出力される検出データをセンサ本体の種別に応じて補正する信号補正部とを備えた信号処理部とを含むセンサシステムを提供する。
【0020】
前記信号補正部に、センサチップ内のセンサ本体に対応した基準データを用意することにより、センサチップから出力された検出データと前記基準データとを比較して検出データを補正することができる。
【0021】
また主センサと、主センサの動作環境情報を検出する副センサとでセンサ本体を構成し、前記信号補正部に、センサチップ内の主センサが検出した検出データを、副センサが検出した動作環境情報により補正することができる。
【0022】
また信号処理部に、センサチップを識別する識別情報とセンサチップを制御する制御信号とを送出する第2の送信部を設け、センサチップに、信号処理部から送出された信号を受信する第2の受信部と、受信した識別情報とメモリ内の識別情報の一致により動作し前記制御信号により制御される制御部とを設けることにより、信号処理部とセンサチップとの間で交信できる。
【0023】
また信号処理部をインターネット接続することにより、センサチップが取得した情報をインタネット接続されたコンピュータの間で共有することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に本発明によるセンサシステムの実施の形態を図1を参照して説明する。図において、70はセンサ本体で、例えば温度を検出する温度センサや湿度を検出する湿度センサである。72はセンサ本体70から出力されるアナログ検出データをデジタル化するA/D変換回路、74はメモリで、内部領域74aに識別情報を、内部領域74bにセンサ本体70の種別を表す種別情報をそれぞれ格納している。76はA/D変換回路72とメモリ74の出力を所定の形式でシリアル信号に変換し送出する制御部、78は制御部76から送られた信号を高周波信号に載せて送出する送信部、80は外部からの高周波信号を検出し、送信部78から送り出される高周波信号を外部に放出するアンテナ、82はアンテナ80に誘起された高周波信号を整流して直流に変換する電源部で、発生した直流電圧はセンサ本体70、A/D変換回路72、メモリ74、制御部76、送信部78に供給される。上記A/D変換回路72、メモリ74、制御部76、送信部78、電源部82は半導体チップ84内に形成される。86は前記アンテナ80を形成した絶縁基板で、半導体チップ84がマウントされ、アンテナ80と半導体チップ84とが電気的に接続されて、センサチップ(RFIDタグ)88を構成する。
【0025】
センサ本体70は、その種類によっては半導体チップ84内に組み込み可能であるが、一体に組み込むことができない場合には、絶縁基板86上にマウントされ、あるいは絶縁基板86の外部に配置され、半導体チップ84に外付けされる。
【0026】
90は第1の中継アンテナ、92はセンサチップ88を動作させるための電力をアンテナ90に供給する電力送信部、94はアンテナ90に接続されセンサチップ88から送出される信号を受信する中継受信部、96は中継受信部94から出力される受信信号を電力送信部92や中継受信部94とは異なる周波数の高周波信号に変換し送出する中継送信部、98は電力送信部92、中継受信部94、中継送信部96の動作を制御する制御部、100は中継送信部96から送られた高周波信号を送出する第2の中継アンテナを示す。上記第1の中継アンテナ90から第2の中継アンテナ100までの各部により中継機102を構成している。
この中継機102には内部回路に電力を供給する電源が備えられているが図示省略する。またこの中継機102は、被測定物が広範囲に分散配置されている場合には可搬式の携帯端末機を利用することができ、被測定物が狭い範囲に配置されている場合には設置場所を固定または半固定とすることができる。
【0027】
104は中継機102を中継してセンサチップ88から送出される情報を受信するサーバ側受信アンテナ、106はアンテナ104で受けた高周波信号を増幅し周波数変換するサーバ側受信部、108は信号補正部で、中央演算処理部110、メモリ112などを含み、受信部106から送られてくるシリアル信号を解析して、必要な情報をメモリ112に蓄積する。メモリ112はROM112aと揮発性RAM112b、不揮発性RAM112cを含み、不揮発性RAM112cにはセンサ本体70の種別に応じた補正テーブル114a、114bが格納されている。116は信号補正部108を外部のネットワーク回線118に接続するネットワーク接続ターミナルを示す。
【0028】
上記サーバ側受信アンテナ104からネットワーク接続ターミナル116までの各部によってサーバ(信号処理部)120を構成する。122A、122Bはネットワーク回線118を介してサーバ120に接続された外部コンピュータを示す。
【0029】
このセンサシステムの動作を以下に説明する。先ず複数のセンサチップ88を被測定物(図示せず)の要部に固定する。センサチップ88のセンサ本体70は、すべて同種でもよいし種類が異なるものでもよい。次に被測定物に中継機102を近づけて電力送信部92から第1のアンテナ90を通して高周波信号を送出する。この高周波信号を受けたセンサチップ88のアンテナ80には高周波電流が生じ、この電流が電源部82によって直流電流に変換され、センサチップ88内の各部が動作可能状態となる。電力送信部92からの電力送信を休止すると続いてセンサチップ88から情報が送出されるが、電源部82に蓄積された電力が消耗する前に再度電力送信部92から電力を補充する必要があるため、電力送信部92からの高周波信号の送出とセンサチップ88からの情報送出は交互に行われる。
【0030】
このようにしてセンサチップ88内の各部が動作可能となると制御部76は、センサ本体70が検出した検出データをA/D変換回路72によってデジタル化し、メモリ74の内部領域74aから識別情報を、内部領域74bからセンサ本体70の種別情報をそれぞれ取り出して、前記デジタル化したセンサ本体70の検出データとを合成してシリアル信号に変換し、この信号を送信部78で発生した高周波信号に載せてアンテナ80から送出する。この高周波信号は中継機102の第1のアンテナ90、中継受信部94を経由して中継送信部96によって第2の中継アンテナ100から送出される。
【0031】
この中継信号はサーバ側受信アンテナ104、サーバ側受信部106を経て、信号補正部108に送り込まれ、シリアル信号をパラレル信号に変換するなどの前処理をした上で、センサチップ88の識別情報とセンサの種別情報がサーバ120内の時刻情報とともに揮発性RAM112bに記憶される。
【0032】
この一時記憶させた揮発性RAM112bのセンサの種別情報に基づいて、不揮発性RAM112cに格納した補正テーブル114a、114bのいずれかが選択され、補正テーブルを参照して検出したデータの補正が行われる。そして補正されたデータは揮発性RAM112bに記録された情報とともにハードディスクなどの不揮発性RAM112cに格納される。
【0033】
このようにして被測定物に固定した複数のセンサチップ88のセンサ本体70が検出したデータを順次補正しながら不揮発性RAM112cに蓄積することができ、ネットワーク回線118に接続された外部コンピュータ122A、122Bから補正されたデータを利用することができる。
【0034】
このセンサシステムのセンサチップ88には内蔵又は外付けしたセンサ本体70の種別が予め記録されているため、センサチップ88の識別情報とともにセンサ本体70が検出したデータの種別も知ることができる。
【0035】
そのため被測定物にセンサ本体70の種別が異なるセンサチップ88を多数取り付けて測定する場合でも、個々のセンサチップ88のセンサ本体70の種別を知ることができる。
【0036】
このように個々のセンサチップ88にセンサ本体70専用の補正機能を組み込む必要がないためセンサチップ88を小型化、小電力化でき、センサ本体70を外部接続するものでは、一つのセンサチップ88で複数種のセンサ本体70に対応させることもでき、センサチップ88の汎用性を高めることができる。
【0037】
またサーバ120にセンサ本体70の種別に応じた補正テーブルを持たせることにより、センサ本体70の検出データの補正作業をサーバ120側で高速処理できる。
【0038】
そのため、センサチップ88を構成する半導体チップ84をより小型化、薄型化できるため、外形寸法が小型であったり外形が平坦でない商品(被測定物)一つ一つにセンサチップを貼り付けて、産地から消費者までの連続した情報を把握することも可能となり、生鮮品など温度管理が必要な商品の場合、識別情報による移動経路の把握だけでなく、移動中の商品の温度履歴などの環境情報も把握することができる。また、商品のおかれた環境情報をネットワーク回線を通して知ることができるため、管理センターから離れた場所で保管された商品の保管温度など、商品に取り付けたセンサ本体70の検出データに基づいて変更可能で、商品に不具合が生じた場合でも的確な原因究明を迅速に行うことができる。
【0039】
尚、上記実施例では中継機102は、センサチップ88から送出された情報を直ちにサーバ120に送出したが、中継機102の内部にメモリ(図示せず)を組み込み、すべてのセンサチップ88から送出される情報を中継機102内のメモリに蓄積し、センサチップ88からの情報収集を完了した後、前記メモリに蓄積した情報を連続してサーバ120に送出することもできる。これによりセンサチップ88からサーバ120に情報を取り込む時間を短縮できる。
【0040】
また中継機102の機能をサーバ120に組み込むことにより、中継機102を省略することもできる。
【0041】
また中継機(携帯端末機)102とサーバ120の間は、高周波信号により無線接続するだけでなく、超音波信号または光信号により無線接続してもよいし、信号線により有線接続してもよい。
【0042】
また上記実施例では一つのセンサ本体70とセンサチップ88との組み合わせたもので説明したが、一つのセンサチップ88に複数のセンサ識別情報を記憶させ、複数のセンサ本体70を組み込みまたは外部接続することができ、サーバ側で、個々のセンサ本体70の種別を識別させることもできる。この場合、一つのセンサ本体を主センサとし、他のセンサ本体を主センサの動作環境情報を検出する副センサとすることができる。主センサとして例えば圧力センサを、副センサとして例えば温度センサを用いる場合、温度センサによって圧力センサが設置された場所の温度情報を知ることができ、サーバ120側で、圧力センサが検出した検出データを温度センサが検出した温度情報により補正することができる。主センサ、副センサはそれぞれ一つに限らず、副センサにより検出データが補正される一つの主センサを他の主センサの副センサとすることもできる。このように主センサと副センサを用いる場合には、サーバ120内の補正テーブルを参照することなく主センサの検出データの補正が可能である。
【0043】
また図示省略するが、中継機102又はサーバ120にセンサチップ88を識別するための識別情報と制御信号とを送出する第2の送信部を設け、センサチップ88に中継機102又はサーバ120から送出された信号を受信する第2の受信部を設け、受信した識別情報がセンサチップ88のメモリ74内の識別情報と一致したときのみ前記制御信号により制御部76を動作させ、センサ本体70が検出した検出データを送信することができる。これにより中継機(携帯端末機)102またはサーバ120によって特定のセンサチップ88を選択し特定のセンサチップ88からのみ情報を受取ることができ、同一周波数で動作するセンサチップ88を局所に多数配置しても、必要とするセンサ本体70からの検出データのみを入手することができ、センサチップ88は識別情報を送り返す必要がなく、センサ本体70が検出した検出データのみを送信可能であるため、送信時間を短縮でき、多数の検出データを短時間で収集でき、センサ本体70間の検出時間のずれを小さくできる。
【0044】
またサーバ120をインターネット接続することにより被測定物の補正された測定データを多数の利用者で共有できる。
【0045】
また上記実施形態ではセンサチップ88を識別する識別情報とセンサ本体70の種別を示す種別情報を別々に設定したが、識別情報にセンサ本体の種別コードを組み込み一つの識別情報とすることもできる。
【0046】
またセンサチップ88からデータを受け取るサーバ120に、センサチップ88の識別情報やセンサチップに内蔵または外部接続されるセンサ本体70の種別情報を含む多数のセンサチップ88の属性データベースを有する属性サーバを接続し、この属性サーバからセンサチップ88の属性情報と同時にセンサ本体70の識別情報を入手することもできる。
【0047】
またセンサチップ88から取得しサーバ120内で補正されたデータはサーバ120内に保存してもよいし、外部のデータベースサーバに保存してもよい。
【0048】
またセンサチップ88はメモリ74と制御部76、送信部78、電源部82などを一体化したものであるが、これらを半導体基板に組み込み一体化したワンチップICでもよいし、配線基板上に各機能を有するチップICをマウントして一体化したハイブリッドICでもよい。
【0049】
【発明の効果】
以上のように本発明によるセンサシステムは、センサチップの識別情報とともにセンサ本体の種別も知ることができるため、サーバなどの信号処理部にセンサ本体の種別に応じた補正テーブルを持たせ、センサチップから送られた種別情報により適宜補正テーブルを選択し、センサ本体の検出データの補正作業をサーバ側で高速処理できる。
【0050】
またセンサ本体として主センサと副センサを組み込み、各センサの種別を種別情報から知ることにより、主センサの検出データを副センサで検出した主センサの動作環境情報に基づいて補正することができ、信号処理部に補正テーブルを用意しなくてもセンサチップから正確な検出データを得ることができる。
【0051】
また個々のセンサチップにセンサ本体の補正手段を組み込む必要がないため、センサチップの小型化、小電力化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すブロック図
【図2】従来のRFIDタグシステムを示すブロック図
【図3】センサ付きRFIDタグを示すブロック図
【図4】特許文献に開示された圧力センサシステムを示すブロック図
【符号の説明】
70 センサ本体
74 メモリ
78 送信部
88 センサチップ
106 受信部
108 信号補正部
110 中央演算処理部
120 サーバ(信号処理部)

Claims (6)

  1. センサ本体と、
    識別情報を記憶させたメモリと、少なくともセンサ本体の検出データを送出する送信部とを一体化したセンサチップと、
    前記センサチップから送出された検出データを受信する受信部と、前記受信部から出力される検出データをセンサ本体の種別に応じて補正する信号補正部とを備えた信号処理部と
    を含むセンサシステム。
  2. 前記信号補正部は、センサ本体に対応した基準データを有し、センサチップから出力される検出データと前記基準データとを比較して検出データを補正する請求項1に記載のセンサシステム。
  3. 前記センサ本体は、主センサと、主センサの動作環境情報を検出する副センサとを含む請求項1に記載のセンサシステム。
  4. 前記信号補正部は、センサチップ内の主センサが検出した検出データを、副センサが検出した動作環境情報により補正する請求項3に記載のセンサシステム。
  5. 前記信号処理部は、センサチップを識別する識別情報とセンサチップを制御する制御信号とを送出する第2の送信部を有し、センサチップは、信号処理部から送出された信号を受信する第2の受信部と、受信した識別情報とメモリ内の識別情報の一致により動作し前記制御信号により制御される制御部とを含む請求項1記載のセンサシステム。
  6. 前記信号処理部がインターネット接続されたことを特徴とする請求項1に記載のセンサシステム。
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