JP2007333484A

JP2007333484A - センサ

Info

Publication number: JP2007333484A
Application number: JP2006163950A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Funo; 浩之不野; Masao Watabe; 雅夫渡部; Yasushi Iida; 靖飯田; Ryota Mizutani; 良太水谷; Yasuaki Konishi; 泰彰小西
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-13
Also published as: CN101089908B; CN101089908A; US20080012580A1; JP4957089B2; US7667594B2

Abstract

【課題】環境の変化を表す情報の改ざんを防ぎ、この情報を取得すること。
【解決手段】センサ１００は、外部から送信された信号を受信するアンテナ５０と、誘電体として蝋の塊４３を備えたコンデンサ４と、信号を受信した場合にコンデンサ４のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部７７とを有する。アンテナ５０は、インピーダンス測定部７７による測定結果を表すデータを外部に送信する。センサ１００の周囲の温度が蝋の融点に達すると、蝋の塊４３が融解してコンデンサ４のインピーダンスが変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサに関する。

物品の搬送中または保管中にその物品が置かれた環境の温度の履歴を遠隔にて取得するセンサが知られている。このセンサは、例えば、冷凍食品等が小売店や消費者の元に届くまで凍結した状態が保たれていたか否かを知るために利用される。
この種のセンサとＩＣタグを組み合わせ、センサで測定された温度の履歴を表すデータをＩＣに記憶させるようにした技術が提案されている。しかし、この方式では、温度の履歴を表すデータは電子データとして保存されるため、データが改ざんされるおそれがある。

このようなデータの改ざんを防止するために、環境の変化に応じて不可逆に変化する物体を利用した技術が提案されている。例えば、特許文献１で開示された技術では、固体の物質と染料とが透明な容器に封入されている。固体の物質が融解するとこの物質と染料とが混合されるから、これを目視で確認することによって固体の融点を超える温度上昇があったことを知ることができる。特許文献２で開示された技術では、互いに溶け合わず、かつ、比重の異なる２種類の液体が透明な容器に封入され、凍結されている。この容器を比重の重い物質が上になるようにして物品に取り付けておく。両方の物質が融解すると、比重の重い液体が下側になるように位置関係が変化するから、これを目視で確認することによって両方の物質の融点を超える温度上昇があったことを知ることができる。
特開２００３−２３２６８７号公報特開２００６−４７０３０号公報

しかし、物体の状態変化を目視確認する方法では、物品の１つ１つに取り付けられた物体の状態を１つ１つ目視確認しなければならないため、手間がかかる。目視確認する代わりに光センサ等を用いて変化を検知する方法も考えられるが、コストが高くなる。
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、環境の変化を表す情報の改ざんを防ぎ、この情報を取得することのできる技術の提供を目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、外部から送信された信号を受信する受信手段と、環境の変化に応じて不可逆にインピーダンスが変化する回路と、前記受信手段によって信号を受信した場合に、前記回路のインピーダンスを測定する測定手段と、前記測定手段による測定結果を表すデータを送信する送信手段とを有することを特徴とするセンサを提供する（請求項１）。

請求項１のセンサにおいて、前記回路は、所定の温度に達すると融解する誘電体を備えたコンデンサを備えるようにしてもよい（請求項２）。
請求項１のセンサにおいて、前記回路は、所定の湿度に達すると潮解する誘電体を備えたコンデンサを備えるようにしてもよい（請求項３）。
請求項１のセンサにおいて、前記回路は、光にさらされると硬化する誘電体を備えたコンデンサを備えるようにしてもよい（請求項４）。
請求項１のセンサにおいて、前記回路は、特定の物質と化学的に反応する誘電体を備えたコンデンサを備えるようにしてもよい（請求項５）。
請求項１のセンサにおいて、前記回路は、コイルと、強磁性体と、前記強磁性体を前記コイルの外部で保持し、所定の大きさを上回る外力が働いた場合に前記強磁性体を排出することによって前記コイルの内部へ進入させる保持部とを有するようにしてもよい（請求項６）。

また、本発明は、外部から送信された信号を受信する受信手段と、環境の変化に応じて不可逆に導通の有無が切り替わる回路と、前記受信手段によって信号を受信した場合に、前記回路の導通の有無を判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を表すデータを送信する送信手段とを有することを特徴とするセンサを提供する（請求項７）。

本発明によれば、環境の変化を表す情報の改ざんを防ぎ、この情報を取得することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
＜構成＞
図１（ａ）は、センサ１００の構成を示す図である。センサ１００は、基板１と、基板１上に設けられたＩＣ（Integrated Circuit）タグ３、コンデンサ４および吸収部５から構成されている。
コンデンサ４の両極はＩＣタグ３に接続されている。コンデンサ４は、対向させて設けられた板状の電極４１および４２と、電極４１と電極４２とに挟まれた蝋の塊４３とからなる。蝋の塊４３は誘電体として作用する。

吸収部５は蝋の液体を吸収する材料（例えば、紙）で作成されており、蝋の塊４３の電極４１、４２に接していない部位に接するように設けられている。蝋の塊４３の温度が蝋の融点に達すると、蝋の塊４３が融解し、液体となる。融解した蝋は融解する前の形状を保てなくなるから、図１（ｂ）に示すように蝋は電極４１、４２の間から流出する。吸収部５は、流出した蝋の液体を吸収する。すると、電極４１、４２の間で蝋の塊４３に占められていた空間は空気で満たされる。空気の誘電率は蝋の誘電率よりも小さいから、コンデンサ４の静電容量が減少し、その結果、コンデンサ４のインピーダンスが増加する。

このインピーダンスの増加は、不可逆な変化である。なぜならば、融解した蝋が吸収部５に吸収された後に温度が蝋の融点を下回った場合、蝋は吸収部５の内部に保持された状態で固化し、元の位置には戻らないからである。このように、本願で言う不可逆な変化とは、必ずしも状態変化が不可逆という意味ではなく、環境の変化で起こった変化が、その環境の変化の変遷に関わらず、元の状態や形体に戻らないものや、環境の変化以外の外力を加えなければ元の状態や形体に戻らないものを意味する。
また、インピーダンスの増加量はある幅を持つ。すなわち、温度が蝋の融点に達していた、または融点を上回っていた時間が長いほど蝋の流出量が多くなる。蝋の流出量が多いほど、電極４１、４２の間で空気が占める空間の比率が増えるから、インピーダンスがより大きくなる。蝋の全部が流出した場合にインピーダンスが最大となる。従って、コンデンサ４のインピーダンスと温度との関係を実験等により予め求めておけば、コンデンサ４のインピーダンスを測定することによって蝋の塊４３が融解したか否かを判定することが可能となる。

次に、ＩＣタグ３の構成について説明する。
アンテナ５０は、コイル５１と、コイル５１に並列に接続されたコンデンサ５２とからなる。すなわち、アンテナ５０は共振回路を構成している。コンデンサ５２は、一対の電極と、電極間に挟まれた誘電体とからなる。この誘電体は、例えばペロブスカイト型化合物であり、温度に応じて誘電率が変化する性質を有している。誘電率が変化すると、コンデンサ５２の容量が変化する。アンテナ５０は共振回路を構成しているから、コンデンサ５２の容量が変化すると共振周波数が変化する。つまり、この共振回路は、温度に応じて共振周波数が変化するという性質を持っている。従って、この共振回路の共振周波数と温度との関係を実験等によって予め求めておけば、アンテナ５０の共振周波数を測定することによって温度を求めることが可能となる。

電力供給部７１は、アンテナ５０が電波を受信した際にコイル５１に誘起される電力を取り出してＩＣタグ３の各部に電力を供給する。
クロック生成部７２は、受信された電波に含まれる搬送波に基づいてクロック信号を生成し、制御部７５に供給する。
復調部７３は、アンテナ５０で受信した信号を復調することによってデータを取り出す。
変調部７４は、コンデンサ４のインピーダンスを表すデータに基づいて信号を変調する。

制御部７５は、復調部７３からデータを受け取り、そのデータがコマンドを表すものであれば、それに応じた処理を実行する。コマンドには、受信したデータを記憶部７６へ書き込むことを指示するライトコマンドや、記憶部７６に書き込まれているデータを読み出して送信することを指示するリードコマンド等がある。
記憶部７６は、電力供給部７１による電力供給がなくてもデータが消えることのない不揮発性メモリである。記憶部７６には、ＩＣタグ３を一意に識別するためのＩＤ（Identification、識別子）が記憶されている。また、記憶部７６は、後述する質問器２００の融解判定部２０６および温度判定部２０７による判定結果等を表すデータが質問器２００から送信された場合に、これらのデータを記憶するようになっている。
インピーダンス測定部７７にはコンデンサ４の両極が接続されている。インピーダンス測定部７７は、電力供給部７１から供給される電力を用いてコンデンサ４のインピーダンスを測定する。

図２は、質問器２００の構成を示す図である。
制御部２０１は、質問器２００の各部を制御するためのプログラムを記憶部２０５から読み出して実行する。
アンテナ２０２は、センサ１００との間で電波信号の送受信を行う。
変調部２０３は、蝋の融解判定や温度の測定を行うための信号を生成してアンテナ２０２に供給する。
復調部２０４は、アンテナ２０２によって受信された電波信号を復調してデータを取り出す。このとき取り出されるデータはコンデンサ４のインピーダンスを表すデータである。

記憶部２０５には、コンデンサ４のインピーダンスの閾値が記憶されている。上述したとおり、蝋の塊４３が融解した場合にコンデンサ４のインピーダンスは増加し、特定の範囲の値を示すようになる。この範囲を実験等により求め、求められた範囲の下限値を閾値とする。
また、記憶部２０５には、温度判定テーブル２０５１が記憶されている。図３は、温度判定テーブル２０５１の例を示す図である。温度判定テーブル２０５１は、アンテナ５０の共振周波数と温度との関係を表している。
また、記憶部２０５には、履歴テーブル２０５２が記憶されている。図４は、履歴テーブル２０５２の例を表す図である。履歴テーブル２０５２には、温度判定および融解判定が行われた日時と判定結果とが対応付けられて記憶される。

融解判定部２０６は、コンデンサ４のインピーダンスがこの閾値に達した場合に、蝋の塊４３が融解したと判定する。
温度判定部２０７は、センサ１００から受信した信号の強度と温度判定テーブル２０５１の内容に基づいて温度を判定する。
表示部２０８は、例えば液晶パネルであり、融解判定部２０６および温度判定部２０７による判定結果等を表す画像を表示する。
時計２０９は、時刻および日付をカウントする。
指示受付部２１０は、例えば押しボタン式のスイッチからなり、ユーザがこのスイッチを押し下げた場合に所定の信号を制御部２０１に送る。この信号を受け取った制御部２０１は、質問器２００の各部に上述した処理を行わせる。

次に、センサ１００と質問器２００の動作について説明する。
図５は、センサ１００と質問器２００の動作のフローを示す図である。
まず、ステップＡ０１で指示受付部２１０が押し下げられると、アンテナ２０２は温度測定用の信号をセンサ１００に送信する。具体的には、変調部２０３は、温度判定テーブル２０５１に記憶されている範囲内で下限値から上限値まで徐々に周波数を上昇させるようにして信号を変調し、アンテナ２０２を介してこの信号をセンサ１００に送信する。

ステップＢ０１では、センサ１００は、アンテナ５０によってこの信号を受信し、この信号に対する応答信号をアンテナ５０を介して質問器２００に送信する。
ステップＡ０２では、質問器２００の温度判定部２０７が、受信された応答信号の強度を測定することによってアンテナ５０の共振周波数を求める。具体的には、応答信号の強度は、アンテナ５０の共振周波数の手前で一定値から急激に低下し、共振周波数において最小値となる。そして、共振周波数を超えると急激に増大し、一定値に戻る。従って、応答信号の強度が最小値を示す周波数を求めることによって、アンテナ５０の共振周波数を求めることができる。そして、温度判定部２０７は、求められた共振周波数に対応する温度を温度判定テーブル２０５１から求める。

ステップＢ０２では、センサ１００のインピーダンス測定部７７がコンデンサ４のインピーダンスを測定する。そして、変調部７４が、測定の結果およびＩＣタグ３のＩＤを表す信号をアンテナ５０に供給し、アンテナ５０がこの信号を質問器２００に送信する。
ステップＡ０３では、融解判定部２０６が、この信号に基づいて、蝋の塊４３が融解したか否かを判定する。具体的には、アンテナ２０２がセンサ１００からの信号を受信し、復調部２０４が信号を復調し、コンデンサ４のインピーダンスを表すデータを取り出す。融解判定部２０６は、このデータで表されるインピーダンスが閾値に達している場合に、蝋の塊４３が融解したと判定する。上述したとおり、蝋の塊４３が融解した場合のコンデンサ４のインピーダンス変化は不可逆である。融解判定部２０６は、このインピーダンス変化に基づいて融解判定を行うから、融解判定に用いられるデータが改ざんされるおそれはない。

ステップＡ０４では、表示部２０８が、温度判定部２０７で求められた温度、および融解判定部２０６による判定結果を表す画像を表示する。また、これらのデータをＩＣタグ３のＩＤと対応付けて履歴テーブル２０５２に書き込む。
ステップＡ０５では、温度判定部２０７で求められた温度、融解判定部２０６による判定結果、時計２０９によって得られた現在時刻、およびライトコマンドを表すデータが変調部２０３に供給される。変調部２０３はこれらのデータに基づいて信号を変調し、アンテナ２０２を介してセンサ１００に送信する。
ステップＢ０３では、質問器２００から送信された信号をアンテナ５０が受信し、復調部７３がこの信号を復調し、得られたデータを制御部７５に供給する。制御部７５は、このデータにライトコマンドが含まれている場合には、温度および融解判定の結果を質問器２００の履歴テーブル２０５２と同様に記憶部７６に記憶させる。

＜変形例＞
以上説明した形態に限らず、本発明は種々の形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形した形態でも実施可能である。
＜変形例１＞
図６（ａ）は、変形例を示す図である。本変形例では、コンデンサ４の誘電体として塩の塊４４を用いている。塩の塊４４は、例えば、塩化カルシウムである。この塩の塊４４を電極４１、４２の間に挟み込み、塩の塊４４の露出している面を例えば空気中の水の分子を通過させる透湿膜によって覆う。このようにすれば、センサ１００の周囲の湿度が所定の湿度に達した場合、塩の塊４４が潮解し、電極４１、４２の間から流出する。すると、上記の実施形態と同様にコンデンサ４のインピーダンスが変化し、元には戻らない。よって、センサ１００の周囲の湿度が所定値に達したか否かを、コンデンサ４のインピーダンスに基づいて判定することができる。

＜変形例２＞
図６（ｂ）は、変形例を示す図である。本変形例では、コンデンサ４の誘電体として特定の波長の光、例えば、紫外線等にさらされた場合に硬化する光硬化樹脂４５を用いている。この光硬化樹脂４５を電極４１、４２の間に挟み込み、光硬化樹脂４５の露出している面を例えば透明な樹脂によって覆う。このようにすれば、センサ１００が光にさらされた場合、光硬化樹脂４５が硬化する。すると、上記の実施形態と同様にコンデンサ４のインピーダンスが変化し、元には戻らない。よって、センサ１００が特定の波長の光にさらされたか否かを、コンデンサ４のインピーダンスに基づいて判定することができる。

＜変形例３＞
図６（ｃ）は、変形例を示す図である。本変形例では、コンデンサ４の誘電体として金属ナトリウム等の還元剤４６を用いている。このようにすれば、センサ１００が酸素雰囲気中におかれた場合に還元剤４６が酸化される。すると、上記の実施形態と同様にコンデンサ４のインピーダンスが変化し、元には戻らない。よって、センサ１００が酸素雰囲気中におかれたか否かを、コンデンサ４のインピーダンスに基づいて判定することができる。

＜変形例４＞
図７（ａ）は、センサ３００を示す平面図である。本変形例では、コンデンサ４の代わりにコイル６が設けられており、コイル６の両極はＩＣタグ３に接続されている。コイル６に隣接して保持部６１が設けられている。保持部６１はフレーム６１１とラッチ６１２からなる。フレーム６１１は、平面図においてコの字状に形成されており、ラッチ６１２はコの字の両端部に設けられている。強磁性体６２は例えば鉄で作成されており、平面図において保持部６１の内部空間よりも若干小さいサイズに形成されている。２つのラッチ６１２の先端間の距離は強磁性体６２の図中縦方向の幅よりも狭くなっている。そのため、慣性力等の外力が働かない状態では、強磁性体６２は保持部６１の内部に保持され、保持部６１の外部には出ないようになっている。

図７（ｂ）は強磁性体６２の移動の様子を示す図である。強磁性体６２に図中左方向に慣性力等の外力が働き、外力の大きさが所定値に達した場合、強磁性体６２によってラッチ６１２が押し広げられ、強磁性体６２が保持部６１の外部に排出されコイル６の内部空間に進入する。コイル６を挟んで保持部６１と対向する位置には、強磁性体６２の移動を停止させるストッパ６３が設けられている。強磁性体６２が保持部から完全に排出されると、ラッチ６１２は弾性により元の形状に戻る。すると、２つのラッチ６１２の先端間の距離は強磁性体６２の縦方向の幅よりも狭いから、図中右方向の外力が強磁性体６２に働いたとしても、強磁性体６２は保持部６１の内部には進入できない。つまり、強磁性体６２が保持部６１から完全に排出された場合、強磁性体６２の移動は不可逆である。
このようにして強磁性体６２が保持部６１から排出され、コイル６の内部に進入した場合、コイル６のインピーダンスが変化し、元には戻らない。よって、センサ１００に所定の大きさの外力が働いたか否かを、コイル６のインピーダンスに基づいて判定することができる。

＜変形例５＞
図８（ａ）は、センサ４００を示す平面図である。本変形例では、コンデンサ４の代わりにスイッチ８が設けられており、スイッチ８の２つの接点８１、８２はＩＣタグ３に接続されている。スイッチ８の可動部８３に隣接して支持部８４が設けられている。支持部８４は例えば板状の部材である。可動部８３と支持部８４とは、スイッチ８が開かれた状態で例えば蝋の塊８５によって接合されている。この状態において可動部８３は弾性変形しており、蝋の塊８５は可動部８３の弾性力に対抗してスイッチ８が開かれた状態を保っている。ＩＣタグ３は、回路の導通を検査する機能を有しており、スイッチ８が閉じられたか否かを判定することができるようになっている。

図８（ｂ）はスイッチ８の開閉の様子を示す図である。センサ１００の周囲の温度が蝋の融点に達した場合、蝋の塊８５が融解し、可動部８３が弾性により元の形状に戻り、スイッチ８が閉じられる。蝋の塊８５が融解すると、スイッチ８は開かれた状態には戻らない。よって、センサ１００の周囲の温度が蝋の融点に達したか否かを、回路の導通の有無を検査することによって判定することができる。
また、蝋の塊８５の代わりに潮解性を有する塩の塊を用いれば、センサ１００の周囲の湿度が所定値に達したか否かを、回路の導通の有無を検査することによって判定することができる。

センサ１００の構成を示す図である。質問器２００の構成を示す図である。温度判定テーブル２０５１の例を示す図である。履歴テーブル２０５２の例を表す図である。センサ１００と質問器２００の動作のフローを示す図である。変形例を示す図である。センサ３００を示す図である。センサ４００を示す図である。

符号の説明

１００…センサ、１…基板、４…コンデンサ、５…吸収部、４１、４２…電極、４３…蝋の塊、３…ＩＣタグ、５０…アンテナ、５１…コイル、５２…コンデンサ、７１…電力供給部、７２…クロック生成部、７３…復調部、７４…変調部、７５…制御部、７６…記憶部、７７…インピーダンス測定部、２００…質問器、２０１…制御部、２０２…アンテナ、２０３…変調部、２０４…復調部、２０５…記憶部、２０５１…温度判定テーブル、２０５２…履歴テーブル、２０６…融解判定部、２０７…温度判定部、２０８…表示部、２０９…時計、２１０…指示受付部。

Claims

外部から送信された信号を受信する受信手段と、
環境の変化に応じて不可逆にインピーダンスが変化する回路と、
前記受信手段によって信号を受信した場合に、前記回路のインピーダンスを測定する測定手段と、
前記測定手段による測定結果を表すデータを送信する送信手段と
を有することを特徴とするセンサ。
前記回路は、所定の温度に達すると融解する誘電体を備えたコンデンサを備えたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
前記回路は、所定の湿度に達すると潮解する誘電体を備えたコンデンサを備えたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
前記回路は、光にさらされると硬化する誘電体を備えたコンデンサを備えたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
前記回路は、特定の物質と化学的に反応する誘電体を備えたコンデンサを備えたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
前記回路は、コイルと、強磁性体と、前記強磁性体を前記コイルの外部で保持し、所定の大きさを上回る外力が働いた場合に前記強磁性体を排出することによって前記コイルの内部へ進入させる保持部とを有することを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
外部から送信された信号を受信する受信手段と、
環境の変化に応じて不可逆に導通の有無が切り替わる回路と、
前記受信手段によって信号を受信した場合に、前記回路の導通の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果を表すデータを送信する送信手段と
を有することを特徴とするセンサ。