JP2009092460A - 液体検知センサ及び光配線函 - Google Patents

Abstract

【課題】液体検知用の対電極が人手や物に直接触れるのを回避して損傷を受けにくくするとともに、無線ＩＣタグと組み合わされ再使用が可能で信頼性に優れた液体検知センサと、該液体検知センサを用いた光配線函を提供する。
【解決手段】無線ＩＣタグ（４ａ，４ｂ）を設けたＩＣタグ部１ａと、一対の電極（６ａ，６ｂ）からなる対電極６を設けたセンサ部１ｂからなる基板２を樹脂３で覆って封止し、対電極６が導電性液体に浸されることにより通電して液体を検知し、該液体の検知状態を無線ＩＣタグの記憶素子に書込む手段を備えた液体検知センサで、対電極６は、センサ部１ｂに形成された穴５の内壁面５ａに電極面が露出するように形成される。また、対電極６を、センサ部１ｂに列状に複数設け、液体のレベルを検出できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線ＩＣタグを用いて液体の存在や浸水状態を検知するのに用いられる液体検知センサと該センサを用いた光配線函に関する。

無線ＩＣタグは電池を内蔵せず、リーダ／ライタと言われている読取手段が発生する電磁領域内に入ると、電波あるいは電磁結合、電磁誘導により無線ＩＣタグ側に電源が供給され、無線ＩＣタグとリーダ／ライタ間で信号の送受信が可能となる。通常、無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ、無線タグ、ＩＣタグ、ＲＦタグとも呼ばれている）は、ＩＣチップと小型のアンテナ等で形成された電子コンポーネントで、簡単な構成ながら無線で情報の読取や書込み等を行うことができることから、工場での生産管理、商品管理、個人認証等の多くの分野で活用されている。

また、この無線ＩＣタグに各種のセンサ手段を組み合わせてセンサ付ＩＣタグとして、各種の管理や監視にも利用されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、センサ手段を付加すると、無線ＩＣタグ以外にセンサの回路構成が必要となり、また、液体検出に用いるような場合は、センサ回路構成に液体を接触させる構成等が必要となる。このため、食料品や医薬品を対象とするには、化学面、物理面、衛生面などから必ずしも適していないということから、新たなセンサを追加することなく無線ＩＣタグ自体をセンサとする提案もなされている（例えば、特許文献２参照）。

また、光ファイバケーブルの各光ファイバ心線を相互接続あるいは分岐接続するのに光接続函（通常、クロージャと言われている）を地下布設する場合、通常、マンホールやハンドホール等に設置される。マンホール等は、道路際にあって雨等によって水没することが多く、このため地下専用のクロージャは、水密性仕様となっていて、クロージャ内に水が入らないようになっている。しかし、組立てミスや光ファイバケーブルの損傷により、クロージャ内に水が浸入することがあり、このため、クロージャ内に浸水検知センサを配し、遠隔地から浸水を検知する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００４−１３９３４５号公報 特開２００６−２９９９３号公報 特開２００５−２０８５２号公報

特許文献１に開示の無線型センサは、血液、血清、血漿等の検体中に被検出物が含まれているか否かを検出するもので、非接触で情報の送信を行うＩＣタグと、該ＩＣタグの表面上に一対の電極からなる対電極を設けた構成である。対電極は、特殊な絶縁物質でコーティングされていて、検体中に浸されたとき、検体中に特定の被検出物が含まれていれば、コーティングしている絶縁物質が分解されて対電極が露出されて通電状態となり、この状態を示す信号をリーダ／ライタで読取ることにより、特定の被検出物が検体中に含まれていることを検知することができる。

しかしながら、一度使用した無線型センサは、再使用することができないか、または、新たに特殊な絶縁物質で対電極をコーティングし直して使用しなければならない。また、対電極をコーティング無しの状態で使用する形態、例えば、単なる液体検出に使用するとしても、対電極がＩＣタグの表面に剥き出しの状態では、人手や物に触れやすく、汚れたり損傷を受けたりして使用できなくなることがある。

また、特許文献２では、無線ＩＣタグ自体をセンサとして用い、水の電磁波の透過性により無線ＩＣタグが水に浸されているとデータ読出しができないので、この読出しができない状態を浸水状態として検知している。しかし、電波が届かない状態や無線ＩＣタグ内に水が入ったり損傷を受けている状態のときにも、同様にデータ読出しができなくなる。したがって、無線ＩＣタグが浸水状態を検知したのか、故障や電波の状態によるものかの識別がしにくく、検知結果に対するが不安感残り再度確認するというようなことになる。また、無線ＩＣタグは樹脂で気密封止されているとしても、液体等の高湿度環境に曝されると、電子デバイスは劣化しやすく寿命が短くなるという問題がある。また、液体のレベルを検出するには複数個の無線ＩＣタグを必要とし、コスト的に高いものとなる。

また、特許文献３のように、クロージャ内の浸水検知は、光ファイバの損失増加状態を遠隔地（通常、監視センタ）からＯＴＤＲ（ Optical Time-Domain Reflectometer ）で測定することにより行うことができる。しかし、クロージャが比較的短い距離間隔で多数配設されていると、クロージャの位置の検知精度が悪くなる。このため、遠隔地から浸水の生じているクロージャを特定して現地に赴いても、クロージャが実際に浸水しているか外部からは判別しにくい。このため、実際には浸水していない正常なクロージャを間違って開けてしまうことがある。クロージャの開閉作業は、非常に時間を要することから、この間違いによる作業ロスは大きなマイナスとなる。

本願発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、液体検知用の対電極が人手や物に直接触れるのを回避して損傷を受けにくくするとともに、無線ＩＣタグと組み合わされ再使用が可能で信頼性に優れた液体検知センサと、該液体検知センサを用いて浸水しているか否かを確実に検出できる光配線函の提供を目的とする。

本発明による液体検知センサは、無線ＩＣタグを設けたＩＣタグ部と、一対の電極からなる対電極を設けたセンサ部からなる基板を樹脂で覆って封止し、対電極が導電性液体に浸されることにより通電して液体を検知し、該液体の検知状態を無線ＩＣタグのメモリに書込む手段を備えた液体検知センサで、対電極は、センサ部に形成された穴の内壁面に電極面が露出するように形成されている。
また、対電極を、センサ部に列状にして複数設け、液体のレベルを検出するようにしてもよい。

また、センサ部に設けられる穴は、樹脂と基板を貫通する穴で形成し、さらに、穴内に含水可能な部材を充填する構成とするようにしてもよい。その他、センサ部に形成する穴に液体を溜めて保持することが可能な凹み部分を付属させ、浸水を時間経過後でも検出できるようにしてもよい。
また、光ファイバの接続や分岐に用いる光配線函内に、上記の液体検知センサを設置することにより、光配線函内への浸水検出を効果的に行うことができる。

本発明によれば、液体検知センサの無線ＩＣタグ部分を液体に浸す必要がなく、また、液体に接触して液体の存在を検出する対電極は、基板と樹脂に設けられた穴の内壁面に形成されているので、人手や物に直接接触されるのを防ぐことができ、対電極の汚損や損傷を防止することができる。これにより、液体検知センサの信頼性を高めるとともに、長期に亘っての繰り返し使用を可能とすることができる。
また、本発明の液体検知センサを用いて、クロージャの浸水検知を行うようにすることにより、浸水のない状態のクロージャを間違って開けることがなく、作業ロスの発生を未然に防ぐことができる。

図１により本発明の実施の形態を説明する。図中、１は液体検知センサ、１ａはＩＣタグ部、１ｂはセンサ部、２は基板、３は封止樹脂、４ａはＩＣチップ、４ｂはアンテナ、５は穴、５ａは内壁面、６は対電極、６ａ，６ｂは電極、７はリード導体を示す。

本発明による液体検知センサ１は、ＩＣタグ部１ａに設けられたＩＣチップ４ａ及び通信用のアンテナ４ｂからなる無線ＩＣタグと、センサ部１ｂに設けられた一対の電極６ａ，６ｂからなる対電極６と、を基板２上に形成し封止樹脂３で気密封止して構成される。対電極６は、少なくとも１組がセンサ部１ｂに設けられ、基板２と封止樹脂３で形成された穴５の内壁面５ａから一部が露出するように一対の電極６ａ，６ｂを配設して形成され、リード導体７によりＩＣチップ４ａに電気的に接続される。

穴５の内壁面５ａに形成された対電極６は、水等の導電性のある液体に浸されることにより、電気的に短絡されて導通信号を発生させる。この導通信号によりセンサ部１ｂが導電性液体に浸されたことを検知、すなわち液体を検出することができる。センサ部１ｂに設けられた対電極６は、その位置を異ならせて、例えば、図１に示すように長手方向に列状に複数設けることにより、液体のレベルを検出することが可能となる。

図２〜５は、本発明による対電極の種々の構成例を示す図で、それぞれの（Ａ）図は平面図、（Ｂ）図は断面図を示している。なお、図２は底壁を有する穴に対電極を設けた構成例を示す図、図３は穴を貫通孔で形成する構成例を示す図、図４は穴内に含水部材を配した構成例を示す図、図５は穴内に液体を保持する凹み部分を有する構成例を示す図である。図の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより、その説明を省略する。

図２は、対電極が配設される穴を底部を有する有底穴とする、すなわち基板２を貫通しない穴で形成する例を示す図である。対電極６を形成する一対の電極６ａと６ｂは、円形状の穴５の内壁面５ａに電極面が露出して互いに向き合うように、封止樹脂３の成型が行われる。それぞれの電極６ａと６ｂには、リード導体７が接続され、穴５内に導電性の液体が入り込むことにより電極６ａと６ｂ間が電気的に短絡され、ＩＣチップの制御部で導通信号が生成される。

図３は、対電極が配設される穴を貫通穴とする、すなわち基板の厚さ方向に貫通する穴で形成する例を示す図である。対電極６を形成する一対の電極６ａと６ｂは、図２の例と同様に貫通穴５の内壁面５ａに電極面が露出して互いに向き合うように、封止樹脂３の成型が行われる。それぞれの電極６ａと６ｂには、リード導体７が接続され、貫通穴５内に導電性の液体が入り込むことにより電極６ａと６ｂ間が電気的に短絡され、ＩＣチップの制御部で導通信号が生成される。この貫通穴５は、図２の例と比べて、封止樹脂３を成型する際の位置決め用のピン穴として利用することができる。

図４は、対電極が配設される穴内に、含水部材を充填した例を示す図である。対電極６を形成する一対の電極６ａと６ｂは、図２，３の例と同様に穴５の内壁面５ａに電極面が露出して互いに向き合うように、樹脂の成型が行われ、穴５内にスポンジ等の含水部材８が充填される。なお、それぞれの電極６ａと６ｂには、リード導体７が接続され、穴５内に導電性の液体が入り込むことにより電極６ａと６ｂ間が電気的に短絡され、後述するＩＣチップの制御部で導通信号が生成される。含水部材８は、穴５内に浸水した液体が排出された場合にも、ある程度の時間のあいだ含水状態を保持して、導通状態のオン・オフの時間サイクルを長くして、液体の浸水があったことを確実に検知できるようにすることが可能となる。

図５は、対電極が配設される穴に液体を溜めておくことが可能な凹み部分を設けた例を示す図である。凹み部分５ｂは、穴５に連通する形態で形成され、対電極６を形成する一対の電極６ａと６ｂは、この凹み部分５ｂの内壁面に電極面が露出して互いに向き合うように、樹脂の成型が行われる。なお、それぞれの電極６ａと６ｂには、リード導体７が接続され、穴５及び凹み部分５ｂに導電性の液体が入り込むことにより電極６ａと６ｂ間が電気的に短絡され、ＩＣチップの制御部で導通信号が生成される。凹み部分５ｂは、穴５内に浸水した液体が、その後に排出された場合にも、ある程度液体を溜めておくことができ、液体の浸水があったことを履歴として残し、これを検出することが可能となる。

図６は、上述した液体検知センサの検知結果を、無線により読み出す方法を説明する図である。図中、１０はＩＣチップの電源、１１は送信部、１２は受信部、１３は制御部、２０はリーダ／ライタ、２１はアンテナ、２２は送信部、２３は受信部、２４は制御部、３０は管理装置を示す。その他の符号は、図１〜図５で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

本発明による液体検知センサ１の無線ＩＣタグは、内蔵電池を有しないパッシブ型のものが用いられ、情報処理を行うＩＣチップ４ａとリーダ／ライタ２０からの読出しに応答し、データの送受信を行うコイル状のアンテナ４ｂを有している。アンテナ４ｂは、リーダ／ライタ２０のアンテナ２１からの電波あるいは電磁結合、電磁誘導により、ＩＣチップ４ａの電源１０に起電力を生じさせ、ＩＣチップ４ａを動作状態とする。なお、液体検知センサ１側のアンテナ４ｂとリーダ／ライタ２０のアンテナ２１間の離間距離は、１０ｃｍ〜数ｍとされる。

また、ＩＣチップ４ａは、リーダ／ライタ２０からの読出しに応答して、データを送信する送信部１１と、リーダ／ライタ２０からのデータを受信する受信部１２、センサ部からの導通信号をデータ信号に変換してデータ処理する制御部１３を備えたものとすることができる。さらに、ＩＣチップ４ａには、メモリ１４を備え、リーダ／ライタ２０から送信されたデータを記録し、また、センサ部からの液体検知情報を記録して履歴として残すことができる構成とすることができる。

リーダ／ライタ２０は、アンテナ２１から送出される電波あるいは電磁結合、電磁誘導により、液体検知センサ１の無線ＩＣタグとの通信を開始するように構成されていて、データの読出し／書込みを行う送信部２２を有している。また、液体検知センサ１の無線ＩＣタグでデータ処理された液体検知のデータ、メモリ内に記憶されている履歴データ等を受信するための受信部２３を有し、さらに、送信部２２および受信部２３のデータ処理を行う制御部２４を備えている。このリーダ／ライタ２０は、これらのデータを一括管理する管理装置３０等に送信される。

上記のように構成された液体検知センサ１において、例えば、センサ部の対電極６が導電性液体に浸されて（＃１及び＃２の対電極）、電気的に短絡されて通電可能な状態とされたとする。
ここで、リーダ／ライタ２０を駆動させると、アンテナ２１から発せられた電波により、液体検知センサ１のアンテナ４ｂに電波あるいは電磁結合、電磁誘導による起電力を生成し、無線ＩＣタグに電源が供給される。これにより、センサ部の電気的に短絡状態にある＃１及び＃２の対電極６の導通信号と、＃３及び＃４の対電極６の非導通信号と、が制御部１３で符号化データに変換されてメモリ１４に書込まれ、液体レベルの状態を記憶させることができる。

また、このとき、リーダ／ライタ２０側から、液体検知センサ１のアクセスした時の日時等を送信し、これを液体検知センサ１のメモリ１４に書込んで履歴データを作成することができる。
ＩＣチップ４ａのメモリ１４に書込まれた液体検知状態あるいは液体レベル状態の符号化データは、アンテナ４ｂを通じてリーダ／ライタ２０に送信され、リーダ／ライタ２０のアンテナ２１で受信される。リーダ／ライタ２０で、受信した符号化データは制御部２４でデータ処理されて、管理装置３０等の外部装置に送信される。

図７は、上述した液体検知センサ１を用いて、光接続函（クロージャ）の浸水状態を検出するようにした例を示す図である。図中、１は液体検知センサ、４０は光配線函（クロージャ）、４１ａは下部筐体、４１ｂは上部筐体、４２ａ，４２ｂは端面板、４３は光ケーブル、４４は光ファイバ心線、４４’はセンサ用光ファイバ、４５は光ファイバ収納トレイ、４６は遠隔浸水検知センサを示す。

図７に示すようにクロージャ４０は、下部筐体４１ａと上部筐体４１ｂの両端部に端面板４２ａと４２ｂを配して閉塞され、水密構造で形成されているものとする。光ケーブル４３の所定の光ファイバ心線４４は、その接続部、分岐部、余長部等を光ファイバ収納トレイ４５により収納、整理される。そして、このクロージャ内に、図１で説明した無線ＩＣタグと対電極からなる液体検知センサ１を配設する。この場合、液体検知センサ１は、そのセンサ部を下側にして垂直に配置するのが望ましい。

また、上記構成のクロージャ４０で、さらに、光ファイバを用いた遠隔浸水検知センサ４６を配し、クロージャ内に浸水が生じたか否かを遠隔地から検知することが可能なシステムとすることもできる。遠隔浸水検知センサ４６には、例えば、特許文献３に開示されているような、浸水による膨らむ膨潤材により、センサ用光ファイバ４４’を湾曲させて、損失増加を生じさせる構成のものを用いることができる。

ここで、クロージャ４０内に浸水が生じ、この遠隔浸水検知センサ４６の膨潤材が水分を含んで膨潤すると、センサ用光ファイバ４４’が湾曲する。この結果、このセンサ用光ファイバ４４’の湾曲部分の光損失が増加するので、これを遠隔地からＯＴＤＲで計測することにより、浸水が生じたクロージャの地点を含めて検知される。この結果、クロージャ４０が設置された場所に係員が出張し、クロージャ４０内の浸水状態を確認する。

この浸水状態の確認には、クロージャ４０を開くことなく、リーダ／ライト２０を用いて図６で説明した方法で無線通信で行うことができる。この結果、クロージャ内の浸水が確認され、直ちに補修が必要な状態であればクロージャ４０を開いて補修を行い、再度密閉処理を行う。また、その緊急な補修を必要としない程度の浸水であれば、後日に補修するというようにしてもよい。また、遠隔地からはクロージャ内の浸水が検知されたが、リーダ／ライト２０による通信で、浸水が確認できない場合は、そのクロージャ４０を開かずに、近傍にある他のクロージャの浸水状態の確認を行う。これにより、クロージャ４０の無駄な開閉作業の発生を回避し、作業の効率化を図ることができる。

本発明による液体検知センサの概略を説明する図である。 本発明による対電極用の有底穴の例を示す図である。 本発明による対電極用の貫通穴の例を示す図である。 本発明による対電極用の穴に含水部材を充填する例を示す図である。 本発明による対電極用の穴に液体を溜める部分を設ける例を示す図である。 本発明による液体検知センサの検出動作を説明する図である。 本発明による液体検知センサを光配線函に用いた構成例を示す図である。

符号の説明

１…液体検知センサ、１ａ…ＩＣタグ部、１ｂ…センサ部、２…基板、３…封止樹脂、４ａ…ＩＣチップ、４ｂ…アンテナ、５…穴、５ａ…内壁面、５ｂ…凹み部分、６…対電極、６ａ，６ｂ…電極、７…リード導体、８…含水部材、１０…電源、１１…送信部、１２…受信部、１３…制御部、２０…リーダ／ライタ、２１…アンテナ、２２…送信部、２３…受信部、２４…制御部、３０…管理装置、４０…光配線函（クロージャ）、４１ａ…下部筐体、４１ｂ…上部筐体、４２ａ，４２ｂ…端面板、４３…光ケーブル、４４…光ファイバ心線、４４’…センサ用光ファイバ、４５…光ファイバ収納トレイ、４６…遠隔浸水検知センサ。

Claims (6)

1. 無線ＩＣタグを設けたＩＣタグ部と、一対の電極からなる対電極を設けたセンサ部からなる基板を樹脂で覆って封止し、前記対電極が導電性液体に浸されることにより通電して液体を検知し、該液体の検知状態を無線ＩＣタグのメモリに書込む手段を備えた液体検知センサであって、
   前記対電極は、前記センサ部に形成された穴の内壁面に電極面が露出するように形成されていることを特徴とする液体検知センサ。
2. 前記対電極は、前記センサ部に列状に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体検知センサ。
3. 前記センサ部に設けられる穴は、前記樹脂と基板を貫通する穴で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体検知センサ。
4. 前記穴に含水可能な部材が充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体検知センサ。
5. 前記センサ部に設けられた穴は、液体を溜めておくことが可能な凹み部を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体検知センサ。
6. 請求項１〜５に記載の液体検知センサが、対電極が形成されているセンサ部側を下側にして収納されていることを特徴とする光配線函。

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