JP2022106552A - 閉空間センサシステム及び閉空間センサシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】閉空間内で安定した動作が可能な閉空間センサシステムを提供する。【解決手段】電磁波を照射するための電磁波照射装置１４０と、受信した電磁波を電力に変換して駆動する複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・と、電磁波を反射する、可動式の反射部６０と、反射部６０の配置と、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・の駆動と、の関係を監視する監視部２００と、を備え、少なくとも、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・及び反射部６０が、閉空間１０内に配置され、閉空間センサシステム。【選択図】図２

Description

本発明は、閉空間センサシステム及び閉空間センサシステムの制御方法に関する。

部屋、保管庫、房、漕及び炉等の閉空間においては、複数のセンサが配置され、品質管理やトレーサビリティを目的として、閉空間内における温度や湿度等の環境条件の分布を測定したり、閉空間内に配置された複数の物品のそれぞれの存否や移動を監視したりする場合がある（例えば、特許文献１、２参照。）。

従来、センサは、有線により給電され、有線によりデータの送受信をしていた。しかし、近年、無線によりデータの送受信をする無線センサが広まっている。無線センサには、配線作業が不要であること、物理的に配線が難しい場所に配置が可能であること、また配線と物体との接触等により生じ得る配線不良が生じない等の利点がある。特に複数のセンサの配置が必要な場合に、複雑な配線が不要になる利点は大きいものとみなされている。

無線センサには、給電は有線によるセンサ、無線により給電されるセンサがある。有線による給電は、配線が不要であるという無線センサの利点を活かすことができない。したがって、給電も無線による無線センサに注目が集まっている。

国際公開第２０１６／１２３０６２号 特開２０１９－８８１２８号公報

本発明は、閉空間内で安定した動作が可能な閉空間センサシステム及び閉空間センサシステムの制御方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の態様によれば、電磁波を照射するための電磁波照射装置と、受信した電磁波を電力に変換して駆動する複数のセンサと、電磁波を反射する、可動式の反射部と、反射部の配置と、複数のセンサの駆動と、の関係を監視する監視部と、を備え、複数のセンサ及び反射部が閉空間内に配置される、閉空間センサシステムが提供される。

上記の閉空間センサシステムが、複数のセンサが駆動可能な反射部の配置の組み合わせを設定する配置設定部をさらに備えていてもよい。

上記の閉空間センサシステムにおいて、配置設定部が、全ての複数のセンサが駆動可能な反射部の配置の組み合わせを設定してもよい。

上記の閉空間センサシステムにおいて、配置設定部が、所定の数以上の複数のセンサが駆動可能な反射部の配置の組み合わせを設定してもよい。

上記の閉空間センサシステムが、設定された配置の組み合わせに反射部の配置を変える、反射制御部をさらに備えていてもよい。

上記の閉空間センサシステムにおいて、反射制御部が、設定された配置において、所定の時間、反射部の動きを止めてもよい。

上記の閉空間センサシステムにおいて、反射部が回転可能であってもよい。

上記の閉空間センサシステムにおいて、反射部が複数のセンサを保持するよう、構成されていてもよい。

また、本発明の態様によれば、閉空間内で、電磁波を照射することと、閉空間内で、電磁波を反射する可動式の反射部を動かすことと、閉空間内で、複数のセンサの少なくとも一部が電磁波を受信して、電磁波を電力に変換して駆動することと、閉空間内で、反射部の配置と、複数のセンサの駆動と、の関係を監視することと、を含む、閉空間センサシステムの制御方法が提供される。

上記の閉空間センサシステムの制御方法が、複数のセンサが駆動可能な反射部の配置の組み合わせを設定することをさらに含んでいてもよい。

上記の閉空間センサシステムの制御方法における、複数のセンサが駆動可能な反射部の配置の組み合わせを設定することにおいて、全ての複数のセンサが駆動可能な反射部の配置の組み合わせを設定してもよい。

上記の閉空間センサシステムの制御方法における、複数のセンサが駆動可能な反射部の配置の組み合わせを設定することにおいて、所定の数以上の複数のセンサが駆動可能な反射部の配置の組み合わせを設定してもよい。

上記の閉空間センサシステムの制御方法が、設定された配置の組み合わせに反射部の配置を変えることをさらに含んでもよい。

上記の閉空間センサシステムの制御方法が、設定された配置において、所定の時間、反射部の動きを止めることをさらに含んでもよい。

上記の閉空間センサシステムの制御方法における反射部が、回転可能であってもよい。

上記の閉空間センサシステムの制御方法における反射部が、複数のセンサを保持するよう、構成されていてもよい。

本発明によれば、閉空間内で安定した動作が可能な閉空間センサシステム及び閉空間センサシステムの制御方法を提供可能である。

図１は、実施形態に係る閉空間センサシステムを示す模式的上面図である。 図２は、実施形態に係る閉空間センサシステムを示す模式的側面図である。 図３は、実施形態に係る閉空間センサシステムのセンサを示す模式図である。 図４は、実施形態に係る反射部の配置と、駆動可能なセンサと、の関係の例を示す模式的なグラフである。 図５は、実施形態に係る反射部の配置と、駆動可能なセンサと、の関係の例を示す模式的なグラフである。 図６は、実施形態に係る反射部の配置と、駆動可能なセンサと、の関係の例を示す模式的な表である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

実施形態に係る閉空間センサシステムは、図１及び図２に示すように、電磁波を照射するための電磁波照射装置１４０と、受信した電磁波を電力に変換して駆動する複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・と、電磁波を反射する、可動式の反射部６０と、反射部６０の配置と、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・の駆動と、の関係を監視する監視部２００と、を備える。少なくとも、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・及び反射部６０が、閉空間１０内に配置される。

電磁波照射装置１４０は、電磁波を照射する送電部４０を備える。電磁波照射装置１４０の送電部４０は、例えば、アンテナを備える。電磁波照射装置１４０の送電部４０は、例えば閉空間１０内に配置されている。電磁波照射装置１４０の送電部４０以外の部分は、閉空間１０の外に配置されていてもよい。電磁波照射装置１４０が照射する電磁波の周波数帯域は、任意であるが、例えば１００ＭＨｚから５ＧＨｚ、５００ＭＨｚから３ＧＨｚ、あるいは９００ＭＨｚから２．４５ＧＨｚである。周波数帯域は、産業科学医療用（ＩＳＭ）バンドであってもよい。

閉空間１０は、例えば凍結乾燥炉である。例えば、凍結乾燥炉は、扉を閉じると、内部の気体を外気から無菌的に遮蔽する。閉空間１０内には、例えば、それぞれ凍結乾燥される医薬品を保存している複数のバイアル２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ・・・が棚上に配置されている。複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・は、例えば、複数のバイアル２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ・・・の少なくとも一部の中に配置されている。複数のバイアル２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ・・・のうち、どのバイアルにセンサを配置するかは、任意である。

複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・の数は任意である。複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のそれぞれは、例えば温度センサである。複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のそれぞれは、電磁波照射装置１４０の送電部４０から照射されるマイクロ波等の電磁波によってワイヤレスに給電され、凍結乾燥中のバイアル内の温度を測定し、測定結果を含むセンシング信号を無線で発する。

例えば、センサ３０Ａは、図３に示すように、電磁波を介して電力を受ける受電部１１０と、測定対象である例えば温度を測定する測定部１６０と、測定部１６０による測定結果を含むセンシング信号を送信可能な送信部１５０と、を備える。受電部１１０は、受電アンテナ１１１を介して、電磁波照射装置１４０の送電部４０が送電した電磁波を受ける。また、センサ３０Ａは、受電部１１０が受電した電力を蓄電する蓄電部１２０を備える。蓄電部１２０は、受電部１１０、測定部１６０、及び送信部１５０に電気的に接続される。測定部１６０及び送信部１５０は、蓄電部１２０に蓄電された電力によって駆動する。送信部１５０は、送信アンテナ１１２を介して測定結果を含むセンシング信号を無線で送信する。

受電アンテナ１１１と送信アンテナ１１２は、別個であってもよいし、同じであってもよい。センサ３０Ａは、複数の受電アンテナ１１１を備えていてもよい。また、センサ３０Ａは、複数の送信アンテナ１１２を備えていてもよい。図１に示す他のセンサ３０Ｂ、３０Ｃ・・・も、図３に示すセンサ３０Ａと同様の構成を備えていてもよい。

図１に示す閉空間１０内には、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のそれぞれが発したセンシング信号を受信するセンシング信号受信装置５０が配置されていてもよい。センシング信号受信装置５０は、センシング信号を受信する受信アンテナを備える。センシング信号受信装置５０は、受信したセンシング信号を保存する記憶装置をさらに備えていてもよい。

図２に示す反射部６０の少なくとも一部は、電磁波を反射可能な材料からなる。電磁波を反射可能な材料としては、金属等の導電性材料が挙げられる。反射部６０は、可動式である。可動の様式は任意である。反射部６０は、例えば回転可能である。また、反射部６０は、例えば任意の方向に移動可能である。反射部６０の形状は、例えば、板状、筒状、プロペラ状、らせん状であるが、特に限定されない。反射部６０には、反射部６０の動きを制御する反射制御部７０が接続される。反射制御部７０は、例えば、コンピューターに含まれる。

電磁波照射装置１４０の送電部４０が電磁波を照射すると、閉空間１０内で電磁波が反射し、定在波が発生する場合がある。そのため、定在波の節近傍においては、伝送される電力が弱くなるヌルポイントが生じる場合がある。ヌルポイントの位置と、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のいずれかの位置とが一致すると、センサに電力が供給されず、センサが稼働しない場合がある。また、例えば閉空間１０が凍結乾燥炉である場合、温度や圧力の変化または振動によって炉内の空間に膨張及び収縮等の変形が起こると、炉内の電磁波の伝搬経路が変化し、ヌルポイントの位置が変化する場合があり得る。

これに対し、閉空間１０内で反射部６０が動くと、反射部６０で反射される電磁波の進行方向も変化するため、閉空間１０内の電界分布が変化し、定在波の節の位置も変化する。

監視部２００は、例えば、反射制御部７０及びセンシング信号受信装置５０に接続されている。監視部２００は、例えば、コンピューターに含まれる。監視部２００は、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のうち所定の数のセンサが駆動する反射部６０の配置を監視する。例えば、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・が検出対象を検出する前に、反射制御部７０は、反射部６０を動かせ、監視部２００は、反射部６０の配置ごとに複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のそれぞれが駆動するかを確認する。監視部２００は、例えば、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・の少なくともいずれかが駆動する反射部６０の配置を記憶装置に保存する。

実施形態に係る閉空間センサシステム、配置設定部２０１をさらに備え得る。配置設定部２０１は、監視部２００に接続されている。配置設定部２０１は、例えば、コンピューターに含まれる。配置設定部２０１は、監視部２００の記憶装置から、少なくとも一つのセンサが駆動する反射部６０の配置を複数抽出する。さらに、配置設定部２０１は、反射部６０の配置と、駆動可能なセンサと、の組み合わせを複数作成する。またさらに、配置設定部２０１は、反射部６０の配置と駆動可能なセンサの組み合わせに基づいて、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のうち所定の数のセンサが駆動する反射部６０の配置の組み合わせを設定する。所定の数は、センサの検出対象や、要求される検出精度に応じて、任意に設定可能である。所定の数は、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・の全数であってもよい。

また、配置設定部２０１は、一定時間内に反射部６０の配置を、設定された配置の組み合わせに変化させるシーケンスを作成する。一定時間とは、例えば、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のそれぞれの測定周期のうち、最も短い測定周期である。なお、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のそれぞれの測定周期が同じである場合、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のそれぞれの測定周期が、最も短い測定周期となる。なお、測定周期は、センサの検出対象や、要求される検出精度に応じて、任意に設定可能である。配置設定部２０１は、作成したシーケンスを、記憶装置に保存する。

反射部６０の配置を変化させるとは、反射部６０が回転可能である場合、反射部６０を回転させることをいう。反射部６０が移動可能である場合、反射部６０を移動させることをいう。

図４に示す例では、配置設定部２０１は、反射部６０の配置Ａで２つのセンサ３０Ａ、３０Ｂが駆動することを確認し、反射部６０の配置Ｂで１つのセンサ３０Ｃが駆動することを確認する。この場合、電磁波照射装置１４０は、センサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃのそれぞれの測定周期のうち、最も短い測定周期内に、反射部６０を配置Ａと配置Ｂに順次配置するシーケンスを作成する。これにより、１つの測定周期の間に、センサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを少なくとも１回駆動させることが可能となる。

図５に示す例では、反射制御部７０は、反射部６０の配置を、配置Ａから配置Ｊに順次変え、監視部２００は、反射部６０が配置Ｃ、Ｄに配置されているときにセンサ３０Ａが駆動し、反射部６０が配置Ｈ、Ｉに配置されているときにセンサ３０Ｂが駆動することを確認する。２つのセンサ３０Ａ、３０Ｂが駆動すればよい場合、配置設定部２０１は、センサ３０Ａ、３０Ｂのそれぞれの測定周期のうち、最も短い測定周期内に、反射部６０の配置を、配置Ｃ、Ｄ、Ｈ、Ｉに順次変えるシーケンスを作成する。これにより、１つの測定周期の間に、センサ３０Ａ、３０Ｂを少なくとも１回駆動させることが可能となる。

図２に示す反射制御部７０は、配置設定部２０１に接続されている。図２に示す反射制御部７０は、配置設定部２０１が作成したシーケンスに従って、一定時間内に、設定された配置に、反射部６０を動かすことを繰り返す。これにより、所定の数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・が、それぞれ、駆動可能な送電周波数チャネルの電磁波を測定周期内に少なくとも１回受信する。そのため、所定の数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・が、それぞれ、測定周期内に少なくとも１回駆動し、検出対象を検出することが可能である。反射制御部７０は、設定された配置において、所定の時間、反射部６０を動かすことを止めてもよい。反射部６０を動かすことを止める時間は、例えば、測定周期から各配置までの反射部６０の移動時間を引いた値を、設定された配置の数で割ることによって得らえる。

配置設定部２０１は、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・が検出対象を検出している間に、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のうち所定の数のセンサが駆動する反射部６０の配置の組み合わせを再設定してもよい。

例えば、現時点で設定されている反射部６０の配置の組み合わせが複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のいずれかを駆動できなくなった場合、配置設定部２０１は、駆動できなくなったセンサを駆動可能な反射部６０の配置を、現時点で設定されている反射部６０の配置の組み合わせに追加する。

また、追加された反射部６０の配置により、現時点で設定されている反射部６０の配置のうちの少なくとも１つの反射部６０の配置を削除しても、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・のうち所定の数のセンサを駆動できる場合、配置設定部２０１は、削除可能な反射部６０の配置を削除し、削除されずに残った反射部６０の配置の組み合わせと、追加された反射部６０の配置と、の組み合わせを、反射部６０の配置の組み合わせとして再設定する。

図６（ａ）に示す例では、当初、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅの全てを駆動可能であった反射部６０の配置Ａ、配置Ｃ、配置Ｊの組み合わせでは、センサ３０Ｅを駆動できなくなっている。

そのため、図６（ｂ）に示すように、配置設定部２０１は、例えば反射部６０の配置Ｂ、配置Ｄを配置の組み合わせに追加する。監視部２００は、反射部６０の配置Ｂがセンサ３０Ｅを駆動可能であり、反射部６０の配置Ｄがセンサ３０Ｅを駆動不可能であることを確認する。

さらに、図６（ｃ）に示すように、追加された反射部６０の配置Ｂがセンサ３０Ｅのみならず、センサ３０Ｄも駆動可能である場合、以前に設定された反射部６０の配置Ａ、配置Ｃ、配置Ｊの組み合わせのうち、センサ３０Ｄを駆動可能な反射部６０の配置Ｊを削除しても、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅの全てを駆動可能である。この場合、配置設定部２０１は、削除可能な反射部６０の配置Ｊを配置の組み合わせから削除する。配置設定部２０１は、削除されずに残った反射部６０の配置Ａ、配置Ｃと、追加された反射部６０の配置Ｂと、の組み合わせを、反射部６０の配置の組み合わせとして再設定する。

反射部６０の配置の組み合わせを再設定するタイミングは任意である、例えば、再設定は常に実施されてもよいし、配置設定部２０１が備えるタイマあるいは配置設定部２０１に接続されたタイマに基づいて定期的に実施されてもよい。あるいは、監視部２００が、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・の少なくとも一部が駆動していないことを確認したときに、反射部６０の配置の組み合わせを再設定してもよい。監視部２００が、複数のセンサ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・の少なくとも一部が駆動していないことを確認したときに、配置設定部２０１は、すぐに、反射部６０の配置の組み合わせを再設定してもよいし、所定の時間が経過した後に、反射部６０の配置の組み合わせを再設定してもよい。またあるいは、配置設定部２０１は、反射部６０の配置の組み合わせを再設定するトリガ信号を受信して、反射部６０の配置の組み合わせを再設定してもよい。

（他の実施形態）
上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、上上記の実施形態では、閉空間として凍結乾燥炉を使用する場合を説明したが、閉空間は、部屋、工場、保管庫、房、漕及び炉等であってもよい。閉空間内の気体は清浄に保たれてもよい。閉空間内は真空にされてもよい。閉空間は、無菌的な医薬品処理空間であってもよい。また、センサは、表面弾性波に基づき湿度を測定対象としてもよい。センサは、酸素や二酸化炭素等の気体濃度を測定対象としてもよい。あるいは、センサは、物品のそれぞれの存否や移動を測定対象としてもよい。センサは、バイアルに限らず、様々な容器内に配置されてもよいし、容器内に配置されていなくともよい。センサは、商品、美術品、及び展示品等の物品に配置されてもよい。また、反射部が、センサを保持するよう構成されていてもよい。例えば、反射部が、センサが配置される容器の棚であってもよい。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。

１０・・・閉空間、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ・・・バイアル、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ・・・センサ、４０・・・送電部、５０・・・センシング信号受信装置、６０・・・反射部、７０・・・反射制御部、１１０・・・受電部、１１１・・・受電アンテナ、１１２・・・送信アンテナ、１２０・・・蓄電部、１４０・・・電磁波照射装置、１５０・・・送信部、１６０・・・測定部、２００・・・監視部、２０１・・・配置設定部

Claims (10)

1. 電磁波を照射するための電磁波照射装置と、
   受信した前記電磁波を電力に変換して駆動する複数のセンサと、
   前記電磁波を反射する、可動式の反射部と、
   前記反射部の配置と、前記複数のセンサの駆動と、の関係を監視する監視部と、
   を備え、
   前記複数のセンサ及び前記反射部が閉空間内に配置される、
   閉空間センサシステム。
2. 前記複数のセンサが駆動可能な前記反射部の配置の組み合わせを設定する配置設定部をさらに備える、請求項１に記載の閉空間センサシステム。
3. 前記配置設定部が、全ての前記複数のセンサが駆動可能な前記反射部の配置の組み合わせを設定する、請求項２に記載の閉空間センサシステム。
4. 前記配置設定部が、所定の数以上の前記複数のセンサが駆動可能な前記反射部の配置の組み合わせを設定する、請求項２に記載の閉空間センサシステム。
5. 前記設定された配置の組み合わせに前記反射部の配置を変える、反射制御部をさらに備える、請求項２から４のいずれか１項に記載の閉空間センサシステム。
6. 前記反射制御部が、前記設定された配置において、所定の時間、前記反射部の動きを止める、請求項５に記載の閉空間センサシステム。
7. 前記反射部が回転可能である、請求項１に記載の閉空間センサシステム。
8. 前記反射部が前記複数のセンサを保持するように構成されている、請求項１に記載の閉空間センサシステム。
9. 閉空間内で、電磁波を照射することと、
   前記閉空間内で、前記電磁波を反射する可動式の反射部を動かすことと、
   前記閉空間内で、複数のセンサの少なくとも一部が前記電磁波を受信して、前記電磁波を電力に変換して駆動することと、
   前記閉空間内で、前記反射部の配置と、前記複数のセンサの駆動と、の関係を監視することと、
   を含む、閉空間センサシステムの制御方法。
10. 前記複数のセンサが駆動可能な前記反射部の配置の組み合わせを設定することをさらに含む、請求項９に記載の閉空間センサシステムの制御方法。

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