JP2024008255A - 伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電波遮蔽状態の容器内の環境情報を簡易に取得可能な従来よりもコストが低い装置を提供する。【解決手段】本体部及び開閉部を備える容器の内部の環境情報を前記開閉部が閉じられた状態で前記容器の外へ伝送可能な伝送装置であって、前記容器の中又は前記容器の壁内に配置されて前記環境情報を検出するセンサー部、前記容器の中又は前記容器の壁内に配置され前記センサー部と接続された第１無線通信部、及び前記容器の壁内又は外に配置され前記第１無線通信部と無線通信可能な第２無線通信部を備え、前記第１無線通信部が第１結合器に接続され、前記第２無線通信部が第２結合器に接続され、前記第１結合器と前記第２結合器とが絶縁された状態で電気的又は電磁気的に結合するように構成され、前記環境情報が、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部を介して取得可能に構成される伝送装置。【選択図】図１

Description

本発明は、容器中の環境情報を容器外へ伝送する伝送装置に関する。

近年、輸送中の物品のより厳密な状態管理が要求されている。例えば、ワイン、生鮮食品、薬品等は長距離輸送時に品質を保つためには温度や湿度の管理が必須である。あるいは、輸送対象がワレモノであれば、振動も管理しなければならない。こうした要求に対して、段ボール、発砲スチロール、保温容器など従来用いられている梱包容器内にセンサーロガーを同梱し、状態を確認したいときにセンサーロガーを取り出して、モニタリングしたデータを確認することが行われている。しかしながら、このような方法では、輸送途中でモニタリングしたデータを確認したいときに梱包容器を一度開梱する必要があり、データの読み取り作業が煩雑である。また、輸送対象物品によっては容器を開梱することで品質に影響を与えてしまう。

また、従来、容器内の試料の近くで試料温度などの情報を容器外へ読み出すためにＲＦタグが幅広く使われている。例えば、特許文献１にはサンプルチューブ内の資料の情報を読み出すＲＦタグが開示されている。収納容器は電波を通す媒質なので無線によりサンプルチューブの情報を取得することができる。

また、蓄冷剤により容器内温度を低く保つ定温輸送箱において、容器内へ設置されたセンサーユニットからの情報を携帯端末で読み取る発明が特許文献２に開示されている。電波を通す容器内におかれた物品の温度経歴を管理することで、定温輸送を実現している。

特許文献３及び特許文献４には、通箱内の複数の物品の環境情報を物品に貼付されたＲＦタグと容器内に置かれた内部アンテナに接続されたリーダーライターとが交信して取得する発明が開示されている。

特開２０１４－２１２７２４号公報 特開２０１９－１３７４５７号公報 特開２０１９－１５９９３９４号公報 特開２０１９－３１３０８号公報

しかしながら、上記の従来発明では何れもＲＦタグの処理回路とアンテナが一体化しておりアンテナの大きさ、形状が制限されることから、受信感度及び送信出力が制限されており電波遮蔽状態の容器内の情報をＲＦタグにより読み出すには、読み出し側に比較的大掛かりなシステム構成が必要とされるという問題がある。

したがって、電波遮蔽状態の容器内の環境情報を容易に取得可能な従来よりも簡便な装置が求められている。

本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本体部及び開閉部を備える容器の内部の環境情報を前記開閉部が閉じられた状態で前記容器の外へ伝送可能な伝送装置であって、
前記容器の中又は前記容器の壁内に配置されて前記環境情報を検出するセンサー部、
前記容器の中又は前記容器の壁内に配置され前記センサー部と接続された第１無線通信部、及び
前記容器の壁内又は壁外に配置され前記第１無線通信部と無線通信可能な第２無線通信部
を備え、
前記第１無線通信部が第１結合器に接続され、前記第２無線通信部が第２結合器に接続され、前記第１結合器と前記第２結合器とが絶縁された状態で電気的又は電磁気的に結合するように構成され、
前記環境情報が、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部を介して取得可能に構成される伝送装置。
（２）前記第１無線通信部又は前記第２無線通信部が、前記センサー部の検出した情報を所定の時間蓄積する情報蓄積部を有する、上記（１）に記載の伝送装置。
（３）前記第１無線通信部と前記第２無線通信部との交信は、前記第２無線通信部が発信する電波を前記第１無線通信部が変調して返信するバックスキャッタ方式で行われる、上記（１）又は（２）に記載の伝送装置。
（４）前記第２無線通信部は前記容器の壁外に配置された表示器又は情報伝送部に接続され、前記表示器に前記センサー部からの前記環境情報が表示され又は前記環境情報が前記情報伝送部から外部へ伝送される、上記（１）～（３）のいずれかに記載の伝送装置。
（５）前記第１結合器と前記第２結合器とが、平面コイル又は平面導電板であり、前記容器の壁内又は壁上に互いに対向するように配置される、上記（１）～（４）のいずれかに記載の伝送装置。
（６）前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の交信は、１００ｋＨｚ～１００ＭＨｚの周波数帯を用いる、上記（１）～（５）のいずれかに記載の伝送装置。
（７）前記センサー部が、少なくとも温度、湿度、又は振動の何れかを検出する、上記（１）～（６）のいずれかに記載の伝送装置。

本発明により、電波遮蔽状態の容器内の環境情報を容易に取得可能な従来よりも簡便な装置を提供することができる。

平面コイルを用いた本発明に係る伝送装置の一例の説明図である。 従来例の説明図である。 実施形態１の説明図である。 実施形態２の説明図である。 信号処理の流れの一例の説明図である。 信号処理のブロック図である。 電界結合の説明図である。 実施形態３の説明図である。

本発明は、本体部及び開閉部を備える容器の内部の環境情報を前記開閉部が閉じられた状態で前記容器の外へ伝送可能な伝送装置であって、前記容器の中又は前記容器の壁内に配置されて前記環境情報を検出するセンサー部、前記容器の中又は前記容器の壁内に配置され前記センサー部と接続された第１無線通信部、及び前記容器の壁内又は壁外に配置され前記第１無線通信部と無線通信可能な第２無線通信部を備え、前記第１無線通信部が第１結合器に接続され、前記第２無線通信部が第２結合器に接続され、前記第１結合器と前記第２結合器とが絶縁された状態で電気的又は電磁気的に結合するように構成され、前記環境情報が、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部を介して取得可能に構成される伝送装置を対象とする。本発明によれば、簡便な装置で電波遮蔽状態の容器内の環境情報を容易に取得可能である。

センサーによるデータのモニタリング方法として、近年は無線通信を用いる方法が盛んになってきている。具体的な無線通信方式として、９００ＭＨｚ帯を用いたＵＨＦ－ＴＡＧや、２．４ＧＨｚ帯を用いたＢｌｕｅ Ｔｏｏｔｈが一般的に知られている。しかしながら、９００ＭＨｚ帯のＵＨＦ－ＴＡＧはアンテナが大きく、簡易な装置を構成することが難しい。２．４ＧＨｚ帯のＢｌｕｅ Ｔｏｏｔｈは、同時に読み出しできるタグの数に制限があり、多数のセンサーを同時に処理するのには不向きである。

また、容器が保温性能を持ったステンレス製の真空断熱容器等の密閉性の高い容器である場合、電波を遮蔽するので、このような電波遮蔽状態の容器内においてセンサーで検出される環境情報を、上記の方式で容器を開けること無く外部から直接読みだすことは難しかった。

本発明によれば、上記問題を解決することができる。図１に、本発明の主な構成の一例を示す。容器は、本体部１と物品の出し入れ口となる開閉部２とを備える。開閉部２は、開閉機能を有する部材であればよく、本体部１を覆う蓋でも、本体部１の一部にヒンジで接続される扉でもよい。本体部１及び開閉部２の形状は特に限定されず、図１に示す例では、本体部１は台状であり、開閉部２は箱形である。後述する図３及び図４に示す例では、本体部１は箱形であり、開閉部２は板状である。

センサー１０の出力は、温度、湿度、振動などの環境情報を示すアナログ信号であることができる。センサー１０は、１つ又は複数であることができる。第１無線通信部６０は、センサー１０からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器を用いてデジタルデータへ変換し、搬送波であるＲＦ信号に変調して出力することができる。第１無線通信部６０は容器の中又は容器の壁内に配置される。すなわち、第１無線通信部６０は、本体部１と開閉部２とで囲まれる内部、本体部１を構成する底部、上部、側部等の壁内、又は開閉部２を構成する底部、上部、側部等の壁内に配置される。第１無線通信部６０が、本体部１の壁内又は開閉部２の壁内に配置される場合、第２無線通信部と無線通信可能な状態で、壁の内部に少なくとも一部が埋め込まれて配置される。

第１無線通信部６０は、電波（電磁波）を用いてデータを非接触で無線通信できるものであればよく、例えばＲＦタグであることができるが、ＩＣチップを含む処理回路と処理回路に接続されたアンテナとは一体でも分離していてもよい。ＲＦタグは、電波（電磁波）を用いて、内蔵したメモリのデータを非接触で読み書きする情報媒体であり、電子タグ、ＩＣタグ、無線タグ、ＲＦＩＤタグ等を含む概念である。第１無線通信部６０は、第１結合器へ接続される。

第２無線通信部７０は、第１無線通信部６０と無線通信することができる。第２無線通信部７０は、容器の壁内又は壁外に配置される。すなわち、第２無線通信部７０は、本体部１を構成する底部、上部、側部等の壁内若しくは壁外、又は開閉部２を構成する底部、上部、側部等の壁内若しくは壁外に配置される。第２無線通信部７０が、本体部１の壁内又は開閉部２の壁内に配置される場合、第１無線通信部と無線通信可能な状態で、壁の内部に少なくとも一部が埋め込まれて配置される。壁外とは容器の外側を意味する。

第２無線通信部７０は、電波（電磁波）を用いてデータを非接触で無線通信できるものであればよく、例えばＲＦタグのデータを読み書きするＲＦタグリーダーライターであることができる。第２無線通信部７０は、第２結合器へ接続され、無変調の搬送波もしくはコマンド信号を含むＲＦ信号を送信し、ＲＦタグから送信（返信）されたデータ変調信号を復調しデータを取り出すことができる。

好ましくは、第１無線通信部と第２無線通信部との交信は、第２無線通信部が発信する電波を第１無線通信部が変調して返信するバックスキャッタ方式で行われる。これにより、容器内の回路構成が簡易になるとともに回路駆動用の電源が不要となる。センサー１０や第１無線通信部６０に必要な電力を電池から供給してもよいが、第２無線通信部７０から供給されるＲＦ信号を第１無線通信部６０で整流して直流電源とすることもできるバックスキャッタ方式では、電池が不要になり構成がより単純化される。第１無線通信部と第２無線通信部との交信は、第１無線通信部に接続される第１結合器と第２無線通信部に接続される第２結合器を介して行われる。

好ましくは、第１無線通信部６０又は第２無線通信部７０には、センサー１０からの情報を所定の時間蓄積する情報蓄積部を備える。第１無線通信部又は第２無線通信部が情報蓄積部を備えることで、情報蓄積部に蓄えられたセンサー情報を任意のタイミングで取得することができ、センサー情報の経時変化の情報分析がより容易になる。

図２を参照して従来のＲＦタグの使われ方を説明する。本体部１内に物品１００が配置されている。物品が生ものなど温度管理が必要な場合、保冷剤を物品と一緒に断熱性の容器に収め、温度のデータを外部から読み取って温度管理をする。遠距離からの読み出しが可能なＵＨＦ帯（例えば９００ＭＨｚ）によるＵＨＦリーダーライター４０からＵＨＦ帯の電波を送って容器内のＵＨＦタグ回路２０に接続されたＵＨＦタグ用アンテナ３０で受信し、センサー１０からの情報を載せてＵＨＦリーダーライター４０へ返信する。この構成が有効なのは容器又は開閉部が電波を遮蔽しないことが要件となる。したがって、ステンレス板で覆われる等により電波遮蔽となる保冷容器等の容器の場合は、図２に示す従来例の方式は適用が困難である。

そこで、電波遮蔽となる容器に適用可能な本発明について、以下の実施形態で説明する。

「実施形態１」
図３に、図１で示した構成を適用した実施形態１を示す。物品１００の近傍に配置されたセンサー１０が検出する環境情報は、センサー１０からのアナログ信号として接続線５０を介して第１無線通信部６０へ入力される。

第１無線通信部６０はセンサー１０からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号へ変換さらに搬送波をデジタル化したセンサー信号で変調し、接続線６１で接続されたアンテナ６２へ送る。アンテナ６２では変調された搬送波（電磁場）を放射する。アンテナ６２は、第１結合器として機能することができる。

アンテナ６２が放射した変調された搬送波（電磁場）を、アンテナ７２が受信し、受信したＲＦ信号を第２無線通信部７０へ送る。アンテナ７２は、第２結合器として機能することができる。ここで使われる電磁場の周波数は、アンテナの寸法及び回路構成の容易さから１００ｋＨｚ～１００ＭＨｚの高周波数帯が好ましい。前記高周波数帯により、近距離での伝送をより効率よく行うことができる。

実施形態１においては、第１無線通信部６０に接続線６１で接続されるアンテナ６２は、本体部１の側面の壁上の開閉部２に近い位置に配置される。アンテナ６２に対向するように、第２無線通信部７０に接続線７３で接続されるアンテナ７２が、開閉部２の底面に配置される。アンテナ６２とアンテナ７２とは、互いに絶縁されていて電磁気的に結合している。絶縁を保つためには２つのアンテナの間に隙間を設けてもよいが、絶縁性を確実にするには有機又は無機の絶縁材料で少なくともアンテナの対向面を覆うことが好ましい。

第２無線通信部７０は、アンテナ７２が受信した変調された搬送波を検波して第１無線通信部６０が生成したデジタル信号を復調することができる。復調されたデジタル信号は、第２無線通信部７０の処理回路で数値データへ変換され得る。変換された数値データは、容器の壁外に配置された表示器７１により視認可能に表示され得る。あるいは、変換された数値データは、容器外での活用のため、情報伝送部に送られ有線又は無線により外部へ発信されてもよい。

「実施形態２」
図４を参照して、図１で示した構成を適用した実施形態２を説明する。アンテナ６２及び第２無線通信部７０の配置が異なること以外は、実施形態２の構成は実施形態１と同様である。本実施形態において、アンテナ６２は、本体部１の内部側面の端部壁上又は壁内に配置される。それに対向するように、アンテナ７２が開閉部２の底面又は壁内に配置される。アンテナ６２とアンテナ７２は互いに絶縁されていて電磁気的に結合している。

図４において、物品１００の近傍に配置されたセンサー１０が検出する環境情報は、センサー１０からのアナログ信号として接続線５０を介して第１無線通信部６０へ入力される。第１無線通信部６０は、センサー１０からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号へ変換し、さらに搬送波をデジタル化したセンサー信号で変調し接続線６１で接続されたアンテナ６２へ送る。アンテナ６２は変調された搬送波（電磁場）を放射する。

アンテナ７２は、アンテナ６２が放射した電磁場を受信し、受信したＲＦ信号を第２無線通信部７０へ送る。ここで使われる電磁場の周波数は、アンテナの寸法及び回路構成の容易さから１００ｋＨｚ～１００ＭＨｚの高周波数帯が好ましい。

第２無線通信部７０は、アンテナ７２が受信した変調された搬送波を検波して第１無線通信部６０が生成したデジタル信号を復調することができる。復調されたデジタル信号は、第２無線通信部７０の処理回路で数値データへ変換される。変換された数値データは、容器の壁外に配置された表示器７１により視認可能に表示され得る。あるいは、変換された数値データは、容器外での活用のため、情報伝送部に送られ有線又は無線により外部へ発信されてもよい。

図５を参照して、センサー１０が検出する環境情報を処理するフローの一例を説明する。

Ｓ１：センサーが検出する環境情報は、温度、湿度、振動、臭い、色など多様なものであることができる。少なくとも温度、湿度、又は振動を検出したセンサーからの環境情報は、センサー部からアナログ信号であるセンサー信号として出力され得る。

Ｓ２：センサーからのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器の所用レベルまで増幅されてＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号へ変換され得る。デジタル信号に変換することで、ＣＰＵなどのデジタル信号処理回路による後段のエラー訂正などを含めた信号処理が容易になる。

Ｓ３：第２無線通信部７０から、無変調のＲＦ信号が第１無線通信部６０へ送信され得る。第２無線通信部７０から第１無線通信部６０への送信は、アンテナ７２、６２を介してもよい。第１無線通信部６０は、受信した無変調のＲＦ信号を検波して直流電力を得ることができる。

Ｓ４：第１無線通信部６０は、受信したＲＦ信号をデジタル信号で変調することができる。

Ｓ５：第１無線通信部６０からの変調信号を、第２無線通信部へ返信することができる。第１無線通信部６０から第２無線通信部への返信は、アンテナ６２、７２を介してもよい。

Ｓ６：第２無線通信部７０は、受信した変調されたＲＦ信号を復調してセンサー信号を取り出すことができる。

図６を参照して、上述のフローを実現する構成を、センサー１０から第２無線通信部７０への信号の流れとして説明する。センサー１０からのセンサー信号は、直流に近いレベル信号から時間的に変化する低周波信号であることができる。

図６に記載された２つの円形の平面コイルは、図１で説明したアンテナ６２とアンテナ７２である。これらのアンテナは互いに絶縁されて近傍に配置されるので、コアの無いトランスとして機能し得る。平面コイルの外形は、円形以外の四角形、多角形等でもよい。

第１無線通信部６０は、センサー信号を増幅しＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換することができる。図６に、無変調のＲＦ信号を搬送波Ａとして示す。デジタル信号により無変調のＲＦ信号を変調して、バックスキャッタ信号として第１結合器へ送ることができる。搬送波の周波数は、センサー信号の周波数に比べ遥かに高い。

第１無線通信部６０から第２無線通信部７０へ送られたバックスキャッタ信号Ｂは、第２無線通信部７０で復調されてセンサー信号が取り出され得る。

取り出されたセンサー信号は、ＣＰＵやメモリを含む処理回路により、人が認識可能な形式へ変換され得る。変換された情報は、容器の壁外に配置された表示器で表示されるか、又は情報通信部により外部へ無線又は有線により伝送されてもよい。

「実施形態３」
上述したアンテナは、磁界による結合器として機能するが、電界による結合器を用いた場合を説明する。図７に示す直列共振伝送回路は、コンデンサとコイルとを直列に接続して送信周波数に共振させるものである。

図７の紙面において、破線から上が受信側であり、破線から下が送信側である。破線が本体部１と開閉部２との境界を示し、対向する電極は絶縁体により互いに絶縁されている。この絶縁体を挟んで送信側の電極と受信側の電極とが対向することで、コンデンサ（接合容量）９２、９３を形成する。２つの接合容量（Ｃ）９２、９３を介して、電源（ｆ、ｖ）９５、コイル（Ｌ）９１、及び負荷（Ｒ）９４を直列に接続する。図７の送信側にあるコイル９１は、受信側に配置しても、両方に分けて配置してもよく、直列接続されるコイルのインダクタンスの合計値をＬとする。

図７の直列共振回路に流れる電流ｉは、次に示す（１）式で表わされる。

ここで、電源周波数（ｆ）と接合容量のキャパシタンス（Ｃ）とコイルのインダクタンス（Ｌ）との間で（２）式の関係を満足するとき、直列共振状態になり、（１）式の分母の虚数部が零になる。この結果、（１）式は（３）式になり、接合容量が無くなり、電源と負荷が直結された状態になる。このため、（２）式の共振条件を満足したときには、電源に直接接続した場合と同等の電力や情報を伝送することが可能になる。また、ここに紹介した直列共振回路でなく並列共振回路を用いて結合器の容量変化の影響を受け難くしてもよい。

第２無線通信部７０が送信側の場合は、破線の下側がアンテナ第２結合器である７２、破線の上側が第１結合器であるアンテナ６２となる。アンテナ６２とアンテナ７２は近接して絶縁状態で容量（Ｃ）９２、９３を形成する。負荷９４をセンサー信号で可変とすることで、図７のｉで表される送信量が変化し、この変化を第２無線通信部７０が検出することで、センサー信号を得ることができる。平面コイルによる結合が磁界による電磁気的なものであるのに対して、平面導電板による結合は電界による電気的結合である。

図８に、容器に適用した電界結合の結合器を示す。容器の外壁の開閉部２に接する壁上部分に第１結合器となる本体側電極８２を設け、第２結合器となる開閉部側電極８３を電極８２に対向するように配置する。電極８２と電極８３とは絶縁されている。電極は金属や柔軟な導電性材料で形成され得る。インダクタンス（Ｌ）は、第２無線通信部７０側に設けることが好ましい。

本発明により、電磁的に遮蔽される容器の開閉部を開けることなく、外部から容器内部の環境情報を容易に取得可能な簡便な装置を提供することができる。また、容器の開閉で容器内部のセンサー、センサー信号を送信するＲＦタグの位置、接続状態に影響を与えることはなく、必要な位置の必要な情報を正確に検知することが可能となる。

１ 本体部
２ 開閉部
１０ センサー
２０ ＵＨＦタグ回路
３０ ＵＨＦタグ用アンテナ
４０ ＵＨＦリーダーライター及びアンテナ
５０ 接続線
６０ 第１無線通信部
６１ 接続線
６２ ＲＦタグ用アンテナ
７０ 第２無線通信部
７１ 表示器
７２ ＲＦリーダーライター用アンテナ
７３ 接続線
８０ 処理回路
８２ 本体部側電極
８３ 開閉部側電極
９０ 送信側
９１ インダクタンス
９２、９３ 容量
９４ 可変負荷
９５ 電源
１００ 物品

Claims (7)

1. 本体部及び開閉部を備える容器の内部の環境情報を前記開閉部が閉じられた状態で前記容器の外へ伝送可能な伝送装置であって、
   前記容器の中又は前記容器の壁内に配置されて前記環境情報を検出するセンサー部、
   前記容器の中又は前記容器の壁内に配置され前記センサー部と接続された第１無線通信部、及び
   前記容器の壁内又は壁外に配置され前記第１無線通信部と無線通信可能な第２無線通信部
   を備え、
   前記第１無線通信部が第１結合器に接続され、前記第２無線通信部が第２結合器に接続され、前記第１結合器と前記第２結合器とが絶縁された状態で電気的又は電磁気的に結合するように構成され、
   前記環境情報が、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部を介して取得可能に構成される伝送装置。
2. 前記第１無線通信部又は前記第２無線通信部が、前記センサー部の検出した情報を所定の時間蓄積する情報蓄積部を有する、請求項１に記載の伝送装置。
3. 前記第１無線通信部と前記第２無線通信部との交信は、前記第２無線通信部が発信する電波を前記第１無線通信部が変調して返信するバックスキャッタ方式で行われる、請求項１又は２に記載の伝送装置。
4. 前記第２無線通信部は前記容器の壁外に配置された表示器又は情報伝送部に接続され、前記表示器に前記センサー部からの前記環境情報が表示され又は前記環境情報が前記情報伝送部から外部へ伝送される、請求項１又は２に記載の伝送装置。
5. 前記第１結合器と前記第２結合器とが、平面コイル又は平面導電板であり、前記容器の壁内又は壁上に互いに対向するように配置される、請求項１又は２に記載の伝送装置。
6. 前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の交信は、１００ｋＨｚ～１００ＭＨｚの周波数帯を用いる、請求項１又は２に記載の伝送装置。
7. 前記センサー部が、少なくとも温度、湿度、又は振動の何れかを検出する、請求項１又は２に記載の伝送装置。