JP4001153B2 - 水分検知システム - Google Patents

Description

本発明は、非接触で水分などを検知するセンサ機能を有する、無線タグと読取装置に関するものである。

読取装置から送信される電磁波を、アンテナの共振やコイルの誘導により電流に変換して電力源として利用し、予め記憶している情報を同じ周波数の電磁波にのせて読取装置に送信したり、受信した電磁波に重畳されたコマンドに応じた動作をする無線タグが、工場や流通分野における在庫管理などに活用されつつある。無線タグは、今後、身の回りの様々な物に添付され、万引き防止や食品の産地証明など様々な用途に応用されて、ユビキタス社会の実現に大きく貢献すると期待されている。

無線タグの中には、おしめのなどの濡れを検知するため、誘電体を設けて内部への液体の浸入を許容し、コンデンサの容量変化で水分を検知するもの（例えば、特許文献１を参照）も提案されている。
特開２００４−０８５２７７号公報

しかしながら、水分検知機能を有する従来の無線タグは、液体に浸して水分を検知するため、医薬品や食料品に用いることは、衛生上好ましくないという課題がある。

上記課題を解決するため、本発明の水分検知システムは、水分に吸収されにくい第２の周波数の電磁波を送信する第３の送信手段と、水分に吸収されやすい第１の周波数の電磁波の強度を測定する電磁波強度測定手段と、を備えた無線タグの読取装置と、前記第１の周波数の電磁波を送信する第１の送信手段と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の電磁波を受信して電力に変換する電力供給手段とを備えた無線タグと、からなり、前記無線タグは、前記読取装置から送信された前記第２の周波数の電磁波を受信して、前記電力供給手段で得た電力により、前記第１の周波数の電磁波を返信し、前記読取装置は、前記電磁波強度測定手段で検知した前記第１の周波数の電磁波強度が弱いほど、水分が多く存在すると判定している。

水などの分子は、分子固有の特定周波数の電磁波（例えば２．４５ＧＨｚ）を吸収する性質がある。

従って、水など検知対象となる物質に吸収され易い第１の周波数（例えば２．４５ＧＨｚ）の電磁波を、無線タグから読取装置へと送信すれば、検知対象となる物質が多量に存在する場合には、第１の周波数の電磁波は大部分が吸収されてしまって読取装置にはほとんど到達せず、逆に、検知対象となる物質が全く存在しないか、わずかしか存在しない場合には、第１の周波数の強い電磁波が読取装置に到達する。

検知対象となる物質（水分）にほとんど吸収されない第２の周波数の電磁波は、検知対象となる物質の有無とは無関係に、読取装置から無線タグへと、また、無線タグから読取装置へと到達する。

本発明の無線タグは、第１の周波数の電磁波を送信するので、読取装置で第１の周波数の電磁波の強度を測定すれば、第１の周波数の電磁波を吸収する物質を検知対象として、その物質が大量に存在するか否かを良好に検知することができる。また、検知対象となる物質にあまり吸収されない第２の周波数の電磁波を電力源として動作するので、検知対象の有無に係わらず良好に動作することができる。

このとき、検知対象となる物質は、無線タグや読取装置に接触している必要はなく、両
者の間に存在すればよいので、医薬品や食料品の検知にも、衛生上の問題なく用いることができる。

第１の発明の無線タグは、水分に吸収されにくい第２の周波数の電磁波を送信する第３の送信手段と、水分に吸収されやすい第１の周波数の電磁波の強度を測定する電磁波強度測定手段と、を備えた無線タグの読取装置と、前記第１の周波数の電磁波を送信する第１の送信手段と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の電磁波を受信して電力に変換する電力供給手段とを備えた無線タグと、からなり、前記無線タグは、前記読取装置から送信された前記第２の周波数の電磁波を受信して、前記電力供給手段で得た電力により、前記第１の周波数の電磁波を返信し、前記読取装置は、前記電磁波強度測定手段で検知した前記第１の周波数の電磁波強度が弱いほど、水分が多く存在すると判定している。

そして、水分に吸収されやすい第１の周波数の電磁波を送信するので、読取装置が備える電磁波強度測定手段で、第１の周波数の電磁波の強度を測定すれば、第１の周波数の電磁波を吸収する物質(水分)を検知対象として、その物質（水分）が大量に存在するか否かを良好に検知することができる。また、検知対象となる物質（水分）にあまり吸収されない第２の周波数の電磁波を電力源として、無線タグが動作するので、検知対象となる物質（水分）の有無に係わらず水分検知システムとして良好に動作することができる。

このとき、検知対象となる物質は、無線タグや読取装置に接触している必要はなく、両者の間に存在すればよいので、医薬品や食料品の検知にも、衛生上の問題なく用いることができる。

第２の発明の水分検知システムにおいて、前記読取装置は、前記電磁波強度測定手段はアンテナの共振を用いて前記第１の周波数の電磁波の強度を測定し、前記第３の送信手段はコイルの電磁誘導を用いて前記第２の周波数の電磁波を送信し、前記無線タグの前記第１の送信手段はアンテナの共振を用いて前記第１の周波数の電磁波を送信し、前記電力供給手段はコイルの電磁誘導を用いて前記第２の周波数の電磁波を電力に変換する構成としているので、水分に吸収されやすい第１の周波数（例えば２．４５ＧＨｚ）の電磁波と水分に吸収されにくい第２の周波数の電磁波の周波数帯（例えば１３．５６ＭＨｚ）とを大きく離れたものにすることが容易にでき、両電磁波が検知対象となる物質に同程度に吸収されてしまう恐れを未然に回避することができる。

第３の発明の水分検知システムにおいて、前記無線タグが、前記第２の周波数の電磁波を送信する第２の送信手段を備え、前記読取装置が前記第２の周波数の電磁波を受信する第３の受信手段を備えて、検知対象となる水分の有無に関わらず、水分に吸収されにくい前記第２の周波数での情報の送受信を可能としているので、無線タグ自体が存在することを、検知対象となる物質（水分）の有無に係わらず、第２の送信手段で検知装置に知らしめることができる。また、無線タグが添付される物品に関する情報など、検知対象となる物質（水分）の有無に係わらず送信したい情報を良好に送信することができる。

第４の発明の水分検知システムにおいて、前記無線タグの前記第１の送信手段は２．４５ＧＨｚ帯の電磁波を送信し、前記読取装置の前記電磁波強度測定手段は前記２．４５ＧＨｚ帯の電磁波の強度を測定するので、同周波数帯の電磁波を吸収しやすい水の存在を、読取装置で良好に検知することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における無線タグと読取装置を用いて構成した、水分を検知するシステムの構成図である。

図１において、無線タグ１は、２．４５ＧＨｚ（ギガヘルツ）の周波数からなる第１の周波数の電磁波を送信する第１の送信手段１０と、１２５ｋＨｚ（キロヘルツ）の周波数からなる第２の周波数の電磁波を受信して電力に変換する電力供給手段１１とを備えている。このうち、第１の送信手段１０は、２．４５ＧＨｚの電磁波の二分の一波長に相当する、長さ６ｃｍのダイポール型のアンテナ１０ａを有している。ダイポール型のアンテナ１０ａは、長さが６ｃｍであるので、その２倍の長さである１２ｃｍを波長とする電磁波、すなわち、周波数に換算して２．４５ＧＨｚの電磁波と共振する。第１の送信手段１０は、このアンテナ１０ａを用い、２．４５ＧＨｚからなる第１の周波数の電磁波を送信する。

一方、第２の周波数である１２５ｋＨｚの電磁波の波長は２４００ｍもあり、共振するアンテナが巨大なものとなってしまうため、電力供給手段１１は、アンテナを用いる代りに、コイル１１ａに電磁誘導で生じる１２５ｋＨｚの交流電流を利用して、電力供給手段１１に電力を供給する。

また、読取装置２は、第１の周波数の電磁波の強度を測定する電磁波強度測定手段２０と、第２の周波数の電磁波を送信する第３の送信手段２１と、電磁波強度測定手段２０の測定結果を報知する報知手段２２とを備えている。このうち、電磁波強度測定手段２０は長さ６ｃｍのダイポール型のアンテナ２０ａを有し、第３の送信手段２１は絶縁被覆された銅線を百回ループ状に巻いたコイル２１ａを有している。

長さが６ｃｍであるダイポール型のアンテナ２０ａは、アンテナ１０ａと同様に、２．４５ＧＨｚの電磁波と共振する。電磁波強度測定手段２０は、このアンテナ２０ａを用い、２．４５ＧＨｚからなる第１の周波数の電磁波の強度を測定する。

一方、第３の送信手段２１は、コイル２１ａに１２５ｋＨｚの交流電流を流すことによって、電磁誘導で第２の周波数の電磁波を発生し、無線タグへと電力を供給する。

この１２５ｋＨｚの電磁波が、無線タグ１のコイル１１ａに電磁誘導を生じさせ、電力供給手段１１に電力を供給することになる。

また、報知手段２２は、液晶表示器（図示せず）を備えており、液晶表示器に表示することにより報知を行なう。

次に、動作、作用について説明する。

読取装置２中の第３の送信手段２１は、第２の周波数である１２５ｋＨｚの電磁波を、
無線タグ１に向けて送信する。

送信された電磁波は、無線タグ１中のコイル１１ａに誘導電流を発生させる。

電力供給手段１１は、この誘導電流を整流し、電力源として第１の送信手段１０へ供給する。

第１の送信手段１０は、第１の周波数である２．４５ＧＨｚの電磁波を送信する。

読取装置２中のアンテナ２０ａには、読取装置２に到達する２．４５ＧＨｚの電磁波の強度に応じた共振電流が発生する。このとき、無線タグ１と読取装置２との間に多量の水が存在すると、水は２．４５ＧＨｚの電磁波を吸収しやすいため、読取装置２には２．４５ＧＨｚの電磁波はほとんど到達しない。一方、無線タグ１と読取装置２との間に水が全く存在しないか、わずかしか存在しなければ、読取装置２には２．４５ＧＨｚの強い電磁波が到達することになる。

電磁波強度測定手段２０は、アンテナ２０ａに発生する共振電流の大きさにより第１の周波数の電磁波の強度を測定する。測定の結果、第１の周波数の電磁波の強度が所定の値Ａ以上である場合には、強い電磁波を検知したことを表わす文言を報知手段２２へと供給する。一方、第１の周波数の電磁波の強度が所定の値Ａより小さい場合には、電磁波を検知しなかったことを表わす文言を報知手段２２へと供給する。

報知手段２２は、供給された文言を液晶表示器に表示する。

従って、無線タグ１と読取装置２の間に水が全く存在しないか、あるいは、第１の周波数の電磁波の強度が所定の値Ａ以上に保たれる程度の量しか存在しない場合には、強い電磁波を検知したことを表わす文言が報知手段２２の液晶表示器に表示され、第１の周波数の電磁波の強度が所定の値Ａより小さくなる程多量の水が存在する場合には、電磁波をほとんど検知しなかったことを表わす文言が表示されることになる。

本実施の形態によれば、無線タグ１と読取装置２の間にほとんど存在しないか多量の水が存在するかを、電磁波強度測定手段２０により第１の周波数の電磁波の強度として検知するので、無線タグ１と読取装置２の間に水がほとんど存在しないか多量に存在するかを、非接触で良好に検知することができる。

また、無線タグ１は、水にほとんど吸収されない第２の周波数の電磁波によってコイル１１ａに発生する誘導電流を、電力供給手段１１で整流し、電力源として利用するので、多量の水が存在するか否かに係わらず、良好に動作することができる。

なお、電磁波強度測定手段２０は、第１の周波数の電磁波の強度を数値として報知手段に供給してもよいし、強度を強、中、弱など多段階の強度として供給してもよい。

また、報知手段２２は、液晶表示器上に表示する代わりに、ランプの点灯、消灯で水を検知したか否かを報知するようにしてもよいし、ブザーを鳴動させて報知してもよい。

例えば、病院で点滴を行なう際に、点滴容器の下部に無線タグ１を張り付けておけば、点滴の終了や点滴液が残りわずかになったことを自動的に検知することができるので、検知結果に応じてナースステーションでブザーを鳴らすように報知手段２２を構成すれば、点滴の終了時刻に看護士がわざわざ気を配らなくても、点滴が終了したことや終了間近であることを自動的に報知することが可能となる。このとき、無線タグ１や読取装置２を点
滴液に浸す必要はなく、点滴液を間に挟むように無線タグ１と読取装置２を配置しさえすればよいので、衛生上の問題を生じる心配はない。

また、アンテナ２０ａは、ダイポールアンテナの代わりに、片側接地した四分の一波長アンテナを用いてもよいのは言うまでもない。

（実施の形態２）
無線タグ１と読取装置２とを、図２のように構成してもよい。

本実施の形態における無線タグ１は、情報を電子的に記憶する記憶手段１２と、コイル１１ａを用いて第２の周波数の電磁波を送信する第２の送信手段１３を備えている点のみが実施の形態１と異なる。

また、本実施の形態における読取装置２は、コイル２１ａを用いて第２の周波数の電磁波を受信する受信手段２３を備えている点のみが実施の形態１と異なる。

その他、同一の構成要素については同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

次に、動作、作用について説明する。

無線タグ１中の電力供給手段１１は、実施の形態１の場合と同様にしてコイル１１ａの誘導電流を整流し、第１の送信手段１０と記憶手段１２と第２の送信手段１３とに動作電力を供給する。

記憶手段１２は、点滴溶液の薬品名など、無線タグ１が添付される物品に関する情報を記憶している。

第２の送信手段１３は、電力供給手段１１から電力の供給を受けたとき、記憶手段１２が記憶している情報を読み出し、コイル１１ａを用いて第２の周波数の電磁波に重畳し読取装置２へと送信する。

読取装置２中の受信手段２３は、コイル２１ａを用いて第２の送信手段１３から送信された第２の周波数の電磁波を受信し、その電磁波に重畳されている情報を取り出して報知手段２２へと供給する。

報知手段２２は、供給された情報を表示する。

その他、実施の形態１と同一の動作、作用を有する各構成要素については、詳しい説明は省略する。

本実施の形態によれば、検知対象となる物質の有無に係わらず送信したい情報を予め記憶手段１２に記憶させておき、検知対象となる物質にあまり吸収されない第２の周波数の電磁波を用いて第２の送信手段１３により送信し、受信手段２３により受信して報知手段２２が報知するので、いわゆるＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）としての機能と、水分検知センサとしての機能を兼ね備えた、無線タグ１と読取装置２を実現することができる。

例えば、点滴容器に添付する無線タグ１の記憶手段１２に薬品名を記憶させておけば、薬品の取り違えによる医療過誤を予防する機能と、点滴の終了を検知する機能とを兼ね備えたシステムを実現することができる。

なお、無線タグ１と読取装置２の用途は、点滴の終了検知に限定されるものではなく、例えば、無線タグ１をおしめに添付すればおしめの濡れ検知に利用することが可能であるし、醤油瓶の底から数ｃｍの所に添付して醤油が残り少なくなったことを検知したり、衣服に添付して洗濯後の乾燥検知に利用することもできる。あるいは、浴槽等の一定水位の高さに張り付けて水位センサとして利用することも可能である。

また、記憶手段１２は必ずしも必要ではなく、第２の送信手段１３は記憶手段１２に記憶されている情報を重畳せずに第２の周波数の電磁波を送信しても構わない。このようにした場合でも、読取装置２は、受信手段２３が第２の周波数の電磁波を受信したか否かにより、無線タグ１が存在するか否かを知ることができるので、電磁波強度測定手段２０が第１の周波数の電磁波を全く検出できない場合でも、無線タグ１が存在しないために第１の周波数の電磁波を検出できないのか、無線タグ１は存在するが水が多量に存在するために第１の周波数の電磁波を検出できないのかを、区別することが可能となる。

また、第１の周波数も２．４５ＧＨｚに限定する必要はなく、アルコールなど水以外の物質が固有に吸収する周波数としても構わない。このようにすれば、水以外の物質も検知することができる。

また、第２の周波数も１２５ｋＨｚに限定する必要はなく、第１の周波数と異なって、検知対象とする物質が固有に吸収しない周波数であれば構わない。

また、アンテナ１０ａおよびコイル１１ａを無線タグ１に内蔵せず、無線タグ１には外部のアンテナやコイルへの接続端子を設けるようにしても構わない。

また、第３の送信手段２１が送信する電磁波を無線タグ１の電力源として利用するだけでなく、第３の送信手段２１が送信する電磁波を変調し、無線タグ１に命令やデータを送信しても勿論構わない。

本発明は、点滴の終了を自動的に検知する医療現場での利用、おしめの濡れを検知する介護現場での利用、醤油瓶の中身が残り少なくなったことを検知したり洗濯物の乾燥を検知する家庭での利用、あるいは、浴槽等の一定水位の高さに張り付けて水位センサとして利用するなど、水分を検知する多種多様な分野に利用することができる。

更に、第１の周波数をアルコールなど水以外の物質の吸収周波数に一致させることにより、水以外の物質の検知にも用いることができる。

本発明の実施の形態１における無線タグと読取装置を用いた水分検知システムの構成図 本発明の実施の形態２における無線タグと読取装置を用いた水分検知システムの構成図

符号の説明

１ 無線タグ
２ 読取装置
１０ 第１の送信手段
１０ａ、２０ａ アンテナ
１１ 電力供給手段
１１ａ、２１ａ コイル
１３ 第２の送信手段
２０ 電磁波強度測定手段
２１ 第３の送信手段
２３ 受信手段

Claims (4)

1. 水分に吸収されにくい第２の周波数の電磁波を送信する第３の送信手段と、
   水分に吸収されやすい第１の周波数の電磁波の強度を測定する電磁波強度測定手段と、を備えた読取装置と、
   前記第１の周波数の電磁波を送信する第１の送信手段と、
   前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の電磁波を受信して電力に変換する電力供給手段とを備えた無線タグと、からなり、
   前記無線タグは、前記読取装置から送信された前記第２の周波数の電磁波を受信して、前記電力供給手段で得た電力により、前記第１の周波数の電磁波を送信し、
   前記読取装置は、前記電磁波強度測定手段で検知した前記第１の周波数の電磁波強度が弱いほど、水分が多く存在すると判定する水分検知システム。
2. 前記読取装置は、前記電磁波強度測定手段はアンテナの共振を用いて前記第１の周波数の電磁波の強度を測定し、前記第３の送信手段はコイルの電磁誘導を用いて前記第２の周波数の電磁波を送信し、
   前記無線タグは、前記第１の送信手段はアンテナの共振を用いて前記第１の周波数の電磁波を送信し、前記電力供給手段はコイルの電磁誘導を用いて前記第２の周波数の電磁波を電力に変換する構成とした請求項１記載の水分検知システム。
3. 前記無線タグが、前記第２の周波数の電磁波を送信する第２の送信手段を備え、
   前記読取装置が前記第２の周波数の電磁波を受信する第３の受信手段を備えて、
   検知対象となる水分の有無に関わらず、水分に吸収されにくい前記第２の周波数での情報の送受信を可能とした請求項１、または２いずれか記載の水分検知システム。
4. 前記無線タグの前記第１の送信手段は２．４５ＧＨｚ帯の電磁波を送信し、
   前記読取装置の前記電磁波強度測定手段は前記２．４５ＧＨｚ帯の電磁波の強度を測定する請求項１〜３いずれか記載の水分検知システム。

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