JP5942912B2

JP5942912B2 - 含水率推定システム、無線タグリーダ

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Publication number: JP5942912B2
Application number: JP2013067037A
Authority: JP
Inventors: 英治武藤
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-03-27
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Description

本発明は、無線タグとタグリーダとの通信に基づいて測定対象物の含水率を推定する含水率推定システムおよびそのシステムに用いる無線タグリーダに関する。

無線タグとタグリーダとの通信に基づいて水分変化を推定する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の技術は、環境変化に伴い共振周波数が第１の共振周波数から第２の共振周波数に変化する環境変化感知タグと、そのタグと無線通信を行うタグリーダとを備えている。これらタグとタグリーダは工場内で使用される。タグは、内部に物品が収められた箱に貼り付けられ、この箱が搬送ベルトに載って検査ラインを流れる。タグリーダは、検査ラインの途中において搬送ベルトの上方に固定されており、タグが貼り付けられた箱がタグリーダの下を通過するときにタグとの通信を試みる。タグリーダは、この通信を２種類の電力レベルで行う。

環境変化感知タグの共振周波数がタグリーダが送信する電波の周波数に近くなっていると、低い電力レベルでもタグとタグリーダの通信が可能になる一方で、環境変化感知タグの共振周波数がタグリーダが送信する電波の周波数から離れた共振周波数になっていると、タグリーダの送信電力が高くないと通信が行えない。このことを利用して、２種類の電力レベルでの通信成否から、環境変化の有無を検知する。そして、検知できる環境の種類として水分変化が例示されている。

特開２００７−７９７８５号公報

タグとタグリーダとの通信の成否には、それらタグとタグリーダとの距離も影響する。特許文献１のシステムでは、タグは搬送ベルト上の箱に貼り付けられており、タグリーダは搬送ベルトの上方に固定されているため、通信時のタグとタグリーダとの距離を一定にすることができる。

しかし、タグとタグリーダとの距離を一定にすることができない状況も多い。よく知られているように、タグリーダはハンディ型も多く、ハンディ型の場合、タグリーダの位置を一定にすることは困難であることから、タグリーダとタグとの距離を一定にすることも困難である。また、据付型や取り付け台付きとして通信時のタグリーダの位置を一定にできるとしても、タグの位置も決まっていなければ通信距離を一定にすることはできない。しかし、特許文献１のように、搬送ベルト上の箱に貼り付ける場合など、限られた場合にしかタグの位置を一定にすることはできない。

つまり、特許文献１のように、タグとタグリーダとの距離を一定にできる状況は限られている。したがって、特許文献１の技術は、検知できる環境の種類として水分変化が例示されているものの、限られた状況でしか測定対象物の水分変化は検知できない。もちろん、水分変化から含水率を推定するとしても、限られた状況でしか含水率を推定することはできない。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、測定対象物までの距離が変動する測定条件でも、その測定対象物の含水率を推定することができる含水率推定システム、および、そのシステムに用いるタグリーダを提供することにある。

その目的を達成するための本発明は、共振周波数が互いに異なる周波数に設定され、同一の測定対象物に固定される複数の無線タグと、
前記複数の無線タグと通信可能なタグリーダとを備え、
前記複数の無線タグとタグリーダとの通信結果に基づいて、前記測定対象物の含水率を推定する含水率推定システムであって、
前記タグリーダが前記複数の無線タグからそれぞれ受信した受信信号の信号レベルである受信レベルの比較に基づいて、前記測定対象物の含水率を推定することを特徴とする。

本発明では、同一の測定対象物に、共振周波数が互いに異なる複数の無線タグを固定する。そして、タグリーダが複数の無線タグからそれぞれ受信した受信信号の信号レベル（受信レベル）を比較する。無線タグとタグリーダとの距離が変化した場合を考えると、無線タグの共振周波数によらず、距離が遠いほど受信レベルは低下し、距離が近くなると受信レベルが高くなる。つまり、無線タグとタグリーダとの距離が変動すると、複数の無線タグからの受信レベルは同じ傾向で増減する。

よって、複数の無線タグからの受信レベルを比較することで、距離による受信レベルの変動の影響を除去あるいは軽減させて測定対象物の含水率を推定することができるので、測定対象物までの距離が変動する測定条件でも、その測定対象物の含水率を推定することができる。

請求項２記載の発明では、前記無線タグを２つ備え、
前記タグリーダは、
それら２つの無線タグからの受信レベルの差を算出する受信レベル差算出手段と、
受信レベルの差から含水率が定まる予め設定された関係と、前記受信レベル差算出手段で算出した受信レベルの差とから、前記測定対象物の含水率を決定する含水率決定手段とを備える。

測定距離が変化すると受信レベルは変化してしまうが、測定距離の変化による受信レベルの変化傾向は、複数の無線タグで同一である。したがって、受信レベル差算出手段で算出する２つの無線タグの受信レベルの差は、無線タグとタグリーダとの距離の変動による受信レベルの変動の影響が除去ないしは軽減されている。この受信レベルの差と、受信レベルの差から含水率が定まる予め設定された関係とを用いて含水率を推定するので、含水率を精度よく推定することができる。

請求項３記載の発明では、前記２つの無線タグはいずれもパッシブタグであり、
前記タグリーダは、
前記無線タグへ送信する送信電力を調整する送信電力調整部と、
前記送信電力調整部により送信電力を順次変化させつつ、前記無線タグから情報を読み取ることができたかどうかを判定する読み取り判定手段と、
前記読み取り判定手段により読み取ることができたと判定した送信電力のうちで最も低い電力である最低送信電力と、そのときの受信レベルを無線タグ別に決定する最低送信電力決定手段とを備え、
前記受信レベル差算出手段は、前記２つの無線タグの受信レベルの差を無線タグ別の最低送信電力の差により補正した補正受信レベル差を算出し、
前記含水率決定手段は、受信レベルの差として補正受信レベル差を用いて含水率を決定する。

この請求項３記載の発明によれば、送信電力を順次変化させて最低送信電力を決定し、この最低送信電力での受信レベルを用いて受信レベル差を算出する。そのため、送信電力が強すぎて飽和してしまった受信レベルから受信レベルの差を算出してしまうことを防止できる。そして、受信レベルの差を最低送信電力の差により補正して補正受信レベル差とするので、送信電力を変化させることによる受信レベルの変動の影響も抑制できる。

請求項４記載の発明では、前記読み取り判定手段は、読み取りができたと判定した場合には、読み取りができた無線タグを特定し、
前記含水率決定手段は、前記読み取り判定手段が１つの無線タグのみしか情報を読み取ることができなかったと判定した場合、読み取ることができた１つの無線タグがいずれであるかに基づいて、前記測定対象物の含水率が、２つの無線タグのアンテナ利得の大小関係が入れ替わる含水率よりも高いか低いかを決定する。

この請求項４記載の発明によれば、１つの無線タグのみしか情報を読み取ることができなくても含水率の一応の推定ができる。

請求項５記載の発明では、前記タグリーダは、
前記複数の無線タグのそれぞれと含水率との対応関係を記憶する記憶部と、
前記複数の無線タグからの受信レベルを比較し、受信レベルが最大である無線タグを決定する最大受信レベル決定手段と、
その最大受信レベル決定手段で決定した無線タグと前記対応関係とから、前記測定対象物の含水率を決定する含水率決定手段とを備える。

この請求項５記載の発明では、複数の無線タグのうち受信レベルが最大の無線タグと対応関係とから、測定対象物の含水率を決定する。そのため、簡単な処理で含水率を推定することができる。また、要求される推定精度が高い場合には、無線タグの数を増やせばよいことから、容易に要求される推定精度に対応することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の含水率推定システムに用いられるタグリーダである。

タグリーダＲの外観斜視図である。無線タグＴｇの使用状態図である。タグリーダＲの内部構成を主として示すブロック図である。比誘電率εｒとタグアンテナ利得との関係の一例を示す図である。図４に示したタグアンテナ利得から算出した、比誘電率εｒと利得差deltaGとの関係を示す図である。木材の含水率Ｗｔ（％）と比誘電率εｒとの関係を示すグラフである。図５、６から得られる、利得差deltaGと含水率Ｗｔとの関係を示す図である。含水率Ｗｔを測定する際に実行する処理を示すフローチャートである。含水率Ｗｔとタグアンテナ利得との関係の一例を示す図である。第２実施形態における無線タグＴｇ３、４、５の使用状態図である。各無線タグＴｇ３、Ｔｇ４、Ｔｇ５の周波数と電圧定在波比ＶＳＷＲとの関係を示す図である。木材の含水率Ｗｔと比誘電率εｒとの対応を示す表である。無線タグＴｇのタグＩＤと含水率Ｗｔとの対応を示す表である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１はタグリーダＲの外観斜視図であり、図２は無線タグＴｇの使用状態図である。本実施形態の含水率推定システムは、図１に示したタグリーダＲと、図２に示した無線タグＴｇとで構成される。

図１に示すように、タグリーダＲは、ハンディ型であり、持ち手部１２、表示部１４を備える。持ち手部１２には、このタグリーダＲに対する種々の入力を行う入力キーも備えられている。表示部１４には無線タグＴｇとの通信結果等が表示される。このタグリーダＲの内部構成は図３を用いて後述する。

図２（Ａ）は、本システムの無線タグＴｇが、含水率を測定する測定対象物である柱２０に貼り付けられている状態を、その柱２０の側面から見た図である。図２（Ｂ）は、この柱２０を無線タグＴｇが貼り付けられている面から見た図である。

図２（Ｂ）に示すように、２つの無線タグＴｇ１、Ｔｇ２が同じ柱２０に貼り付けられている。これら２つの無線タグＴｇ１、Ｔｇ２は、いずれも、公知のパッシブタグと同じ構成であり、回路部３０と、アンテナ３１、３２を備える。

回路部３０は、図示しない内部に符号部、送信部、受信部、復号部などを備える公知の構成である。アンテナ３１、３２は、互いに長さが異なる以外は同じ構成、かつ、いずれも公知のアンテナである。無線タグＴｇ１のアンテナ３１は１６５ｍｍであり、無線タグＴｇ２のアンテナ３２は６２ｍｍである。

無線タグＴｇ1のアンテナ３１の長さを１６５ｍｍとしているのは、本実施形態においてタグリーダＲとの通信に使用する使用周波数（９１５ＭＨｚ）は、波長が約３２８ｍｍであり、その半波長にアンテナ長を設定したためである。よって、無線タグＴｇ１のアンテナ３１の共振周波数は上記仕様周波数（９１５ＭＨｚ）となる。

一方、無線タグＴｇ２のアンテナ３２の長さを６２ｍｍとしているのは、この無線タグＴｇ２を、比較的高い約２１％の含水率において共振するようにしたからである。ここで、含水率と共振周波数との関係を説明する。測定対象物の含水率が変化すると、それに応じてその物体の比誘電率εｒも変化する。そして、電磁波の速度は、真空中の速度を１とすると下記式１で表されることから、比誘電率εｒが変化すると、波長が短くなった場合と同じ効果（波長短縮効果）が得られ、共振周波数が変化するのである。
（式１）１／√εｒ
含水率が約２１％であると、比誘電率εｒは約７になり、１６５／√７＝６２ｍｍより、６２ｍｍを無線タグＴｇ２のアンテナ長として設定したのである。なお、約２１％の含水率を比較的高いとしているのは、本実施形態は、含水率を測定する測定対象物として木材を想定しており、木材の場合、公知の接触式の含水率計でも、含水率が２５％より高くなってくると測定精度が低下する。この公知の接触式の含水率計の測定レンジに近い測定レンジとなるようにしたためである。

２つの無線タグＴｇ１、Ｔｇ２はいずれも長手形状であり、それら２つの無線タグＴｇ１、Ｔｇ２は、互いに平行に、かつ、いずれも柱２０の長手方向に沿って、柱２０の同じ側面の同じ高さに貼り付けられている。

本実施形態における測定対象物である柱２０は木製であり、一般住宅において部屋を区画する壁２２の裏側に配置されている。また、柱２０は四角柱であり、無線タグＴｇ１、Ｔｇ２が貼り付けられているのは、図２（Ａ）に示すように、壁２２とは反対側の面である。つまり、無線タグＴｇ１、Ｔｇ２は、部屋から見ると（図２（Ａ）において壁２２の右側から見ると）、柱２０の裏面に貼り付けられている。

図３は、タグリーダＲの内部構成を主として示すブロック図である。図３に示すように、タグリーダＲは、アンテナ１０２、アンテナ共用器１０４、ＩＱ復調器１０６、受信レベル測定部１０８、デコード部１１０、制御部１２０、記憶装置１３０、コーディング部１３２、変調器１３４、局部発信器１３６、可変利得増幅器１３８、パワーアンプ１４０を備えている。

アンテナ１０２は、送信および受信の両方に使用する。このアンテナ１０２で送受信する周波数は、本実施形態では９１５ＭＨｚ付近である。アンテナ共用器１０４は、送信を行う装置と受信を行う装置を同じアンテナ１０２に接続するための装置であり、パワーアンプ１４０からの信号をアンテナ１０２へ出力する一方、アンテナ１０２からの信号はＩＱ復調器１０６へ出力する。

ＩＱ復調器１０６には、局部発信器１３６で発生した局部発信信号が入力される。ＩＱ復調器１０６は、この局部発信信号を用いて、アンテナ共用器１０４を介してアンテナ１０２から入力された受信信号を同相成分Ｉと直交成分Ｑに分離する。そして、同相成分Ｉ、直交成分Ｑを、それぞれ受信レベル測定部１０８、デコード部１１０に入力する。

受信レベル測定部１０８は、同相成分Ｉの大きさと直交成分Ｑのベクトル長さから受信応答レベルＧを測定する。この受信応答レベルＧは、無線タグＴｇが、このタグリーダＲが送信した電力により起電して送信した応答信号の受信レベルを意味する。受信レベル測定部１０８は、測定した受信応答レベルＧを制御部１２０に出力する。

デコード部１１０は、同相成分Ｉの大きさ、直交成分Ｑの角度に基づいてデコードを行って、タグＴｇが送信した応答信号に含まれているタグＩＤを読み取る。そして、読み取ったタグＩＤを制御部１２０に出力する。

制御部１２０には、書き込み可能な記憶装置１３０が接続されている。制御部１２０は、この記憶装置１３０に、受信応答レベルＧとタグＩＤを、そのときの送信電力（以下、リーダ出力）ＰＷＲと対応付けて記憶する。また、制御部１２０は、リーダ出力ＰＷＲを徐々に増加させる制御も行う。そして、記憶装置１３０の記憶内容から柱２０の含水率Ｗｔを推定する。制御部１２０が行うこれらの処理は、図８を用いて後述する。

コーディング部１３２は、制御部１２０が出力した信号を符号化して変調器１３４に出力する。制御部１２０がコーディング部１３２に出力する信号には、たとえば、無線タグＴｇに対して応答信号の送信を要求する応答要求信号などがある。

変調器１３４には、局部発信器１３６から局部発振信号が入力され、この局部発信信号を用いて、コーディング部１３２から入力された信号を変調する。そして変調した信号を可変利得増幅器１３８へ出力する。

可変利得増幅器１３８は、変調器１３４から入力される信号を増幅してパワーアンプ１４０に出力する。可変利得増幅器１３８のゲインは制御部１２０が制御する。

パワーアンプ１４０は、可変利得増幅器１３８から入力された信号を、一定のゲインで増幅して出力する。パワーアンプ１４０から出力された信号は、アンテナ共用器１０４を介してアンテナ１０２に入力されて、アンテナ１０２から電波として送信される。

次に、これら図１〜３に示した含水率推定システムによる含水率推定の考え方を図４〜図７を用いて説明する。図４は、比誘電率εｒとタグアンテナ利得（無線タグＴｇのアンテナ利得）との関係の一例を示す図であり、Ga_tag1は無線タグＴｇ１のアンテナ利得(dBi)を示し、Ga_tag2は無線タグＴｇ２のアンテナ利得(dBi)を示している。

なお、この図４および図５、図７は、図２（Ａ）（Ｂ）に示したように、柱２０の裏面に無線タグＴｇを柱２０に沿って貼り付けたとした場合のシミュレーション結果であり、柱２０の太さ（壁２２に垂直な方向の長さ）は１２０ｍｍとし、柱２０の誘電損失ｔａｎδを０．２として計算している。

無線タグＴｇ１は、前述したように、使用周波数に対応する波長から直接にアンテナ長さを設定している。換言すれば、波長短縮効果を考慮せず、すなわちεｒ＝１として、アンテナ長を設定している。そのため、図４に示されるように、無線タグＴｇ１のアンテナ利得（Ga_tag1）は、比誘電率εｒが大きくなるに従って低下する。

これに対して、無線タグＴｇ２は、前述したように、比誘電率εｒを７としたときの波長（６２ｍｍ）からアンテナ長を設定しているので、比誘電率εｒが７付近でタグアンテナ利得が最大となっている。

この図４に示した縦軸はアンテナ利得であり、タグリーダＲが無線タグＴｇから受信する受信電力ではない。しかし、通信距離、タグリーダＲが送信する送信電力等、測定環境を固定すれば、受信電力とタグアンテナ利得は比例する。よって、図４は、比誘電率εｒと、タグリーダＲが無線タグＴｇから受信する受信電力との関係を表していると見ることもできる。

ただし、一つの無線タグＴｇが送信した電波の受信レベルのみから比誘電率εｒを推定するには、測定距離を固定する必要がある。しかし、ハンディ型のタグリーダＲでは測定距離を固定することはできない。また、無線タグＴｇも、壁２２の裏側にある柱２０に貼り付けられており、部屋の中からは柱２０の位置も不明である。このことからも、測定距離を固定することは困難である。

そこで、本実施形態では、２つの無線タグＴｇ１、Ｔｇ２からそれぞれ受信した受信信号の利得差deltaGを算出する。図５は、図４に示したタグアンテナ利得から算出した利得差deltaGである。図５の各利得差deltaGは、図４の同一の比誘電率εｒにおける（Ga_tag1−Ga_tag2）×２により算出した値である。２倍しているのは次の理由からである。すなわち、パッシブタグの場合、タグリーダＲが無線タグＴｇからの電波を受信するには、タグリーダＲから無線タグＴｇへ電力を供給する必要があり、このときに無線タグＴｇのアンテナ利得が影響し、また、無線タグＴｇがタグリーダＲへ電波を送信する際にもアンテナ利得が影響するからである。ただし、２倍するか否かは適宜設定すればよい。この図５に示すグラフ（あるいはこのグラフに相当する関係式）は、後述する図８のステップＳ７で算出する利得差deltaGとともに用いる。比誘電率εｒと利得差deltaGの関係におけるdeltaGの算出方法は、ステップＳ７で算出する利得差deltaGと同じであればよい。

比誘電率εｒと利得差deltaGとの関係式は、図５に示す各点から近似式を求めることで、下記式２で表される。
（式２） deltaG =0.46εｒ^２−10.56εｒ＋49.00
図６は、木材の含水率Ｗｔ（％）と比誘電率εｒとの関係を示すグラフである。このグラフに示す値は、種々に含水率Ｗｔを変化させた木材を金属板で挟んで測定した比誘電率εｒの値である。このグラフを式で表すと式３になる。
（式３） εｒ=0.017Wt²−0.035Wt＋0.9
図７は、図５、６から得られる、利得差deltaGと含水率Ｗｔとの関係を示す図である。本実施形態では、式２から比誘電率εｒを算出し、その比誘電率εｒを式３に代入して含水率Ｗｔを計算するが、これに代えて、図７に示すグラフに基づいて含水率Ｗｔを決定してもよい。

図８は、含水率Ｗｔを推定する際にタグリーダＲの制御部１２０が実行する処理を示すフローチャートである。この処理は、たとえば、所定のトリガスイッチをユーザが押したことにより開始する。

ステップＳ１では、可変利得増幅器１３８の利得を最小に設定することで、リーダ出力ＰＷＲを最低値に設定する。

ステップＳ２では、無線タグＴｇから情報を読み取る読み取り処理を実行する。読み取り処理は、具体的には、この時点で設定されているリーダ出力ＰＷＲで無線タグＴｇに応答要求信号を送信するとともに、無線タグＴｇが送信した応答信号がデコード部１１０から入力された場合に、その応答信号からタグＩＤ、コマンド等を読み取れるかを判断する処理である。

ステップＳ３では、タイムアウトになったか否か、すなわち、上記ステップＳ２で読み取りを開始してからの経過時間が読み取り上限時間（たとえば５秒）を経過したか否かを判断する。この判断がＮＯであれば、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、読み取りできたか否かを判断する。この判断がＮＯであればステップＳ２に戻り、読み取り処理を継続する。一方、ＹＥＳであればステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、読み取りできたタグＩＤから、応答信号を送信した無線タグＴｇを判別する。そして、今回、受信レベル測定部１０８から取得した受信応答レベルＧを受信応答レベルＧ＊（Ｇは無線タグＴｇの番号であり、本実施形態では１または２）とし、今回のリーダ出力ＰＷＲをＰＷＲ＊とし、それら受信応答レベルＧ＊とリーダ出力ＰＷＲ＊を記憶装置１３０に記憶する。このリーダ出力ＰＷＲ＊は請求項の最低送信電力に相当する。

ステップＳ６では、２つの無線タグＴｇともに読み取りができたか否かを判断する。この判断がＮＯであればステップＳ２へ戻り、読み取りを継続する。一方、ＹＥＳであればステップＳ７へ進む。ステップＳ７の説明の前に、ステップＳ９、Ｓ１０を説明する。

ステップＳ９は、ステップＳ３でタイムアウトと判定した場合に実行する。ステップＳ３でタイムアウトと判定した場合、まだ２つの無線タグＴｇの読み取りは完了していない。リーダ出力ＰＷＲを上げれば読み取りができる可能性があるので、ステップＳ９でリーダ出力ＰＷＲをｘ（ｄＢ）増加させる。

なお、当初から高いリーダ出力ＰＷＲに設定せず、段階的にリーダ出力ＰＷＲを増加させているのは、リーダ出力ＰＷＲが高すぎると、受信レベル測定部１０８が飽和してしまい、受信応答レベルＧを正確に測定できない可能性を考慮したためである。

続くステップＳ１０では、リーダ出力ＰＷＲが設定許容値を超えたか否かを判断する。リーダ出力ＰＷＲが設定許容値を超えていない場合（Ｓ１０：ＮＯ）にはステップＳ２へ戻り、ステップＳ９で増加させたリーダ出力ＰＷＲで読み取り処理を実行する。ステップＳ１０がＹＥＳの場合には、ステップＳ１１を実行する。このステップＳ１１の処理を説明する前に、ステップＳ７以下を説明する。

ステップＳ７は、２つの無線タグＴｇともに読み取りができた場合に実行する。このステップＳ７では、利得差deltaG（＝（Ga_tag1−Ga_tag2）×2）を下記式４から算出する。

（式４） deltaG = (G1−PWR1)−(G2−PWR2)
この式４において、(G1−PWR1)および(G2−PWR2)は、いずれも、リーダ出力ＰＷＲ＊と受信応答レベルＧ＊との差であり、リーダ出力ＰＷＲ＊の変動による受信応答レベルＧ＊の変動を除去することを意味する。したがって、式４から算出した利得差deltaGは請求項の補正受信レベル差に相当する。

このように、リーダ出力ＰＷＲ＊の変動による受信応答レベルＧ＊の変動分を除去しているのは、前述したように、本実施形態ではリーダ出力ＰＷＲを段階的に増加させつつ、読み取りを行なっているからである。

ステップＳ８では、式２、３に示す関係式と、ステップＳ７で算出した利得差deltaGとから、測定対象物の含水率Ｗｔを推定する。推定した含水率Ｗｔは、設定に従い、表示部１４に表示したり、記憶装置１３０に記憶したりする。

最後にステップＳ１１を説明する。ステップＳ１１は、２つの無線タグＴｇの少なくともいずれかが読み取りできない場合に実行することになる。そのため、deltaGを算出することができないので、式２、式３から含水率Ｗｔを推定することはできない。

そこで、ステップＳ１１では、いずれか１つの無線タグＴｇのみ読み取りができた場合に、含水率Ｗｔがどの範囲にあるかを推定する。具体的には、本実施形態では、無線タグＴｇ１のみ読み取りができた場合、含水率Ｗｔが１８％よりも低いと推定する。反対に、無線タグＴｇ２のみ読み取りができた場合、含水率Ｗｔが１８％よりも高いと推定する。この含水率Ｗｔ＝１８％は、図９に示されるように、無線タグＴｇ１のアンテナ利得と無線タグＴｇ２のアンテナ利得の大小関係が入れ替わる含水率である。

アンテナ利得が高いほど、タグリーダＲは無線タグＴｇの情報が読み取れる可能性が高い。図９から分かるように、含水率が０〜１８％では無線タグＴｇ１のアンテナ利得の方が無線タグＴｇ２のアンテナ利得よりも高く、含水率が１８％よりも高くなると、反対に、無線タグ２のアンテナ利得の方が高くなる。そこで、ステップＳ１１では、無線タグＴｇ１のみ読み取りができた場合には含水率Ｗｔが１８％よりも低いと推定し、無線タグＴｇ２のみ読み取りができた場合には含水率Ｗｔが１８％よりも高いと推定するのである。推定した含水率Ｗｔは、ステップＳ８と同様、設定に従い、表示部１４に表示したり、記憶装置１３０に記憶したりする。なお、いずれの無線タグＴｇからも読み取りができなかった場合には、含水率Ｗｔの推定は行わない。

以上、説明した本実施形態では、同一の測定対象物である柱２０に、共振周波数が互いに異なるパッシブ型の２つの無線タグＴｇ１、Ｔｇ２を互いに隣接して貼り付けており（図２）、タグリーダＲから電波を送信して、それら２つの無線タグＴｇ１、Ｔｇ２からタグＩＤ等の読み取りを試みる（図８のＳ１〜Ｓ４、Ｓ９、Ｓ１０）。そして、２つの無線タグＴｇ１、Ｔｇ２ともに読み取りができた場合には、それら２つの無線タグＴｇ１、Ｔｇ２からの受信応答レベルの差である利得差deltaGと式２、式３から、柱２０の含水率Ｗｔを推定する（Ｓ７、Ｓ８）。

無線タグＴｇ１、Ｔｇ２のそれぞれの受信応答レベルＧは、無線タグＴｇ１、Ｔｇ２とタグリーダＲとの距離の影響を受けて変動する。そのため、受信応答レベルＧを直接用いて含水率Ｗｔを推定してしまうと、無線タグＴｇとタグリーダＲとの距離の変動が誤差原因になる。

しかし、本実施形態では、２つの受信応答レベルＧの差である利得差deltaGを算出しており、この利得差deltaGをもとに含水率Ｗｔを推定する。測定距離が変化することによる２つの受信応答レベルＧの変化傾向は同じであることから、利得差deltaGは測定距離の影響が除去ないしは軽減されている。したがって、利得差deltaGから含水率Ｗｔを推定することで、無線タグＴｇ１、Ｔｇ２までの距離を固定することが困難なハンディ型でも、精度よく含水率Ｗｔを推定することができる。

また、本実施形態では、含水率Ｗｔを、利得差deltaGから含水率Ｗｔを求める式（式２、式３）から算出するので、含水率Ｗｔを細かい数値で推定することができる。

また、本実施形態では、２つ備えている無線タグＴｇのうちのいずれか一方しか読み取りができなくても、いずれの無線タグＴｇが読み取りできたかにより、２つの無線タグＴｇのアンテナ利得の大小関係が入れ替わる含水率Ｗｔである１８％よりも高いか低いかの推定が可能である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。なお、この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用することができる。

図１０は、第２実施形態における無線タグＴｇ３、４、５の使用状態図である。この図１０に示す例では、３つの無線タグＴｇを用いているが、複数であれば、３つ以外の数の無線タグＴｇを用いることができる。

３つの無線タグＴｇ３、Ｔｇ４、Ｔｇ５は、第１実施形態と同様、回路部３０を備え、その回路部３０に、互いに長さの異なるアンテナ３３、３４、３５がそれぞれ接続された構成である。

これら３つの無線タグＴｇ３、Ｔｇ４、Ｔｇ５は、いずれも同じ測定対象物４０の同じ面に、互いに隣接かつ互いに平行に貼り付けられている。無線タグＴｇ３は比誘電率εｒ＝２、無線タグＴｇ４は比誘電率εｒ＝６、無線タグＴｇ５は比誘電率εｒ＝１１において共振するようにした。具体的には、前述の式１に各比誘電率εｒを代入して得られる波長短縮率から各アンテナ３３、３４、３５のアンテナ長を設定した。

図１１は、各無線タグＴｇ３、Ｔｇ４、Ｔｇ５の周波数と電圧定在波比ＶＳＷＲとの関係を示す図である。この図に示すように、各無線タグＴｇ３、Ｔｇ４、Ｔｇ５は、比誘電率εｒ＝２、６、１１に基づいたアンテナ長としているので、ＶＳＷＲの曲線は下ピーク周波数が互いに相違する。

また、周波数ｆ２以上では無線タグＴｇ３のＶＳＷＲが最も小さく、周波数ｆ１〜ｆ２では無線タグＴｇ４のＶＳＷＲが最も小さく、周波数ｆ１より低い周波数では無線タグＴｇ５のＶＳＷＲが最も小さい。なお、周波数ｆ３は使用周波数を示している。

これら無線タグＴｇ３、Ｔｇ４、Ｔｇ５のＶＳＷＲの周波数特性の違いにより、測定対象物４０の比誘電率εｒが２、６、１１のうちで２に最も近いと、無線タグＴｇ３からの受信応答レベルＧが３つの無線タグＴｇのうちで最も高くなる。また、測定対象物４０の比誘電率εｒが６に最も近いと、無線タグＴｇ４からの受信応答レベルＧが最も高くなり、測定対象物４０の比誘電率εｒが１１に最も近いと、無線タグＴｇ５からの受信応答レベルＧが最も高くなる。

また、各無線タグＴｇ３、Ｔｇ４、Ｔｇ５のアンテナ長を決める際に考慮した比誘電率εｒと、木材の含水率Ｗｔとの間には図１２の対応関係がある。そこで、第２実施形態では、図１３に示すように、タグＩＤと含水率Ｗｔとの対応関係を、タグリーダＲの記憶装置１３０に予め記憶しておく。

そして、制御部１２０は、次のようにして測定対象物４０の含水率Ｗｔを推定する。まず、予め設定された送信出力で無線タグＴｇに記憶されている情報の読み取り処理を実行する。そして、読み取りが完了したら、受信応答レベルが最大であった無線タグＴｇがどれであるかを決定する。

なお、全ての無線タグＴｇからは情報が読み取れなかった場合、読み取ることができた無線タグＴｇを対象として、受信応答レベルが最大である無線タグＴｇを決定する。また、情報が読み取れた無線タグＴｇが一つのみであれば、その無線タグＴｇを受信応答レベルが最大であった無線タグＴｇとする。

そして、受信応答レベルが最大である無線タグＴｇのタグＩＤと図１３に示した対応関係から、測定対象物４０の含水率Ｗｔの推定値を、１２％、１８％、２５％のいずれかに決定する。推定した含水率Ｗｔは表示部１４に表示する。第２実施形態では、制御部１２０は最大受信レベル決定手段および含水率決定手段として機能する。

以上、説明した第２実施形態では、３つの無線タグＴｇのうち受信応答レベルＧが最大の無線タグＴｇを決定し、図１３の対応関係から測定対象物４０の含水率Ｗｔを決定するので、簡単な処理で含水率Ｗｔを推定することができる。

また、要求される推定精度が高い場合には、別の比誘電率から定まるアンテナ長の無線タグＴｇ（すなわち、別の共振周波数の無線タグＴｇ）を増やすとともに、その増やした無線タグＴｇに対応する含水率Ｗｔを図１３に例示した対応関係に追加すればよい。したがって、容易に要求される推定精度に対応することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

たとえば、前述の実施形態似では示したアンテナ長は一例であり、無線タグＴｇのアンテナ長は前述の実施形態に開示の長さに限定されない。たとえば、第１実施形態の無線タグＴｇ２のアンテナ長を、含水率２５％に対応する比誘電率εｒから計算して設定してもよい。ただし、高い比誘電率εｒからアンテナ長を設定するほど、アンテナ長が短くなり、アンテナ放射効率が落ちる。よって、アンテナ放射効率が許容できる範囲で、比誘電率εｒからアンテナ長を設定することが好ましい。

また、前述の実施形態における無線タグＴｇはパッシブタグであったが、アクティブタグであっても、測定対象物の比誘電率εｒの影響（換言すれば測定対象物の含水率Ｗｔの影響）を受けることはパッシブタグと同じである。従って、本発明の含水率推定システムにおける無線タグをアクティブタグとしてもよい。

Ｒ：タグリーダ、Ｔｇ：無線タグ、１２：持ち手部、１４：表示部、２０：柱、２２：壁、３０：回路部、３１：（Ｔｇ１の）アンテナ、３２：（Ｔｇ２の）アンテナ、３３：（Ｔｇ３の）アンテナ、３４：（Ｔｇ４の）アンテナ、３５：（Ｔｇ５の）アンテナ、４０：測定対象物、１０２：アンテナ、１０４：アンテナ共用器、１０６：ＩＱ復調器、１０８：受信レベル測定部、１１０：デコード部、１２０：制御部（最大受信レベル決定手段、含水率決定手段）、１３０：記憶部、１３２：コーディング部、１３４：変調器、１３６：局部発信器、１３８：可変利得増幅器（送信電力調整部）、１４０：パワーアンプ、Ｓ４：読み取り判定手段、Ｓ５：最低送信電力決定手段、Ｓ７：受信レベル差算出手段、Ｓ８、Ｓ１１：含水率決定手段

Claims

共振周波数が互いに異なる周波数に設定され、同一の測定対象物に固定される複数の無線タグと、
前記複数の無線タグと通信可能なタグリーダとを備え、
前記複数の無線タグとタグリーダとの通信結果に基づいて、前記測定対象物の含水率を推定する含水率推定システムであって、
前記タグリーダが前記複数の無線タグからそれぞれ受信した受信信号の信号レベルである受信レベルの比較に基づいて、前記測定対象物の含水率を推定することを特徴とする含水率推定システム。
請求項１において、
前記無線タグを２つ備え、
前記タグリーダは、
それら２つの無線タグからの受信レベルの差を算出する受信レベル差算出手段と、
受信レベルの差から含水率が定まる予め設定された関係と、前記受信レベル差算出手段で算出した受信レベルの差とから、前記測定対象物の含水率を決定する含水率決定手段と、を備えることを特徴とする含水率推定システム。
請求項２において、
前記２つの無線タグはいずれもパッシブタグであり、
前記タグリーダは、
前記無線タグへ送信する送信電力を調整する送信電力調整部と、
前記送信電力調整部により送信電力を順次変化させつつ、前記無線タグから情報を読み取ることができたかどうかを判定する読み取り判定手段と、
前記読み取り判定手段により読み取ることができたと判定した送信電力のうちで最も低い電力である最低送信電力と、そのときの受信レベルを無線タグ別に決定する最低送信電力決定手段とを備え、
前記受信レベル差算出手段は、前記２つの無線タグの受信レベルの差を無線タグ別の最低送信電力の差により補正した補正受信レベル差を算出し、
前記含水率決定手段は、受信レベルの差として補正受信レベル差を用いて含水率を決定することを特徴とする含水率推定システム。
請求項３において、
前記読み取り判定手段は、読み取りができたと判定した場合には、読み取りができた無線タグを特定し、
前記含水率決定手段は、前記読み取り判定手段が１つの無線タグのみしか情報を読み取ることができなかったと判定した場合、読み取ることができた１つの無線タグがいずれであるかに基づいて、前記測定対象物の含水率が、２つの無線タグのアンテナ利得の大小関係が入れ替わる含水率よりも高いか低いかを決定することを特徴とする含水率推定システム。
請求項１において、
前記タグリーダは、
前記複数の無線タグのそれぞれと含水率との対応関係を記憶する記憶部と、
前記複数の無線タグからの受信レベルを比較し、受信レベルが最大である無線タグを決定する最大受信レベル決定手段と、
その最大受信レベル決定手段で決定した無線タグと前記対応関係とから、前記測定対象物の含水率を決定する含水率決定手段と
を備えることを特徴とする含水率推定システム。
請求項１〜５のいずれか１項の含水率推定システムに用いられるタグリーダ。