JP6778363B2 - 受電型情報取得発信装置、情報取得システム - Google Patents

Description

本発明は、外部から電力を得て、情報を取得、発信する受電型情報取得発信装置等に関する。

従来、様々な場面において情報の送受信が行われる。情報の送受信に用いられる電力は、バッテリに依存したり、または、有線又は無線によって外部から供給されたりする。

従来のＲＦＩＤは、ＩＤ情報を埋め込んだタグから、外部からの電磁誘導や電波等を用いて近距離（周波数帯によって数ｍｍ〜数ｍ）の無線通信によって情報を送受信する。このタグは、単一チップの集積回路で実現できるようになってきており、これをＩＣタグと呼ぶ場合もある。

タグには、パッシブ型のＩＣタグ（受動タグであり、以下、パッシブタグという。）、アクティブ型のＩＣタグ（能動タグであり、以下、アクティブタグという。）などが存在する。パッシブタグは、リーダからの電磁誘導を受けて、タグの回路上のコイルで受けて回路に誘導起電力を生起させてこれをエネルギー源として動作するものであり、その起電力によって生起した電力の一部をアンテナで発信することによりＩＤ情報をリーダ側に伝達する。

アクティブタグは、一次電池を内蔵する。通信時に自らの電力で電波を発するため、通信距離がパッシブタグに比べ長く取れる（１〜１００ｍ以上）。また、センサと接続して、自発的にその変化を通知することができるので、センサーネットワークとしての用途も期待される。このアクティブタグは、内蔵する電池の容量に制約があるため、通信回数をできる限り削減する必要がある。例えば、内臓タイマを利用して定期的に自己発信してリーダと通信する方式や、リーダからの送信指示を待ち受けてから通信する待受通信方式等がある。待受通信方式は、通信の起動を自ら行わずに呼出しを待つか、ＩＣタグ自身に備わった手動スイッチ（ボタン）等で通信を開始する。

しかしながら、従来のパッシブタグでは、このパッシブタグの読み取りを行う読取装置、所謂リーダからの電磁誘導を受けた時のみ動作するので、リーダに含まれる電磁誘導方式給電装置からの有効距離が極めて短く、電磁誘導による起電力を得たタイミングでしかシステムを作動させることができず、外部環境を定期的にセンシングするような用途では利用できない上、電池を内蔵する必要がないものの、パッシブタグからの発信波の強度は非常に小さいため、アクティブタグに比べてやはりパッシブタグからリーダまでの通信距離が短く、パッシブタグとリーダとを接近させなければならないという問題があった。

アクティブタグは、一次電池を内蔵していることから、外部環境を定期的又は定常的にセンシングすることが可能である反面、一次電池の容量が一定以下に減量すると動作不能になるという一次電池容量に起因するアクティブタグ自体の寿命の問題があった。また、電力の消費を抑えようとすると、通信頻度を減らさなければならず、利便性が低下するという問題もあった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電池容量に起因する寿命の制約を受けずに遠隔地における定期的又は定常的で且つ恒久的な情報収集を可能にし、且つ、この情報を安定して外部に発信可能な受電型情報取得発信装置を提供することを目的とする。また本発明は、連続的又は断続的に給電を受けながらも、情報の取得、記録、記憶、発信等を自在に制御可能な受電型情報取得発信装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成する本発明の情報取得システムは、 電力を供給可能な断続的又は連続的な電力供給波を受ける受電手段と、上記受電手段が上記電力供給波から得た電力を段階的に又は徐々に蓄積する蓄電手段と、上記受電手段及び／又は上記蓄電手段の上記電力の少なくとも一部を消費して情報を取得する情報取得手段と、上記蓄電手段の上記電力を利用して、上記情報を外部に発信する情報発信手段と、を有する受電型情報取得発信装置と、上記受電型情報取得発信装置の上記受電手段に対して、電力を供給可能な電力供給波を発信可能な電力供給装置と、を備え、上記受電型情報取得発信装置における上記情報発信手段の上記情報の発信頻度に基づいて又は上記情報取得手段の上記情報の取得頻度に基づいて、上記電力供給装置における上記電力供給波の発信量を可変にすることを特徴とする。

前記情報取得システムに関連して、前記受電型情報取得発信装置における前記情報発信手段が外部に発信する前記情報を受信する受信手段を備えることを特徴とする。

前記情報取得システムに関連して、前記電力供給装置及び前記受信装置が一体化されることを特徴とする。

前記情報取得システムに関連して、前記電力供給波に対して、前記情報取得手段における前記情報を取得するタイミングに関する指示情報が重畳されることを特徴とする。

前記情報取得システムに関連して、前記電力供給波に対して、前記情報発信手段が前記情報を外部に発信するタイミングに関する指示情報が重畳されることを特徴とする。

前記情報取得システムに関連して、前記受電型情報取得発信装置における、自然放電を含む単位時間当たりの電力消費量に対して、前記電力供給装置によって前記受電型情報取得発信装置に供給される単位時間当たりの電力供給量が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、有線給電による配線の取り回しや内蔵電池寿命を気にすることなく、恒常的及び／又は恒久的或いは定常的及び／又は定期的な情報収集を可能にし、かつ、この情報を安定して遠隔、即ち近距離乃至遠距離の外部に無線発信することが可能となる。

本発明の実施形態に係る受電型情報取得発信装置の全体構成を示すブロック図である。 同受電型情報取得発信装置の全体構成の他の例を示すブロック図である。 同受電型情報取得発信装置の電力供給波の構成を示す図である。 （Ａ）はバッテリ式の蓄電手段の蓄電状態を示す図であり、（Ｂ）はコンデンサ式の蓄電手段の蓄電状態を示す図である。 同受電型情報取得発信装置を用いた情報取得システムの適用事例を示す図である。 （Ａ）は、同情報取得システムにおける受電型情報取得発信装置を通電路付部材に設置した事例を示す正面図であり、（Ｂ）は同通電路付部材を鋼材接続に用いる状態を示す斜視図であり、（Ｃ）は同部材の断面図である。 同受電型情報取得発信装置の全体構成の他の例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１Ａに、本実施形態に係る受電型情報取得発信装置１０１を示す。この受電型情報取得発信装置１０１は、一つ以上の受電手段１１０と、一つ以上の蓄電手段１２０と、一つ以上の情報取得手段１３０と、一つ以上の情報発信手段１４０と、を有する。

受電手段１１０は、電力供給装置１０４から発せられる電力供給波１０５を受けて、電力に変換する。電力供給波１０５は、無線状態でもエネルギーを伝達できる波であればよく、代表的なものは、電磁的エネルギーが空間を伝播する電磁波を挙げることができる。電磁波は、波長の短いγ線やＸ線、広義の光であるレーザー光線を含む、紫外線・可視線・赤外線、より波長の長い電波、マイクロ波、超短波、短波、中波、長波、超長波、極超長波等等を含む。また、電力供給波１０５として音波や固体中を伝達する固体振動等の弾性波を用いることもできる。なお、この電力供給装置１０４を含めた装置構成全体を情報取得システム１と定義できる。

電力供給装置１０４は、電力供給波１０５を発するために、アンテナ、レーザー素子、発光素子、スピーカ、超音波発信子、振動子等を有する。電力供給装置１０４による電力供給波１０５の発信タイミングは、連続的又は断続的、例えば一定時間毎に周期的に実行することが可能であり、また定常的に発信しても良い。アンテナとしては、指向性及び／又は無指向性の１つ以上アンテナを用いることが出来、具体的には例えば、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、八木アンテナ、板状アンテナ、平面アンテナ、パラボラアンテナ等を用いてもよい。電力供給装置１０４と受電手段１１０の距離が近い場合は、互いのコイル、所謂ループアンテナを磁束結合させて、電磁誘導によって電力を伝達することも可能である。

受電手段１１０は、一つ以上の様々な構造を採用でき、複数を併設することも可能であるが、例えば、コイル、アンテナ、受光部（フォトニック素子系部材、ソーラーパネル等）、マイクロフォンや圧電素子等のように振動や圧力変化等を電気エネルギーに変換可能に構成された振動子等如くのエネルギー変換素子によって、電力供給波１０５を受けて電力に変換する。

また、この他の電力供給の手法としては、例えば、電力供給波１０５として音波を用い、受電手段１１０として、ゼーベック効果を活用して起電力を得る所謂ゼーベック素子（回路）を用いてもよい。この場合、電力供給波１０５として用いる適宜周波数の音波の音圧によって媒質中に交互に作出される高密度媒質領域と低密度媒質領域の入れ替わりを利用して、交互に生成されるそれぞれの領域に、ゼーベック素子の第一の接点と第二の接点のそれぞれに位置させ、高密度媒質領域が第一の接点を取り巻くタイミングでは第一の接点は温接点となり、他方この瞬間、第二の接点は低密度媒質領域に取り巻かれて冷接点となって所定向きの起電力が生じ、高密度媒質領域と低密度媒質領域とが入れ替わるとき、第一の接点と第二の接点とで温接点側と冷接点側が入れ替わることで、温度差による起電力の電流の向きが入れ替わる交番電流を得るように構成することができる。また、空間中の異なる二点に電力供給装置１０４，１０４としての音源を配置して、音波の重ね合わせの音場を作出し、その結果、上記ゼーベック素子の第一の接点と第二の接点に定常的な粗密差の有る状態を設定することで当該ゼーベック素子に定常的な起電力を発生させるように構成してもよい。このような空間上の適宜の二点以上に電力供給装置１０４，１０４としての音源を設定する方法としては、例えば、二つの電力供給装置１０４，１０４が、受電手段１１０を中間位置として、これら電力供給装置１０４，１０４と受電手段１１０とが一直線上に配置され、それぞれの電力供給装置１０４，１０４から電力供給波１０５が受電手段１１０に向けて発せられるように構成してもよい。このような構成とすることで、受電手段１１０における電力供給波１０５が定常波となって定常的な温度差を所定部位に作出することができ、直流電流を生起させることができる。

更に受電手段１１０は、電力供給装置１０４から発せされる電力供給波を受信する場合に限られず、周囲の環境変動によって自然に生じる電力供給波を受電手段１１０が受けて電力に変換しても良い。周囲環境変動とは、例えば、振動、温度変化、外光（照明光や自然光）、圧力変化（気圧変化）、外力変化（風、浮力変化、降雨）等を含む。自然環境変動と電力供給装置１０４を組み合わせて用いても良い。

蓄電手段１２０は、受電手段１１０が得た電力を蓄積する。この蓄電手段１２０は様々な構造を採用できるが、例えば、単板型、旋回型、積層型、貫通型、電解型、電気二重層型等のコンデンサ（キャパシタ）や化学電池系や物理電池系等各種の蓄電池（二次電池）即ち充電可能なバッテリを採用することができる。

情報取得手段１３０は、情報を取得し、一時的又は長期的に取得した情報を保持する。情報取得手段１３０が動作するための電力は、受電手段１１０から直接受け取るか、蓄電手段１２０から間接的に受け取るかを選択できる。何れも、情報取得手段１３０は、受電手段１１０が得た電力の一部を消費して情報を取得し、保持する構造となっている。

情報取得手段１３０は、一つ以上の所謂センサによって構成され、周囲に生じる物理現象を検知して、その情報を取得する。情報取得手段１３０は、例えば、加速度センサ、力学的センサ（ひずみゲージ、圧力センサ）、温度センサ、臭気センサ、特定粒子官能センサ、放射線センサ、画像センサ（カメラ）、濡れセンサ、マイクロフォン、位置センサ（ＧＰＳ）、ジャイロセンサ、人感センサ、誘電（静電容量）センサ等である。これらの情報取得手段１３０は、受電型情報取得発信装置１０１に対して情報をインプットする手段と定義することもできる。更に、情報取得手段１３０には、記憶部１３４，演算処理部１３６、制御部１３８等を電気的に接続することが可能である。記憶部１３４は、所謂メモリであり、情報取得手段１３０が取得した情報を記憶したり、所定のプログラムを記憶したり、設定情報を記録したりする。演算処理部１３６は所謂ＣＰＵであり、プログラムが実行されることで各種情報処理を行う。例えば、情報取得手段１３０から入力された情報を、記憶部１３４に記録したり、記憶部１３４の情報を取り出して情報発信手段１４０に送信したり、情報の内容を判定したりする。制御部１３８は、記憶部１３４と連動して、情報取得手段１３０を制御したり、情報発信手段１４０を制御したりする制御回路となる。なお、制御部１３８は、後述する収集タイミング制御手段１６０や発信タイミング制御手段１７０、分配制御手段１８０で行う制御を実行可能なように構成してもよい。

情報発信手段１４０は、蓄電手段１２０の電力を利用して、情報取得手段１３０が保持する情報を外部に発信する。情報発信手段１４０は、様々な構造を採用できるが、アンテナ、発光部（発光素子）、スピーカ等によって電波や光、音等の発信波１４２を発することで情報を伝達する。この発信波１４２は、受信手段１９０のアンテナ等によって受信されて、情報が定期的に回収される。なお、受信手段１９０と電力供給装置１０４を一体的に構成することも可能である。この際、電力供給波１０５にレスポンス信号を重畳させることで、このレスポンス信号の指示に従った発信を発信手段１４０に実行させて、受信手段１９０に情報を伝達することもできる。

なお、情報発信手段１４０によって発信された情報は、記憶部１３４から消去することで、記憶部１３４の記憶容量を確保することが好ましい。

更に、受電型情報取得発信装置１０１は、整流手段１５０、収集タイミング制御手段１６０、発信タイミング制御手段１７０、分配制御手段１８０を有することができる。

整流手段１５０は、所謂整流器又は整流回路であり、受電手段１１０が得た電力を整流する。具体的には、電力供給波１０５を変換することによって得た交流電流を直流電流に変換する。整流された直流電流の一部は、情報取得手段１３０に直接的又は間接的に供給され、残部は蓄電手段１２０に蓄えられる。整流回路は、例えばダイオード等を利用した半波整流回路、全波（両波）整流回路、ブリッジ回路等を採用することもできる。

収集タイミング制御手段１６０は、情報取得手段１３０による情報の収集タイミングを決定する。この収集タイミングは、例えば、以下の選択肢が考えられる。

（１）受電手段１１０が電力供給波１０５を受け取った時。具体的には、受電手段１１０に電力が生じ、分配制御手段１８０によって電力の一部が情報取得手段１３０に供給される時であり、情報取得手段１３０が起動して情報を収取する。この場合は、電力を分配する分配制御手段１８０及び情報収集処理を行う情報取得手段１３０の双方が、収集タイミング制御手段１６０として機能していることになる。なお、情報取得手段１３０は、受電手段１１０が電力供給波１０５を受け取ったすべてのタイミングで情報を収集する必要はなく、例えば、受電１０回毎に情報を収集するように制御しても良い。

（２）予め設定された収集時間を経過した時。具体的には、収集タイミング制御手段１６０がタイマ及び／又はクロックを備えるようにし、予め設定された収集時間に基づいて、情報取得手段１３０に対して指示を出し、情報取得手段１３０が外部及び／又は内部から情報を取得する。勿論、このタイマ／及び又はクロックは、必ずしも収集タイミング制御手段１６０の構成要素でなければならないというものではなく、受電型情報取得発信装置１０１の内部に配置して、これらタイマ及び／又はクロックからタイマ情報及び／又はクロック情報を、収集タイミング制御手段１６０が取得して、この時間情報に基づいて収集時間やタイミングを制御するように構成してもよい。この収集時間及び／又は収集タイミングは、具体的な日時等が設定されていても良く、また、収集の時間間隔（例えば３時間毎）等が設定されていても良い。収集タイミング制御手段１６０を実現するためのプログラムを、記憶部１３４に記憶しておき、これを演算処理部１３６で実行することによって、これらの機能を実現しても良い。この他、例えば、電波時計を内蔵し、時計台から発せられる時計電波を受信して適宜の時程に則って、サンプリング即ち、情報取得手段１３０による情報の取得、収集を行うように設定してもよい。

（３）蓄電手段１２０の時定数に基づいた所定時間を経過した時。具体的に、収集タイミング制御手段１６０は、蓄電手段１２０の時定数に基づいて規定された時間を保持しておき、タイマによってその時間を経過した時点で、情報取得手段１３０に対して指示を出して情報を取得するように構成してもよい。

（４）蓄電手段１２０の充電量が所定閾値に達した時。例えば、情報取得手段１３０が情報を収集する際に必要な電力量を超える値を閾値に設定しておき、収集タイミング制御手段１６０又は分配制御手段１８０の監視により、蓄電手段１２０の充電量が当該閾値を超えたと判定した時に、情報取得手段１３０に対して指示を出して情報を取得する。この条件を用いると、蓄電手段１２０の充電量が所定閾値に達しない場合は、情報取得手段１３０による電力消費量を抑制し、蓄電優先モードとなることを意味する。

（５）外部から収集指示信号を受信した時。具体的には、収集タイミング制御手段１６０が、外部からの無線又は有線を経由して収集指示信号を受信した時に、情報取得手段１３０に指示を出して、情報取得手段１３０が情報を取得する。この収集指示信号は、電力供給装置１０４の電力供給波１０５に含めても良い。

なお、上記（１）〜（５）のどれか一つを収集タイミングに設定してもよく、これらの複数を収集タイミングに設定しても良く、また上記（１）〜（５）から選択された複数の条件を同時に満たした時を収集タイミングに設定しても良い。また、上記（１）〜（５）の条件に基づいて収集頻度を変更することも可能である。勿論、上記（１）〜（５）以外の条件を設定することもできる。

例えば、蓄電手段１２０の充電量が所定閾値に達しないことにより、情報発信手段１４０による情報発信が行われない場合、情報取得手段１３０による情報取得を一時中止するか、又は収集頻度を低下させるモードに移行しても良い。このようにすると、記憶部１３４の空き容量不足が生じ難い。また、蓄電手段１２０の充電量が所定閾値に達しない場合、或いは、記憶部１３４の空き容量が不足する場合は、所定の判定条件に基づいて、重要度の低い情報を記憶部１３４から削除（或いは上書きを許可）することもできる。例えば、正常値又は定常値の情報を記憶部１３４から削除（或いは上書きを許可）し、異常値を優先的に保持することが好ましい。

また、収集タイミング制御手段１６０は、前述の制御部１３８或いは後述する発信タイミング制御手段１７０や分配制御手段１８０で行う制御を実行可能なように構成してもよく、また、逆に、収集タイミング制御手段１６０で行う制御を、他の制御手段である、制御部１３８や発信タイミング制御手段１８０や分配制御手段１８０において実行可能なように構成してもよい。

発信タイミング制御手段１７０は、情報取得手段１３０による取得情報を情報発信手段１４０によって発信するタイミングを決定する。この発信タイミングは、例えば、以下の選択肢が考えられる。

（１）予め設定された発信時間を経過した時。具体的には、発信タイミング制御手段１７０がタイマ及び／又はクロックを備えるようにし、予め設定された発信時間に基づいて情報発信手段１４０に対して指示を出して情報を発信させる。勿論、このタイマ／及び又はクロックは、必ずしも発信タイミング制御手段１７０の構成要素でなければならないというものではなく、受電型情報取得発信装置１０１の内部に配置して、これらタイマ及び／又はクロックからタイマ情報及び／又はクロック情報を、発信タイミング制御手段１７０が取得して、この時間情報に基づいて発信時間やタイミングを制御するように構成してもよい。この発信時間は、具体的な日時等が設定されていても良く、また、発信の時間間隔（例えば１日毎）等が設定されていても良い。この際は、発信タイミング制御手段１７０を実現するためのプログラムを、記憶部１３４に記憶しておき、これを演算処理部１３６で実行することによって実現しても良い。この他、例えば、電波時計を内蔵し、時計台から発せられる時計電波を受信して適宜の時程に則って、情報発信手段１４０による情報の発信を行うように設定してもよい。

（２）蓄電手段１２０の時定数に対応した所定時間を経過した時。具体的には、蓄電手段１２０に充電を行っている時間帯において、充電開始からその時定数に対応した所定時間を経過したと判断した時に、情報発信手段１４０に対して指示を出して情報を発信させる。このようにすると、蓄電手段１２０に十分に充電が行われた状態を見計らって、情報発信手段１４０を作動させて情報発信ができる。

（３）蓄電手段１２０の充電量が所定閾値に達した時。例えば、情報発信手段１４０が情報を発信する際に必要な電力量を超える値を閾値に設定し、発信タイミング制御手段１７０又は分配制御手段１８０の監視により、蓄電手段１２０の充電量が当該閾値を超えたと判定した時に、情報発信手段１４０に対して指示を出して、情報発信手段１４０が情報を発信する。

（４）情報取得手段１３０が取得する情報が所定条件を満たした時。具体的には、収集された情報が異常値か否かを判定し、異常値の場合は、情報発信手段１４０に対して指示を出して情報発信手段１４０が情報を発信する。これにより、異常時に素早く情報を発信することが可能となる。或いは、収集された情報が、予め設定した閾値の範囲を逸脱した場合に、情報発信するように設定してもよい。

（５）外部からの発信指示信号を受信した時。具体的には、発信タイミング制御手段１７０が、外部からの無線又は有線を経由して発信指示信号を受信した時に、情報発信手段１４０に対して指示を出して、情報発信手段１４０に情報を発信させる。この発信指示信号は、電力供給装置１０４の電力供給波１０５に含めても良い。また、受信手段１９０から発信指示信号を送信し、情報発信手段１４０を介して発信タイミング制御手段１７０がこれを受信しても良い。

（６）受電手段１１０が電力供給波１０５を受け取った時。なお、受電手段１１０が電力供給波１０５を受け取った全てのタイミングで情報を発信する必要はなく、例えば、受電１０回毎に情報を発信するように制御しても良い。或いは、所定量以上の電力供給１０５を、受電手段１１０が受け取った結果、蓄電手段１２０が所定量以上の蓄電量を超えたタイミングで情報を発信するように設定してもよい。

なお、上記（１）〜（６）のどれか一つを発信タイミングに設定してもよく、これらの複数を発信タイミングに設定しても良く、また、上記（１）〜（６）から選択された複数の条件を同時に満たした時を発信タイミングに設定しても良い。

また、発信タイミング制御手段１７０は、前述の制御部１３８や収集タイミング制御手段１６０或いは後述する分配制御手段１８０で行う制御を実行可能なように構成してもよく、また、逆に、発信タイミング制御手段１７０で行う制御を、他の制御手段である、制御部１３８や収集タイミング制御手段１６０や分配制御手段１８０において実行可能なように構成してもよい。

分配制御手段１８０は、受電手段１１０が給電を受けると、その電力の一部を情報取得手段１３０に振り分けると同時に、他の電力の一部又は残部を蓄電手段１２０に振り分ける。この振り分けの比率やタイミング等の振り分け方法は適宜設定可能である。所定の電流比率又は電圧比率によって、情報取得手段１３０と蓄電手段１２０に振り分けても良く、時間分割によって振り分けても良い。或いは、蓄電手段１２０の充電率が所定値以上、例えば、発信手段１４０による情報発信が可能な充電量に達すると情報取得手段１３０に振り分けるように設定することもできる。また、分配制御手段１８０は、蓄電手段１２０の状態（蓄電情報）を監視する機能を有することが好ましい。この場合、分配制御手段１８０は、情報取得手段１３０のセンサの一つに含めることができ、この蓄電情報は情報取得手段１３０によって保持される。なお、分配制御手段１８０は、情報取得手段１３０から独立して蓄電情報を取得及び／又は保持しても良い。なお、分配制御手段１８０は、前述の制御部１３８や収集タイミング制御手段１６０や発信タイミング制御手段１７０で行う制御を実行可能なように構成してもよく、また、逆に、分配制御手段１８０で行う制御を、他の制御手段である、制御部１３８や収集タイミング制御手段１６０や発信タイミング制御手段１７０において実行可能なように構成してもよい。

なお、図１Ａでは、情報取得手段１３０が、外部の記憶部１３４、演算処理部１３６、制御部１３８と接続される場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１Ｂに示すように、情報取得手段１３０が、内部に記憶部１３４、演算処理部１３６、制御部１３８を一体的に備えることも可能である。更に情報取得手段１３０が、収集タイミング制御手段１６０や発信タイミング制御手段１７０、分配制御手段１８０等を一体的に備えても良い。

次に、この受電型情報取得発信装置１０１の動作について説明する。

電力供給装置１０４から発せられる電力供給波１０５は、例えば図２に示すように、単数又は複数の無変調波領域と、単数又は複数の変調波領域を有する。無変調波領域は、電力を受電手段１１０に伝送する目的、及び／又は、受電型情報取得発信装置１０１における情報発信手段１４０から発せられる情報発信信号（レスポンス信号）を受信する目的で利用される。変調波領域は、受電型情報取得発信装置１０１に対して信号（コマンド）を送信する目的で利用される。具体的に本実施形態では、例えば、時間順に、第一無変調波領域１０５Ａ、第一変調波領域１０５Ｘ、第二無変調波領域１０５Ｂ、第二変調波領域１０５Ｙ、第三無変調波領域１０５Ｃを有する。また、情報発信手段１４０から発せられる情報発信信号領域も複数有しており、第一送信信号領域１４２Ａ、第二送信信号領域１４２Ｂとなっている。第一送信信号領域１４２Ａは、反射波として第二無変調波領域１０５Ｂに重畳され、第二送信信号領域１４２Ｂは、反射波として第三無変調波領域１０５Ｃに重畳される。

受電手段１１０において、例えば第一無変調波領域１０５Ａを変換して得る電力は、分配制御手段１８０によって、情報取得手段１３０の電源に利用する。従って、第一無変調波領域１０５Ａによって伝達される電力量は、情報取得手段１３０が起動し、内部及び／又は外部から情報を取得したり、演算処理部１３６によって各種演算を実行したり、制御部１３８によって各種制御を実行したりする際に十分なものとすることが好ましい。

また例えば、第一変調波領域１０５Ｘ又は第二変調波領域１０５Ｙの含まれる信号（コマンド）には、以下の事項を含めることができる。
（１）蓄電切替信号・・・分配制御手段１８０に対して、情報取得手段１３０に供給している電力を蓄電手段１２０に分配するように指示する信号、または、蓄電手段１２０に供給している電力を情報取得手段１３０に分配するように指示する信号をいう。
（２）収集時間信号・・・情報取得手段１３０による情報の収集タイミングを設定する信号をいう。
（３）収集指示信号・・・情報取得手段１３０に対して情報の収集を指示する信号をいう。
（４）発信時間信号・・・情報発信手段１４０による情報の発信タイミングを設定する信号をいう。
（５）発信指示信号・・・情報発信手段１４０に対して情報の発信を指示する信号をいう。

例えば、第一変調波領域１０５Ｘに、上記（１）の蓄電切り替え信号が含まれる場合、第二無変調波領域１０５Ｂの電力を、分配制御手段１８０によって、蓄電手段１２０の充電側に分配する。なお、ここでは第一無変調波領域１０５Ａの電力を情報取得手段１３０の起動に優先的に振り分ける場合を例示しているが、本発明はこれに限定されない。第一無変調波領域１０５Ａ及び第二無変調波領域１０５Ｂの電力を蓄電手段１２０の充電に利用し、蓄電手段１２０の充電が完了したら、それと同時に余剰の電力を情報取得手段１３０の起動に振り分けるようにしても良い。なお、第三無変調波領域１０５Ｃは、蓄電手段１２０の充電又は情報取得手段１３０の起動に用いればよいが、主として、第二送信信号領域１４２Ｂの受信目的で利用される。

第一送信信号領域１４２Ａ又は第二送信信号領域１４２Ｂに含まれる信号には、以下の事項を含めることができる。
（１）識別情報・・・受電型情報取得発信装置１０１や情報取得手段１３０（センサ）を識別するための個体識別情報。
（２）取得情報・・・情報取得手段１３０によって収集された情報。
（３）蓄電情報・・・蓄電手段１２０の蓄電量を示す情報。

例えば、第一送信信号領域１４２Ａ又は第二送信信号領域１４２Ｂに含まれる蓄電情報によって、蓄電手段１２０の蓄電量が少ないと判断した場合は、電力供給装置１０４が、第二無変調波領域１０５Ｂ又は第三無変調波領域１０５Ｃの送信時間を長くしたり、出力を増大させるようにしても良い。また、同蓄電情報によって、蓄電手段１２０の蓄電が完了している（略完了している）と判断した場合は、電力供給装置１０４が、第二無変調波領域１０５Ｂ又は第三無変調波領域１０５Ｃの送信時間を短くしたり、出力を減少させても良い。

図３に、蓄電手段１２０における蓄電状態を示す。例えば、蓄電手段１２０がバッテリの場合、図３（Ａ）に示すように、電力供給波１０５を受電手段１１０が受ける度に、蓄電手段１２０の蓄電量が段階的に増大する。即ち、本実施形態では、一度の電力供給波１０５のみで蓄電手段１２０の蓄電が完了しないように設定される。一度の電力供給波１０５で蓄電を完了させてしまうと、その後に、電力供給波１０５を利用して、情報取得手段１３０等に対して様々なコマンドを高頻度で送信する際に、その電波のエネルギーが無駄に捨てられてしまうからである。

ちなみに、情報取得システム１では、受電側情報取得発信装置１０１における、自然放電を含む単位時間当たりの電力消費量に対して、電力供給装置１０４によって受電側情報取得発信装置１０１に供給される（受電手段１１０によって電力に変換される）単位時間当たりの電力供給量が大きい。この単位時間当たりとは、例えば、所定時間（１日や１週間、１か月）等の総電力量に基づいて単位時間相当に平準化した値をいう。具体的に、受電側情報取得発信装置１０１の電力消費量には、蓄電手段１２０等における自然放電、情報取得手段１３０における情報取得時の電力消費、情報発信手段１４０による情報発信時の電力消費、記憶部１３４や演算処理部１３６等の制御関係の電力消費を含む。

また本実施形態では、蓄電手段１２０の蓄電量が、所定閾値Ｖａに達した時、発信タイミング制御手段１７０が、情報発信手段１４０に対して指示を出して、情報発信手段１４０に情報を発信させるように構成することが可能である。この情報発信によって、蓄電手段１２０の電力が消費されて蓄電量が大幅に減少するが、定期的な電力供給波１０５の受信によって、再び、段階的に蓄電される。この動作を繰り返すことで、電力消費量が大きく、従来、実現できなかった遠方までの定期的で長期間に亘る情報発信、或いは、恒久的な情報発信を実現することができる。なお、情報取得手段１３０による情報取得は、電力供給波１０５を受電手段１１０が受信する度に行うことも可能であり、従って、この場合、複数回分の情報を、情報発信手段１４０がまとめて発信できるので、効率を高めることができる。

また例えば、蓄電手段１２０がコンデンサの場合、図３（Ｂ）に示すような電圧波形となる。即ち、複数回の電力供給波１０５を受電手段１１０が受ける度に、コンデンサの蓄電量が徐々に増大する。コンデンサの場合は、蓄電量が増える程、時定数に関係して、蓄電し難くなる。つまり、コンデンサの蓄電容量は、情報発信手段１４０による一回の情報発信に要する消費電力相当の電気量を十分に上回るように設定することが好ましい。そして、蓄電手段１２０の蓄電量が、所定閾値Ｖａに達した時、発信タイミング制御手段１７０が、情報発信手段１４０に対して指示を出して、情報発信手段１４０に情報を発信させる。この情報発信によって、蓄電手段１２０の電力が消費されて蓄電量が大幅に減少するが、電力供給波１０５の受信によって、再び、蓄電される。この動作を繰り返すことで、情報発信手段１４０が定期的且つ恒久的に情報を発信できる。

更に、ここでは特に図示しないが、受電側情報取得発信装置１０１における情報発信手段１４０の情報の発信頻度に基づいて、電力供給装置１０４における電力供給波の発信量を可変にすることができる。例えば、情報発信手段１４０の情報の発信頻度が低下した場合、電力供給装置１０４における電力供給波の発信量（一回の発信量又は発信頻度）を増大させる。発信頻度が低下する場合とは、例えば、蓄電手段１２０が劣化して蓄電効率が低下することにより、蓄電量が所定閾値Ｖａに達するまでの時間が長くなることを意味する。この際に、電力供給波の発信量を増大させることで、情報発信手段１４０の発信頻度を一定に維持する。なお、電力供給装置１０４における電力供給波の発信量を増大させても、情報発信手段１４０の発信頻度が増大しない場合は、蓄電手段１２０の劣化以外に何らかの問題が生じていると受信手段１９０側において判定することもできる。

同様に、受電側情報取得発信装置１０１における情報取得手段１４３による情報の取得頻度に基づいて、電力供給装置１０４における電力供給波の発信量を可変にすることができる。例えば、情報取得手段１３０の情報の取得頻度が低下した場合、電力供給装置１０４における電力供給波の発信量（一回の発信量又は発信頻度）を増大させる。情報取得頻度が低下する場合とは、例えば、蓄電手段１２０が劣化して蓄電効率が低下することにより、蓄電量が、情報取得用の所定閾値に達するまでの時間が長くなることを意味する。この際に、電力供給波の発信量を増大させることで、情報取得手段１３０の取得頻度を一定に維持する。なお、電力供給装置１０４における電力供給波の発信量を増大させても、情報取得手段１３０の取得頻度が増大しない場合は、蓄電手段１２０の劣化以外に何らかの問題が生じていると受信手段１９０側において判定することもできる。

なお、ここでは複数回の充電によって、蓄電手段１２０の蓄電が所定値を超えるように設定する場合を例示したが、一度の充電で蓄電を完了させることも可能である。このようにすると、蓄電手段１２０の蓄電が完了するまで、または、蓄電率が所定閾値に至るまでの時間（すなわち、時定数に基づく時間Ｔ）を短縮することができる。

以上、本実施形態の受電型情報取得発信装置１０１によれば、例えば、空間に放射される電力供給波１０５によって給電される。即ち、給電に関してはパッシブとなる。この際、情報取得手段１３０は、電力供給波１０５のエネルギーを電力に変換する受電手段１１０から、直接又は間接に電力供給を受けてセンサ等から情報を取得できる。

電力供給波１０５による電力供給は、比較的微弱となる。特に、電力供給装置１０４と受電手段１１０の距離が遠くなると、エネルギー伝達効率が低下する。そこで本実施形態では、情報取得手段１３０で消費されなかった微小な余剰電力、或いは、情報取得手段１３０で消費される電力を上回るエネルギーの電力供給波１０５として供給し、余剰電力を、蓄電手段１２０に継時的に少しずつ蓄積する。また、例えば、情報取得手段１３０の情報収集頻度よりも、情報発信頻度を少なくする。結果、蓄電手段１２０に十分に電力を蓄えることができるので、情報発信手段１４０は、蓄電手段１２０に蓄積された豊富な電力を利用して、複数回にわたって収集された情報を比較的大電力で所望のタイミングで無線発信することができる。即ち、情報発信に関してはアクティブとなる。これにより、例えば、数センチメートル或いは数メートルから数十メートル、若しくは数百メートル、数キロメートル離れた受信手段１９０に対して情報を伝達することも可能となる。

更に、受電型情報取得発信装置１０１は、収集タイミング制御手段１６０によって、情報取得手段１３０における情報の収集タイミングを自在に設定できるので、目的に合わせた情報収集が可能となる。同様に、発信タイミング制御手段１７０によって、情報発信手段１４０による発信タイミングを自在に設定できるので、目的に合わせた情報発信が可能となる。特に、本実施形態のように、電力供給波１０５に設定用信号を含めるようにすれば、途中でタイミングを変更することも可能となる。

なお、上記実施形態では、分配制御手段１８０、収集タイミング制御手段１６０、制御部１３８、発信タイミング制御手段１７０等が別々のブロックとなる場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、これらの機能の全部又は一部を、一つのＩＣやマイコン等のチップでまとめて処理するようにしても良い。即ち、上述の構成は、機能面における構成であり、ハードウエアの構成は適宜選択することができ、例えばＩＣタグ、ＲＦタグ等として構成することができる。

更に、上記実施形態において、受電側情報取得発信装置１０１に自己診断機能を付加することも好ましい。例えば図６に示すように、受電型情報取得発信装置１０１において、他の回路から独立して自己診断手段（自己診断回路）１８５を設けることが好ましい。この自己診断手段１８５は、タイマ手段を内蔵しており、定期的（例えば、一日一回）に、情報発信手段１４０を介して診断結果を発信する。自己診断の内容には、蓄電手段１２０の蓄電量（蓄電障害）、受電手段１１０における受電障害（例えば、受電手段１１０から蓄電手段１２０への電流の流れ状況をチェックする）、情報取得手段１３０の動作障害（信号のやり取りができるか否か）、記憶部１３４や演算処理部１３６の動作障害（適切に応答動作しているか否かをチェックする）等を含む。蓄電手段１２０が劣化したとしても、自己診断手段１８５は動作できるように、自己診断手段１８５の電力は、分配制御手段１８０から直接的に取得することが好ましい。これらの診断結果を定期的に外部に発信することで、受信手段１９０側において故障やメンテナンス時期を把握することができるようになる。この自己診断手段１８０を、他の回路（本体回路）から独立させることで、本体回路の故障なのか、自己診断手段１８０自体の故障なのかを区分することが可能となる。また、この自己診断手段１８５から、タイマに基づいて定期的なタイミングで診断情報を発信させることにより、この診断情報が途絶えた際に本体に故障が生じていることを素早く認識できる。

次に、本実施の形態の受電型情報取得発信装置１０１を含む情報取得システム１の適用事例について説明する。

図４には、情報取得システム１が建造物に適用に設置される場合を示す。この計測システム１は、ビルや橋梁等の複数の建造物１０と、この建造物１０に建設時の構造を画定する通電路付部材３０と、この部材３０に設置される受電型情報取得発信装置１０１と、この受電型情報取得発信装置１０１に対して電力を供給する電力供給装置１０４を備えて構成される。電力供給装置１０４は、受信手段１９０を兼ねており、建造物単位、またはそれよりも小さい単位で、受電型情報取得発信装置１０１に対応して設置される。電力供給装置１０４は、有線又は無線通信回線を介してサーバ１００に接続される。

通電路付部材３０は、図５（Ａ）に示すように、金属等のプレート材３００に対して、通電路９２が形成された構造となっている。また、プレート材３００には、少なくとも二か所に、ボルト等によって相手部材に締結するための係合部３０２が形成される。図５（Ｂ）に示されるように、通電路付部材３０（プレート材３００）は、ボルトによって鋼材等に締結する際に、接続プレートとして活用できる。これらの複数のプレート材３００を、様々な方向に沿って配置することで、より多様な応力計測を実現できる。

図５（Ａ）に戻って、このプレート材３００は、相手部材の変形に連動して、伸長、収縮、ねじれ等が生じる。このプレート材３００には、第一方向Ｘに往復する第一通電路９３が複数（四個）、マトリクス状に配置される。

図５（Ｃ）に示すように、プレート材３００の外周面には、通電路９２を画成する溝（凹部）９０Ａが形成される。溝９０Ａの内周面には、下地層となる電気絶縁層９１が形成され、電気絶縁層９１の上に通電路９２が直接的に形成される。結果、通電路９２が、外部部材と接触しないで済むので、通電路９２の断線や剥離等を抑制できる。この通電路９２は、金属材料によって構成され、通電路付部材３０が変形することに伴って自身も変形し、それにより抵抗値等の電気的特性が変化することで、通電路付部材３０に生じる応力状態を出力する。即ち、この通電路９２が、受電型情報取得発信装置１０１における情報取得手段１３０の全部又は一部を構成する。

電気絶縁層９１は、例えば、積層印刷、パット印刷、塗装、メッキ、インクジェット印刷等を採用できる。また例えば、所定のマスクを配置した状態で、絶縁材料をスパッタリングによって被膜形成したり、シリカ材料を塗布して加熱処理したり、ポリイミド系の有機絶縁材を塗布するなどの様々な手法を採用できる。

この情報取得システム１によれば、通電路付部材３０に設置される受電型情報取得発信装置１０１に対して、電力供給装置１０４が電力を常に供給することができる。同時に、受電型情報取得発信装置１０１が、通電路付部材３０に作用する応力を定期的に検出することができ、その情報を、電力供給装置１０４を介してサーバ１００で回収することができる。

本発明の実施例は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 情報取得システム
１０１ 受電型情報取得発信装置
１０４ 電力供給装置
１０５ 電力供給波
１０５Ａ 第一無変調波領域
１０５Ｂ 第二無変調波領域
１０５Ｃ 第三無変調波領域
１０５Ｘ 第一変調波領域
１０５Ｙ 第二変調波領域
１１０ 受電手段
１２０ 蓄電手段
１３０ 情報取得手段
１３４ 記憶部
１３６ 演算処理部
１３８ 制御部
１４０ 情報発信手段
１４２ 発信波
１４２Ａ 第一送信信号領域
１４２Ｂ 第二送信信号領域
１５０ 整流手段
１６０ 収集タイミング制御手段
１７０ 発信タイミング制御手段
１７０ 発信タイミング制御手段
１８０ 分配制御手段
１９０ 受信手段

Claims (6)

1. 電力を供給可能な断続的又は連続的な電力供給波を受ける受電手段と、
   上記受電手段が上記電力供給波から得た電力を段階的に又は徐々に蓄積する蓄電手段と、
   上記受電手段及び／又は上記蓄電手段の上記電力の少なくとも一部を消費して情報を取得する情報取得手段と、
   上記蓄電手段の上記電力を利用して、上記情報を外部に発信する情報発信手段と、を有する受電型情報取得発信装置と、
   上記受電型情報取得発信装置の上記受電手段に対して、電力を供給可能な電力供給波を発信可能な電力供給装置と、
   を備え、
   上記受電型情報取得発信装置における上記情報発信手段の上記情報の発信頻度に基づいて又は上記情報取得手段の上記情報の取得頻度に基づいて、上記電力供給装置における上記電力供給波の発信量を可変にすることを特徴とする情報取得システム。
2. 前記受電型情報取得発信装置における前記情報発信手段が外部に発信する前記情報を受信する受信手段を備えることを特徴とする、
   請求項１に記載の情報取得システム。
3. 前記電力供給装置及び前記受信手段が一体化されることを特徴とする、
   請求項２に記載の情報取得システム。
4. 前記電力供給波に対して、前記情報取得手段における前記情報を取得するタイミングに関する指示情報が重畳されることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の情報取得システム。
5. 前記電力供給波に対して、前記情報発信手段が前記情報を外部に発信するタイミングに関する指示情報が重畳されることを特徴とする、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の情報取得システム。
6. 前記受電型情報取得発信装置における、自然放電を含む単位時間当たりの電力消費量に対して、前記電力供給装置によって前記受電型情報取得発信装置に供給される単位時間当たりの電力供給量が大きいことを特徴とする、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の情報取得システム。

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