KR101325159B1 - 온도 측정이 가능한 ｒｆｉｄ 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 RFID 태그 안테나를 이용하여 전파를 통한 온도를 감지하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치에 관한 것이다. RFID 감지 장치는 RFID 태그 안테나의 온도에 따라 형태가 변화하는 소재를 이용함으로서, RFID 태그 안테나의 종류와 상관없이 공통으로 적용할 수 있기에 RFID 태그 안테나의 정확한 동작 원리만 파악한다면 소재의 위치를 적절히 위치시켜 RFID 태그 안테나의 동작을 측정하고자 하는 온도에서 제어 할 수 있는 장점이 있다.

Description

온도 측정이 가능한 ＲＦＩＤ 감지 장치{RFID sensing device, capable of temperature measurement}
본 발명은 RFID 태그 안테나를 이용하여 전파를 통한 온도를 감지하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치에 관한 것이다.
Radio Frequency Identification (RFID)를 이용한 온도 측정 분야에 국내의 연구 및 특허는 현재까지 발표된 내용이 없었다. 그러나, 최근까지 RFID기술은 생산, 유통, 제조 및 보관 등 수년간 다양한 분야에 걸쳐 연구되고 발전 되어 왔으며, 온도 측정 분야는 해외에서만 극소수의 연구가 이루어지고 있다.
온도를 측정하는 방법은 크게 네 가지로 분류 될 수 있다. 팽창을 이용한 방법, 상변화를 이용한 방법, 전기적인 원리를 이용한 방법, 그리고 복사와 광학을 이용한 고온 측정 방법 등이 있다. 그 중 팽창을 이용한 방법에는 고체의 팽창을 이용한 방법, 액체의 팽창을 이용한 방법, 그리고 기체의 팽창을 이용한 방법이 있다. 고체의 팽창을 이용한 방법에는 바이메탈(Bimetal) 또는 형상기억합금(Shape Memory Alloy) 등이 있다.
바이메탈이란, 서로 다른 열팽창계수를 가지는 금속이 열 접합 온도(brazing temperature)이라 불리는 온도에서 접합된 금속이며, 바이메탈이 열 접합 온도보다 높은 온도에 노출되면 낮은 열팽창계수를 가지는 금속 쪽으로 휘어지게 되며 열 접합 온도보다 낮은 온도에 노출되면 그 반대의 방향으로 휘는 특성을 가진다. 바이메탈의 장점은 저가이며, 높은 내구성을 가진다.
형상기억합금은 고온에서 적당한 형상으로 성형한 다음 실온에서 변형한 후 다시 가열하면 원래 성형한 모양으로 되돌아가는 금속이다. 이는 합금이 주어진 형상을 원자 배열로서 기억하고 있기 때문에 생기며, 고온의 모상원자배열이 저온에서의 변형 때도 기억되고 있다가 다시 고온이 되면 원래의 원자 배열로 재배열하는 것이다. 형상기억합금의 장점은 금속 형태의 변형이 매우 유연하며, 온도의 오차가 거의 없다.
온도에 따라 변화하는 소재와 RFID 태그 안테나를 이용하여 온도 감지 장치를 사용할 시에 기존의 무선 온도 측정 방법에서 가지고 있는 고가, 배터리 수명 문제 등의 단점들을 극복 할 수 있으며, RFID를 이용한 온도 측정이라는 새로운 분야에서 다양한 연구와 적용 분야가 생겨날 것이라 판단된다.
온도는 시설 감시, 환경 공학 및 안전 등의 다양한 분야에 있어서 매우 중요한 환경 변수 중 하나이다. 현재 상용화 되고 있는 무선 온도 측정기기는 좁은 온도 측정 범위 및 회로 소자 등으로 인한 높은 가격 및 유한한 수명의 문제점을 갖고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 온도에 따라 변화하는 소재를 이용하여 RFID 태그 안테나의 구조를 변화하거나, RFID 태그 안테나의 주요 방사부 또는 전류가 크게 형성 되는 지점에 방해물로서 소재가 역할을 하여 RFID 태그 안테나의 동작을 저지 또는 동작을 가능하게 하여 그때의 온도를 측정 할 수 있게 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치는 접지전압과 연결된 접지면, 전파를 송신하며 접지면의 상부에 위치하는 RFID 태그 안테나, 일측이 접지면에 연결 되어있는 지지대, 지지대의 다른 일측에 연결되는 제 1 금속을 포함하고, 제 1 금속은 특정 온도에서 변형 되고, RFID 태그 안테나가 정상동작 하지 못하게 하여 특정 온도를 감지하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일실시예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치는 접지전압과 연결된 접지면,일측이 접지면에 연결 되어있는 제 2 금속 지지대, 전파를 송신하며 접지면의 상부에 위치하고 제 2 금속 지지대의 다른 일측에 연결된 RFID 태그 안테나를 포함하고, 제 2 금속 지지대는, 특정 온도에서 변형 되고, RFID 태그 안테나가 정상동작 하게 하여 특정 온도를 감지하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치는 특정 온도에서 변형 가능한 금속을 포함하는 RFID 태그부, 신호를 수신하는 RFID 리더부를 포함하고, RFID 리더부는, 특정 온도에서 변형 가능한 금속에 의해 수신 신호가 변화하는 순간에 특정 온도를 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치는 RFID 태그 안테나의 온도에 따라 형태가 변화하는 소재를 이용함으로서, RFID 태그 안테나의 종류와 상관없이 공통으로 적용할 수 있기에 RFID 태그 안테나의 정확한 동작 원리만 파악한다면 소재의 위치를 적절히 위치시켜 RFID 태그 안테나의 동작을 측정하고자 하는 온도에서 제어 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치 중 바이메탈을 이용한 실시 예에 대한 도면으로서, 안테나의 정상동작을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치 중 바이메탈을 이용한 실시 예에 대한 도면으로서, 안테나의 동작 중단을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치 중 형상기억합금을 이용한 실시 예에 대한 도면으로서, 안테나의 동작 중단을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치 중 형상기억합금을 이용한 실시 예에 대한 도면으로서, 안테나의 정상동작을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 3실시예의 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치의 연속된 온도 감지 장치에 대한 도면으로서, 여러 가지 온도에 반응할 수 있는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치의 병렬연결을 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시 예 이고, 도 3 및 도 4는 제 2 실시 예이다. 본 발명은 온도에 따라 변화하는 소재를 이용한 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치의 두 가지 예를 보이고 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치 중 바이메탈을 이용한 실시 예에 대한 도면으로서, 안테나의 정상동작을 나타낸 도면이다.
도 1은 접지전압과 연결된 접지면(103), 전파를 송신하며 접지면(103)의 상부에 위치하는 RFID 태그 안테나(102), 일측이 접지면(103)에 연결 되어있는 지지대(104) 및 지지대(104)의 다른 일측에 연결되는 제 1 금속(101)을 포함하고, 제 1 금속(101)은, 특정 온도에서 변형 되고, RFID 태그 안테나(102)가 정상동작 하지 못하게 하여 특정 온도를 감지하게 하고 제 1 금속(101)은 바이메탈로 이루어지고 지지대(104)와 제 1 금속(101)은 하나 이상을 설치 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 1과 같이 동작하는 RFID 태그 안테나(102)가 바이메탈의 접합온도 보다 높은 온도에 노출 되었을 때 바이메탈이 RFID 태그 안테나(102) 방향으로 휘어지면서 도 2와 같은 상태로 변화한다.
도 2는, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치 중 바이메탈을 이용한 실시 예에 대한 도면으로서, 안테나의 동작 중단을 나타낸 도면이다.
도 2는 접지전압과 연결된 접지면(203), 전파를 송신하며 접지면(203)의 상부에 위치하는 RFID 태그 안테나(202), 일측이 접지면(203)에 연결 되어있는 지지대(204) 및 지지대(204)의 다른 일측에 연결되는 제 1 금속(201)을 포함하고, 제 1 금속(201)은, 특정 온도에서 변형 되고, RFID 태그 안테나(202)가 정상동작 하지 못하게 하여 특정 온도를 감지하게 하고 제 1 금속(201)은 바이메탈로 이루어지고 지지대(204)와 제 1 금속(201)은 하나 이상을 설치 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 2의 RFID 태그 안테나(202)는 바이메탈의 방해로 인해 RFID 태그 안테나(202)의 전류분포가 달라진다. 또한, RFID 태그 안테나(202)의 방사를 차폐시킴으로 인해서 정상동작을 하지 못하게 된다. 추가적으로 RFID 태그 안테나(202)의 부정합에도 관여하게 됨으로서 방사 효율을 저하시킬 수 있게 된다.
바이메탈의 온도에 따른 변화로 인하여 RFID 태그 안테나(202)가 정상동작을 못하게 되면 RFID 리더 안테나는 RFID 태그 안테나(202)와의 전파 송신과 수신이 중단된 시점의 온도를 감지 할 수 있게 된다. 여기서 접지면(203)은 RFID 태그 안테나(202)의 접지면(203)으로서의 역할과 동시에 바이메탈의 지지대(204) 역할을 할 수 있다.
여기서 바이메탈은 금속 성분으로서 RFID 태그 안테나(202)의 성능에 영향을 미칠 수도 있으므로 바이메탈로 인한 RFID 태그 안테나(202)의 성능을 고려하여 설계하여야 하며, 또는, RFID 태그 안테나(202)의 구조에 따라 영향을 미치지 않는 곳에 설계 할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치 중 형상기억합금을 이용한 실시 예에 대한 도면으로서, 안테나의 동작 중단을 나타낸 도면이다.
도 3은 접지전압과 연결된 접지면(303), 일측이 접지면(303)에 연결 되어있는 제 2 금속 지지대(301) 및 전파를 송신하며 접지면(303)의 상부에 위치하고 제 2 금속 지지대(301)의 다른 일측에 연결된 RFID 태그 안테나(302)를 포함하고, 제 2 금속 지지대(301)는, 특정 온도에서 변형 되고, RFID 태그 안테나(302)가 정상동작 하게 하여 특정 온도를 감지하게 하며 제 2 금속 지지대(301)는 형상기억합금으로 이루어지고 하나 이상을 설치할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 3과 같이 RFID 태그 안테나(302)를 지지하고 있는 제 2 금속 지지대(301)는 온도변화에 따라 모양이 변화한다. 제 2 금속 지지대(301)의 온도변화에 따른 모양 변화로 인하여 RFID 태그 안테나(302)가 안테나의 접지면(303)에 근접하게 되면 일반적으로 안테나의 전류와 접지면(303)의 전류가 서로 반대 방향으로 흘러 전류가 서로 상쇄되어 안테나로서 동작을 할 수 없게 된다. 그러나 제 2 금속 지지대(301)의 성분인 형상기억합금이 성형된 온도에 노출되게 되면 형상기억합금은 원래의 상태로 회복하려는 성질을 갖게 된다.
도 4는, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치 중 형상기억합금을 이용한 실시 예에 대한 도면으로서, 안테나의 정상동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 접지전압과 연결된 접지면(403), 일측이 접지면(403)에 연결 되어있는 제 2 금속 지지대(401) 및 전파를 송신하며 접지면(403)의 상부에 위치하고 제 2 금속 지지대(401)의 다른 일측에 연결된 RFID 태그 안테나(402)를 포함하고, 제 2 금속 지지대(401)는, 특정 온도에서 변형 되고, RFID 태그 안테나(402)가 정상동작 하게 하여 특정 온도를 감지하게 하며 제 2 금속 지지대(401)는 형상기억합금으로 이루어지고 하나 이상을 설치할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 4와 같이 제 2 금속 지지대(401)의 성분인 형상기억합금이 성형된 온도에 노출되면 RFID 태그 안테나(402)를 들어 올리는 작용을 하게 된다. 따라서 RFID 태그 안테나(402)는 안테나의 접지면(403)과 멀어져 정상적으로 동작하게 되고 RFID 리더 안테나는 전파의 송신과 수신이 시작되는 시점의 온도를 감지 할 수 있게 된다.
여기서, RFID 태그 안테나(402)의 형태는 임의적으로 선택된 형태이며 안테나 구조의 제약은 없다.
도 5은, 본 발명의 제 3실시예의 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치의 연속된 온도 감지 장치에 대한 도면으로서, 여러 가지 온도에 반응할 수 있는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치의 병렬연결을 나타낸 도면이다.
도 5는 신호를 송신하고 특정 온도에서 변형 가능한 금속을 포함하며 신호를 수신하는 RFID 태그부(502)를 포함하고, 특정 온도에서 변형 가능한 금속에 의해 수신 신호가 변화하는 순간에 RFID 리더부(501)가 특정 온도를 감지하고 RFID 태그부(502)는, 하나 이상을 설치할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 5는 제 3 실시 예이다. 온도에 따라 변화하는 소재를 이용한 RFID 태그부(502)의 온도 감지 장치 중 여러 온도의 감지 장치를 설명한 것이다.
각각의 온도에 따라 변화하는 소재를 이용한 RFID 태그부(502)는 각각의 소재 성질에 따라 반응하는 온도가 다른 RFID 태그 안테나(503)들로 구성되어 있다. RFID 태그부(502)의 동작 유무도 외부 온도에 따라 각각 다르게 반응하는 온도가 다른 RFID 태그 안테나(503)에 의해서 결정된다. 따라서 도 5와 같이 소재를 이용한 RFID 태그부(502)는 각각 반응하는 온도가 다른 RFID 태그 안테나(503)를 온도에 따라 병렬적으로 사용하게 되면 연속된 온도의 측정도 가능하다.
여기서, 소재를 이용한 RFID 태그부(502)의 형태는 제한이 없으며 제 1, 2 실시 예에서 나타낸 방식을 사용한다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
101, 201 : 제 1 금속
102, 202, 302, 402, 503 : RFID 태그 안테나
103, 203, 303, 403 : 접지면 104, 204 : 지지대
301, 401 : 제 2 금속 지지대 501 : RFID 리더부
502 : RFID 태그부

Claims (18)

  1. 접지전압과 연결된 접지면;
    전파를 송신하며 상기 접지면의 상부에 위치하는 RFID 태그 안테나;
    일측이 상기 접지면에 연결 되어있는 지지대; 및
    상기 지지대의 다른 일측에 연결되는 제 1 금속;을 포함하고,
    상기 RFID 태그 안테나의 상부에 위치하는 상기 제 1 금속은,
    특정 온도에서 변형되고, 상기 RFID 태그 안테나의 방사를 방해하여 정상동작 하지 못하게 하여 상기 특정 온도를 감지하게 하는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 지지대와 상기 제 1 금속은,
    하나 이상을 설치할 수 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 금속은,
    바이메탈로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 바이메탈은,
    접합온도 보다 높은 온도에 노출 되었을 때 상기 접지면 방향으로 휘어지는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  5. 접지전압과 연결된 접지면;
    일측이 상기 접지면에 연결 되어있는 제 2 금속 지지대; 및
    전파를 송신하며 상기 접지면의 상부에 위치하고 상기 제 2 금속 지지대의 다른 일측에 연결된 RFID 태그 안테나;를 포함하고,
    상기 제 2 금속 지지대는,
    상기 RFID 태그 안테나와 상기 접지면의 사이에 위치하고 한쪽은 상기 RFID 태그 안테나와 연결되고, 다른 한쪽은 상기 접지면과 연결되며,
    특정 온도에서 변형되고, 상기 RFID 태그 안테나가 정상동작 하게 하여 상기 특정 온도를 감지하게 하는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2 금속 지지대는,
    하나 이상을 설치할 수 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제 2 금속 지지대는,
    형상기억합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 형상기억합금은,
    접합온도 보다 높은 온도에 노출 되었을 때 상기 접지면과 반대 방향으로 상기 RFID 태그 안테나를 들어 올리는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  9. 신호를 송신하고 특정 온도에서 변형 가능한 금속을 포함하는 RFID 태그부;
    상기 신호를 수신하는 RFID 리더부;를 포함하고,
    상기 RFID 태그부는,
    접지전압과 연결된 접지면;
    전파를 송신하며 상기 접지면의 상부에 위치하는 RFID 태그 안테나;
    일측이 상기 접지면에 연결 되어있는 지지대; 및
    상기 지지대의 다른 일측에 연결되는 제 1 금속;을 포함하고,
    특정 온도에서 변형 가능한 금속에 의해 수신 신호가 변화하는 순간에 상기 RFID 리더부가 상기 특정 온도를 감지하며,
    상기 RFID 태그 안테나의 상부에 위치하는 상기 제 1 금속은,
    특정 온도에서 변형되고, 상기 RFID 태그 안테나의 방사를 방해하여 정상동작 하지 못하게 하여 상기 특정 온도를 감지하게 하는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 RFID 태그부는,
    하나 이상을 설치할 수 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  11. 삭제
  12. 제 9항에 있어서, 상기 지지대와 상기 제 1 금속은,
    하나 이상을 설치할 수 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  13. 제 9항 또는 제 12항에 있어서, 상기 제 1 금속은,
    바이메탈로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 바이메탈은,
    접합온도 보다 높은 온도에 노출 되었을 때 상기 접지면 방향으로 휘어지는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  15. 신호를 송신하고 특정 온도에서 변형 가능한 금속을 포함하는 RFID 태그부;
    상기 신호를 수신하는 RFID 리더부;를 포함하고,
    상기 RFID 태그부는,
    접지전압과 연결된 접지면;
    일측이 상기 접지면에 연결 되어있는 제 2 금속 지지대; 및
    전파를 송신하며 상기 접지면의 상부에 위치하고 상기 제 2 금속 지지대의 다른 일측에 연결된 RFID 태그 안테나;를 포함하고,
    특정 온도에서 변형 가능한 금속에 의해 수신 신호가 변화하는 순간에 상기 RFID 리더부가 상기 특정 온도를 감지하며,
    상기 제 2 금속 지지대는,
    상기 RFID 태그 안테나와 상기 접지면의 사이에 위치하고 한쪽은 상기 RFID 태그 안테나와 연결되고, 다른 한쪽은 상기 접지면과 연결되며,
    특정 온도에서 변형되고, 상기 RFID 태그 안테나가 정상동작 하게 하여 상기 특정 온도를 감지하게 하는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 제 2 금속 지지대는,
    하나 이상을 설치할 수 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  17. 제 15항 또는 제 16항에 있어서, 상기 제 2 금속 지지대는,
    형상기억합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 형상기억합금은,
    접합온도 보다 높은 온도에 노출 되었을 때 상기 접지면과 반대 방향으로 RFID 태그 안테나를 들어 올리는 것을 특징으로 하는 온도 측정이 가능한 RFID 감지 장치.
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