KR101515855B1 - 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 uhf rfid 태그 장치 - Google Patents

무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 uhf rfid 태그 장치 Download PDF

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Abstract

생체에 삽입되어 외부와 통신 할 수 있는 UHF(Ultra High Frequency) 대역 RFID 통신 장치에 자기 공진 기반 장치와 배터리를 추가하여 삽입된 장치의 배터리를 무선으로 충전하여 UHF RFID 통신에 이용한다. 본 발명에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치는, 외부로부터 자기공진 방식으로 무선전력을 수신하는 무선전력 수신 안테나 및 무선전력 수신을 위한 에너지 매칭 회로; 수신된 상기 무선 전력을 관리하는 에너지 하베스팅부; 수신된 상기 무선전력을 저장하는 배터리; 상기 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치가 삽입되어 있는 생체의 신호를 감지하는 생체신호 감지센서; 상기 생체신호 감지센서에 의해 감지된 생체 신호를 저장하고 외부와 통신할 수 있도록 처리하는 UHF 통신부; 및 외부의 UHF 통신기기와 데이터 통신하는 UHF 안테나 및 상기 데이터 통신을 위한 데이터 매칭 회로를 포함한다.

Description

무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치{Implantable UHF RFID tag device with a wireless charging function}
본 발명은 생체에 삽입되어 외부와 통신 할 수 있는 UHF(Ultra High Frequency) 대역 RFID 통신 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 UHF RFID 장치를 무선 충전하여 반영구적으로 사용할 수 있고 UHF RFID 통신의 전송 거리를 확장할 수 있는 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치에 관한 것이다.
기존 생체 삽입형 UHF RFID 통신 장치는 생체가 손실 유전체(a lossy dielectric material)로 구성되어 있기 때문에 전파와 수신 신호 전력을 흡수하는 문제를 지니고 있다. 따라서 외부의 장치(Reader)와 삽입형 UHF RFID 태그 장치 사이의 유효 통신 거리는 생체 삽입 정도에 따라 수 cm에서 수십 cm로 매우 제한적이다.
수신거리를 확보하기 위해 내부에 에너지공급 소스(source)로 배터리를 내장하는 경우, 수일 정도의 수명이 있어 반영구적으로 사용하기에는 어려움이 있다. 또한 기존의 충전 가능한 리튬이온 배터리는 인체에 유해한 성분을 가지고 있어 생체 삽입형으로 적당하지 않은 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 생체 삽입형 UHF 대역 RFID 태그 장치에 동작 에너지를 공급함으로써 전송 거리를 확장할 수 있는 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
본 발명의 다른 과제는 생체 삽입형 UHF 대역 RFID 태그 장치의 내부 배터리에 무선전력을 공급함으로써 반영구적으로 사용할 수 있는 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치를 제공하고자 하는 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 생체에 삽입되어 외부와 통신 할 수 있는 UHF(Ultra High Frequency) 대역 RFID 통신 장치에 자기 공진 기반 장치와 배터리를 추가하여 삽입된 장치의 배터리를 무선으로 충전하여 UHF RFID 통신에 이용한다.
본 발명의 일 면에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치는, 외부로부터 자기공진 방식으로 무선전력을 수신하는 무선전력 수신 안테나 및 무선전력 수신을 위한 에너지 매칭 회로; 수신된 상기 무선 전력을 관리하는 에너지 하베스팅부; 수신된 상기 무선전력을 저장하는 배터리; 상기 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치가 삽입되어 있는 생체의 신호를 감지하는 생체신호 감지센서; 상기 생체신호 감지센서에 의해 감지된 생체 신호를 저장하고 외부와 통신할 수 있도록 처리하는 UHF 통신부; 및 외부의 UHF 통신기기와 데이터 통신하는 UHF 안테나 및 상기 데이터 통신을 위한 데이터 매칭 회로를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 무선전력 수신 안테나 및 에너지 매칭 회로, 에너지 하베스팅부, 배터리, 생체신호 감지센서, UHF 통신부, UHF 안테나 및 데이터 매칭 회로를 보호하는 캡슐을 더 포함할 수 있으며, 상기 배터리는 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 무선전력 수신은 손실유전율에 민감하지 않은 대역의 주파수를 이용하여 이루어질 수 있으며, 외부의 UHF 통신기기로부터 UHF RFID 대역을 통해 에너지를 수신하는 UHF 에너지 수신부를 더 포함할 수도 있고, 이 경우 상기 UHF 에너지 수신부는 UHF RFID 대역을 통해 수신한 에너지의 적어도 일부를 상기 배터리에 저장할 수도 있다.
상기 UHF 통신부는 상기 생체신호 감지센서에 의해 감지된 생체신호를 저장하는 메모리를 포함하며, 상기 생체신호 감지센서에 의해 주기적으로 측정된 생체신호를 상기 메모리에 저장하는 것이 바람직하다.
상기 UHF 통신부는 UHF 통신으로 정보 요청이 수신된 경우, 상기 정보 요청이 실시간 요청인 경우 상기 생체신호 감지센서에 생체신호를 요청하여 수신된 생체신호를 상기 정보 요청을 송신한 외부의 UHF 통신기기로 전송하고 수신된 생체 신호를 상기 메모리에 저장하며, 상기 정보 요청이 실시간 요청이 아닌 경우 상기 메모리에 저장된 생체신호를 상기 정보 요청을 송신한 외부의 UHF 통신기기로 전송하고 상기 메모리를 비울 수 있다.
본 발명의 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치에서는 생체 삽입형 UHF 장치에 손실유전율에 덜 민감한 대역의 주파수를 이용하여 무선으로 에너지를 공급하여 내부 배터리에 에너지를 충전함으로써 반영구적인 사용을 할 수 있다.
또한, 무선수신한 에너지를 배터리에 저장하여 사용함으로써 기존의 배터리를 사용하지 않는 수동형 생체 삽입형 UHF RFID 통신 장치보다 유효 전송거리를 월등히 확장할 수 있다.
내부 배터리로는 친환경적인 탄소 소재의 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 활용함으로써 인체 유해성을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치에서 UHF 통신 방법으로 외부와 통신하고 무선 충전하는 방법의 예를 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치는 캡슐(110)에 의하여 내부 구성요소가 외부로부터 보호되도록 구성되어 있고, 외부와의 통신을 담당하는 UHF 안테나(120), UHF 구동 회로를 포함하는 UHF 칩과 각종 생체 신호 데이터를 감지하는 생체감시센서(140), 외부로부터 무선전력을 수신하는 무선 충전 안테나(130), 및 충전 가능한 배터리(150)를 포함한다.
도 1에서 UHF 구동 회로를 포함하는 UHF 칩과 생체 신호 데이터를 감지하는 생채감시센서는 하나의 칩으로 구성된 것으로 도시하였으나, 반드시 이렇게 되어야 하는 것은 아니며, 별개의 칩으로 구성될 수도 있다.
생체감지센서(140)는 생체에서 발생할 수 있는 생체 정보를 감지하고 감지된 생체 신호 데이터를 삽입형 UHF(Ultra High Frequency) RFID TAG 통신 장치를 이용하여 외부에 있는 이종의 장치로 전달한다. 여기에 추가하여, 내장 배터리(150)와 무선 충전 안테나(130)와 무선전력 수신 시스템(도 1에서는 도시하지 않음, 추후 도 2를 참조로 설명)이 내장되어 무선수신 전력을 내장 배터리(150)에 저장하여 UHF 통신에 이용함으로써, 배터리(150) 및 UHF RFID 태그 장치(100)를 반영구적으로 사용할 수 있으며, UHF 통신의 전달 거리를 확장할 수 있다.
외부에 있는 이종의 장치는 UHF 리더로서 UHF 안테나(120)를 통하여 UHF RFID 태그 장치(100)로부터 센서데이터를 수신할 수 있으며, 가축의 건강상태 및 이력을 판단할 수 있는 축산업 관리 시스템이나 생물의 장기를 들여다 볼 수 있는 의료 검진 시스템이나 그 일부일 수 있다.
본 발명에 이용되는 UHF 통신은 외부 UHF 리더에서 송신하는 신호를 이용하거나 내부의 배터리를 이용하여 전원 동작 및 통신할 수 있는 반능동형(Semi-Active) 근거리 통신 방법이다. 즉, 생체에 삽입된 장치 안에 UHF 안테나와 충전 가능한 배터리가 내장된 구조를 사용하여, 외부의 UHF 통신기기(RFID Reader)에서 신호를 전송하면, 태그의 UHF 안테나에 전원이 공급됨을 감지하고 내장 배터리에서 충분한 전원을 공급하여 데이터 수신 및 송신을 수행한다. 내장 배터리에서 충분한 전원을 공급하므로, 수동형 방식과 달리 외부에서 들어오는 작은 신호라도 감지가능한 장점이 있다. 내장된 배터리는 친환경적인 탄소 소재의 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 활용하고 생체에 유해한 리튬이온 배터리를 배제한다.
또한 손실 유전체의 영향을 상대적으로 덜 받는 대역의 무선 충전을 위한 안테나가 내장되고, 자기 공진 기반의 에너지 전달을 하므로, 내장된 안테나가 송신 베이스 스테이션이 수m내에 있다면 내장 배터리의 충전이 가능하므로, 반영구적인 이용이 가능하다. 이는 가축이나 인간의 생체정보를 꾸준히 모니터링 할 수 있으므로, 특정 정보의 변화가 있을 경우 빠르게 대처 가능한 장점을 갖는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치의 블록도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치(200)는, 크게 무선 충전을 담당하는 에너지 하베스팅(harvesting)부(210)와 각종 생체 신호를 감지하는 센서부(240), 외부와의 통신을 담당하는 생체 삽입형 UHF RFID 통신기기부(260)를 포함한다.
에너지 하베스팅부(210)는 무선전력 수신 안테나(230)와 에너지 매칭 회로(220)를 통해 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치(200) 외부의 에너지 송신 베이스스테이션(300)으로부터 무선전력을 수신할 수 있으며, 수신된 전력은 정류기(212), 리피터(214), 레귤레이터(216), 전원관리부(218)를 통해 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치(200)에서 사용하기 적당하게 변환되며 배터리(250)에 저장된다.
무선전력의 수신은 손실 유전률에 덜 민감한 주파수 대역(예를 들면 13.56MHz)을 이용하여 무선으로 에너지를 공급하여 내부 배터리 혹은 EDLC에 에너지 충전을 함으로써 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치(200)를 반영구적으로 사용할 수 있게 된다.
배터리(250)에 저장된 전력은 생체 삽입형 UHF 통신기기부(260)로 전달되어 생체 삽입형 UHF 통신기기부(260)가 통신 및 데이터 처리를 하는 데에 사용할 수 있다.
생체 삽입형 UHF 통신기기부(260)는 변조기/복조기(261/262), 디지털 코어(264), 비휘발성 메모리(266), 오실레이터(268)를 포함하며, UHF 안테나(280)와 데이터 매칭 회로(270)를 통하여 외부의 UHF 통신기기(UHF 리더)(400)와 데이터 통신할 수 있다.
생체 삽입형 UHF 통신기기부(260)는 외부의 UHF 통신기기(400)로부터 송신되는 신호를 동작에 이용할 수도 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치에서 에너지 수신부는 에너지 하베스팅부(210)와 생체 삽입형 UHF RFID 통신기기부(260)에서 공통으로 적용될 수도 있고, 자기공진을 이용한 에너지 하베스팅부(210)의 에너지 수신부와 독립적으로 UHF RFID 대역의 에너지 수신부가 별도로 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치에서 UHF 통신 방법으로 외부와 통신하고 무선 충전하는 방법의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치는 유휴(IDLE) 상태로 있다가 현재 시간을 측정하고(S310), 측정된 시간이 생체 신호를 측정할 시간이면(S312의 "예"), 각종 생체 신호 감지센서로 생체 신호를 요청한다(S314). 측정된 시간이 생체 신호를 측정할 시간이 아니면(S312의 "아니오"), UHF 통신으로 정보요청이 있는지(S320) 또는 에너지 전달 중인지(S340)를 판단하는 단계로 진행한다.
생체 입력 신호(300)가 수신되면 측정 시간과 생체 정보를 메모리에 축적하고(S316), 종료 여부를 판단한다(S360). 종료하여도 되는 경우이면(S360의 "예"), 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치는 유휴(IDLE) 상태로 돌아가고, 종료되지 않은 상태이면(S360의 "아니오") 다시 처음으로 돌아간다.
유휴 상태에서 UHF 통신으로 정보요청이 있는 경우에는(S320의 "예"), 실시간 요청인지를 판단하여(S322), 실시간 요청인 경우(S322의 "예"), 생체 신호를 요청하고(S324), 수신한 생체 입력 신호(300)와 측정 시간을 메모리에 축적하고(S326), 종료 여부 판단 단계(S360)로 진행한다.
실시간 요청이 아닌 경우에는(S322의 "아니오"), 메모리에 축적된 정보를 전달하고(S334), 메모리를 비운다(S336).
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (8)

  1. 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치에 있어서,
    외부로부터 자기공진 방식으로 무선전력을 수신하는 무선전력 수신 안테나 및 무선전력 수신을 위한 에너지 매칭 회로;
    수신된 상기 무선 전력을 관리하는 에너지 하베스팅부;
    수신된 상기 무선전력을 저장하는 배터리;
    상기 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치가 삽입되어 있는 생체의 신호를 감지하는 생체신호 감지센서;
    상기 생체신호 감지센서에 의해 감지된 생체 신호를 저장하고 외부와 통신할 수 있도록 처리하는 UHF 통신부;
    외부의 UHF 통신기기와 데이터 통신하는 UHF 안테나 및 상기 데이터 통신을 위한 데이터 매칭 회로; 및
    상기 외부의 UHF 통신기기로부터 UHF RFID 대역을 통해 에너지를 수신하고 수신한 에너지의 적어도 일부를 상기 배터리에 저장하는 UHF 에너지 수신부를 포함하되,
    상기 UHF 통신부는 상기 UHF 에너지 수신부를 통해 수신된 에너지를 동작에 이용하는 것
    인 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선전력 수신 안테나 및 에너지 매칭 회로, 에너지 하베스팅부, 배터리, 생체신호 감지센서, UHF 통신부, UHF 안테나 및 데이터 매칭 회로를 보호하는 캡슐을 더 포함하는
    무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리는 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 포함하는
    무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선전력 수신은 손실유전율에 민감하지 않은 대역의 주파수를 이용하여 이루어지는
    무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 UHF 통신부는,
    상기 생체신호 감지센서에 의해 감지된 생체신호를 저장하는 메모리를 포함하며,
    상기 생체신호 감지센서에 의해 주기적으로 측정된 생체신호를 상기 메모리에 저장하는
    무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 UHF 통신부는,
    UHF 통신으로 정보 요청이 수신된 경우,
    상기 정보 요청이 실시간 요청인 경우 상기 생체신호 감지센서에 생체신호를 요청하여 수신된 생체신호를 상기 정보 요청을 송신한 외부의 UHF 통신기기로 전송하고 수신된 생체 신호를 상기 메모리에 저장하며,
    상기 정보 요청이 실시간 요청이 아닌 경우 상기 메모리에 저장된 생체신호를 상기 정보 요청을 송신한 외부의 UHF 통신기기로 전송하고 상기 메모리를 비우는
    무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 UHF RFID 태그 장치.
KR1020120154539A 2012-12-27 2012-12-27 무선전력 수신기능을 갖는 생체 삽입형 uhf rfid 태그 장치 KR101515855B1 (ko)

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