WO2016159247A1 - 受電型情報取得発信装置、情報取得システム - Google Patents

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裕 道脇
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Definitions

  • the present invention relates to a power receiving type information acquisition and transmission device that obtains information from outside and acquires and transmits information.
  • the power used for transmitting and receiving information depends on the battery, or is supplied from the outside by wire or wireless.
  • Conventional RFID transmits and receives information from a tag embedded with ID information by wireless communication at a short distance (several millimeters to several meters depending on the frequency band) using external electromagnetic induction or radio waves.
  • This tag can be realized by a single-chip integrated circuit, and is sometimes called an IC tag.
  • passive tags passive tags
  • active tags active tags
  • a passive tag receives electromagnetic induction from a reader, receives it with a coil on the tag circuit, generates an induced electromotive force in the circuit, and operates as an energy source.
  • the passive tag generates electric power generated by the electromotive force.
  • the ID information is transmitted to the reader side by transmitting a part with an antenna.
  • the active tag contains a primary battery. Because it emits radio waves with its own power during communication, the communication distance is longer than that of passive tags (1 to 100m or more). Moreover, since it can connect with a sensor and notify the change spontaneously, the use as a sensor network is also anticipated. Since this active tag has a limited capacity of the built-in battery, it is necessary to reduce the number of communications as much as possible. For example, there are a method in which a built-in timer is used to periodically transmit itself to communicate with the reader, and a standby communication method in which communication is performed after waiting for a transmission instruction from the reader. In the standby communication system, communication is started without starting communication itself, or communication is started by a manual switch (button) or the like provided in the IC tag itself.
  • the conventional passive tag operates only when it receives electromagnetic induction from a reader that reads this passive tag, so-called reader, so the effective distance from the electromagnetic induction power supply device included in the reader is extremely short,
  • the system can be operated only at the timing when the electromotive force due to electromagnetic induction is obtained, and it cannot be used for applications that regularly sense the external environment. Since the intensity of the wave is very small, the communication distance from the passive tag to the reader is shorter than that of the active tag, and there is a problem that the passive tag and the reader must be brought close to each other.
  • the active tag has a built-in primary battery, so the external environment can be sensed regularly or regularly, but the primary battery capacity is disabled when the primary battery capacity is reduced below a certain level. There has been a problem of the lifetime of the active tag itself due to. In addition, in order to reduce power consumption, the communication frequency has to be reduced, and there is a problem that convenience is lowered.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and enables regular or regular and permanent information collection in a remote place without being restricted by the lifetime due to the battery capacity. It is an object of the present invention to provide a power receiving type information acquisition and transmission device capable of stably transmitting information to the outside. Another object of the present invention is to provide a power receiving type information acquisition / transmission apparatus that can freely control the acquisition, recording, storage, transmission, etc. of information while being continuously or intermittently supplied with power.
  • the power reception type information acquisition and transmission device of the present invention that achieves the above object is a power reception type information acquisition and transmission device that is installed in a member to be measured, the power reception unit receiving a power supply wave capable of supplying power, Power storage means for accumulating the power obtained by the power reception means, information acquisition means for acquiring information by consuming at least part of the power of the power reception means and / or the power storage means, and using the power of the power storage means And the information transmission means which transmits the said information outside,
  • the said information acquisition means measures the change of the said member, It is characterized by the above-mentioned.
  • the information acquisition means In connection with the power receiving type information acquisition / transmission apparatus, the information acquisition means detects the surrounding physical phenomenon and acquires information.
  • a timing at which the information acquisition unit acquires the information is controlled by a collection timing control unit.
  • the collection timing control means may be configured such that when the power receiving means receives the power supply wave and / or when a preset collection time has elapsed, and / or Either when the time corresponding to the time constant of the power storage means has elapsed, and / or when the charge amount of the power storage means reaches a predetermined threshold, and / or when the collection instruction signal is received from the outside In the case where one or more conditions are satisfied, the information is acquired at a timing.
  • the collection timing control means sets the time constant of the power storage means when the power receiving means receives the power supply wave and when a preset collection time has elapsed.
  • the corresponding time elapses when the charge amount of the power storage means reaches a predetermined threshold, when the collection instruction signal is received from the outside, when the conditions of a plurality of arbitrary combinations selected from the above are satisfied simultaneously It is characterized by the timing to acquire
  • the information transmission unit includes transmission timing control means for controlling timing of transmitting the information by the information transmission means.
  • the transmission timing control means when a preset transmission time has elapsed, and / or when a time corresponding to the time constant of the power storage means has elapsed, and / Or when the amount of charge of the power storage means reaches a predetermined threshold, and / or when the information acquired by the information acquisition means satisfies a predetermined condition, and / or received a call instruction signal from the outside And / or when the power receiving means receives the power supply wave, the timing for transmitting the information is satisfied when any one or more of the conditions are satisfied.
  • the transmission timing control means charges the power storage means when a preset transmission time has elapsed, and when a time corresponding to a time constant of the power storage means has elapsed.
  • the amount reaches a predetermined threshold, when the information acquired by the information acquisition unit satisfies a predetermined condition, when a transmission instruction signal is received from the outside, when the power reception unit receives the power supply wave.
  • the timing of transmitting the information is set when the conditions of a plurality of selected arbitrary combinations are satisfied at the same time.
  • the power receiving type information acquisition / transmission device further includes distribution control means for distributing a part of the electric power converted by the power receiving means to the information acquisition means.
  • the power supply wave is an electromagnetic wave such as a radio wave including a ⁇ ray, an X ray, an ultraviolet ray, a visible light, an infrared ray, a laser beam, and a microwave, or a sound wave including an ultrasonic wave. Or any one or more of wave energy including elastic waves such as solid vibrations.
  • the power reception type information acquisition and transmission device includes a rectification unit that rectifies the power obtained by the power reception unit.
  • the information acquisition means is connected to any of a storage unit for storing the information, an arithmetic processing unit for performing a predetermined calculation, and a control unit for performing a predetermined control. It is characterized by.
  • the power receiving type information acquisition and transmission device is an IC tag.
  • the information acquisition system of the present invention that achieves the above object is a power supply capable of supplying power to the power receiving type information acquisition / transmission device according to any one of the above and the power reception means of the power reception side information acquisition / transmission device. And a power supply device capable of transmitting waves.
  • the information transmission unit of the power receiving type information acquisition / transmission apparatus includes a reception unit that receives the information transmitted to the outside.
  • the power supply device and the receiving device are integrated.
  • the power supply wave is superposed with instruction information related to the timing at which the information acquisition unit acquires the information.
  • the power supply wave is superposed with instruction information related to the timing at which the information transmitting means transmits the information to the outside.
  • the transmission amount of the power supply wave is variable.
  • the present invention it is possible to collect information constantly and / or permanently or regularly and / or regularly without worrying about wiring by wired power supply or internal battery life, and Wireless transmission can be stably performed remotely, that is, outside a short distance or a long distance.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the whole structure of the power receiving type information acquisition transmission apparatus which concerns on embodiment of this invention. It is a block diagram which shows the other example of the whole structure of the power receiving type information acquisition transmission apparatus. It is a figure which shows the structure of the electric power supply wave of the receiving type information acquisition transmission apparatus.
  • A is a figure which shows the electrical storage state of a battery-type electrical storage means
  • B is a figure which shows the electrical storage state of a capacitor-type electrical storage means. It is a figure which shows the application example of the information acquisition system using the same power receiving type information acquisition transmission apparatus.
  • FIG. 3 is a sectional view of the same member. It is a perspective view of the member with the passage.
  • FIG. 1A shows a power receiving type information acquisition and transmission device 101 according to the present embodiment.
  • the power reception type information acquisition / transmission apparatus 101 includes one or more power reception units 110, one or more power storage units 120, one or more information acquisition units 130, and one or more information transmission units 140. .
  • the power receiving means 110 receives the power supply wave 105 emitted from the power supply device 104 and converts it into electric power.
  • the power supply wave 105 only needs to be a wave that can transmit energy even in a wireless state.
  • a typical example is an electromagnetic wave in which electromagnetic energy propagates in space.
  • Electromagnetic waves include short-wavelength ⁇ -rays, X-rays, and broadly defined laser beams such as ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, longer wavelength radio waves, microwaves, ultrashort waves, short waves, medium waves, long waves, ultralong waves, polar Includes very long waves.
  • an acoustic wave such as a sound wave or a solid vibration transmitted through the solid can be used as the entire apparatus configuration including the power supply apparatus 104 can be defined as the information acquisition system 1.
  • the power supply device 104 includes an antenna, a laser element, a light emitting element, a speaker, an ultrasonic transmitter, a vibrator, and the like in order to emit a power supply wave 105.
  • the transmission timing of the power supply wave 105 by the power supply apparatus 104 can be executed continuously or intermittently, for example, periodically at regular intervals, or may be transmitted regularly.
  • the antenna one or more directional and / or omnidirectional antennas can be used. Specifically, for example, a monopole antenna, a dipole antenna, a Yagi antenna, a plate antenna, a planar antenna, a parabolic antenna, etc. It may be used.
  • the distance between the power supply device 104 and the power receiving means 110 is short, it is also possible to transmit power by electromagnetic induction by magnetically coupling each other's coils, so-called loop antennas.
  • the power receiving means 110 can adopt one or more various structures, and a plurality of power receiving means 110 can be provided.
  • a coil for example, a coil, an antenna, a light receiving unit (photonic element system member, solar panel, etc.), microphone, piezoelectric
  • the power supply wave 105 is received and converted into electric power by an energy conversion element such as a vibrator configured to be able to convert vibration, pressure change, etc. into electric energy like the element.
  • a so-called Seebeck element circuit that obtains an electromotive force by utilizing the Seebeck effect may be used as the power receiving wave 110 using sound waves as the power supply wave 105.
  • each of the alternately generated regions is used by utilizing the interchange of the high density medium region and the low density medium region that are alternately generated in the medium by the sound pressure of the sound wave of an appropriate frequency used as the power supply wave 105.
  • the first contact becomes a warm contact, while at this moment, the second contact is located at the first contact and the second contact of the Seebeck element.
  • the first contact point and the second contact point are By switching the cold junction side, it is possible to obtain an alternating current in which the direction of the electromotive force current due to the temperature difference is switched.
  • sound sources as the power supply devices 104 and 104 are arranged at two different points in the space to create a sound field of superposition of sound waves.
  • a stationary electromotive force may be generated in the Seebeck element by setting a state having a steady density difference.
  • the two power supply devices 104 and 104 use the power receiving means 110 as an intermediate position, and the power The supply devices 104 and 104 and the power receiving means 110 may be arranged on a straight line, and the power supply wave 105 may be emitted from the respective power supply devices 104 and 104 toward the power receiving means 110.
  • the power supply wave 105 in the power receiving means 110 becomes a stationary wave, so that a steady temperature difference can be created in a predetermined part, and a direct current can be generated.
  • the power receiving unit 110 is not limited to receiving a power supply wave emitted from the power supply device 104, and the power receiving unit 110 may receive a power supply wave that naturally occurs due to a change in the surrounding environment and convert it into electric power.
  • the ambient environment fluctuation includes, for example, vibration, temperature change, external light (illumination light and natural light), pressure change (atmospheric pressure change), external force change (wind, buoyancy change, rainfall) and the like.
  • the natural environment fluctuation and the power supply device 104 may be used in combination.
  • the power storage unit 120 stores the power obtained by the power receiving unit 110.
  • This power storage means 120 can adopt various structures, for example, a single plate type, a swivel type, a laminated type, a penetration type, an electrolytic type, an electric double layer type or the like (capacitor), a chemical battery system, a physical battery system, etc.
  • Various storage batteries secondary batteries, that is, rechargeable batteries can be employed.
  • the information acquisition unit 130 acquires information and holds the information acquired temporarily or in the long term. It is possible to select whether the power for operating the information acquisition unit 130 is received directly from the power receiving unit 110 or indirectly from the power storage unit 120. In any case, the information acquisition unit 130 is configured to acquire and hold information by consuming a part of the power obtained by the power reception unit 110.
  • the information acquisition means 130 is composed of one or more so-called sensors, detects physical phenomena that occur in the surroundings, and acquires the information.
  • the information acquisition unit 130 includes, for example, an acceleration sensor, a mechanical sensor (strain gauge, pressure sensor), a temperature sensor, an odor sensor, a specific particle sensor, a radiation sensor, an image sensor (camera), a wetness sensor, a microphone, and a position sensor ( GPS), gyro sensor, human sensor, dielectric (capacitance) sensor, and the like.
  • These information acquisition means 130 can also be defined as means for inputting information to the power receiving type information acquisition / transmission apparatus 101.
  • the information acquisition means 130 can be electrically connected to the storage unit 134, the arithmetic processing unit 136, the control unit 138, and the like.
  • the storage unit 134 is a so-called memory, and stores information acquired by the information acquisition unit 130, stores a predetermined program, and records setting information.
  • the arithmetic processing unit 136 is a so-called CPU, and performs various types of information processing by executing a program. For example, the information input from the information acquisition unit 130 is recorded in the storage unit 134, the information in the storage unit 134 is taken out and transmitted to the information transmission unit 140, or the content of the information is determined.
  • the control unit 138 is a control circuit that controls the information acquisition unit 130 and controls the information transmission unit 140 in conjunction with the storage unit 134.
  • the control unit 138 may be configured to be able to execute control performed by the collection timing control unit 160, the transmission timing control unit 170, and the distribution control unit 180 described later.
  • the information transmission unit 140 transmits the information held by the information acquisition unit 130 to the outside using the electric power of the power storage unit 120.
  • the information transmission unit 140 can employ various structures, but transmits information by emitting a transmission wave 142 such as radio waves, light, and sound from an antenna, a light emitting unit (light emitting element), a speaker, and the like. This outgoing wave 142 is received by the antenna of the receiving means 190 and the information is collected periodically.
  • the receiving unit 190 and the power supply apparatus 104 can be configured integrally. At this time, by superimposing a response signal on the power supply wave 105, it is possible to cause the transmission unit 140 to perform transmission according to the instruction of the response signal and to transmit information to the reception unit 190.
  • the power receiving type information acquisition / transmission apparatus 101 can include a rectification unit 150, a collection timing control unit 160, a transmission timing control unit 170, and a distribution control unit 180.
  • the rectifying means 150 is a so-called rectifier or rectifier circuit, and rectifies the electric power obtained by the power receiving means 110. Specifically, an alternating current obtained by converting the power supply wave 105 is converted into a direct current. A part of the rectified direct current is supplied directly or indirectly to the information acquisition unit 130, and the remainder is stored in the power storage unit 120.
  • the rectifier circuit for example, a half-wave rectifier circuit using a diode or the like, a full-wave (both waves) rectifier circuit, a bridge circuit, or the like can be adopted.
  • the collection timing control means 160 determines the information collection timing by the information acquisition means 130. For this collection timing, for example, the following options are considered.
  • the power receiving means 110 receives the power supply wave 105. Specifically, it is a time when power is generated in the power receiving means 110 and a part of the power is supplied to the information acquisition means 130 by the distribution control means 180, and the information acquisition means 130 is activated and collects information.
  • the information acquisition unit 130 does not need to collect information at every timing when the power receiving unit 110 receives the power supply wave 105, and may be controlled to collect information every 10 times of power reception, for example.
  • the collection timing control unit 160 includes a timer and / or a clock, and issues an instruction to the information acquisition unit 130 based on a preset collection time. Or obtain information from inside.
  • this timer / and / or clock does not necessarily have to be a component of the collection timing control means 160, and is placed inside the power receiving type information acquisition / transmission apparatus 101, and the timer and / or clock is used as a timer.
  • Information and / or clock information may be acquired by the collection timing control means 160 and the collection time and timing may be controlled based on this time information.
  • a specific date and time may be set, or a collection time interval (for example, every 3 hours) may be set.
  • a program for realizing the collection timing control means 160 may be stored in the storage unit 134 and executed by the arithmetic processing unit 136 to realize these functions.
  • a built-in radio clock is set so that the clock radio wave emitted from the clock tower is received and sampling, that is, the information acquisition means 130 acquires and collects information in accordance with an appropriate time. Also good.
  • the collection timing control means 160 holds a time defined based on the time constant of the power storage means 120, and issues an instruction to the information acquisition means 130 when the time has elapsed by a timer. May be configured to acquire information.
  • the amount of charge of the power storage means 120 reaches a predetermined threshold value. For example, a value exceeding the amount of power required when the information acquisition unit 130 collects information is set as a threshold, and the charge amount of the power storage unit 120 is determined by monitoring the collection timing control unit 160 or the distribution control unit 180. When it is determined that the threshold value has been exceeded, an instruction is issued to the information acquisition unit 130 to acquire information. When this condition is used, when the charge amount of the power storage unit 120 does not reach the predetermined threshold value, it means that the power consumption by the information acquisition unit 130 is suppressed and the power storage priority mode is set.
  • a collection instruction signal is received from the outside. Specifically, when the collection timing control unit 160 receives a collection instruction signal from the outside via a wireless or wired connection, the collection timing control unit 160 issues an instruction to the information acquisition unit 130, and the information acquisition unit 130 acquires information.
  • This collection instruction signal may be included in the power supply wave 105 of the power supply apparatus 104.
  • any one of the above (1) to (5) may be set as the collection timing, or a plurality of these may be set as the collection timing, and selected from the above (1) to (5)
  • the collection timing may be set when a plurality of conditions are satisfied at the same time. It is also possible to change the collection frequency based on the above conditions (1) to (5). Of course, conditions other than the above (1) to (5) can be set.
  • the storage unit 134 when information transmission by the information transmission unit 140 is not performed because the amount of charge of the power storage unit 120 does not reach a predetermined threshold, information acquisition by the information acquisition unit 130 is temporarily stopped or the collection frequency is reduced. You may move to. In this way, it is difficult for the storage unit 134 to run out of free space.
  • the charge amount of the power storage unit 120 does not reach the predetermined threshold value, or when the free capacity of the storage unit 134 is insufficient, information with low importance is deleted from the storage unit 134 based on a predetermined determination condition ( (Alternatively, overwriting can be permitted). For example, it is preferable to delete normal value or steady value information from the storage unit 134 (or to permit overwriting) and to preferentially hold abnormal values.
  • the collection timing control unit 160 may be configured to be able to execute control performed by the control unit 138 described above or the transmission timing control unit 170 and the distribution control unit 180 described later.
  • the control performed by the unit 160 may be configured to be executable by the control unit 138, the transmission timing control unit 180, and the distribution control unit 180, which are other control units.
  • the transmission timing control means 170 determines the timing at which information acquired by the information acquisition means 130 is transmitted by the information transmission means 140. For this transmission timing, for example, the following options are considered.
  • the transmission timing control means 170 is provided with a timer and / or clock, and the information transmission means 140 is instructed to transmit information based on a preset transmission time.
  • this timer / and / or clock does not necessarily have to be a component of the transmission timing control means 170, and is placed inside the power receiving type information acquisition / transmission apparatus 101, so that the timer and / or clock can be changed to the timer.
  • Information and / or clock information may be acquired by the transmission timing control means 170 and the transmission time and timing may be controlled based on this time information.
  • a specific date and time may be set, or a transmission time interval (for example, every day) may be set.
  • a program for realizing the transmission timing control unit 170 may be stored in the storage unit 134 and executed by the arithmetic processing unit 136.
  • a radio timepiece may be built in, and a timepiece radio wave emitted from a clock tower may be received and information may be transmitted by the information transmission unit 140 according to an appropriate time.
  • the charge amount of the power storage means 120 reaches a predetermined threshold value. For example, a value exceeding the amount of power required when the information transmission unit 140 transmits information is set as a threshold, and the charge amount of the power storage unit 120 is set to the threshold by monitoring the transmission timing control unit 170 or the distribution control unit 180. When it is determined that the number has been exceeded, an instruction is issued to the information transmission unit 140, and the information transmission unit 140 transmits the information.
  • the information acquisition means 130 When information acquired by the information acquisition means 130 satisfies a predetermined condition. Specifically, it is determined whether or not the collected information is an abnormal value. If the collected information is an abnormal value, an instruction is sent to the information transmitting unit 140 and the information transmitting unit 140 transmits the information. Thereby, it becomes possible to transmit information quickly at the time of abnormality. Alternatively, the information may be set to be transmitted when the collected information deviates from a preset threshold range.
  • a call instruction signal from the outside When a call instruction signal from the outside is received. Specifically, when the transmission timing control unit 170 receives a transmission instruction signal from outside or wirelessly, it issues an instruction to the information transmission unit 140 and transmits information to the information transmission unit 140. Let This transmission instruction signal may be included in the power supply wave 105 of the power supply device 104. Alternatively, a transmission instruction signal may be transmitted from the reception unit 190 and the transmission timing control unit 170 may receive the signal through the information transmission unit 140.
  • Any one of the above (1) to (6) may be set as the transmission timing, and a plurality of these may be set as the transmission timing, or selected from the above (1) to (6)
  • the time when a plurality of conditions are satisfied at the same time may be set as the transmission timing.
  • the transmission timing control unit 170 may be configured to be able to execute control performed by the control unit 138, the collection timing control unit 160, or the distribution control unit 180 described later.
  • the control performed by the unit 170 may be configured to be executable by the control unit 138, the collection timing control unit 160, and the distribution control unit 180, which are other control units.
  • the distribution control means 180 distributes a part of the power to the information acquisition means 130 and at the same time distributes a part or the rest of the other power to the power storage means 120.
  • the distribution method such as the distribution ratio and timing can be appropriately set.
  • the information acquisition unit 130 and the power storage unit 120 may be allocated according to a predetermined current ratio or voltage ratio, or may be allocated according to time division.
  • the charging rate of the power storage unit 120 reaches a predetermined value or more, for example, reaches a charge amount that enables transmission of information by the transmission unit 140
  • the information acquisition unit 130 can be set to distribute the information.
  • the distribution control unit 180 preferably has a function of monitoring the state (power storage information) of the power storage unit 120.
  • the distribution control unit 180 can be included in one of the sensors of the information acquisition unit 130, and the storage information is held by the information acquisition unit 130.
  • the distribution control unit 180 may acquire and / or hold power storage information independently from the information acquisition unit 130.
  • the distribution control unit 180 may be configured to be able to execute the control performed by the control unit 138, the collection timing control unit 160, and the transmission timing control unit 170 described above. You may comprise so that control to perform can be performed in the control part 138, the collection timing control means 160, and the transmission timing control means 170 which are other control means.
  • the information acquisition unit 130 can integrally include a storage unit 134, an arithmetic processing unit 136, and a control unit 138.
  • the information acquisition unit 130 may integrally include the collection timing control unit 160, the transmission timing control unit 170, the distribution control unit 180, and the like.
  • the power supply wave 105 emitted from the power supply apparatus 104 has a single or a plurality of non-modulated wave regions and a single or a plurality of modulated wave regions.
  • the non-modulated wave region is used for the purpose of transmitting power to the power receiving means 110 and / or for receiving the information transmission signal (response signal) emitted from the information transmission means 140 in the power receiving type information acquisition / transmission apparatus 101.
  • the modulated wave region is used for the purpose of transmitting a signal (command) to the power receiving type information acquisition / transmission apparatus 101.
  • the first unmodulated wave region 105A, the first modulated wave region 105X, the second unmodulated wave region 105B, the second modulated wave region 105Y, and the third unmodulated wave region 105C have
  • there are a plurality of information transmission signal areas emitted from the information transmission means 140 which are a first transmission signal area 142A and a second transmission signal area 142B.
  • the first transmission signal region 142A is superimposed on the second unmodulated wave region 105B as a reflected wave
  • the second transmission signal region 142B is superimposed on the third unmodulated wave region 105C as a reflected wave.
  • the power receiving unit 110 for example, power obtained by converting the first unmodulated wave region 105 ⁇ / b> A is used by the distribution control unit 180 as a power source for the information acquisition unit 130. Therefore, the amount of power transmitted through the first unmodulated wave region 105A is activated by the information acquisition unit 130, acquires information from the inside and / or the outside, performs various calculations by the calculation processing unit 136, and is controlled. It is preferable that it is sufficient when various controls are executed by the unit 138.
  • the following items can be included in the signal (command) included in the first modulated wave region 105X or the second modulated wave region 105Y.
  • Power storage switching signal A signal that instructs the distribution control means 180 to distribute the power supplied to the information acquisition means 130 to the power storage means 120 or is supplied to the power storage means 120 A signal for instructing power to be distributed to the information acquisition means 130.
  • Collection time signal A signal for setting the information collection timing by the information acquisition means 130.
  • Collection instruction signal A signal that instructs the information acquisition means 130 to collect information.
  • Transmission time signal A signal for setting the transmission timing of information by the information transmission means 140.
  • Transmission instruction signal A signal that instructs the information transmission means 140 to transmit information.
  • the power of the second unmodulated wave region 105B is distributed to the charging side of the power storage unit 120 by the distribution control unit 180.
  • regions is distributed preferentially to starting of the information acquisition means 130 here is illustrated, this invention is not limited to this.
  • the power of the first unmodulated wave region 105A and the second unmodulated wave region 105B is used for charging the power storage means 120. When the power storage means 120 is fully charged, at the same time, surplus power is distributed to the activation of the information acquisition means 130. You may do it.
  • the third unmodulated wave region 105C may be used for charging the power storage unit 120 or starting the information acquisition unit 130, but is mainly used for the purpose of receiving the second transmission signal region 142B.
  • Identification information Individual identification information for identifying the power receiving type information acquisition / transmission apparatus 101 and the information acquisition means 130 (sensor).
  • Acquisition information information collected by the information acquisition means 130.
  • Power storage information information indicating the amount of power stored in the power storage means 120.
  • the power supply device 104 may include the second unmodulated wave region 105B or The transmission time of the third unmodulated wave region 105C may be lengthened or the output may be increased.
  • the power supply device 104 uses the second unmodulated wave region 105B or the third unmodulated wave region. The transmission time of 105C may be shortened or the output may be reduced.
  • FIG. 3 shows a power storage state in the power storage means 120.
  • the power storage unit 120 is a battery
  • the power storage amount of the power storage unit 120 increases stepwise each time the power receiving unit 110 receives the power supply wave 105. That is, in the present embodiment, the power storage unit 120 is set so that the power storage of the power storage unit 120 is not completed with only one power supply wave 105. Once power storage is completed with a single power supply wave 105, when various commands are transmitted to the information acquisition unit 130 or the like frequently using the power supply wave 105, This is because energy is wasted.
  • the power consumption per unit time including spontaneous discharge in the power receiving side information acquisition / transmission device 101 is supplied to the power reception side information acquisition / transmission device 101 by the power supply device 104 (power reception).
  • the amount of power supply per unit time (converted into power by means 110) is large.
  • the term “per unit time” means, for example, a value leveled to a unit time based on a total power amount such as a predetermined time (1 day, 1 week, 1 month).
  • the power consumption of the power receiving side information acquisition / transmission device 101 includes natural discharge in the power storage means 120 and the like, power consumption at the time of information acquisition in the information acquisition means 130, power consumption at the time of information transmission by the information transmission means 140, Control-related power consumption of the storage unit 134, the arithmetic processing unit 136, and the like is included.
  • the transmission timing control means 170 issues an instruction to the information transmission means 140 to cause the information transmission means 140 to transmit information.
  • the power of the power storage means 120 is consumed and the amount of power storage is greatly reduced.
  • the power is stored stepwise by receiving the periodic power supply wave 105.
  • the information acquisition by the information acquisition unit 130 can be performed every time the power receiving unit 110 receives the power supply wave 105. Therefore, in this case, the information transmission unit 140 collectively transmits information for a plurality of times. This can increase efficiency.
  • the power storage means 120 is a capacitor
  • the voltage waveform is as shown in FIG. That is, every time the power receiving means 110 receives a plurality of power supply waves 105, the amount of electricity stored in the capacitor gradually increases.
  • the amount of electricity stored in the capacitor increases, it becomes difficult to store electricity in relation to the time constant. That is, it is preferable to set the storage capacity of the capacitor so as to sufficiently exceed the amount of electricity equivalent to the power consumption required for one information transmission by the information transmission means 140.
  • the transmission timing control unit 170 issues an instruction to the information transmission unit 140 to cause the information transmission unit 140 to transmit information.
  • the power of the power storage means 120 is consumed and the amount of power storage is significantly reduced, but the power is stored again by the reception of the power supply wave 105.
  • the information transmitting means 140 can transmit information regularly and permanently.
  • the amount of power supply wave transmitted in the power supply device 104 can be made variable based on the frequency of information transmission by the information transmission means 140 in the power receiving side information acquisition / transmission device 101. For example, when the information transmission frequency of the information transmission unit 140 is decreased, the transmission amount (a single transmission amount or transmission frequency) of the power supply wave in the power supply device 104 is increased.
  • the case where the transmission frequency decreases means, for example, that the time until the storage amount reaches the predetermined threshold value Va becomes longer due to the deterioration of the storage unit 120 and the decrease in storage efficiency. At this time, the transmission frequency of the information transmission unit 140 is kept constant by increasing the transmission amount of the power supply wave.
  • the reception unit 190 side Can also be determined.
  • the transmission amount of the power supply wave in the power supply device 104 can be made variable based on the information acquisition frequency by the information acquisition means 143 in the power receiving side information acquisition / transmission device 101. For example, when the information acquisition frequency of the information acquisition unit 130 decreases, the transmission amount (a single transmission amount or transmission frequency) of the power supply wave in the power supply apparatus 104 is increased.
  • the case where the information acquisition frequency decreases means that, for example, when the power storage means 120 deteriorates and the power storage efficiency decreases, the time until the amount of power storage reaches a predetermined threshold for information acquisition becomes longer. At this time, the acquisition frequency of the information acquisition unit 130 is kept constant by increasing the transmission amount of the power supply wave.
  • the receiving means 190 side will indicate that some problem other than the deterioration of the power storage means 120 has occurred. Can also be determined.
  • the electrical storage of the electrical storage means 120 may exceed a predetermined value by multiple times of charge here was shown, it is also possible to complete electrical storage by one charge. In this way, it is possible to shorten the time until the power storage of the power storage unit 120 is completed or until the power storage rate reaches the predetermined threshold (that is, the time T based on the time constant).
  • the power receiving type information acquisition and transmission device 101 of the present embodiment power is supplied by, for example, the power supply wave 105 radiated into the space. That is, the power supply is passive.
  • the information acquisition unit 130 can acquire information from a sensor or the like by receiving power supply directly or indirectly from the power reception unit 110 that converts the energy of the power supply wave 105 into electric power.
  • the power supply by the power supply wave 105 is relatively weak.
  • the surplus power is supplied as a small surplus power that has not been consumed by the information acquisition unit 130 or the power supply wave 105 with energy exceeding the power consumed by the information acquisition unit 130, and the surplus power is supplied to the power storage unit 120.
  • the information transmission frequency is made lower than the information collection frequency of the information acquisition unit 130.
  • the information transmission unit 140 uses abundant power stored in the power storage unit 120 to collect information collected over multiple times with relatively high power.
  • Wireless transmission can be performed at a desired timing. That is, the information transmission is active. Thereby, for example, information can be transmitted to the receiving means 190 several centimeters or several meters to several tens of meters, or several hundred meters, several kilometers away.
  • the power receiving type information acquisition / transmission apparatus 101 can freely set the information collection timing in the information acquisition unit 130 by the collection timing control unit 160, so that it is possible to collect information according to the purpose.
  • the transmission timing by the information transmission unit 140 can be freely set by the transmission timing control unit 170, information transmission according to the purpose can be performed.
  • the setting signal is included in the power supply wave 105 as in the present embodiment, the timing can be changed in the middle.
  • the distribution control unit 180, the collection timing control unit 160, the control unit 138, the transmission timing control unit 170, etc. are illustrated as separate blocks.
  • the present invention is not limited to this, All or a part of these functions may be collectively processed by a single chip such as an IC or a microcomputer. That is, the above-described configuration is a functional configuration, and the hardware configuration can be appropriately selected. For example, it can be configured as an IC tag, an RF tag, or the like.
  • a self-diagnosis function it is also preferable to add a self-diagnosis function to the power receiving side information acquisition / transmission apparatus 101.
  • a self-diagnosis circuit self-diagnosis circuit
  • This self-diagnosis unit 185 has a built-in timer unit, and transmits a diagnosis result via the information transmission unit 140 periodically (for example, once a day).
  • the self-diagnosis includes the amount of power stored in the power storage unit 120 (power storage failure), the power reception failure in the power receiving unit 110 (for example, checking the current flow status from the power receiving unit 110 to the power storage unit 120), the information acquisition unit 130 This includes an operation failure (whether or not signals can be exchanged), an operation failure of the storage unit 134 and the arithmetic processing unit 136 (check whether or not an appropriate response operation is being performed), and the like.
  • the power of the self-diagnosis unit 185 is preferably obtained directly from the distribution control unit 180 so that the self-diagnosis unit 185 can operate even if the power storage unit 120 is deteriorated. By periodically sending these diagnosis results to the outside, the receiving means 190 can grasp the failure and the maintenance time.
  • the self-diagnosis unit 180 By making the self-diagnosis unit 180 independent of other circuits (main circuit), it is possible to classify whether the main circuit is malfunctioning or the self-diagnosis unit 180 itself is malfunctioning. Also, by sending diagnostic information from the self-diagnosis unit 185 at regular timing based on a timer, it is possible to quickly recognize that a failure has occurred in the main body when the diagnostic information is interrupted.
  • FIG. 4 shows a case where the information acquisition system 1 is installed in a building.
  • the measurement system 1 includes a plurality of buildings 10 such as buildings and bridges, a member 30 with a current path that delimits the structure at the time of construction in the building 10, and a power receiving type information acquisition and transmission device installed in the member 30. 101 and a power supply device 104 that supplies power to the power receiving type information acquisition / transmission device 101.
  • the power supply device 104 also serves as the receiving unit 190 and is installed corresponding to the power receiving type information acquisition and transmission device 101 in units of buildings or in units smaller than that.
  • the power supply device 104 is connected to the server 100 via a wired or wireless communication line.
  • the energization path member 30 has a structure in which an energization path 92 is formed on a plate material 300 such as metal. Further, the plate member 300 is formed with engaging portions 302 for fastening to the mating member with bolts or the like at least at two places. As shown in FIG. 5 (B), the energizing path member 30 (plate material 300) can be utilized as a connection plate when fastened to a steel material or the like with a bolt. By arranging these plural plate members 300 along various directions, it is possible to realize more various stress measurements.
  • the plate member 300 is stretched, contracted, twisted, etc. in conjunction with the deformation of the mating member.
  • this plate material 300 a plurality (four) of first energization paths 93 reciprocating in the first direction X are arranged in a matrix.
  • a groove (concave portion) 90A that defines an energization path 92 is formed on the outer peripheral surface of the plate material 300.
  • an electrical insulating layer 91 serving as a base layer is formed, and a current path 92 is formed directly on the electrical insulating layer 91.
  • the energizing path 92 is made of a metal material, and itself is deformed as the energizing path member 30 is deformed. As a result, electrical characteristics such as a resistance value are changed. Output the resulting stress state. That is, the energization path 92 constitutes all or part of the information acquisition means 130 in the power receiving type information acquisition / transmission apparatus 101.
  • the electrical insulating layer 91 can employ, for example, laminated printing, pad printing, painting, plating, ink jet printing, and the like.
  • various methods such as forming a coating film by sputtering with a predetermined mask, applying a heat treatment by applying a silica material, or applying a polyimide organic insulating material can be employed. .
  • the power supply device 104 can always supply power to the power receiving type information acquisition / transmission device 101 installed in the member 30 with the current path.
  • the power reception type information acquisition and transmission device 101 can periodically detect the stress acting on the member 30 with the current path, and the information can be collected by the server 100 via the power supply device 104.
  • FIG.7 and FIG.8 shows the basic structure at the time of employ
  • the male screw body 40 is a so-called bolt and has a head portion 42 and a shaft portion 44.
  • the shaft portion 44 is formed with a cylindrical portion 44a and a screw portion 44b.
  • the cylindrical portion 44a is not essential.
  • a head housing space 48 is formed in the head 42, and a shaft housing space 46 extending in the axial direction is formed in the shaft 44.
  • the head housing space 48 and the shaft housing space 46 are in communication with each other, and the head housing space 48 is expanded in the radial direction relative to the shaft housing space 46.
  • the head housing space 48 and the shaft housing space 46 are collectively referred to as an internal space 49.
  • the cylindrical portion 44 a has a recess 90 formed on the outer peripheral surface, and a current measurement path 92 for stress measurement is formed on the cylindrical bottom surface of the recess 90.
  • the energizing path 92 is made of a metal material, and itself is deformed as the energizing path member 30 is deformed. As a result, electrical characteristics such as a resistance value are changed. Output the resulting stress state.
  • An electrical insulating layer 91 is directly formed on the bottom surface of the recess 90, and a current path 92 is directly formed on the electrical insulating layer 91.
  • the electrical insulating layer 91 can employ, for example, laminated printing, pad printing, painting, plating, ink jet printing, and the like.
  • various methods such as forming a coating film by sputtering with a predetermined mask, applying a heat treatment by applying a silica material, or applying a polyimide organic insulating material can be employed. .
  • the energization path 92 includes a first energization path 93 and a second energization path 94 that are provided independently of each other.
  • the 1st electricity supply path 93 is extended so that it may reciprocate along the axial direction J used as a 1st direction, and the state which the surface of the member 30 with an electricity supply path deform
  • the second energization path 94 extends so as to reciprocate along a circumferential direction S that is a second direction perpendicular to the first direction, and the surface of the energization path member 30 is deformed along the second direction. Detect the state to be.
  • first energization path 93 it is also preferable to dispose a plurality of them in a place having a certain phase difference (for example, 90 °, 180 °) in the circumferential direction. A plurality may be arranged at intervals. The same applies to the second energization path 94.
  • the current path 92 is directly formed in the concave portion 90 or the electrical insulating layer 91 by layer printing, pad printing, painting, plating, ink jet printing, sputtering, or the like using a conductive paste.
  • the shape of the wiring may be set by performing masking and etching according to the shape of the current path 92.
  • the energization path 92 is prevented from peeling off over a long period of time.
  • the energization path 92 is provided by an adhesive layer or the like made of an adhesive, accurate stress cannot be measured due to deterioration of the adhesive over time, and therefore cannot be adopted in this embodiment.
  • the outer surfaces of the first energization path 93 and the second energization path 94 are set so as not to protrude from the recess 90. That is, the depth of the recess 90 is greater than the thickness of the wiring of the first energizing path 93 and the second energizing path 94. By doing in this way, it avoids that the 1st electricity supply path 93 and the 2nd electricity supply path 94 contact and damage another member.
  • a recess 96 is also formed in the seating surface 42A and the peripheral surface 42B of the head 42.
  • a wiring 97 for supplying electricity from a power storage means (battery) 120, which will be described later, to the energization path 92 is formed in the recess 46. Therefore, even if the member to be fastened is fastened by the seating surface 42A, the wiring 97 can be prevented from coming into contact with the member to be fastened. Further, even when the head 42 is rotated with a tool such as a spanner, it is possible to avoid contact between the tool and the wiring 97.
  • a substrate 54 to which the wiring 97 is connected and a storage means (battery) 120 for supplying power to the substrate 54 are accommodated.
  • the power receiving means 110, the information transmitting means 140, and the like are formed.
  • the case where the power storage unit 120, the substrate 54, and the like are incorporated is illustrated, but they may be arranged outside.
  • a cap 50 is installed at the opening of the internal space 49. If the cap 50 on the head accommodating space 48 side is removed, the storage means (battery) 120 can be replaced and the substrate 54 and the like can be maintained without removing the male screw body 40 from the building 10.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Information acquisition system 101 Receiving type information acquisition transmission device 104 Power supply device 105 Power supply wave 105A First unmodulated wave region 105B Second unmodulated wave region 105C Third unmodulated wave region 105X First modulated wave region 105Y Second modulation Wave region 110 Power receiving unit 120 Power storage unit 130 Information acquisition unit 134 Storage unit 136 Operation processing unit 138 Control unit 140 Information transmission unit 142 Transmission wave 142A First transmission signal region 142B Second transmission signal region 150 Rectification unit 160 Collection timing control unit 170 Transmission timing control means 170 Transmission timing control means 180 Distribution control means 190 Reception means

Landscapes

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Abstract

受電型情報取得発信装置１０１は、電力を供給可能な電力供給波を受ける一つ以上の受電手段１１０と、受電手段が得た電力を蓄積する一つ以上の蓄電手段１２０と、受電手段１１０及び／又は蓄電手段１２０の前記電力の少なくとも一部を消費して情報を取得する一つ以上の情報取得手段１３０と、蓄電手段１２０の電力を利用して情報を外部に発信する一つ以上の情報発信手段１４０と、を備える。これにより、定期的又は定常的な情報収集を可能にし、かつ、この情報を安定して恒久的に、遠隔即ち近距離又は遠距離の外部に発信できるようにする。

Description

受電型情報取得発信装置、情報取得システム
　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受電型情報取得発信装置は、測定対象となる部材に設置される受電型情報取得発信装置であって、電力を供給可能な電力供給波を受ける受電手段と、前記受電手段が得た電力を蓄積する蓄電手段と、前記受電手段及び／又は前記蓄電手段の前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、前記蓄電手段の前記電力を利用して、前記情報を外部に発信する情報発信手段と、を備え、前記情報取得手段は、前記部材の変化を計測することを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記情報取得手段は、周囲の物理現象を検知して情報を取得することを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、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が、収集タイミング制御手段によって制御されることを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記収集タイミング制御手段は、前記受電手段が前記電力供給波を受け取った時、及び／又は、予め設定された収集時間を経過した時、及び／又は、前記蓄電手段の時定数に対応した時間が経過した時、及び／又は、前記蓄電手段の充電量が所定閾値に達した時、及び／又は、外部から収集指示信号を受信した時、の何れか一つ以上の条件を満たす場合に前記情報を取得するタイミングとすることを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記収集タイミング制御手段は、前記受電手段が前記電力供給波を受け取った時、予め設定された収集時間を経過した時、前記蓄電手段の時定数に対応した時間を経過した時、前記蓄電手段の充電量が所定閾値に達した時、外部から収集指示信号を受信した時、から選択された複数の任意の組み合わせの条件を同時に満たす場合に前記情報を取得するタイミングとすることを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記情報を前記情報発信手段によって発信するタイミングを制御する発信タイミング制御手段を有することを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記発信タイミング制御手段は、予め設定された発信時間を経過した時、及び／又は、前記蓄電手段の時定数に対応した時間を経過した時、及び／又は、前記蓄電手段の充電量が所定閾値に達した時、及び／又は、前記情報取得手段が取得する前記情報が所定条件を満たした時、及び／又は、外部から発信指示信号を受信した時、及び／又は、前記受電手段が前記電力供給波を受け取った時、の何れか一つ以上の条件を満たす場合に前記情報を発信するタイミングとすることを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記発信タイミング制御手段は、予め設定された発信時間を経過した時、前記蓄電手段の時定数に対応した時間を経過した時、前記蓄電手段の充電量が所定閾値に達した時、前記情報取得手段が取得する前記情報が所定条件を満たした時、外部から発信指示信号を受信した時、前記受電手段が前記電力供給波を受け取った時、から選択された複数の任意の組み合わせの条件を同時に満たす場合に前記情報を発信するタイミングとすることを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記受電手段が変換した前記電力の一部を、前記情報取得手段に振り分ける分配制御手段を有することを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記電力供給波は、γ線、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、レーザー光、マイクロウエーブを含む電波等の電磁波、或いは、超音波を含む音波や固体振動等の弾性波を含む波動エネルギーの何れか一つ以上を含むことを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記受電手段が得た電力を整流する整流手段を備えることを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置に関連して、前記情報取得手段は、前記情報を記憶する記憶部、所定の演算を行う演算処理部、及び所定の制御を行う制御部の何れかと接続されることを特徴とする。
　前記受電型情報取得発信装置はＩＣタグであることを特徴とする。
　前記目的を達成する本発明の情報取得システムは、上記の何れかに記載の受電型情報取得発信装置と、前記受電側情報取得発信装置の前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、前記受電側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側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。
　前記情報取得システムに関連して、前記受電側情報取得発信装置における前記情報発信手段の前記情報の発信頻度に基づいて又は前記情報取得手段の前記情報の取得頻度に基づいて、前記電力供給装置における前記電力供給波の発信量を可変にすることを特徴とする。
　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。 （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平面図であり、（Ｂ）は同通電路付部材の正面図であり、（Ｃ）は同部材の断面図である。 同通路付部材の斜視図である。
　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。
　なお、上記実施形態では、金属等のプレート材３００に情報取得手段１３０の全部又は一部が設けら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７及び図８に、通電路付部材３０として雄ねじ体４０を採用した場合の基本構造を示す。雄ねじ体４０は所謂ボルトであり、頭部４２と軸部４４を有する。軸部４４には、円筒部４４ａとねじ部４４ｂとが形成される。勿論、円筒部４４ａは必須ではない。
　頭部４２内には、頭部収容空間４８が形成されており、軸部４４内には、軸方向に延びる軸部収容空間４６が形成される。頭部収容空間４８と軸部収容空間４６は連通しており、頭部収容空間４８が軸部収容空間４６よりも径方向に拡張した構造となっている。ここでは、これらの頭部収容空間４８及び軸部収容空間４６を総称して内部空間４９と呼ぶ。
　円筒部４４ａは、外周面に凹部９０が形成され、凹部９０における円筒状の底面に、応力計測用の通電路９２が形成される。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。凹部９０の底面には、電気絶縁層９１が直接形成され、この電気絶縁層９１の上に、通電路９２が直接形成される。
　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。
　通電路９２は、互いに独立して併設される第一通電路９３と第二通電路９４を有する。第一通電路９３は、第一方向となる軸方向Ｊに沿って、往復するように延びており、通電路付部材３０の表面が第一方向に沿って変形する状態を検出する。第二通電路９４は、第一方向に対して直角の第二方向となる周方向Ｓに沿って、往復するように延びており、通電路付部材３０の表面が第二方向に沿って変形する状態を検出する。なお、ここでは第一通電路９３を一つだけ配置する場合を例示したが、周方向に一定の位相差（例えば９０°、１８０°）を有する場所に複数配置することも好ましく、軸方向に間隔を空けて複数配置してもよい。第二通電路９４に関しても同様である。通電路９２は、導電性ペーストを利用した積層印刷、パット印刷、塗装、メッキ、インクジェット印刷、スパッタリング等によって凹部９０又は電気絶縁層９１に直接形成される。通電路９２の形状に合わせてマスキングを施してエッチングすることで、配線の形状を設定しても良い。このように通電路９２を直接形成することで、長期間に亘って、通電路９２が剥離しないようになっている。ちなみに、接着材によって構成される接着層等によって通電路９２を設置すると、接着剤の経時劣化によって正確な応力が計測できなくなるので、本実施形態では採用できない。
　第一通電路９３及び第二通電路９４の外表面は、凹部９０から突出しないように設定される。即ち、第一通電路９３及び第二通電路９４の配線の厚さに対して、凹部９０の深さの方が大きい。このようにすることで、第一通電路９３及び第二通電路９４が、他の部材と接触して損傷することを回避する。なお、第一通電路９３及び第二通電路９４の外表面にカバー層を形成して保護することも好ましい。カバー層も絶縁材料を用いるようにする。
　頭部４２の座面４２Ａ及び周面４２Ｂにも、凹部９６が形成される。この凹部４６内に、後述する蓄電手段（バッテリ）１２０から通電路９２まで電気を供給する配線９７が形成される。従って、座面４２Ａによって、被締結部材を締結しても、配線９７は、被締結部材に接触することを回避できる。また、スパナ等の工具によって頭部４２を回転させても、工具と配線９７が接触することを回避できる。
　内部空間４９内には、配線９７が接続される基板５４と、基板５４に電力を供給する蓄電手段（バッテリ）１２０が収容される。基板５４には、受電手段１１０や情報発信手段１４０等が形成される。なお、本実施形態では蓄電手段１２０や基板５４等を内蔵する場合を例示するが、外部に配置されてもよい。
　更に内部空間４９に異物や水分が進入するのを防止するために、内部空間４９の開口部分にはキャップ５０が設置される。頭部収容空間４８側のキャップ５０をとりはずせば、建造物１０から雄ねじ体４０を取り外すことなく、蓄電手段（バッテリ）１２０の交換や、基板５４等のメンテナンスが可能となっている。
　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 (20)

  1. 　測定対象となる部材に設置される受電型情報取得発信装置であって、
    　電力を供給可能な電力供給波を受ける受電手段と、
    　前記受電手段が得た電力を蓄積する蓄電手段と、
    　前記受電手段及び／又は前記蓄電手段の前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、
    　前記蓄電手段の前記電力を利用して、前記情報を外部に発信する情報発信手段と、
    　を備え、
    　前記情報取得手段は、前記部材の変化を計測することを特徴とする
    　受電型情報取得発信装置。
  2. 　前記情報取得手段は、周囲の物理現象を検知して情報を取得することを特徴とする、
    　請求の範囲１に記載の受電型情報取得発信装置。
  3. 　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が、収集タイミング制御手段によって制御されることを特徴とする、
    　請求の範囲２に記載の受電型情報取得発信装置。
  4. 　前記収集タイミング制御手段は、
    　　前記受電手段が前記電力供給波を受け取った時、及び／又は、予め設定された収集時間を経過した時、及び／又は、前記蓄電手段の時定数に対応した時間が経過した時、及び／又は、前記蓄電手段の充電量が所定閾値に達した時、及び／又は、外部から収集指示信号を受信した時、
    　の何れか一つ以上の条件を満たす場合に前記情報を取得するタイミングとすることを特徴とする、
    　請求の範囲３に記載の受電型情報取得発信装置。
  5. 　前記収集タイミング制御手段は、
    　　前記受電手段が前記電力供給波を受け取った時、
    　　予め設定された収集時間を経過した時、
    　　前記蓄電手段の時定数に対応した時間を経過した時、
    　　前記蓄電手段の充電量が所定閾値に達した時、
    　　外部から収集指示信号を受信した時、
    　から選択された複数の任意の組み合わせの条件を同時に満たす場合に前記情報を取得するタイミングとすることを特徴とする、
    　請求の範囲３に記載の受電型情報取得発信装置。
  6. 　前記情報を前記情報発信手段によって発信するタイミングを制御する発信タイミング制御手段を有することを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至５の何れかに記載の受電型情報取得発信装置。
  7. 　前記発信タイミング制御手段は、
    　　予め設定された発信時間を経過した時、及び／又は、
    　　前記蓄電手段の時定数に対応した時間を経過した時、及び／又は、
    　　前記蓄電手段の充電量が所定閾値に達した時、及び／又は、
    　　前記情報取得手段が取得する前記情報が所定条件を満たした時、及び／又は、
    　　外部から発信指示信号を受信した時、及び／又は、
    　　前記受電手段が前記電力供給波を受け取った時、
    　の何れか一つ以上の条件を満たす場合に前記情報を発信するタイミングとすることを特徴とする、
    　請求の範囲６に記載の受電型情報取得発信装置。
  8. 　前記発信タイミング制御手段は、
    　　予め設定された発信時間を経過した時、
    　　前記蓄電手段の時定数に対応した時間を経過した時、
    　　前記蓄電手段の充電量が所定閾値に達した時
    　　前記情報取得手段が取得する前記情報が所定条件を満たした時、
    　　外部から発信指示信号を受信した時、
    　　前記受電手段が前記電力供給波を受け取った時、
    　から選択された複数の任意の組み合わせの条件を同時に満たす場合に前記情報を発信するタイミングとすることを特徴とする、
    　請求の範囲６に記載の受電型情報取得発信装置。
  9. 　前記受電手段が変換した前記電力の一部を、前記情報取得手段に振り分ける分配制御手段を有することを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至８の何れかに記載の受電型情報取得発信装置。
  10. 　前記電力供給波は、γ線、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、レーザー光、マイクロウエーブを含む電波等の電磁波、或いは、超音波を含む音波や固体振動等の弾性波を含む波動エネルギーの何れか一つ以上を含むことを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至９のいずれかに記載の受電型情報取得発信装置。
  11. 　前記受電手段が得た電力を整流する整流手段を備えることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至１０の何れかに記載の受電型情報取得発信装置。
  12. 　前記情報取得手段は、前記情報を記憶する記憶部、所定の演算を行う演算処理部、及び所定の制御を行う制御部の何れかと接続されることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至１１の何れかに記載の受電型情報取得発信装置。
  13. 　ＩＣタグであることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至１２の何れかに記載の受電型情報取得発信装置。
  14. 　請求の範囲１乃至１３の何れかに記載の受電型情報取得発信装置と、
    　前記受電側情報取得発信装置の前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、
    　を備えることを特徴とする情報取得システム。
  15. 　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、
    　請求の範囲１４に記載の情報取得システム。
  16. 　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、
    　請求の範囲１５に記載の情報取得システム。
  17. 　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、
    　請求の範囲１４乃至１６のいずれかに記載の情報取得システム。
  18. 　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、
    　請求の範囲１４乃至１７のいずれかに記載の情報取得システム。
  19. 　前記受電側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側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、
    　請求の範囲１４乃至１９のいずれかに記載の情報取得システム。
  20. 　前記受電側情報取得発信装置における前記情報発信手段の前記情報の発信頻度に基づいて又は前記情報取得手段の前記情報の取得頻度に基づいて、前記電力供給装置における前記電力供給波の発信量を可変にすることを特徴とする、
    　請求の範囲１４乃至１９のいずれかに記載の情報取得システム。
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