WO2020075395A1

WO2020075395A1 - 無線センサ

Info

Publication number: WO2020075395A1
Application number: PCT/JP2019/032578
Authority: WO
Inventors: 良彰山岸
Original assignee: アズビル株式会社
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2020-04-16
Also published as: CN112789669A; JP2020061070A

Abstract

電磁波を介して電力を受ける受電部１０と、利用可能な電力と閾値とを比較する比較部３０と、利用可能な電力が閾値より大きい場合、測定対象を測定し、利用可能な電力が閾値より小さい場合、測定対象を測定しない測定部６０と、を備える無線センサ１００。

Description

無線センサ

本発明は、無線センサに関する。

　従来、センサは、有線により給電され、有線によりデータの送受信をしていた。しかし、近年、無線によりデータの送受信をする無線センサが広まっている。無線センサには、配線作業が不要であること、物理的に配線が難しい場所に配置が可能であること、また配線と物体との接触等により生じ得る配線不良が生じない等の利点がある。特に複数のセンサの配置が必要な場合に、複雑な配線が不要になる利点は大きいものとみなされている。

　無線センサには、給電は有線によるもの、電池駆動するもの、無線により給電されるものがある。有線による給電は、配線が不要であるという無線センサの利点を活かすことができない。電池は、例えば温度や圧力が大きく変化する場所では破損するおそれがある。したがって、給電も無線による無線センサに注目が集まっている。

　ところで、有線による給電は、安定した電力の供給が可能であり、センサにおいて供給電力が消費電力を下回ることは通常生じ得ない。これに対し、無線による給電は、送電アンテナによる送電状態、送電された電磁波と物体の干渉、及び無線センサの空間的な配置等により、安定した電力の供給が困難になる場合がある。そのため、無線センサが受電する電力が一定ではない場合が生じ、無線センサにおいて供給電力が消費電力を下回ることが生じ得る。

　供給電力が消費電力を下回ると、無線センサは突然シャットダウンし得る。この場合、無線センサが備える記憶装置に保存されていたデータが消失したり、無線センサの復旧に時間がかかったりすることがあり得る。これに対し、蓄電池を備える受電装置において、受電装置の蓄電量が少ない場合、受電装置が送電部に送電指示を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－０９３２２３号公報

　しかし、無線給電が不安定になる要因は、送電装置や無線センサ以外の外的要因による場合も多く、単に送電装置が無線センサの蓄電量に応じて送電を開始しても、安定的な電力供給はできない場合がある。そこで、本発明は、安定に動作可能な無線センサを提供することを目的の一つとする。

　本発明の態様によれば、電磁波を介して電力を受ける受電部と、利用可能な電力と閾値とを比較する比較部と、利用可能な電力が閾値より大きい場合、測定対象を測定し、利用可能な電力が閾値より小さい場合、測定対象を測定しない測定部と、を備える無線センサが提供される。

　上記の無線センサが、利用可能な電力が閾値より大きい場合、測定部による測定結果を送信し、利用可能な電力が閾値より小さい場合、測定部による測定結果を送信しない送信部をさらに備えていてもよい。

　上記の無線センサにおいて、閾値が第１閾値と、第１閾値より大きい第２閾値と、を含み、測定部が、利用可能な電力が第１閾値より大きい場合、測定対象を測定し、利用可能な電力が第１閾値より小さい場合、測定対象を測定せず、送信部が、利用可能な電力が第２閾値より大きい場合、測定部による測定結果を送信し、利用可能な電力が第２閾値より小さい場合、測定部による測定結果を送信しなくともよい。

　上記の無線センサにおいて、測定部が測定対象を測定し、送信部が測定結果を送信しなかった場合、送信されなかった測定結果を保存する測定結果記憶装置をさらに備え、送信部が、利用可能な電力が第２閾値より大きくなった後、測定結果記憶装置に保存されている測定結果を送信してもよい。

　上記の無線センサにおいて、利用可能な電力が受電部が受けた電力であってもよい。

　上記の無線センサが、受電部が受けた電力を蓄電する蓄電部をさらに備え、利用可能な電力が蓄電部に蓄電されている電力であってもよい。

　上記の無線センサにおいて、比較部が、利用可能な電力と閾値とを周期的に比較してもよい。

　上記の無線センサにおいて、比較部が、トリガー信号を受けた後、利用可能な電力と閾値とを比較してもよい。

本発明によれば、安定に動作可能な無線センサを提供可能である。

第１実施形態に係る無線センサを示す模式図である。第１実施形態に係る無線センサが受電する電力と無線センサの消費電力との関係を示す模式的なグラフである。第１実施形態に係る無線センサの動作を模式的に示すフローチャートである。第２実施形態に係る無線センサが受電する電力と無線センサの消費電力との関係を示す模式的なグラフである。第２実施形態に係る無線センサの動作を模式的に示すフローチャートである。第３実施形態に係る無線センサが受電する電力と無線センサの消費電力との関係を示す模式的なグラフである。第３実施形態に係る無線センサの動作を模式的に示すフローチャートである。第５実施形態に係る無線センサの動作を模式的に示すフローチャートである。他の実施形態に係る無線センサを示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

　（第１実施形態）
　第１実施形態に係る無線センサ１００は、図１に示すように、電磁波を介して電力を受ける受電部１０と、利用可能な電力と閾値とを比較する比較部３０と、利用可能な電力が閾値より大きい場合、測定対象を測定し、利用可能な電力が閾値より小さい場合、測定対象を測定しない測定部６０と、測定部６０による測定結果を送信可能な送信部５０と、を備える。測定対象は任意であるが、例えば、無線センサ１００の周囲の温度、湿度、乾き度、圧力、流速及び流量である。あるいは、測定対象は物質であってもよい。

　無線センサ１００は、例えば部屋等の閉空間５００内に配置されるが、特に限定されず、解放された空間に配置されてもよい。無線センサ１００は、電磁波照射装置２００の送電アンテナから照射されるマイクロ波等の電磁波によってワイヤレスに給電される。受電部１０は、受電アンテナ１１を介して、電磁波照射装置２００が送電した電磁波を受ける。無線センサ１００は、受電部１０が受電した電力を蓄電する蓄電部２０を任意で備える。蓄電部２０は、受電部１０に電気的に接続される。

　比較部３０は、受電部１０が受電した電力を監視し、利用可能な電力である受電部１０が受電した電力と、閾値と、を比較する。比較部３０は、例えば、所定の間隔で、利用可能な電力と閾値を比較する。比較部３０は、周期的な間隔で、利用可能な電力と閾値を比較してもよい。あるいは、比較部３０は、常に利用可能な電力と閾値を比較してもよい。閾値は、測定部６０が測定対象を測定可能な電力と、送信部５０が測定結果を送信可能な電力と、無線センサ１００の他の電子部品が要する電力と、の和等に基づいて、予め設定される。比較部３０が閾値を保存していてもよいし、比較部３０に接続された記憶装置が、閾値を保存していてもよい。

　比較部３０は、例えば、受電部１０が受電した電力が閾値より大きい場合、測定部６０による測定及び送信部５０による送信が可能であると判定する。また、比較部３０は、例えば、受電部１０が受電した電力が閾値より小さい場合、測定部６０による測定及び送信部５０による送信が不可能であると判定する。

　比較部３０は、電圧監視回路等のアナログ回路であってもよい。また、比較部３０は、コンピューターが、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現されてもよい。あるいは、比較部３０は、例えば、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等のハードウェアにより実現されてもよい。

　図２及び図３に示すように、ステップＳ１０１で受電部１０が受電した電力が閾値より大きい場合、ステップＳ１０２で測定部６０が測定対象を測定し、送信部５０が送信アンテナ１２を介して測定結果を含むセンシング信号を無線で送信する。ステップＳ１０１で受電部１０が受電した電力が閾値より小さい場合、測定部６０が測定対象を測定せず、送信部５０が測定結果を送信しない。ただし、比較部３０が比較をするあるタイミングにおいて受電部１０が受電した電力が閾値より小さくとも、図２に示すように、その後の比較部３０が比較をするタイミングにおいて受電部１０が受電した電力が閾値より大きい場合、測定部６０が測定対象を測定し、送信部５０が測定結果を送信する。

　図１に示す測定部６０は、比較部３０が、受電部１０が受電した電力が閾値より大きいと判定するごとに、測定対象を測定してもよい。また、送信部５０は、比較部３０が、受電部１０が受電した電力が閾値より大きいと判定するごとに、測定結果を送信してもよい。測定部６０及び送信部５０は、比較部３０の制御により動作してもよい。

　無線給電される無線センサにおいては、受電量は送電状況に依存し、無線センサ側において受電量を能動的に増減することはできない場合がある。測定及び測定結果の送信に必要な電力を下回る電力を受信している状況で、測定及び送信を実施すると、無線センサ全体が電力不足によりシャットダウンし、復旧するのに時間を要する場合がある。これに対し、第１実施形態に係る無線センサによれば、受電量に応じて、測定及び測定結果の送信の実施を行うため、受電量不足の際には測定頻度が低下するものの、受電量不足によるシャットダウンを回避し、長期にわたり安定した測定及び測定結果の送信の実施を行うことが可能である。

　（第２実施形態）
　第１実施形態では、図１に示す比較部３０が、利用可能な電力である受電部１０が受電した電力と、閾値と、を比較する例を説明した。これに対し、第２実施形態に係る無線センサ１００は、比較部３０が、蓄電部２０が蓄電している電力を監視し、利用可能な電力である蓄電部２０が蓄電している電力と、閾値と、を比較してもよい。

　比較部３０は、例えば、蓄電部２０が蓄電している電力が閾値より大きい場合、測定部６０による測定及び送信部５０による送信が可能であると判定する。また、比較部３０は、例えば、蓄電部２０が蓄電している電力が閾値より小さい場合、測定部６０による測定及び送信部５０による送信が不可能であると判定する。

　図４及び図５に示すように、ステップＳ２０１で蓄電部２０が蓄電している電力が閾値より大きい場合、ステップＳ２０２で測定部６０が測定対象を測定し、送信部５０が測定結果を送信する。ステップＳ２０１で蓄電部２０が蓄電している電力が閾値より小さい場合、測定部６０が測定対象を測定せず、送信部５０が測定結果を送信しない。ただし、比較部３０が比較をするあるタイミングにおいて蓄電部２０が蓄電している電力が閾値より小さくとも、図４に示すように、その後の比較部３０が比較をするタイミングにおいて蓄電部２０が蓄電している電力が閾値より大きい場合、測定部６０が測定対象を測定し、送信部５０が測定結果を送信する。

　第２実施形態に係る無線センサ１００のその他の事項は、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

　無線給電センサにおいて、測定及び測定結果の送信に必要な電力のみを蓄電している状況で、測定及び送信を実施すると、無線センサ全体が電力不足によりシャットダウンし、復旧するのに時間を要する場合がある。これに対し、第２実施形態に係る無線センサによれば、蓄電量に応じて、測定及び測定結果の送信の実施を行うため、蓄電量不足の際には測定頻度が低下するものの、蓄電量不足によるシャットダウンを回避し、長期にわたり安定した測定及び測定結果の送信の実施を行うことが可能である。

　（第３実施形態）
　第３実施形態において、閾値が、第１閾値と、第１閾値より大きい第２閾値と、を含んでいてもよい。この場合、図１に示す比較部３０が、蓄電部２０が蓄電している電力を監視し、利用可能な電力である蓄電部２０が蓄電している電力と、第１及び第２閾値と、を比較してもよい。

　比較部３０は、例えば、蓄電部２０が蓄電している電力が第１閾値より大きい場合、測定部６０による測定が可能であると判定する。また、比較部３０は、例えば、蓄電部２０が蓄電している電力が第１閾値より小さい場合、測定部６０による測定が不可能であると判定する。

　また、比較部３０は、例えば、蓄電部２０が蓄電している電力が第２閾値より大きい場合、送信部５０による送信が可能であると判定する。また、比較部３０は、例えば、蓄電部２０が蓄電している電力が第２閾値より小さい場合、送信部５０による送信が不可能であると判定する。

　図６及び図７に示すように、ステップＳ３０１で蓄電部２０が蓄電している電力が第１閾値より小さい場合、測定部６０は測定対象を測定せず、送信部５０は測定結果を送信しない。ステップＳ３０１で蓄電部２０が蓄電している電力が第１閾値より大きい場合、ステップＳ３０２で測定部６０は測定対象を測定する。ステップＳ３０３で蓄電部２０が蓄電している電力が第２閾値より小さい場合、送信部５０は測定結果を送信しない。ステップＳ３０３で蓄電部２０が蓄電している電力が第２閾値より大きい場合、ステップＳ３０４で送信部５０は測定結果を送信する。なお、ステップＳ３０１とステップＳ３０２は同時に実施されてもよい。

　第３実施形態に係る無線センサは、蓄電部２０が蓄電している電力が第１閾値より大きく、第２閾値より小さいために、図１に示す測定部６０が測定対象を測定し、送信部５０が測定結果を送信しなかった場合、送信されなかった測定結果を保存する測定結果記憶装置をさらに備えていてもよい。また、図６に示すように、送信部５０が、利用可能な電力が第２閾値より大きくなった後、測定結果記憶装置に保存されている一又は複数の測定結果を送信してもよい。

　一般に無線センサにおいては、測定に要する電力は、送信に要する電力と比較して小さい。第３実施形態に係る無線センサによれば、送信に要する電力が不足している場合も、測定を継続し、後に測定結果を送信することが可能である。第３実施形態に係る無線センサ１００のその他の事項は、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

　（第４実施形態）
　第３実施形態では、比較部３０が、蓄電部２０が蓄電している電力を監視し、利用可能な電力である蓄電部２０が蓄電している電力と、第１及び第２閾値と、を比較する例を説明した。これに対し、比較部３０が、受電部１０が受電した電力を監視し、利用可能な電力である受電部１０が受電した電力と、第１及び第２閾値と、を比較してもよい。

　この場合、比較部３０は、例えば、受電部１０が受電した電力が第１閾値より大きい場合、測定部６０による測定が可能であると判定する。また、比較部３０は、例えば、受電部１０が受電した電力が第１閾値より小さい場合、測定部６０による測定が不可能であると判定する。

　また、比較部３０は、例えば、受電部１０が受電した電力が第２閾値より大きい場合、送信部５０による送信が可能であると判定する。また、比較部３０は、例えば、受電部１０が受電した電力が第２閾値より小さい場合、送信部５０による送信が不可能であると判定する。

　受電部１０が受電した電力が第１閾値より小さい場合、測定部６０は測定対象を測定せず、送信部５０は測定結果を送信しない。受電部１０が受電した電力が第１閾値より大きく、第２閾値より小さい場合、測定部６０は測定対象を測定するが、送信部５０は測定結果を送信しない。受電部１０が受電した電力が第２閾値より大きい場合、測定部６０は測定対象を測定し、送信部５０は測定結果を送信する。

　第４実施形態に係る無線センサは、受電部１０が受電した電力が第１閾値より大きく、第２閾値より小さいために、測定部６０が測定対象を測定し、送信部５０が測定結果を送信しなかった場合、送信されなかった測定結果を保存する測定結果記憶装置をさらに備えていてもよい。また、送信部５０が、利用可能な電力が第２閾値より大きくなった後、測定結果記憶装置に保存されている一又は複数の測定結果を送信してもよい。

　第４実施形態に係る無線センサ１００のその他の事項は、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

　（第５実施形態）
　図１に示す無線センサ１００が備える比較部３０、測定部６０、及び送信部５０は、任意のトリガー信号に基づき、不定期に駆動してもよい。無線センサ１００は、トリガー信号を、無線により無線センサ１００の外部から受信してもよい。あるいは、無線センサ１００は、任意のイベント発生時に、トリガー信号を内部で発生させるトリガー信号発生部を備えていてもよい。またあるいは、無線センサ１００は、タイマーの設定によりトリガー信号を発生させるトリガー信号発生部を備えていてもよい。

　この場合、比較部３０はトリガー信号を待機し、トリガー信号を受けるまで比較を行わない。比較部３０は、トリガー信号を受けた後、蓄電部２０が蓄電している電力を監視し、利用可能な電力である蓄電部２０が蓄電している電力と、第１及び第２閾値と、を比較する。

　例えば、図８に示すように、トリガー信号を受けた比較部３０は、ステップＳ４０１で蓄電部２０が蓄電している電力が第１閾値より大きい場合、測定部６０による測定が可能であると判定し、蓄電部２０が蓄電している電力が第１閾値より小さい場合、測定部６０による測定が不可能であると判定する。蓄電部２０が蓄電している電力が第１閾値より大きい場合、ステップＳ４０２で測定部６０が測定対象を測定する。ステップＳ４０３で比較部３０は、蓄電部２０が蓄電している電力が第２閾値より大きい場合、送信部５０による送信が可能であると判定し、蓄電部２０が蓄電している電力が第２閾値より小さい場合、送信部５０による送信が不可能であると判定する。蓄電部２０が蓄電している電力が第２閾値より大きい場合、ステップ４０４で送信部５０が測定結果を送信する。

　測定部６０は、トリガー信号を受けた比較部３０が比較を行うまで待機し、測定を行わない。送信部５０は、トリガー信号を受けた比較部３０が比較を行うまで待機し、送信を行わない。トリガー信号を受けた比較部３０が、蓄電部２０が蓄電している電力が第１閾値より大きく、第２閾値より小さいと判定した場合、測定部６０は測定対象を測定し、送信部５０は測定結果を送信しない。トリガー信号を受けた比較部３０が、蓄電部２０が蓄電している電力が第２閾値より大きいと判定した場合、測定部６０は測定対象を測定し、送信部５０は測定結果を送信する。

　第５実施形態に係る無線センサ１００のその他の事項は、第３実施形態と同様であるので、説明は省略する。なお、第１、第２及び第４実施形態に係る無線センサ１００においても、比較部３０が、トリガー信号を受けた後、利用可能な電力と閾値とを比較してもよい。

　（他の実施形態）
　上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、上述した実施形態を組み合わせてもよい。また、上記の実施形態では、閉空間として部屋を使用する場合を説明したが、閉空間は、工場、保管庫、房、漕及び炉等であってもよい。炉は凍結乾燥炉であってもよい。閉空間は、無菌的な医薬品処理空間であってもよい。無線センサはバイアル中に配置されてもよい。

　無線センサは、酸素や二酸化炭素等の気体濃度を測定対象としてもよい。また、無線センサは、光電センサ及び近接センサであってもよい。無線センサは、全地球測位システム（ＧＰＳ）等を利用した位置センサであってもよい。無線センサは、人や物品のそれぞれの存否や移動を測定対象としてもよい。この場合、無線センサは、人や物品に固定されてもよい。無線センサは、ウェラブルセンサであってもよい。物品は、商品、美術品、及び展示品等であってもよい。

　図９は、部屋である閉空間５００に、複数の無線センサ１００を設置した例を示す。複数の無線センサ１００は、例えば、部屋の壁や天井に設置される。例えば、閉空間５００内にいる人の数の変化、人の移動、及び物の移動により、複数の無線センサ１００のそれぞれの受電量は変化し得る。これに対し、上述したように、複数の無線センサ１００のそれぞれは、受電量又は蓄電量に応じて駆動状態を変化させることによって、安定的に駆動し続け、測定結果を受信装置２１０に送信することが可能である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。

　１０・・・受電部、１１・・・受電アンテナ、１２・・・送信アンテナ、２０・・・蓄電部、３０・・・比較部、５０・・・送信部、６０・・・測定部、１００・・・無線センサ、２００・・・電磁波照射装置、２１０・・・受信装置、５００・・・閉空間

Claims

　電磁波を介して電力を受ける受電部と、
　利用可能な電力と閾値とを比較する比較部と、
　前記利用可能な電力が前記閾値より大きい場合、測定対象を測定し、前記利用可能な電力が前記閾値より小さい場合、前記測定対象を測定しない測定部と、
　を備える無線センサ。
　前記利用可能な電力が前記閾値より大きい場合、前記測定部による測定結果を送信し、前記利用可能な電力が前記閾値より小さい場合、前記測定部による測定結果を送信しない送信部をさらに備える、請求項１に記載の無線センサ。
　前記閾値が第１閾値と、前記第１閾値より大きい第２閾値と、を含み、
　前記測定部が、前記利用可能な電力が前記第１閾値より大きい場合、前記測定対象を測定し、前記利用可能な電力が前記第１閾値より小さい場合、前記測定対象を測定せず、　前記送信部が、前記利用可能な電力が前記第２閾値より大きい場合、前記測定部による測定結果を送信し、前記利用可能な電力が前記第２閾値より小さい場合、前記測定部による測定結果を送信しない、
　請求項２に記載の無線センサ。
　前記測定部が前記測定対象を測定し、前記送信部が前記測定結果を送信しなかった場合、前記送信されなかった測定結果を保存する測定結果記憶装置をさらに備え、
　前記送信部が、前記利用可能な電力が前記第２閾値より大きくなった後、前記測定結果記憶装置に保存されている前記測定結果を送信する、請求項３に記載の無線センサ。
　前記利用可能な電力が前記受電部が受けた電力である、請求項１から４のいずれか１項に記載の無線センサ。
　前記受電部が受けた電力を蓄電する蓄電部をさらに備え、
　前記利用可能な電力が前記蓄電部に蓄電されている電力である、請求項１から４のいずれか１項に記載の無線センサ。
　前記比較部が、前記利用可能な電力と閾値とを周期的に比較する、請求項１に記載の無線センサ。
　前記比較部が、トリガー信号を受けた後、前記利用可能な電力と前記閾値とを比較する、請求項１に記載の無線センサ。