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JP2012063324A - Foreign matter detection system, foreign matter sensor, and detection device - Google Patents

Foreign matter detection system, foreign matter sensor, and detection device Download PDF

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JP2012063324A
JP2012063324A JP2010209847A JP2010209847A JP2012063324A JP 2012063324 A JP2012063324 A JP 2012063324A JP 2010209847 A JP2010209847 A JP 2010209847A JP 2010209847 A JP2010209847 A JP 2010209847A JP 2012063324 A JP2012063324 A JP 2012063324A
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Japan
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reflected
frequency
wave
foreign matter
sensor
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JP2010209847A
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Akio Kitagawa
章夫 北川
Ki Choe
冀 崔
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Kanazawa University NUC
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Kanazawa University NUC
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Abstract

【課題】小型・安価で電力消費が少ない遠隔通信可能な異物検出システムを提供する。
【解決手段】異物検出システム100は、反射タグ202の表面上に電気的に接続されたアンテナ204と抵抗素子206とを有する異物センサ200と、アンテナ302と、アンテナ302から第1及び第2の周波数の電波を送信する電波送信部304と、異物センサ200周辺に異物がない状態である基準状態において電波送信部304から送信された第1及び第2の周波数の電波の反射波である第1及び第2の反射波の反射電力を記憶している記憶部308と、電波送信部304から送信される第1及び第2の周波数の電波の反射波である第3及び第4の反射波から、第1及び第2の反射波の反射電力をそれぞれ差し引いた差分である第1の差分及び第2の差分の符号が異なれば異物センサの周囲に前記異物があると判定する判定部306とを有する検出装置300とを備える。
【選択図】図2
Disclosed is a foreign object detection system capable of remote communication that is small, inexpensive, and consumes less power.
A foreign matter detection system 100 includes a foreign matter sensor 200 having an antenna 204 and a resistance element 206 electrically connected on a surface of a reflection tag 202, an antenna 302, and first and second antennas 302. A radio wave transmission unit 304 that transmits radio waves of a frequency, and a first reflected wave of radio waves of the first and second frequencies transmitted from the radio wave transmission unit 304 in a reference state in which there is no foreign object around the foreign object sensor 200 And the storage unit 308 storing the reflected power of the second reflected wave, and the third and fourth reflected waves that are the reflected waves of the first and second frequency radio waves transmitted from the radio wave transmitting unit 304 The determination unit 3 determines that the foreign object is present around the foreign matter sensor if the signs of the first difference and the second difference, which are differences obtained by subtracting the reflected power of the first and second reflected waves, are different. And a detection device 300 and a 6.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、異物検出システム、異物センサ及び検出装置に関する。   The present invention relates to a foreign matter detection system, a foreign matter sensor, and a detection device.

近年、無線技術及び小型センサ開発技術の進歩に伴い、人や実環境の多様な情報を制御装置が複数のセンサを用いて取得し、活用する計測システムの開発が盛んに行われている(特許文献1〜3)。   In recent years, with the advancement of wireless technology and small sensor development technology, the development of measurement systems in which a control device acquires and uses various information of people and the real environment using multiple sensors (patents) Literatures 1-3).

こうした計測システムで用いられる遠隔通信可能なセンサは、一般に、小型であること、安価であること、省電力であることが要求される。   In general, a sensor capable of remote communication used in such a measurement system is required to be small, inexpensive, and power-saving.

例えば、特許文献1では、センサにより計測した結果を処理する電子回路の一部を省き、また通信のタイミングを適切なものとすることで、小型化及び省電力化を試みている。   For example, in Patent Document 1, an attempt is made to reduce the size and power consumption by omitting a part of an electronic circuit that processes a result measured by a sensor and making an appropriate communication timing.

また、特許文献2では、センサの構成を簡易なものとすることで、センサの小型化を試みている。   In Patent Document 2, an attempt is made to reduce the size of the sensor by simplifying the configuration of the sensor.

さらに、特許文献3では、センサが行う無線通信のプロトコル及び通信処理部を工夫することで、省電力化を試みている。   Furthermore, in patent document 3, it is trying the power saving by devising the protocol and communication processing part of the wireless communication which a sensor performs.

特開2010−123033号公報JP 2010-123033 A 特開2009−250843号公報JP 2009-250843 A 特開2008−072414号公報JP 2008-072414 A

しかしながら、従来の遠隔通信可能なセンサは、まだ十分な小型化や省電力化が図られていないという課題がある。   However, there is a problem that conventional sensors capable of remote communication have not yet been sufficiently reduced in size and power saving.

例えば、特許文献1では、1度の無線送信に要する消費電力自体は従来と同様であり、センサから頻繁に送信を必要とする場合、多くの電力を消費せざるを得ない。   For example, in Patent Document 1, the power consumption itself required for one wireless transmission is the same as that in the past, and a large amount of power must be consumed when frequent transmission from the sensor is required.

また、特許文献2には、センサの通信部における電力消費を抑える技術が開示されていない。   Patent Document 2 does not disclose a technique for suppressing power consumption in the communication unit of the sensor.

また、特許文献3には、センシングに必要な消費電力を抑える技術が開示されていない。   Patent Document 3 does not disclose a technique for reducing power consumption required for sensing.

さらに、これら遠隔通信可能なセンサは、物理量を検出する通常のセンサに、無線通信モジュールが追加されるため、通常のセンサと比較し大型で高価にならざるを得ないことも、実用上は大きな課題となっている。   Furthermore, since these wirelessly communicable sensors have a wireless communication module added to a normal sensor for detecting a physical quantity, they must be large and expensive compared to a normal sensor. It has become a challenge.

このように、十分に小型・安価で電力消費が少ない遠隔通信可能なセンサは実現できていない。   Thus, a sensor capable of remote communication that is sufficiently small, inexpensive, and consumes little power has not been realized.

そこで本発明は、より小型・安価で電力消費が少ない遠隔通信可能な異物センサを用いた異物検出システム、異物センサ及び検出装置の提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a foreign matter detection system, a foreign matter sensor, and a detection device that use a foreign matter sensor that can be remotely communicated more compactly, inexpensively, and consumes less power.

本発明のある局面に係る異物検出システムは、異物センサと、前記異物センサの周囲の異物の有無を検出する検出装置とを備える異物検出システムであって、前記異物センサは、第1アンテナと、前記第1アンテナと電気的に結合された抵抗素子と、前記第1アンテナと前記抵抗素子とが表面に配置された基板である反射タグとを備え、前記異物センサの周辺に異物がない状態である基準状態において、第1の周波数の電波を前記第1アンテナで受信した場合の反射波である第1の反射波の反射電力が、前記第1の周波数を含む事前に定義された第1周波数領域内で極小値をとり、第2の周波数の電波を前記第1アンテナで受信した場合の反射波である第2の反射波の反射電力が、前記第2の周波数を含む事前に定義された第2周波数領域内で極大値をとるように電波を反射し、前記検出装置は、第2アンテナと、前記第2アンテナから前記第1の周波数及び前記第2の周波数の電波を送信する電波送信部と、前記基準状態において、前記電波送信部から送信された前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第1の反射波の反射電力と、前記電波送信部から送信された前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第2の反射波の反射電力とを記憶している記憶部と、前記電波送信部から送信される前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第3の反射波及び前記電波送信部から送信される前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第4の反射波を前記第2アンテナから取得し、前記第3の反射波の反射電力及び前記第4の反射波の反射電力から前記第1の反射波の反射電力及び前記第2の反射波の反射電力をそれぞれ差し引いた差分である第1の差分及び第2の差分の符号が異なれば前記異物センサの周囲に前記異物があると判定する判定部とを備える。   A foreign matter detection system according to an aspect of the present invention is a foreign matter detection system including a foreign matter sensor and a detection device that detects the presence or absence of foreign matter around the foreign matter sensor, wherein the foreign matter sensor includes a first antenna, A resistance element electrically coupled to the first antenna, and a reflection tag which is a substrate on which the first antenna and the resistance element are arranged, and in a state where there is no foreign object around the foreign object sensor In a certain reference state, the reflected power of the first reflected wave, which is a reflected wave when a radio wave of the first frequency is received by the first antenna, is a first frequency defined in advance including the first frequency. The reflected power of the second reflected wave, which is a reflected wave when taking a local minimum value in the region and receiving a radio wave of the second frequency by the first antenna, is defined in advance including the second frequency. Within the second frequency domain The detection device reflects a radio wave so as to take a local maximum value, the detection device includes a second antenna, a radio wave transmission unit that transmits the radio wave of the first frequency and the second frequency from the second antenna, and the reference state , The reflected power of the first reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign matter sensor, is transmitted from the radio wave transmission unit, part of the radio wave of the first frequency transmitted from the radio wave transmission unit A storage unit storing a reflected power of a second reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, and a part of the second frequency radio wave transmitted from the radio wave transmitting unit; A third reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, and a part of the second frequency wave transmitted from the radio wave transmitter are reflected by the foreign object sensor. Reflected wave A fourth reflected wave is obtained from the second antenna, and the reflected power of the first reflected wave and the second reflected wave are reflected from the reflected power of the third reflected wave and the reflected power of the fourth reflected wave. And a determination unit that determines that the foreign object is present around the foreign object sensor if the first difference and the second difference, which are differences obtained by subtracting the reflected power of the waves, have different signs.

この構成によると、異物センサの周囲に異物が存在すると反射タグの見かけ上の誘電率が変化し、その結果、検出装置から送信され、反射タグで反射された電波の電力強度の周波数特性が変化する。また、反射タグは、その反射電力の周波数特性が極大値及び極小値をもつ。よって、異物センサの基板(特に、アンテナ周辺部)に異物が付着等することで、異物センサの基板の見かけの誘電率が変化した場合には、一方の周波数の反射電力は増加し、他方の周波数の反射電力は減少する。   According to this configuration, when there is a foreign object around the foreign object sensor, the apparent dielectric constant of the reflective tag changes, and as a result, the frequency characteristic of the power intensity of the radio wave transmitted from the detection device and reflected by the reflective tag changes. To do. In addition, the reflection tag has a maximum value and a minimum value in the frequency characteristics of the reflected power. Therefore, when the apparent dielectric constant of the foreign matter sensor substrate changes due to foreign matter adhering to the foreign matter sensor substrate (especially the periphery of the antenna), the reflected power at one frequency increases, and the other The reflected power of the frequency decreases.

その結果、検出装置は、異物による反射電力の変化と、距離変動による反射電力の変化とを切り分けることができる。よって、異物の過検出を抑えて、正確に異物センサの周囲にある異物を検出することができる。   As a result, the detection apparatus can distinguish between a change in the reflected power due to a foreign object and a change in the reflected power due to a distance variation. Therefore, it is possible to accurately detect foreign matter around the foreign matter sensor while suppressing excessive detection of foreign matter.

この際、異物センサは検出装置から送信される電波を反射するのみであり、自ら電波を発信しない。よって、いわゆる無線モジュールや電源は不要である。したがって、小型・安価で電力消費が少ない無線通信機能付きの異物センサを用いた異物検出システムを実現することができる。   At this time, the foreign matter sensor only reflects the radio wave transmitted from the detection device, and does not transmit the radio wave itself. Therefore, so-called wireless modules and power supplies are unnecessary. Therefore, a foreign object detection system using a foreign object sensor with a wireless communication function that is small, inexpensive, and consumes less power can be realized.

また、前記電波送信部は、前記第1の周波数の電波を送信する第1送信部と、前記第2の周波数の電波を送信する第2送信部とを備え、前記第1送信部及び前記第2送信部は同時期に、前記第1の周波数及び前記第2の周波数の電波をそれぞれ送信する。   The radio wave transmission unit includes a first transmission unit that transmits radio waves of the first frequency, and a second transmission unit that transmits radio waves of the second frequency, and the first transmission unit and the first transmission unit The two transmitters transmit the radio waves of the first frequency and the second frequency at the same time.

この構成によると、検出装置は、異物の検出に必要な2つの周波数の電波を同時期に送信することができる。よって、検出装置と異物センサとの距離が絶えず変化し、それに伴い反射電力も絶えず変化する場合でも、同時刻の反射電力を用いて正確に異物を検出する異物検出システムを実現できる。   According to this configuration, the detection device can transmit radio waves of two frequencies necessary for detecting a foreign object at the same time. Therefore, even when the distance between the detection device and the foreign matter sensor is constantly changing and the reflected power is constantly changing accordingly, a foreign matter detection system that accurately detects the foreign matter using the reflected power at the same time can be realized.

また、前記反射タグは、吸湿性の部材で構成されている。   The reflective tag is made of a hygroscopic member.

この構成によると、異物センサの基板が吸湿性を有するため、その一部に水等の液体が付着した場合、その液体は異物センサの基板全体に浸透する。その結果、異物センサのアンテナ周辺の見かけ上の誘電率が変化しやすくなり、反射電力の変化が顕著となるため、検出装置による異物の検出精度が向上する。   According to this configuration, since the substrate of the foreign matter sensor has hygroscopicity, when a liquid such as water adheres to a part of the substrate, the liquid penetrates the entire substrate of the foreign matter sensor. As a result, the apparent dielectric constant around the antenna of the foreign matter sensor is likely to change, and the change in reflected power becomes significant, thereby improving the foreign matter detection accuracy by the detection device.

また、本発明のある局面にかかる検出装置は、アンテナと、前記アンテナから第1及び第2の周波数の電波を送信する電波送信部と、前記異物センサ周辺に異物がない状態である基準状態において、前記電波送信部から送信された前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第1の反射波の反射電力と、前記電波送信部から送信された前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第2の反射波の反射電力とを記憶している記憶部と、前記電波送信部から送信される前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第3の反射波及び前記電波送信部から送信される前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第4の反射波を前記アンテナから取得し、前記第3の反射波の反射電力及び前記第4の反射波の反射電力から前記第1の反射波の反射電力及び前記第2の反射波の反射電力をそれぞれ差し引いた差分である第1の差分及び第2の差分の符号が異なれば前記異物センサの周囲に前記異物があると判定する判定部とを備える。   In addition, a detection apparatus according to an aspect of the present invention includes an antenna, a radio wave transmission unit that transmits radio waves of the first and second frequencies from the antenna, and a reference state in which there is no foreign object around the foreign object sensor. The reflected power of the first reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, is a part of the first frequency radio wave transmitted from the radio wave transmitting unit, and the radio wave transmitted from the radio wave transmitting unit. A storage unit storing a reflected power of a second reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, with a part of the second frequency radio wave, and the first transmitted from the radio wave transmitting unit A third reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, and a part of the second frequency wave transmitted from the radio wave transmitter are reflected by the foreign object sensor. Counter A fourth reflected wave that is a wave is acquired from the antenna, and the reflected power of the first reflected wave and the second reflected wave are reflected from the reflected power of the third reflected wave and the reflected power of the fourth reflected wave. And a determination unit that determines that the foreign object is present around the foreign object sensor if the first difference and the second difference, which are differences obtained by subtracting the reflected power of the waves, have different signs.

この構成によると、検出装置は、事前に定められた2つの周波数の電波に対する反射電力が変化したか否かを検出することができる。   According to this configuration, the detection apparatus can detect whether or not the reflected power with respect to radio waves having two predetermined frequencies has changed.

また、反射電力が変化した場合において、検出装置が備える判定部は、その原因が、異物センサの周囲に異物があるためか、異物センサと検出装置との距離が変化したためかを、反射電力の増減から、判定することができる。   In addition, when the reflected power changes, the determination unit included in the detection device determines whether the cause is that there is a foreign object around the foreign object sensor or whether the distance between the foreign object sensor and the detection apparatus has changed. It can be determined from the increase / decrease.

具体的には、反射電力の周波数特性に極大点と極小点が含まれることから、異物センサ(特に、アンテナ周辺部)に異物が付着等することで、その誘電率が変化した場合には、一方の周波数の反射電力は増加し、他方の周波数の反射電力は減少する。   Specifically, since the frequency characteristic of reflected power includes a maximum point and a minimum point, when a foreign substance adheres to the foreign matter sensor (particularly, the periphery of the antenna) and its dielectric constant changes, The reflected power at one frequency increases and the reflected power at the other frequency decreases.

このように、検出装置が異物による反射電力の変化と、距離変動による反射電力の変化とを切り分けることができる結果、異物の過検出を抑えて、正確に異物センサの周囲にある異物を検出することができる。   As described above, the detection device can distinguish between the change in the reflected power due to the foreign matter and the change in the reflected power due to the distance variation, so that the foreign matter around the foreign matter sensor can be accurately detected while suppressing the excessive detection of the foreign matter. be able to.

また、前記電波送信部は、前記第1の周波数の電波を送信する第1送信部と、前記第2の周波数の電波を送信する第2送信部とを備え、前記第1送信部及び前記第2送信部は同時期に、前記第1の周波数及び前記第2の周波数の電波をそれぞれ送信する。   The radio wave transmission unit includes a first transmission unit that transmits radio waves of the first frequency, and a second transmission unit that transmits radio waves of the second frequency, and the first transmission unit and the first transmission unit The two transmitters transmit the radio waves of the first frequency and the second frequency at the same time.

この構成によると、検出装置は、異物の検出に必要な2つの周波数の電波を同時期に送信することができる。よって、検出装置と異物センサとの距離が絶えず変化し、それに伴い反射電力も絶えず変化する場合でも、同時刻の反射電力を用いて正確に異物を検出することができる。   According to this configuration, the detection device can transmit radio waves of two frequencies necessary for detecting a foreign object at the same time. Therefore, even when the distance between the detection device and the foreign matter sensor is constantly changing and the reflected power is constantly changing accordingly, the foreign matter can be accurately detected using the reflected power at the same time.

また、前記判定部は、前記第1の差分及び前記第2の差分の積が同じ符号であれば前記異物センサと前記検出装置との距離が変化したと判定する。この構成によると、検出装置は、異物センサ周囲の異物の有無に加え、異物センサが移動しているか否かを判定し、検出することができる。   The determination unit determines that the distance between the foreign matter sensor and the detection device has changed if the product of the first difference and the second difference has the same sign. According to this configuration, the detection device can determine and detect whether or not the foreign matter sensor is moving in addition to the presence or absence of foreign matter around the foreign matter sensor.

また、本発明のある局面に係る異物センサは、アンテナと、前記アンテナと電気的に結合された抵抗素子と、前記アンテナと前記抵抗素子とが面上に配置された基板である反射タグとを備える異物センサであって、前記異物センサの周辺に異物がない状態である基準状態において、第1の周波数の電波を前記アンテナで受信した場合の反射波である第1の反射波の反射電力が、前記第1の周波数を含む事前に定義された第1周波数領域内で極小値をとり、第2の周波数の電波を前記アンテナで受信した場合の反射波である第2の反射波の反射電力が、前記第2の周波数を含む事前に定義された第2周波数領域内で極大値をとるように電波を反射する。   Further, a foreign matter sensor according to an aspect of the present invention includes an antenna, a resistance element electrically coupled to the antenna, and a reflection tag that is a substrate on which the antenna and the resistance element are arranged. The reflected power of the first reflected wave, which is a reflected wave when a radio wave of the first frequency is received by the antenna in a reference state in which there is no foreign object around the foreign object sensor, The reflected power of the second reflected wave, which is a reflected wave when the antenna takes a local minimum value within a predefined first frequency region including the first frequency and receives a radio wave of the second frequency by the antenna. However, the radio wave is reflected so as to have a maximum value within a second frequency range defined in advance including the second frequency.

この構成によると、異物センサの周辺に異物が存在すると反射タグの見かけ上の誘電率が変化し、その結果反射電力の周波数特性が変化する。また、反射タグからの反射電力の周波数特性は極大値及び極小値をもつ。   According to this configuration, when a foreign substance exists around the foreign substance sensor, the apparent dielectric constant of the reflective tag changes, and as a result, the frequency characteristic of the reflected power changes. The frequency characteristic of the reflected power from the reflection tag has a maximum value and a minimum value.

したがって、これら極値をとる周波数を含む一定領域内(例えば極大点、極小点を含みその前後6MHz程度の範囲内)の周波数の反射電力を、異物が存在しない基準状態と比較することで、異物の有無を判定することができる。   Therefore, by comparing the reflected power of the frequency within a certain region including the frequency at which these extreme values are taken (for example, within a range of about 6 MHz before and after the maximum point and the minimum point), it is possible to compare the reflected power with a reference state where no foreign object exists. The presence or absence of can be determined.

その際、異物センサは電波を反射するのみであり、自ら電波を発信しないため、いわゆる無線モジュールや電源は不要である。したがって、小型・安価で電力消費が少ない無線通信機能付きの異物センサを実現できる。   At that time, the foreign matter sensor only reflects radio waves and does not transmit radio waves by itself, so that a so-called wireless module or power source is unnecessary. Therefore, it is possible to realize a foreign sensor with a wireless communication function that is small and inexpensive and consumes less power.

具体的には、前記アンテナは、それぞれ長さの異なる2以上のアンテナが並列に接続された形状を有する。   Specifically, the antenna has a shape in which two or more antennas having different lengths are connected in parallel.

この構成により、反射電力の周波数特性が極大値及び極小値をもつ反射タグを実現することができる。   With this configuration, it is possible to realize a reflective tag in which the frequency characteristic of reflected power has a maximum value and a minimum value.

また、前記反射タグは吸湿性の部材で構成されている。   The reflective tag is made of a hygroscopic member.

この構成によると、異物センサのアンテナ周辺の見かけ上の誘電率が変化しやすくなり、反射電力の変化が顕著となり、異物の検出精度が向上する。   According to this configuration, the apparent dielectric constant around the antenna of the foreign matter sensor is likely to change, the change in reflected power becomes remarkable, and the foreign matter detection accuracy is improved.

なお、本発明は、このような異物検出システム、検出装置及び異物センサとして実現できるだけでなく、検出装置及び異物検出システムに含まれる特徴的な手段をステップとする異物検出方法として実現したり、そのような特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、CD−ROM等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。   The present invention can be realized not only as such a foreign matter detection system, detection device and foreign matter sensor, but also as a foreign matter detection method including steps of characteristic means included in the detection device and foreign matter detection system. Such characteristic steps can also be realized as a program for causing a computer to execute. Needless to say, such a program can be distributed via a recording medium such as a CD-ROM and a transmission medium such as the Internet.

さらに、本発明は、このような検出装置の機能の一部又は全てを実現する半導体集積回路(LSI)として実現することができる。   Furthermore, the present invention can be realized as a semiconductor integrated circuit (LSI) that realizes part or all of the functions of such a detection device.

以上より、本発明は、小型・安価で電力消費が少ない遠隔通信可能な異物センサを用いた異物検出システム、異物センサ及び検出装置を提供できる。   As described above, the present invention can provide a foreign object detection system, a foreign object sensor, and a detection apparatus using a foreign object sensor capable of remote communication that is small, inexpensive, and consumes less power.

図1は、本発明の実施の形態に係る異物センサ及び検出装置を用いた異物検出システムによる発汗検知の一例を示した概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of sweat detection by a foreign object detection system using a foreign object sensor and a detection device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態に係る異物センサ及び検出装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the foreign matter sensor and detection apparatus according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明で異物の有無を検出するために使用する基本原理を説明する概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the basic principle used for detecting the presence or absence of foreign matter in the present invention. 図4は、反射タグの誘電率と反射電力の周波数特性の関係を、電磁界シミュレータを用いて検証した結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a result of verifying the relationship between the dielectric constant of the reflective tag and the frequency characteristic of the reflected power using an electromagnetic field simulator. 図5は、反射タグの誘電率と、検出装置−異物センサ間の距離とが反射電力の周波数特性にそれぞれ与える影響を示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the influence of the dielectric constant of the reflection tag and the distance between the detection device and the foreign matter sensor on the frequency characteristics of the reflected power. 図6は、極大点及び極小点を有する反射電力の周波数特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating frequency characteristics of reflected power having a maximum point and a minimum point. 図7は、反射電力の周波数特性に極大点及び極小点を有する反射タグを用いて、誘電率の変化と距離の変化を切り分ける方法を説明する概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a method of separating a change in dielectric constant and a change in distance using a reflection tag having a maximum point and a minimum point in the frequency characteristic of reflected power. 図8は、本発明の実施の形態に係る検出装置による異物の検出処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the flow of foreign object detection processing by the detection apparatus according to the embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施の形態に係る検出装置が備える判定部の処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing the flow of processing of the determination unit provided in the detection apparatus according to the embodiment of the present invention. 図10は、本発明の実施の形態の変形例に係る検出装置のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of a detection apparatus according to a modification of the embodiment of the present invention. 図11は、本発明の実施の形態に係る反射タグが満たすべき条件について説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining conditions to be satisfied by the reflective tag according to the embodiment of the present invention. 図12は、本発明の実施の形態にかかる検出装置を実現するコンピュータシステムの一例を示す外観図である。FIG. 12 is an external view showing an example of a computer system that realizes the detection apparatus according to the embodiment of the present invention. 図13は、本発明の実施の形態にかかる検出装置を実現するコンピュータシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a hardware configuration of a computer system that realizes the detection apparatus according to the embodiment of the present invention.

以下、本発明に係る異物検出システム、検出装置及び異物センサ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。   Hereinafter, embodiments of a foreign matter detection system, a detection device, and a foreign matter sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の実施の形態に係る異物検出システム100は、主に水分の検知に使用可能である。よって、用途としては、健康管理のための発汗検知、又は建物の漏水や結露検知といったものが考えられる。   The foreign object detection system 100 according to the embodiment of the present invention can be used mainly for moisture detection. Therefore, as a use, the thing of the perspiration detection for health management or the leak of a building, or the detection of dew condensation can be considered.

図1は、本発明の実施の形態に係る異物検出システム100による発汗検知の一例を示した概念図である。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of sweat detection by the foreign object detection system 100 according to the embodiment of the present invention.

図1に示されるように、異物検出システム100は、異物センサ200と検出装置300を備える。   As shown in FIG. 1, the foreign object detection system 100 includes a foreign object sensor 200 and a detection device 300.

異物センサ200は、検出装置300から送信された電波の一部を反射及び吸収(内部回路で電力として消費)する機能を有する。   The foreign matter sensor 200 has a function of reflecting and absorbing (consuming as electric power in an internal circuit) a part of the radio wave transmitted from the detection device 300.

検出装置300は、事前に定められた2つの周波数の電波を異物センサ200へ送信し、その反射波を受信する。検出装置300は、受信した反射波の強度変化により、異物の有無を判定する。   The detection device 300 transmits radio waves having two predetermined frequencies to the foreign matter sensor 200 and receives the reflected waves. The detection apparatus 300 determines the presence or absence of a foreign substance based on the intensity change of the received reflected wave.

例えば、トレーニー700、701の衣服等には、異物センサ200が設置されている。   For example, the foreign object sensor 200 is installed on the clothes of the trainees 700 and 701.

ここで、異物センサが異物(この例では汗)を検知すると、検出装置300は警報を発する。例えば、運動時に過度の発汗を放置すると、脱水症状等のおそれがある。そこで、トレーニー700、701の発汗状態を把握できることが望ましい。しかし、多数のトレーニーの発汗状態を、限られた数のトレーナー702が注意し続けることは困難である。   Here, when the foreign matter sensor detects a foreign matter (sweat in this example), the detection device 300 issues an alarm. For example, if excessive sweating is left during exercise, dehydration may occur. Therefore, it is desirable that the sweating state of the trainees 700 and 701 can be grasped. However, it is difficult for a limited number of trainers 702 to keep an eye on the sweating conditions of many trainees.

本実施の形態に係る異物センサ200及び検出装置300を用いた異物検出システム100により、トレーナー702は、トレーニー700、701の発汗状態をリアルタイムに記録し、監視することができる。   With the foreign object detection system 100 using the foreign object sensor 200 and the detection apparatus 300 according to the present embodiment, the trainer 702 can record and monitor the sweating state of the trainees 700 and 701 in real time.

図2は、本発明の実施の形態に係る異物センサ200及び検出装置300のブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram of the foreign matter sensor 200 and the detection device 300 according to the embodiment of the present invention.

図2に示されるように、異物センサ200は、反射タグ202と、アンテナ204と、抵抗素子206とを備える。   As shown in FIG. 2, the foreign matter sensor 200 includes a reflection tag 202, an antenna 204, and a resistance element 206.

反射タグ202は、その表面にアンテナ204と抵抗素子206とを配置する基板である。基板の材質としては、例えば、誘電率の低い樹脂や、吸湿性のある部材(紙や布など)などを使用することが考えられるが、これに限られない。   The reflection tag 202 is a substrate on which an antenna 204 and a resistance element 206 are arranged. As the material of the substrate, for example, it is conceivable to use a resin having a low dielectric constant or a hygroscopic member (paper, cloth, etc.), but is not limited thereto.

なお、吸湿性の部材を基板とすることにより、液体の異物が反射タグ202の一部に付着した場合には、より広範囲に異物が浸透しやすい。また、検出装置300は、反射タグ202の見かけの誘電率の変化を反射電力の変化として検出するが、特にアンテナ204付近の反射タグ202に異物が付着し誘電率が変化することにより、反射電力は大きく変化する傾向にある。よって、反射タグ202に吸湿性の部材を使用することで、液体の異物の検出が容易になると考えられる。   In addition, by using a hygroscopic member as a substrate, when a liquid foreign matter adheres to a part of the reflective tag 202, the foreign matter is likely to permeate more widely. The detection device 300 detects a change in the apparent dielectric constant of the reflective tag 202 as a change in the reflected power. In particular, the reflected power changes due to a foreign substance adhering to the reflective tag 202 near the antenna 204 and a change in the dielectric constant. Tend to change significantly. Therefore, it is considered that the use of a hygroscopic member for the reflective tag 202 facilitates detection of liquid foreign matter.

なお、反射タグ202の見かけの誘電率の変化とは、アンテナ204またはその一部分の近傍空間の誘電率の変化により、タグ202の見かけの誘電率が変化することをいう。具体的には、異物がない基準状態において反射タグ202の周辺を満たす空気が、他の異物に置き換わることにより、反射タグ202全体の見かけの誘電率が変化することを言う。   Note that the change in the apparent dielectric constant of the reflective tag 202 means that the apparent dielectric constant of the tag 202 changes due to the change in the dielectric constant in the space near the antenna 204 or a part thereof. Specifically, it means that the apparent dielectric constant of the entire reflection tag 202 changes when air that fills the periphery of the reflection tag 202 is replaced with other foreign matters in a reference state where there is no foreign matter.

なお、理論的には、誘電率の変化はアンテナ204周辺に限られないが、実用的には、アンテナ204周辺の誘電率の変化しか検出できないと考えられる。   Theoretically, the change in the dielectric constant is not limited to the periphery of the antenna 204, but in practice, it is considered that only the change in the dielectric constant around the antenna 204 can be detected.

アンテナ204は、検出装置から送信された電波を受信する。アンテナ204は、後述するように、異物センサ200が特定周波数で電波を反射及び吸収するように形状が設計される。   The antenna 204 receives radio waves transmitted from the detection device. As will be described later, the shape of the antenna 204 is designed so that the foreign matter sensor 200 reflects and absorbs radio waves at a specific frequency.

抵抗素子206は、アンテナ204で受信した電波を電力として消費することにより、反射電力の強度を調整する。抵抗素子206の抵抗値は、アンテナ204の形状と同様、特定周波数で電波を反射又は吸収する特性をもつ異物センサ200を実装するための設計パラメタの1つである。抵抗素子206は可変抵抗素子でもよく、固定抵抗素子でもよい。   The resistance element 206 adjusts the intensity of reflected power by consuming radio waves received by the antenna 204 as power. The resistance value of the resistance element 206 is one of the design parameters for mounting the foreign matter sensor 200 having the characteristic of reflecting or absorbing radio waves at a specific frequency, like the shape of the antenna 204. The resistance element 206 may be a variable resistance element or a fixed resistance element.

なお、例えば紙製の反射タグ202に、導電率の高い導電性インクでアンテナ204を印刷し、アンテナ204よりより導電率の低い導電性インクで抵抗素子206を印刷することにより、異物センサ200を大量、安価に生産することができる。   For example, the antenna 204 is printed on the paper reflection tag 202 with a conductive ink having a high conductivity, and the resistance element 206 is printed with a conductive ink having a conductivity lower than that of the antenna 204. It can be produced in large quantities at low cost.

検出装置300は、アンテナ302と、電波送信部304と、判定部306と、記憶部308とを備える。   The detection apparatus 300 includes an antenna 302, a radio wave transmission unit 304, a determination unit 306, and a storage unit 308.

アンテナ302は、立体あるいは平面的な構造をもつアンテナであり、電波送信部304から出力される特定周波数の電波を、反射タグ202へ送信する。   The antenna 302 is an antenna having a three-dimensional or planar structure, and transmits a radio wave having a specific frequency output from the radio wave transmission unit 304 to the reflection tag 202.

電波送信部304は、周波数の異なる2種類の電波を発生させ、アンテナ302を介して送信する。例えば、950MHzと、2.4GHzの電波を交互に送信すること等が考えられるが、詳細は後述する。   The radio wave transmission unit 304 generates two types of radio waves having different frequencies and transmits them via the antenna 302. For example, it is conceivable to alternately transmit 950 MHz and 2.4 GHz radio waves, which will be described later in detail.

判定部306は、アンテナ302から受信した反射波の電波強度を、記憶部308から取得する基準値と比較し、異物の有無を判定する。判定部306の詳細は後述する。   The determination unit 306 compares the radio wave intensity of the reflected wave received from the antenna 302 with a reference value acquired from the storage unit 308 to determine the presence or absence of a foreign object. Details of the determination unit 306 will be described later.

記憶部308は、基準状態(例えば、異物センサ200の周囲に異物が無い状態)で検出装置300から事前に定められた2種類の周波数の電波を送信した際の、異物センサ200からの反射電力の強度を記憶している。記憶部308は、例えばROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等を用いて実現することができる。   The storage unit 308 reflects reflected power from the foreign matter sensor 200 when transmitting radio waves of two types of frequencies determined in advance from the detection device 300 in a reference state (for example, a state where there is no foreign matter around the foreign matter sensor 200). I remember the intensity of. The storage unit 308 can be realized using, for example, a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory).

なお、記憶部308は必ずしも検出装置300が備えておく必要はなく、検出装置300の外部にある装置が備えていてもよい。その場合、検出装置300は、記憶部308を備える装置から、例えば無線通信により、基準状態における反射電力強度を取得することで、検出装置300が記憶部308を備える場合と同様の効果を奏する。   Note that the storage unit 308 is not necessarily provided in the detection device 300, and may be provided in a device outside the detection device 300. In that case, the detection device 300 obtains the same effect as when the detection device 300 includes the storage unit 308 by acquiring the reflected power intensity in the reference state from the device including the storage unit 308, for example, by wireless communication.

より具体的には、異物センサ200が記憶部308を備え、いわゆるRFID(Radio Frequency IDentification)における識別情報の伝送手段を応用し、アンテナ302から送信された電波に対する異物センサ200からの反射電力を用いて、異物センサ200から検出装置300へ基準状態における反射電力強度を通知すること等が考えられる。   More specifically, the foreign matter sensor 200 includes a storage unit 308, and applies identification information transmission means in so-called RFID (Radio Frequency IDentification), and uses reflected power from the foreign matter sensor 200 for radio waves transmitted from the antenna 302. Thus, it is conceivable to notify the detection apparatus 300 of the reflected power intensity in the reference state from the foreign matter sensor 200.

図3は、本発明で異物の有無を検出するために使用する基本原理を説明する概念図である。   FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the basic principle used for detecting the presence or absence of foreign matter in the present invention.

本発明では、電波を反射する物体の誘電率によって反射電力の周波数特性が変化することを用いて、異物の有無を検出する。   In the present invention, the presence or absence of a foreign object is detected by using the fact that the frequency characteristic of reflected power changes depending on the dielectric constant of an object that reflects radio waves.

図3(A)の横軸は、検出装置300が異物センサ200へ送信する電波の周波数を示し、縦軸は異物センサ200から検出装置300への反射電力の強度を示す。   The horizontal axis in FIG. 3A indicates the frequency of radio waves transmitted from the detection device 300 to the foreign object sensor 200, and the vertical axis indicates the intensity of reflected power from the foreign object sensor 200 to the detection device 300.

例えば、基準状態の異物センサ200へ電波を送信した場合における反射電力の周波数特性が、周波数faで極小点401をもつグラフ460により示されるとする。   For example, it is assumed that the frequency characteristic of the reflected power when a radio wave is transmitted to the foreign object sensor 200 in the reference state is indicated by a graph 460 having a minimum point 401 at the frequency fa.

次に、反射タグ202よりも大きな誘電率をもつ異物が反射タグ202に付着した場合、反射タグ202の、みかけ上の誘電率は増加する。   Next, when a foreign substance having a dielectric constant larger than that of the reflective tag 202 adheres to the reflective tag 202, the apparent dielectric constant of the reflective tag 202 increases.

この場合、一般に、誘電率の上昇に伴って反射電力の周波数特性のグラフは周波数が小さい方へ(図3(A)では左へ)シフトする。グラフ461は、異物が付着したために誘電率が増加した反射タグ202の周波数特性の例である。   In this case, generally, as the dielectric constant increases, the graph of the frequency characteristic of the reflected power shifts toward a smaller frequency (to the left in FIG. 3A). A graph 461 is an example of the frequency characteristics of the reflective tag 202 whose dielectric constant has increased due to foreign matter adhering thereto.

したがって、異物が付着した状態で、周波数faの電波を送信すると、その反射電力は異物が付着していない状態(極小点401)と比較し大きくなる。   Therefore, when a radio wave having the frequency fa is transmitted in a state where foreign matter is attached, the reflected power becomes larger than that in a state where the foreign matter is not attached (minimum point 401).

逆に、反射タグ202よりも小さな誘電率をもつ異物が反射タグ202に付着すると、反射タグ202の誘電率は減少する。その結果、反射タグ202の周波数特性がグラフ462で示されるように周波数の大きい方(右側)へシフトする。この場合も、周波数faの電波を反射タグ202へ送信した場合の反射電力の強度は、基準状態(グラフ460の極小点401)における反射電力と比較し大きくなる。   Conversely, when a foreign substance having a dielectric constant smaller than that of the reflective tag 202 adheres to the reflective tag 202, the dielectric constant of the reflective tag 202 decreases. As a result, the frequency characteristic of the reflection tag 202 is shifted to the higher frequency (right side) as indicated by the graph 462. Also in this case, the intensity of the reflected power when the radio wave having the frequency fa is transmitted to the reflection tag 202 is larger than the reflected power in the reference state (the minimum point 401 in the graph 460).

図3(B)は、異物601として水分が反射タグ202の裏面に付着した異物センサ200を示す。   FIG. 3B shows the foreign matter sensor 200 in which moisture adheres to the back surface of the reflective tag 202 as the foreign matter 601.

水の誘電率は約80であり、空気の誘電率(約1)と比較して非常に高い。よって、図3(B)に示されるように、反射タグ202の裏面に水が付着した場合、反射タグ202の見かけの誘電率は増加する。   The dielectric constant of water is about 80, which is very high compared to the dielectric constant of air (about 1). Therefore, as shown in FIG. 3B, when water adheres to the back surface of the reflective tag 202, the apparent dielectric constant of the reflective tag 202 increases.

その結果、周波数faの電波を図3(B)の異物センサ200に送信した場合、その反射電力は、基準状態における極小点401の値よりも大きくなる。   As a result, when radio waves having the frequency fa are transmitted to the foreign matter sensor 200 in FIG. 3B, the reflected power becomes larger than the value of the minimum point 401 in the reference state.

このように、検出装置300は異物が無い基準状態における反射電力強度との差を用いて、異物を検出することができる。   Thus, the detection apparatus 300 can detect a foreign object using the difference from the reflected power intensity in the reference state where there is no foreign object.

なお、反射タグ202に異物が付着する場所としては、前述の通り、アンテナ204の配置箇所上やその裏面を含む、アンテナ204の周辺が(反射電力の変化が大きいために)好ましい。しかし、検出装置300で反射電力の変化を検出可能な程度に、アンテナ204の特性インピーダンスが変わる場所であれば、反射タグ202上の他の場所でもよい。   As described above, the place where the foreign object adheres to the reflective tag 202 is preferably the vicinity of the antenna 204 including the place where the antenna 204 is arranged and the back surface thereof (because the change in reflected power is large). However, any other place on the reflection tag 202 may be used as long as the characteristic impedance of the antenna 204 changes to such an extent that the detection device 300 can detect the change in the reflected power.

また、異物が反射タグ202に完全に付着せずとも、例えば反射タグ202から数ミリ程度離れて異物が存在する場合であっても、反射タグ202の見かけ上の誘電率は変化する。よって、上記原理により、異物センサ200は非接触で異物を検出することができると考えられる。   Even if the foreign matter does not completely adhere to the reflective tag 202, the apparent dielectric constant of the reflective tag 202 changes even when the foreign matter exists, for example, several millimeters away from the reflective tag 202. Therefore, it is considered that the foreign matter sensor 200 can detect the foreign matter in a non-contact manner based on the above principle.

図4は、反射タグ202の見かけの誘電率と反射電力の周波数特性の関係を、電磁界シミュレータを用いて検証した結果を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a result of verifying the relationship between the apparent dielectric constant of the reflection tag 202 and the frequency characteristics of the reflected power using an electromagnetic field simulator.

シミュレーションでは、複数の周波数の電波を順次、反射タグ202の誘電率が4.6である異物センサ200へ送信したと仮定し、その反射電力の大きさを算出した。   In the simulation, it was assumed that radio waves having a plurality of frequencies were sequentially transmitted to the foreign matter sensor 200 having the dielectric constant of the reflection tag 202 of 4.6, and the magnitude of the reflected power was calculated.

グラフ410は、誘電率1の空気中における異物センサ200の反射電力の特性である。グラフ410に示されるように、2.4GHzの電波を送信した場合に、反射電力の強度が極小値となるように、異物センサ200は設計されている。   A graph 410 is a characteristic of the reflected power of the foreign matter sensor 200 in the air having a dielectric constant of 1. As shown in the graph 410, the foreign object sensor 200 is designed so that the intensity of the reflected power becomes a minimum value when a 2.4 GHz radio wave is transmitted.

グラフ411は、反射タグ202の裏面に、厚さ10mmの水(誘電率80)の層が異物としてあると仮定した場合の、異物センサ200からの反射電力の周波数特性を示す。グラフ411は、グラフ410を左側に移動させた形状となっており、誘電率の変化により、2.4GHzの電波を送信した場合における反射電力の強度が、空気中で測定した場合と比較して、大きくなっていることがわかる。   A graph 411 shows frequency characteristics of reflected power from the foreign matter sensor 200 when it is assumed that a 10 mm-thick water (dielectric constant 80) layer is on the back surface of the reflective tag 202 as a foreign matter. The graph 411 has a shape in which the graph 410 is moved to the left side, and the intensity of reflected power when a 2.4 GHz radio wave is transmitted due to a change in dielectric constant is compared to that measured in air. You can see that it is getting bigger.

本発明の原理は、このように、反射タグ202の誘電率の変化に伴い、異物センサ200からの反射電力の周波数特性が変化し、その結果、特定周波数で計測した反射電力強度が変化することを用いるものである。   As described above, the principle of the present invention is that the frequency characteristic of the reflected power from the foreign matter sensor 200 changes with the change in the dielectric constant of the reflection tag 202, and as a result, the reflected power intensity measured at a specific frequency changes. Is used.

しかし、反射電力の強度は、反射タグ202の誘電率以外に、異物センサ200と検出装置300との距離によっても変化する。したがって、反射電力強度を変化させた原因が、誘電率の変化によるものか、距離の変化によるものかを判別できなければ、異物を正確に検出できない。この課題について、図5を用いて、より詳しく説明する。   However, the intensity of the reflected power varies depending on the distance between the foreign matter sensor 200 and the detection device 300 in addition to the dielectric constant of the reflective tag 202. Therefore, the foreign matter cannot be accurately detected unless it is possible to determine whether the cause of the change in the reflected power intensity is a change in the dielectric constant or a change in the distance. This problem will be described in more detail with reference to FIG.

図5は、反射タグ202の誘電率と、検出装置300〜異物センサ200間の距離とが反射電力の周波数特性にそれぞれ与える影響を示した図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating the influence of the dielectric constant of the reflective tag 202 and the distance between the detection device 300 and the foreign matter sensor 200 on the frequency characteristics of the reflected power.

図5に示されるグラフ450は、基準状態において周波数f1を中心に送信された様々な周波数の電波に対する反射タグ202からの反射電力の強度を示す。周波数f1において、反射電力は極小値P1をとる。   A graph 450 shown in FIG. 5 shows the intensity of the reflected power from the reflection tag 202 with respect to radio waves of various frequencies transmitted around the frequency f1 in the reference state. At the frequency f1, the reflected power takes the minimum value P1.

グラフ451は、前述の反射タグ202を水で濡らした結果、誘電率が増加した際の反射電力強度の周波数特性を示す。グラフが左へ移動した結果、周波数f1における反射電力は、Pmとなる。   A graph 451 shows frequency characteristics of the reflected power intensity when the dielectric constant increases as a result of wetting the reflection tag 202 with water. As a result of the graph moving to the left, the reflected power at the frequency f1 becomes Pm.

グラフ452は、異物センサ200を、グラフ450を計測したときよりも検出装置300に近づけた際の反射電力強度の特性を示す。誘電率は変わらないため、周波数f1でグラフ452は極小値をとるが、その値はP1ではなく、Pmである。   A graph 452 shows the characteristic of the reflected power intensity when the foreign object sensor 200 is brought closer to the detection device 300 than when the graph 450 is measured. Since the dielectric constant does not change, the graph 452 has a minimum value at the frequency f1, but the value is not P1 but Pm.

すなわち、周波数f1における反射電力がP1からPmへ変化したことを検出するだけでは、異物により反射タグ202の誘電率が上昇したのか、異物センサ200と検出装置300との距離が変化したのかを、切り分けることができないという課題が残る。   That is, just detecting that the reflected power at the frequency f1 has changed from P1 to Pm indicates whether the dielectric constant of the reflection tag 202 has increased due to the foreign matter or whether the distance between the foreign matter sensor 200 and the detection device 300 has changed. The problem that it cannot be separated remains.

本実施の形態に係る異物センサ200は、反射電力の周波数特性を工夫することにより、この課題を解決する。図6を用いて、詳細に説明する。   The foreign matter sensor 200 according to the present embodiment solves this problem by devising the frequency characteristic of the reflected power. This will be described in detail with reference to FIG.

図6は、異物センサ200の、極大点及び極小点を有する反射電力の周波数特性を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the reflected power having the maximum point and the minimum point of the foreign matter sensor 200.

図6に示されるように、基準状態における反射電力の強度を示すグラフ450は、周波数f1において極小点415を有し、周波数f2において極大点417を有する。   As shown in FIG. 6, the graph 450 showing the intensity of the reflected power in the reference state has a minimum point 415 at the frequency f1 and a maximum point 417 at the frequency f2.

すなわち、周波数f1の電波を受信した際に最も多くの電波を吸収し、周波数f2の電波を受信した際に最も少ない電波を吸収するように、異物センサ200を設計するものとする。ここで周波数f1及びf2は、異物を検出するために検出装置300から送信される電波の周波数である。   That is, foreign object sensor 200 is designed to absorb the most radio waves when receiving radio waves of frequency f1 and to absorb the least radio waves when receiving radio waves of frequency f2. Here, the frequencies f1 and f2 are frequencies of radio waves transmitted from the detection device 300 in order to detect a foreign object.

図7は、図6に示された、反射電力の周波数特性に極大点及び極小点を有する異物センサ200を用いて、誘電率の変化と距離の変化を切り分ける方法を説明する概念図である。   FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a method for separating the change in the dielectric constant and the change in the distance using the foreign matter sensor 200 having the maximum point and the minimum point in the frequency characteristic of the reflected power shown in FIG.

いま、反射タグ202に水分が付着し、反射タグ202の見かけ上の誘電率が上昇したとする。その場合は、図7(A)に示されるように、異物センサ200からの反射電力の周波数特性は、グラフ450からグラフ451へ変化する。   Now, it is assumed that moisture has adhered to the reflective tag 202 and the apparent dielectric constant of the reflective tag 202 has increased. In that case, as shown in FIG. 7A, the frequency characteristic of the reflected power from the foreign matter sensor 200 changes from the graph 450 to the graph 451.

この場合に、検出装置300が、周波数f1及び周波数f2の電波を異物センサ200へ送信した場合の反射電力は、それぞれグラフ451上の点416及び点418によって示される値となる。   In this case, the reflected power when the detection device 300 transmits radio waves having the frequency f1 and the frequency f2 to the foreign matter sensor 200 has values indicated by points 416 and 418 on the graph 451, respectively.

これらの値を、グラフ450における周波数f1及び周波数f2の反射電力の強度と比較すると、周波数f1においては反射電力が大きくなり、周波数f2においては反射電力が小さくなることがわかる。   When these values are compared with the intensity of the reflected power at the frequency f1 and the frequency f2 in the graph 450, it can be seen that the reflected power increases at the frequency f1, and the reflected power decreases at the frequency f2.

一方、異物センサ200と検出装置300との距離が長くなった場合、反射電力の周波数特性は、図7(B)に示されるように、グラフ450からグラフ454へ変化する。   On the other hand, when the distance between the foreign matter sensor 200 and the detection device 300 becomes long, the frequency characteristic of the reflected power changes from the graph 450 to the graph 454 as shown in FIG. 7B.

この場合、周波数f1及び周波数f2における異物センサ200からの反射電力は、それぞれグラフ454上の極小点420及び極大点421によって示される値となる。   In this case, the reflected power from the foreign matter sensor 200 at the frequency f1 and the frequency f2 has values indicated by the minimum point 420 and the maximum point 421 on the graph 454, respectively.

これらの値を、グラフ450における周波数f1及び周波数f2の反射電力の強度と比較すると、周波数f1及び周波数f2において、反射電力がともに小さくなることがわかる。   When these values are compared with the intensity of the reflected power at the frequency f1 and the frequency f2 in the graph 450, it can be seen that both the reflected power becomes small at the frequency f1 and the frequency f2.

また、反射タグ202と検出装置300との距離が短くなった場合、反射電力の周波数特性は、図7(B)に示されるように、グラフ450からグラフ452へ変化する。   Further, when the distance between the reflection tag 202 and the detection device 300 is shortened, the frequency characteristic of the reflected power changes from the graph 450 to the graph 452 as shown in FIG. 7B.

この場合、周波数f1及び周波数f2における異物センサ200からの反射電力は、それぞれグラフ452上の極小点422及び極大点423によって示される値となる。   In this case, the reflected power from the foreign matter sensor 200 at the frequency f1 and the frequency f2 has values indicated by the minimum point 422 and the maximum point 423 on the graph 452, respectively.

これらの値を、グラフ450における周波数f1及び周波数f2の反射電力の強度と比較すると、周波数f1及び周波数f2において、反射電力がともに大きくなることがわかる。   When these values are compared with the intensity of the reflected power at the frequency f1 and the frequency f2 in the graph 450, it can be seen that the reflected power increases at the frequency f1 and the frequency f2.

図7(C)は、以上述べた要因毎に、反射電力の変化をまとめた表である。   FIG. 7C is a table summarizing changes in reflected power for each of the factors described above.

反射タグ202の見かけ上の誘電率が増加した場合、周波数f1における反射電力は、基準状態よりも増加し、周波数f2における反射電力は、基準状態よりも減少する。   When the apparent dielectric constant of the reflection tag 202 increases, the reflected power at the frequency f1 increases from the reference state, and the reflected power at the frequency f2 decreases from the reference state.

一方、反射タグ202の誘電率が変化せず、異物センサ200と検出装置300との距離が変化した場合、周波数f1及び周波数f2における反射電力は、ともに増加するか、ともに減少するかのいずれかとなる。   On the other hand, when the dielectric constant of the reflective tag 202 does not change and the distance between the foreign matter sensor 200 and the detection device 300 changes, the reflected power at the frequency f1 and the frequency f2 both increases or decreases. Become.

したがって、周波数f1及びf2における反射電力が、基準状態からどのように変化するかを判定することで、誘電率の変化(すなわち、異物の存在)と、検出装置300からの距離の変化(例えば、異物センサ200を設置したトレーニー700、701の姿勢変化など)を切り分けて検出することができる。   Therefore, by determining how the reflected power at the frequencies f1 and f2 changes from the reference state, a change in the dielectric constant (that is, the presence of a foreign substance) and a change in the distance from the detection device 300 (for example, The change in the posture of the trainees 700 and 701 in which the foreign matter sensor 200 is installed can be detected separately.

図8は、本実施の形態に係る検出装置300による異物の検出処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart showing a flow of foreign object detection processing by the detection apparatus 300 according to the present embodiment.

まず、検出装置300は電波送信部304から異物センサ200に対して周波数がf1である電波を送信する(S320)。   First, the detection apparatus 300 transmits a radio wave having a frequency f1 from the radio wave transmission unit 304 to the foreign object sensor 200 (S320).

異物センサ200は、この電波を、アンテナ204を介して受信する。その後、異物センサ200は、受信した電波の一部をアンテナ204及び抵抗素子206等によって消費し、一部を反射波として検出装置300へ反射する。   Foreign object sensor 200 receives this radio wave via antenna 204. Thereafter, the foreign matter sensor 200 consumes a part of the received radio wave by the antenna 204, the resistance element 206, and the like, and reflects a part thereof as a reflected wave to the detection device 300.

検出装置300は、アンテナ302により異物センサ200からの反射波を受信する(S321)。説明のため、この反射波を第3の反射波と呼ぶ。判定部306は、第3の反射波の反射電力の値を記憶部308へ一時的に記憶させる。   The detection apparatus 300 receives the reflected wave from the foreign matter sensor 200 through the antenna 302 (S321). For the sake of explanation, this reflected wave is referred to as a third reflected wave. The determination unit 306 temporarily stores the value of the reflected power of the third reflected wave in the storage unit 308.

次に、検出装置300は電波送信部304から異物センサ200に対して周波数がf2である電波を送信する(S322)。   Next, the detection apparatus 300 transmits a radio wave having a frequency of f2 from the radio wave transmission unit 304 to the foreign matter sensor 200 (S322).

次に、異物センサ200は、この電波を、アンテナ204を介して受信する。その後、異物センサ200は、受信した電波の一部をアンテナ204及び抵抗素子206等によって消費し、一部を反射波として検出装置300へ反射する。   Next, the foreign matter sensor 200 receives this radio wave via the antenna 204. Thereafter, the foreign matter sensor 200 consumes a part of the received radio wave by the antenna 204, the resistance element 206, and the like, and reflects a part thereof as a reflected wave to the detection device 300.

次に、検出装置300は、アンテナ302により異物センサ200からの反射波を受信する(S323)。説明のため、この反射波を第4の反射波と呼ぶ。判定部306は、第4の反射波の反射電力の値を記憶部308へ一時的に記憶させる。   Next, the detection apparatus 300 receives the reflected wave from the foreign matter sensor 200 by the antenna 302 (S323). For the sake of explanation, this reflected wave is referred to as a fourth reflected wave. The determination unit 306 temporarily stores the value of the reflected power of the fourth reflected wave in the storage unit 308.

次に、判定部306は、異物がない基準状態において反射タグ202へ周波数f1及び周波数f2の電波をそれぞれ送信した場合の各反射電力の値を、記憶部308から取得する。説明のため、これらを第1の反射波の反射電力及び第2の反射波の反射電力と、それぞれ呼ぶ。   Next, the determination unit 306 acquires from the storage unit 308 the value of each reflected power when radio waves having the frequency f1 and the frequency f2 are transmitted to the reflection tag 202 in a reference state where there is no foreign object. For the sake of explanation, these are called the reflected power of the first reflected wave and the reflected power of the second reflected wave, respectively.

さらに、判定部306は、第3の反射波の反射電力及び第4の反射波の反射電力の値を記憶部308から取得する。   Further, the determination unit 306 acquires the values of the reflected power of the third reflected wave and the reflected power of the fourth reflected wave from the storage unit 308.

その後、判定部306は、第1及び第2の反射波の反射電力を基準として、第3及び第4の反射波の反射電力の増減をそれぞれ求め、反射タグ202付近の異物の有無を判定する(S324)。   Thereafter, the determination unit 306 determines increase / decrease in the reflected power of the third and fourth reflected waves based on the reflected power of the first and second reflected waves, and determines the presence / absence of a foreign object near the reflective tag 202. (S324).

図9は、本実施の形態に係る検出装置300が備える判定部306の処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart showing a process flow of the determination unit 306 provided in the detection apparatus 300 according to the present embodiment.

まず、前述の通り、判定部306は、第1及び第2の反射波の反射電力を基準として、第3及び第4の反射波の反射電力の増減を求める(S304)。   First, as described above, the determination unit 306 obtains increase / decrease in the reflected power of the third and fourth reflected waves with reference to the reflected power of the first and second reflected waves (S304).

具体的には、判定部306は、第3の反射波の反射電力から第1の反射波の反射電力を引いた差分である第1の差分と、第4の反射波の反射電力から第2の反射波の反射電力を引いた差分である第2の差分とを算出する。   Specifically, the determination unit 306 determines the first difference, which is a difference obtained by subtracting the reflected power of the first reflected wave from the reflected power of the third reflected wave, and the second difference from the reflected power of the fourth reflected wave. And a second difference that is a difference obtained by subtracting the reflected power of the reflected wave.

次に、判定部306は、第1及び第2の反射波の反射電力と比較し、第3及び第4の反射波の反射電力の一方が増加し、かつ、一方が減少しているか否かを判定する(S305)。   Next, the determination unit 306 determines whether one of the reflected powers of the third and fourth reflected waves is increased and one of the reflected powers is decreased compared to the reflected power of the first and second reflected waves. Is determined (S305).

具体的には、判定部306は、前述の第1の差分と第2の差分の正負の符号が異なっているか否かを判定することが考えられる。   Specifically, it can be considered that the determination unit 306 determines whether the positive and negative signs of the first difference and the second difference are different.

その判定の結果、第1の差分と第2の差分の符号が異なっていれば(S305でYes)、判定部306は、反射タグ202の付近に異物を検出したものとして、異物検出信号を出力する(S306)。   As a result of the determination, if the signs of the first difference and the second difference are different (Yes in S305), the determination unit 306 outputs a foreign object detection signal on the assumption that a foreign object has been detected in the vicinity of the reflection tag 202. (S306).

一方、第1の差分と第2の差分の符号が同一であれば(S305でNo)、判定部306は、異物の検出信号を出力しない。   On the other hand, if the signs of the first difference and the second difference are the same (No in S305), the determination unit 306 does not output a foreign object detection signal.

すなわち、本実施の形態に係る異物検出システム100は、異物センサ200と、異物センサ200の周囲の異物の有無を検出する検出装置300とを備える。   That is, foreign object detection system 100 according to the present embodiment includes foreign object sensor 200 and detection device 300 that detects the presence or absence of foreign objects around foreign object sensor 200.

ここで、異物センサ200は、アンテナ204と、アンテナ204と電気的に結合された抵抗素子206と、アンテナ204と抵抗素子206とが表面に配置された基板である反射タグ202とを備えている。   Here, the foreign matter sensor 200 includes an antenna 204, a resistance element 206 that is electrically coupled to the antenna 204, and a reflection tag 202 that is a substrate on which the antenna 204 and the resistance element 206 are arranged. .

異物センサ200は、異物センサ200の周辺に異物がない状態である基準状態において、第1の周波数の電波をアンテナ204で受信した場合の反射波である第1の反射波の反射電力が、第1の周波数を含む事前に定義された第1周波数領域内で極小値をとり、第2の周波数の電波をアンテナ204で受信した場合の反射波である第2の反射波の反射電力が、第2の周波数を含む事前に定義された第2周波数領域内で極大値をとるように電波を反射する。   The foreign matter sensor 200 has a reflected power of the first reflected wave, which is a reflected wave when the antenna 204 receives a radio wave of the first frequency in a reference state in which no foreign matter is present around the foreign matter sensor 200, The reflected power of the second reflected wave, which is a reflected wave when the antenna 204 receives a radio wave of the second frequency, takes a local minimum value within a first frequency region defined in advance including the first frequency, The radio wave is reflected so as to have a maximum value within a second frequency range defined in advance including two frequencies.

また、検出装置300は、アンテナ302と、アンテナ302から第1の周波数及び第2の周波数の電波を送信する電波送信部304と、基準状態において、電波送信部304から送信された第1の周波数の電波の一部が異物センサ200によって反射された反射波である第1の反射波の反射電力と、電波送信部304から送信された第2の周波数の電波の一部が異物センサ200によって反射された反射波である第2の反射波の反射電力とを記憶している記憶部308と、電波送信部304から送信される第1の周波数の電波の一部が異物センサ200によって反射される反射波である第3の反射波及び電波送信部304から送信される第2の周波数の電波の一部が異物センサ200によって反射される反射波である第4の反射波をアンテナ302から取得し、第3の反射波の反射電力及び第4の反射波の反射電力から第1の反射波の反射電力及び第2の反射波の反射電力をそれぞれ差し引いた差分である第1の差分及び第2の差分の符号が異なれば異物センサ200の周囲に異物があると判定する判定部306とを備える。   In addition, the detection apparatus 300 includes an antenna 302, a radio wave transmission unit 304 that transmits radio waves of the first frequency and the second frequency from the antenna 302, and a first frequency transmitted from the radio wave transmission unit 304 in the reference state. The reflected power of the first reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor 200, and a part of the second frequency wave transmitted from the radio wave transmission unit 304 are reflected by the foreign object sensor 200. The foreign substance sensor 200 reflects a part of the first frequency radio wave transmitted from the storage unit 308 that stores the reflected power of the second reflected wave that is the reflected wave and the radio wave transmission unit 304. The third reflected wave, which is a reflected wave, and the fourth reflected wave, which is a reflected wave that is reflected by the foreign object sensor 200, are partly reflected by the antenna. The first difference is obtained by subtracting the reflected power of the first reflected wave and the reflected power of the second reflected wave from the reflected power of the third reflected wave and the reflected power of the fourth reflected wave. The determination unit 306 determines that there is a foreign object around the foreign object sensor 200 if the difference and the second difference have different signs.

なお、反射タグ202の部材として、吸湿性の部材を使用しても良い。   Note that a hygroscopic member may be used as the member of the reflective tag 202.

また、本実施の形態に係る検出装置300は、アンテナ302と、アンテナ302から第1及び第2の周波数の電波を送信する電波送信部304と、異物センサ200周辺に異物がない状態である基準状態において、電波送信部304から送信された第1の周波数の電波の一部が異物センサ200によって反射された反射波である第1の反射波の反射電力と、電波送信部304から送信された第2の周波数の電波の一部が異物センサ200によって反射された反射波である第2の反射波の反射電力とを記憶している記憶部308と、電波送信部304から送信される第1の周波数の電波の一部が異物センサ200によって反射される反射波である第3の反射波及び電波送信部304から送信される第2の周波数の電波の一部が異物センサ200によって反射される反射波である第4の反射波をアンテナ302から取得し、第3の反射波の反射電力及び第4の反射波の反射電力から第1の反射波の反射電力及び第2の反射波の反射電力をそれぞれ差し引いた差分である第1の差分及び第2の差分の符号が異なれば異物センサ200の周囲に異物があると判定する判定部306とを備えている。   In addition, the detection apparatus 300 according to the present embodiment includes an antenna 302, a radio wave transmission unit 304 that transmits radio waves of the first and second frequencies from the antenna 302, and a reference that is free of foreign matter around the foreign matter sensor 200. In the state, a part of the first frequency radio wave transmitted from the radio wave transmitting unit 304 is reflected from the first reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor 200, and transmitted from the radio wave transmitting unit 304. A storage unit 308 that stores the reflected power of the second reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor 200, with a part of the radio wave of the second frequency, and the first transmitted from the radio wave transmitting unit 304 Part of the second frequency wave transmitted from the third reflected wave and the radio wave transmission unit 304 is a reflected wave reflected by the foreign object sensor 200. A fourth reflected wave that is a reflected wave reflected by the first reflected wave is obtained from the antenna 302, and the reflected power of the first reflected wave and the second reflected wave are reflected from the reflected power of the third reflected wave and the reflected power of the fourth reflected wave. And a determination unit 306 that determines that there is a foreign object around the foreign object sensor 200 if the first difference and the second difference, which are differences obtained by subtracting the reflected power of the reflected waves, have different signs.

また、本実施の形態に係る異物センサ200は、アンテナ204と、アンテナ204と電気的に結合された抵抗素子206と、アンテナ204と抵抗素子206とが面上に配置された基板である反射タグ202とを備えている。   Further, foreign matter sensor 200 according to the present embodiment includes an antenna 204, a resistance element 206 electrically coupled to antenna 204, and a reflective tag that is a substrate on which antenna 204 and resistance element 206 are arranged on the surface. 202.

また、異物センサ200は、異物センサ200の周辺に異物がない状態である基準状態において、第1の周波数の電波をアンテナ204で受信した場合の反射波である第1の反射波の反射電力が、第1の周波数を含む事前に定義された第1周波数領域内で極小値をとり、第2の周波数の電波をアンテナ204で受信した場合の反射波である第2の反射波の反射電力が、第2の周波数を含む事前に定義された第2周波数領域内で極大値をとるように電波を反射する。   The foreign matter sensor 200 has a reflected power of a first reflected wave that is a reflected wave when the antenna 204 receives a radio wave of the first frequency in a reference state where no foreign matter is present around the foreign matter sensor 200. The reflected power of the second reflected wave, which is a reflected wave when the antenna 204 receives a radio wave of the second frequency in the first frequency region defined in advance including the first frequency, is received. The radio wave is reflected so as to have a maximum value within a second frequency range defined in advance including the second frequency.

ここで、第1及び第2の周波数領域は、広すぎると異物の過検出の可能性が高まり、狭すぎると異物の見過ごしの可能性が高まる。例えば、第1の周波数領域は、第1周波数を含み、その前後6MHz程度と設定し、第2の周波数領域は、第2周波数を含み、その前後6MHz程度と設定すること等が考えられる。   Here, if the first and second frequency regions are too wide, the possibility of overdetection of foreign matters increases, and if the first and second frequency regions are too narrow, the possibility of overlooking foreign matters increases. For example, the first frequency region includes the first frequency and is set to about 6 MHz before and after the first frequency region, and the second frequency region includes the second frequency and is set to about 6 MHz before and after the second frequency region.

この構成によると、異物が接触せずとも異物センサ200の周辺(例えば周囲数ミリ程度)に異物が存在すると反射タグ202の見かけ上の誘電率が変化し、その結果反射電力の周波数特性が変化する。   According to this configuration, when foreign matter is present around the foreign matter sensor 200 (for example, around several millimeters) without contact with foreign matter, the apparent dielectric constant of the reflective tag 202 changes, and as a result, the frequency characteristic of reflected power changes. To do.

より具体的には、異物センサ200が備えるアンテナ204は、それぞれ長さの異なる2以上のアンテナが並列に接続された形状を有するように設計してもよい。   More specifically, the antenna 204 included in the foreign matter sensor 200 may be designed to have a shape in which two or more antennas having different lengths are connected in parallel.

すなわち、2個の異なる周波数の共振点をアンテナ204にもたせれば、その間には極大点と極小点が存在する。   That is, if the antenna 204 is provided with two resonance points having different frequencies, there is a maximum point and a minimum point between them.

したがって、長さを変えることで共振点を変えた2つのアンテナが並列に接続された形状としてアンテナ204を設計することが考えられる。   Therefore, it is conceivable to design the antenna 204 as a shape in which two antennas whose resonance points are changed by changing the length are connected in parallel.

以上述べた異物センサ200は電波を反射するのみであり、自ら電波を発信しないため、いわゆる無線モジュールは不要である。したがって、小型・安価で電力消費が少ない無線通信機能付きの異物センサ200を用いた異物検出システム100を実現できる。   Since the foreign matter sensor 200 described above only reflects radio waves and does not transmit radio waves by itself, a so-called wireless module is unnecessary. Therefore, the foreign object detection system 100 using the foreign object sensor 200 with a wireless communication function that is small, inexpensive, and consumes less power can be realized.

また、本実施の形態に係る異物検出システム100では、反射電力の周波数特性のうち、極大値及び極小値を含む特性を用いて、すなわち、2つの周波数だけで測定が可能である。よって、周波数特性のスペクトラムを測定する必要が無く、検出装置の簡素化、低コスト化、省エネ化といった利点が生じる。   Further, in foreign object detection system 100 according to the present embodiment, measurement can be performed using characteristics including a maximum value and a minimum value among frequency characteristics of reflected power, that is, only two frequencies. Therefore, there is no need to measure the spectrum of frequency characteristics, and there are advantages such as simplification of the detection device, cost reduction, and energy saving.

また、本実施の形態に係る異物検出システム100では、負荷とアンテナのインピーダンス整合(抵抗による電力損失)を設計に利用するため、完全な反射状態と完全な吸収状態(理論的には送信電力の半分を吸収)を利用する。より大きな反射電力変化を得ることができる。具体的には、反射電力の変化量(極小点のピークの深さ)を制御することができる。その結果、反射電力変化の検出が容易となり、異物の検出精度を高めることができる。   Further, in the foreign object detection system 100 according to the present embodiment, since impedance matching (power loss due to resistance) between the load and the antenna is used for the design, a perfect reflection state and a perfect absorption state (theoretically transmission power Half absorbed). A larger reflected power change can be obtained. Specifically, the amount of change in the reflected power (the peak depth of the minimum point) can be controlled. As a result, it becomes easy to detect the reflected power change, and the detection accuracy of the foreign matter can be increased.

なお、本実施の形態に係る異物センサ200は、自ら電波を発信せずに反射波を用いて通信を行う点で、いわゆるパッシブ型のRFIDと類似している。   The foreign object sensor 200 according to the present embodiment is similar to a so-called passive RFID in that communication is performed using a reflected wave without transmitting a radio wave by itself.

しかし、パッシブ型のRFIDは、ID情報を反射波に乗せて返すため、タグがIC(Integrated Circuit)を備えておく必要とする。一方、本実施の形態にかかる異物センサ200では、電波を吸収するためのアンテナと抵抗素子のみを備えればよく、ICは不要である。   However, since passive RFID returns ID information on a reflected wave, the tag needs to have an IC (Integrated Circuit). On the other hand, foreign object sensor 200 according to the present embodiment need only include an antenna and a resistance element for absorbing radio waves, and does not require an IC.

すなわち、パッシブ型RFIDでは必要なICを駆動するための電力が、異物センサ200では不要となる。   In other words, the foreign matter sensor 200 does not require power for driving the IC required for the passive RFID.

その結果、異物センサ200の通信距離をパッシブ型RFIDよりも伸ばすことや、検出装置300(パッシブ型RFIDにおけるリーダに相当)が出力する電波の出力を減らすことが可能となる。   As a result, it is possible to extend the communication distance of the foreign matter sensor 200 as compared to the passive RFID, and to reduce the output of radio waves output by the detection device 300 (corresponding to a reader in the passive RFID).

より具体的に検討すると、パッシブ型RFIDによる通信距離(すなわち、リーダとタグ間の通信可能な距離)の最大値は、数式1で求められる。ここで、λは、送信する電波の波長であり、PTXは、リーダの送信電力であり、Greaderは、リーダのアンテナ利得であり、Gtagはタグのアンテナ利得であり、Pmin,tagは、タグの閾値電力(感度)である。 More specifically, the maximum value of the communication distance by the passive RFID (that is, the communicable distance between the reader and the tag) can be obtained by Equation 1. Here, λ is the wavelength of the radio wave to be transmitted, P TX is the transmission power of the reader , G reader is the antenna gain of the reader, G tag is the antenna gain of the tag , and P min, tag Is the threshold power (sensitivity) of the tag.

Figure 2012063324
Figure 2012063324

一方、本実施の形態に係る異物センサ200及び検出装置300間の通信距離の最大値は、数式2で求められる。ここで、λは、送信する電波の波長であり、PTXは、検出装置300の送信電力であり、Greaderは、検出装置300のアンテナ利得であり、Gtagは異物センサ200のアンテナ利得であり、Pmin,readerは、検出装置300の感度であり、Tbは、後方拡散伝送ロスである。 On the other hand, the maximum value of the communication distance between the foreign matter sensor 200 and the detection apparatus 300 according to the present embodiment is obtained by Expression 2. Here, λ is the wavelength of the radio wave to be transmitted, P TX is the transmission power of the detection apparatus 300, G reader is the antenna gain of the detection apparatus 300, and G tag is the antenna gain of the foreign object sensor 200. Yes , P min, reader is the sensitivity of the detection apparatus 300, and T b is the backward spread transmission loss.

Figure 2012063324
Figure 2012063324

仮に、送信周波数を950MHzとし、Pmin,tagを−10dBmとし、Pmin,readerを−80dBmとすると、数式1より、パッシブ型RFIDの通信距離は6mとなる。 Assuming that the transmission frequency is 950 MHz, P min, tag is −10 dBm, and P min, reader is −80 dBm, from Equation 1, the communication distance of passive RFID is 6 m.

一方、本実施の形態に係る異物センサ200及び検出装置300間の通信距離の最大値は、数式2より、45mとなる。   On the other hand, the maximum value of the communication distance between the foreign matter sensor 200 and the detection apparatus 300 according to the present embodiment is 45 m from Equation 2.

これらは理論値であるため、実際はICとアンテナのマッチング状態等により、通信距離は変化するが、このように本実施の形態に係る異物検出システム100では、従来のパッシブ型RFIDと比較しても、省電力で、長距離の通信が可能である。   Since these are theoretical values, the communication distance actually varies depending on the matching state of the IC and the antenna, and the foreign object detection system 100 according to the present embodiment is compared with the conventional passive RFID. Long-distance communication is possible with low power consumption.

以上、本実施の形態に係る異物検出システム100、検出装置300、及び異物センサ200について説明した。   The foreign object detection system 100, the detection device 300, and the foreign object sensor 200 according to the present embodiment have been described above.

次に、本実施の形態の変形例に係る検出装置300について説明する。   Next, a detection apparatus 300 according to a modification of the present embodiment will be described.

(変形例)
図10は、本変形例に係る検出装置300を備えた異物検出システム100のブロック図である。なお、図2と同様の構成要素については同一の符号を付け、詳細な説明を省略する。
(Modification)
FIG. 10 is a block diagram of a foreign object detection system 100 including a detection device 300 according to this modification. Components similar to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本変形例では、検出装置300が、さらにアンテナ303を備える。また、電波送信部304が第1送信部311及び第2送信部312を備える。また、判定部306が第1受信部313及び第2受信部314を備える。   In this modification, the detection apparatus 300 further includes an antenna 303. The radio wave transmission unit 304 includes a first transmission unit 311 and a second transmission unit 312. The determination unit 306 includes a first reception unit 313 and a second reception unit 314.

アンテナ302及びアンテナ303は、それぞれ、第1送信部及び第2送信部から送られる電波の送信及び、その反射波の受信を行うアンテナである。   The antenna 302 and the antenna 303 are antennas that perform transmission of radio waves transmitted from the first transmission unit and the second transmission unit and reception of reflected waves, respectively.

第1送信部311は、第1の周波数の電波をアンテナ302から送信する。   The first transmission unit 311 transmits a radio wave having a first frequency from the antenna 302.

第2送信部312は、第2の周波数の電波をアンテナ303から送信する。   The second transmission unit 312 transmits a radio wave having the second frequency from the antenna 303.

これらの送信は、例えばユーザが検出装置300へ異物の検出を指示したタイミングに行ってもよく、定期的(例えば数十秒毎など)に行っても良い。   These transmissions may be performed, for example, at the timing when the user instructs the detection apparatus 300 to detect a foreign object, or may be performed periodically (for example, every several tens of seconds).

また、第1送信部311と第2送信部312は同時に電波を送信してもよく、数十ミリ秒程度、時刻をずらして電波を送信してもよい。   Further, the first transmission unit 311 and the second transmission unit 312 may transmit radio waves at the same time, or may transmit radio waves at different times by several tens of milliseconds.

第1受信部313は、第1送信部311から送信された電波の反射波を、アンテナ302を用いて受信する。   The first reception unit 313 receives the reflected wave of the radio wave transmitted from the first transmission unit 311 using the antenna 302.

第2受信部314は、第2送信部312から送信された電波の反射波を、アンテナ303を用いて受信する。   The second reception unit 314 receives the reflected wave of the radio wave transmitted from the second transmission unit 312 using the antenna 303.

第1受信部313及び第2受信部314は、受信した反射波の電力を記憶部308へ一時的に記憶させる。   The first receiving unit 313 and the second receiving unit 314 temporarily store the received reflected wave power in the storage unit 308.

すなわち、本変形例にかかる電波送信部304は、第1の周波数の電波を送信する第1送信部311と、第2の周波数の電波を送信する第2送信部312とを備え、第1送信部311及び第2送信部312は同時期に、第1の周波数及び第2の周波数の電波をそれぞれ送信する。   That is, the radio wave transmission unit 304 according to the present modification includes a first transmission unit 311 that transmits radio waves of a first frequency and a second transmission unit 312 that transmits radio waves of a second frequency, and the first transmission The unit 311 and the second transmission unit 312 transmit radio waves of the first frequency and the second frequency, respectively, at the same time.

本変形例によれば、検出装置300は、第1の周波数の電波及び第2の周波数の電波を異物センサ200に対してそれぞれ独立のタイミングで送信し、その反射波を受信することができる。   According to this modification, the detection apparatus 300 can transmit the radio wave of the first frequency and the radio wave of the second frequency to the foreign object sensor 200 at independent timings, and can receive the reflected wave.

よって、検出装置300は、第1の反射波の反射電力の測定が完了する前に、第2の反射波を送信することができる。より具体的には、検出装置300は、第1の周波数と第2の周波数の電波を同時に送信することができる。   Therefore, the detection apparatus 300 can transmit the second reflected wave before the measurement of the reflected power of the first reflected wave is completed. More specifically, the detection device 300 can simultaneously transmit radio waves having the first frequency and the second frequency.

その結果、異物センサ200と検出装置300との距離が絶えず変化し、これに対応して反射電力が変化する場合においても、同一距離において第1の反射波及び第2の反射波の反射電力を測定できる。そのため、検出装置300は、より正確に異物を検出することができる。   As a result, even when the distance between the foreign matter sensor 200 and the detection device 300 constantly changes and the reflected power changes correspondingly, the reflected power of the first reflected wave and the second reflected wave at the same distance is changed. It can be measured. Therefore, the detection apparatus 300 can detect a foreign object more accurately.

なお、実施の形態及び変形例において、検出装置300が送信する2種類の電波の周波数の間隔が狭いと、判定部306は異物による反射電力の変化と、検出装置300〜異物センサ200間の距離の変化による反射電力の変化とを区別できず、異物の過検出が生じやすくなる。図6及び図11を参照して、より詳細に説明する。   In the embodiment and the modification, when the frequency interval between the two types of radio waves transmitted by the detection device 300 is narrow, the determination unit 306 determines the change in reflected power due to the foreign material and the distance between the detection device 300 and the foreign material sensor 200. Therefore, it is difficult to distinguish the change in the reflected power due to the change in the number of foreign matters, and overdetection of foreign matters is likely to occur. This will be described in more detail with reference to FIGS.

図6では、グラフ451で示される反射電力は、基準状態である450と比較して、周波数f1では増加し、周波数f2では減少する。図7(C)でまとめたように、2種類の周波数の内、一方の周波数について反射電力が増加し、他方の周波数について反射電力が減少したか否かを判定することで、判定部306は、反射電力の変化が、異物によるものか、距離の変化によるものかを切り分けることができる。   In FIG. 6, the reflected power indicated by the graph 451 increases at the frequency f1 and decreases at the frequency f2, compared with the reference state 450. As summarized in FIG. 7C, the determination unit 306 determines whether or not the reflected power increases for one of the two frequencies and decreases for the other frequency. Thus, it is possible to determine whether the change in the reflected power is due to a foreign matter or a change in distance.

しかし、例えば、図11で示されるグラフ450とグラフ490の関係では、グラフ490は反射タグ202の誘電率の変化により、基準状態であるグラフ450が左へシフトしたものであるにも関わらず、周波数f1及び周波数f2ともに、反射電力の値は減少している。   However, for example, in the relationship between the graph 450 and the graph 490 illustrated in FIG. 11, the graph 490 is a graph in which the graph 450 which is the reference state is shifted to the left due to a change in the dielectric constant of the reflective tag 202. The value of the reflected power decreases for both frequency f1 and frequency f2.

すなわち、周波数f1及びf2の差が小さく、異物による反射タグ202の誘電率の変化量が大きい場合には、判定部306が異物を過検出する可能性が生じる。特に、周波数f1及びf2の差が小さい(間隔が狭い)場合に、異物を過検出しやすいといえる。   That is, when the difference between the frequencies f1 and f2 is small and the amount of change in the dielectric constant of the reflection tag 202 due to foreign matter is large, the determination unit 306 may overdetect the foreign matter. In particular, when the difference between the frequencies f1 and f2 is small (the interval is narrow), it can be said that foreign matter is easily detected excessively.

これを避けるためは、想定される誘電率の変化(すなわち、検出装置300によって検出したい異物の種類や量)に応じて、周波数f1とf2を適切に離す必要がある。   In order to avoid this, it is necessary to appropriately separate the frequencies f1 and f2 in accordance with the assumed change in dielectric constant (that is, the type and amount of foreign matter to be detected by the detection device 300).

より具体的には、例えば、f1を940MHzとし、f2を2.45GHzとすること等が考えられる。   More specifically, for example, f1 may be set to 940 MHz and f2 may be set to 2.45 GHz.

なお、異物センサ200の反射電力の周波数特性は、例えば図6に示されるように複数の直線が組み合わされた形状でなくともよい。例えば、極小点を有する下に凸の曲線と、極大点を有する上に凸の曲線とが組み合わされており、かつ、1の周波数に対して1の反射電力が定まる形状であってもよい。   Note that the frequency characteristic of the reflected power of the foreign object sensor 200 may not be a shape in which a plurality of straight lines are combined as shown in FIG. 6, for example. For example, a shape in which a downwardly convex curve having a minimum point and an upwardly convex curve having a maximum point are combined, and one reflected power is determined for one frequency.

なお、反射タグ202の反射電力の周波数特性は、必ずしも、1の極大点と1の極小点を有さずともよい。ただし、検出対象とする異物により周波数特性が変化しうる範囲においては、1の極大点を1の極小点を有する必要がある。   The frequency characteristic of the reflected power of the reflection tag 202 does not necessarily have one local maximum point and one local minimum point. However, in the range where the frequency characteristic can be changed by a foreign object to be detected, it is necessary to have one local maximum point and one local minimum point.

例えば、図6において、反射タグ202に検出したい異物である水(誘電率80)が接触している場合の反射電力の周波数特性がグラフ451で示されており、これ以上、反射タグ202の見かけ上の誘電率が大きくならないことがわかっている場合(例えば、反射タグ202が十分な量の水に接触している場合)には、異物センサ200からの反射電力の周波数特性は、グラフ451の極小点から点418までの間に、1の極大点以外の変極点をもたなければよい。   For example, in FIG. 6, the frequency characteristic of the reflected power when water (dielectric constant 80), which is a foreign substance to be detected, is in contact with the reflective tag 202 is shown by a graph 451. When it is known that the upper dielectric constant does not increase (for example, when the reflective tag 202 is in contact with a sufficient amount of water), the frequency characteristic of the reflected power from the foreign matter sensor 200 is represented by a graph 451. It is sufficient that there is no inflection point other than one maximum point between the minimum point and the point 418.

なお、本実施の形態では、基準状態として異物がない状態を用いたが、特定の異物がある状態を基準状態として用いても良い。例えば、浸水した反射タグ202の反射電力の極大点及び極小点からのずれを検出することで、異物である水が無いことを検出することができる。   In the present embodiment, a state without foreign matter is used as the reference state, but a state with a specific foreign matter may be used as the reference state. For example, it is possible to detect that there is no water as a foreign object by detecting a deviation from the maximum point and the minimum point of the reflected power of the submerged reflection tag 202.

なお、本実施の形態では異物の例として、反射タグ202の誘電率として想定される値(10以下程度)よりも誘電率の大きな水を用いて説明したが、より誘電率の小さな物質の有無も検出することができる。   In this embodiment, as an example of the foreign matter, description has been made using water having a dielectric constant larger than a value (about 10 or less) assumed as the dielectric constant of the reflective tag 202, but the presence or absence of a substance having a smaller dielectric constant is present. Can also be detected.

また、単に異物の有無を検出するだけでなく、反射電力のずれの大きさを評価することにより、誘電率の値を計測することも可能である。すなわち、検出装置300が備える判定部306は、さらに、誘電率算出部を備え、誘電率算出部では、前述の第1差分及び第2差分が大きいほど、誘電率を大きく算出することで、検出装置300は誘電率の大きさを算出することができる。   In addition to simply detecting the presence or absence of foreign matter, it is also possible to measure the value of the dielectric constant by evaluating the magnitude of the reflected power deviation. That is, the determination unit 306 included in the detection device 300 further includes a dielectric constant calculation unit, and the dielectric constant calculation unit detects the dielectric constant by calculating the dielectric constant as the first difference and the second difference are larger. The device 300 can calculate the magnitude of the dielectric constant.

なお、実施の形態及び変形例で説明した検出装置300は、コンピュータにより実現することが可能である。図12を参照して、検出装置300は、コンピュータ34と、コンピュータ34に指示を与えるためのキーボード36及びマウス38と、コンピュータ34の演算結果等の情報を提示するためのディスプレイ32と、コンピュータ34で実行されるプログラムを読み取るためのCD−ROM(Compact Disc-Read Only Memory)装置40及び通信モデム(図示せず)とを含む。   Note that the detection apparatus 300 described in the embodiment and the modifications can be realized by a computer. Referring to FIG. 12, the detection apparatus 300 includes a computer 34, a keyboard 36 and a mouse 38 for giving instructions to the computer 34, a display 32 for presenting information such as calculation results of the computer 34, and the computer 34. A CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) device 40 and a communication modem (not shown) are included.

検出装置300が行う処理であるプログラムは、コンピュータで読取可能な媒体であるCD−ROM42に記憶され、CD−ROM装置40で読み取られる。又は、コンピュータネットワークを通じて通信モデム52で読み取られる。   A program that is processing performed by the detection device 300 is stored in the CD-ROM 42 that is a computer-readable medium, and is read by the CD-ROM device 40. Alternatively, the data is read by the communication modem 52 through a computer network.

図13は、検出装置300を実現するコンピュータシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。コンピュータ34は、CPU(Central Processing Unit)44と、ROM(Read Only Memory)46と、RAM(Random Access Memory)48と、ハードディスク50と、通信モデム52と、バス54とを含む。   FIG. 13 is a block diagram illustrating a hardware configuration of a computer system that implements the detection apparatus 300. The computer 34 includes a CPU (Central Processing Unit) 44, a ROM (Read Only Memory) 46, a RAM (Random Access Memory) 48, a hard disk 50, a communication modem 52, and a bus 54.

CPU44は、CD−ROM装置40又は通信モデム52を介して読み取られたプログラムを実行する。ROM46は、コンピュータ34の動作に必要なプログラムやデータを記憶する。RAM48は、プログラム実行時のパラメタなどのデータを記憶する。ハードディスク50は、プログラムやデータなどを記憶する。通信モデム52は、コンピュータネットワークを介して他のコンピュータとの通信を行う。バス54は、CPU44、ROM46、RAM48、ハードディスク50、通信モデム52、ディスプレイ32、キーボード36、マウス38及びCD−ROM装置40を相互に接続する。   The CPU 44 executes a program read via the CD-ROM device 40 or the communication modem 52. The ROM 46 stores programs and data necessary for the operation of the computer 34. The RAM 48 stores data such as parameters at the time of program execution. The hard disk 50 stores programs and data. The communication modem 52 communicates with other computers via a computer network. The bus 54 connects the CPU 44, the ROM 46, the RAM 48, the hard disk 50, the communication modem 52, the display 32, the keyboard 36, the mouse 38, and the CD-ROM device 40 to each other.

さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、1個のシステムLSI(Large Scale Integration:大規模集積回路)から構成されているとしてもよい。システムLSIは、複数の構成部を1個のチップ上に集積して製造された超多機能LSIであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAMなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。RAMには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムLSIは、その機能を達成する。   Furthermore, some or all of the constituent elements constituting each of the above-described devices may be configured by one system LSI (Large Scale Integration). The system LSI is an ultra-multifunctional LSI manufactured by integrating a plurality of components on a single chip, and specifically, a computer system including a microprocessor, ROM, RAM, and the like. . A computer program is stored in the RAM. The system LSI achieves its functions by the microprocessor operating according to the computer program.

さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なICカード又は単体のモジュールから構成されているとしてもよい。ICカード又はモジュールは、マイクロプロセッサ、ROM、RAMなどから構成されるコンピュータシステムである。ICカード又はモジュールは、上記の超多機能LSIを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ICカード又はモジュールは、その機能を達成する。このICカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。   Furthermore, some or all of the constituent elements constituting each of the above-described devices may be configured from an IC card that can be attached to and detached from each device or a single module. The IC card or module is a computer system that includes a microprocessor, ROM, RAM, and the like. The IC card or the module may include the super multifunctional LSI described above. The IC card or the module achieves its function by the microprocessor operating according to the computer program. This IC card or this module may have tamper resistance.

また、本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。   Further, the present invention may be the method described above. Further, the present invention may be a computer program that realizes these methods by a computer, or may be a digital signal composed of the computer program.

さらに、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD−ROM、MO、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、BD(Blu-ray Disc(登録商標))、USBメモリ、SDカードなどのメモリカード、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしてもよい。   Furthermore, the present invention provides a computer-readable recording medium such as a flexible disk, hard disk, CD-ROM, MO, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, BD (Blu-ray Disc). (Registered trademark)), a memory card such as a USB memory or an SD card, or a semiconductor memory. Further, the digital signal may be recorded on these recording media.

また、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。   Further, the present invention may transmit the computer program or the digital signal via an electric communication line, a wireless or wired communication line, a network represented by the Internet, a data broadcast, or the like.

また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしてもよい。   The present invention may be a computer system including a microprocessor and a memory, wherein the memory stores the computer program, and the microprocessor operates according to the computer program.

また、上記プログラム又は上記デジタル信号を上記記録媒体に記録して移送することにより、又は上記プログラム又は上記デジタル信号を、上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。   In addition, the program or the digital signal is recorded on the recording medium and transferred, or the program or the digital signal is transferred via the network or the like and executed by another independent computer system. You may do that.

さらに、上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。   Furthermore, the above embodiment and the above modification examples may be combined.

今回開示された実施の形態及び変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and modifications disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、異物検出システム、検出装置及び異物検出センサに適用できる。   The present invention can be applied to a foreign object detection system, a detection device, and a foreign object detection sensor.

32 ディスプレイ
34 コンピュータ
36 キーボード
38 マウス
40 CD−ROM装置
42 CD−ROM
44 CPU
46 ROM
48 RAM
50 ハードディスク
52 通信モデム
54 バス
100 異物検出システム
200 異物センサ
204、302、303 アンテナ
202 反射タグ
204 アンテナ
206 抵抗素子
300 検出装置
304 電波送信部
306 判定部
308 記憶部
311 第1送信部
312 第2送信部
313 第1受信部
314 第2受信部
401、402、403、415、420、422 極小点
417、421、423 極大点
416、418 点
410、411、450、451、452、454、460、461、462、490 グラフ
601 異物
700、701 トレーニー
702 トレーナー
32 Display 34 Computer 36 Keyboard 38 Mouse 40 CD-ROM device 42 CD-ROM
44 CPU
46 ROM
48 RAM
50 Hard disk 52 Communication modem 54 Bus 100 Foreign matter detection system 200 Foreign matter sensors 204, 302, 303 Antenna 202 Reflection tag 204 Antenna 206 Resistance element 300 Detection device 304 Radio wave transmission unit 306 Determination unit 308 Storage unit 311 First transmission unit 312 Second transmission Unit 313 first receiving unit 314 second receiving unit 401, 402, 403, 415, 420, 422 minimum point 417, 421, 423 maximum point 416, 418 point 410, 411, 450, 451, 452, 454, 460, 461 , 462, 490 Graph 601 Foreign object 700, 701 Trainee 702 Trainer

Claims (10)

異物センサと、
前記異物センサの周囲の異物の有無を検出する検出装置とを備える異物検出システムであって、
前記異物センサは、
第1アンテナと、
前記第1アンテナと電気的に結合された抵抗素子と、
前記第1アンテナと前記抵抗素子とが表面に配置された基板である反射タグと
を備え、
前記異物センサの周辺に異物がない状態である基準状態において、第1の周波数の電波を前記第1アンテナで受信した場合の反射波である第1の反射波の反射電力が、前記第1の周波数を含む事前に定義された第1周波数領域内で極小値をとり、第2の周波数の電波を前記第1アンテナで受信した場合の反射波である第2の反射波の反射電力が、前記第2の周波数を含む事前に定義された第2周波数領域内で極大値をとるように電波を反射し、
前記検出装置は、
第2アンテナと、
前記第2アンテナから前記第1の周波数及び前記第2の周波数の電波を送信する電波送信部と、
前記基準状態において、前記電波送信部から送信された前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第1の反射波の反射電力と、前記電波送信部から送信された前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第2の反射波の反射電力とを記憶している記憶部と、
前記電波送信部から送信される前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第3の反射波及び前記電波送信部から送信される前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第4の反射波を前記第2アンテナから取得し、前記第3の反射波の反射電力及び前記第4の反射波の反射電力から前記第1の反射波の反射電力及び前記第2の反射波の反射電力をそれぞれ差し引いた差分である第1の差分及び第2の差分の符号が異なれば前記異物センサの周囲に前記異物があると判定する判定部とを備える
異物検出システム。
A foreign matter sensor;
A foreign matter detection system comprising a detection device for detecting the presence or absence of foreign matter around the foreign matter sensor,
The foreign matter sensor is
A first antenna;
A resistive element electrically coupled to the first antenna;
A reflection tag that is a substrate on which the first antenna and the resistance element are arranged;
In a reference state in which there is no foreign matter around the foreign matter sensor, the reflected power of the first reflected wave that is a reflected wave when a radio wave having a first frequency is received by the first antenna is the first reflected wave. The reflected power of the second reflected wave, which is a reflected wave when the first antenna receives a radio wave of the second frequency and takes a local minimum value within the first frequency region defined in advance including the frequency, Reflect the radio wave so that it takes a maximum value within a predefined second frequency range including the second frequency,
The detection device includes:
A second antenna;
A radio wave transmitter that transmits radio waves of the first frequency and the second frequency from the second antenna;
In the reference state, the reflected power of the first reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, is a part of the first frequency radio wave transmitted from the radio wave transmitter, and from the radio wave transmitter. A storage unit storing a reflected power of a second reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, in which part of the transmitted radio wave of the second frequency is reflected;
A third reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, and a part of the second frequency transmitted from the radio wave transmitter are transmitted from the radio wave transmitter. A fourth reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, is obtained from the second antenna, and the reflected power of the third reflected wave and the reflected power of the fourth reflected wave are acquired from the second antenna. If the signs of the first difference and the second difference, which are differences obtained by subtracting the reflected power of the first reflected wave and the reflected power of the second reflected wave, are different, the foreign object is present around the foreign object sensor. A foreign matter detection system comprising a determination unit for determining
前記電波送信部は、
前記第1の周波数の電波を送信する第1送信部と、
前記第2の周波数の電波を送信する第2送信部とを備え、
前記第1送信部及び前記第2送信部は同時期に、前記第1の周波数及び前記第2の周波数の電波をそれぞれ送信する
請求項1に記載の異物検出システム。
The radio wave transmitter is
A first transmitter that transmits radio waves of the first frequency;
A second transmitter that transmits radio waves of the second frequency,
The foreign object detection system according to claim 1, wherein the first transmission unit and the second transmission unit transmit radio waves of the first frequency and the second frequency, respectively, at the same time.
前記反射タグは、吸湿性の部材で構成されている
請求項1に記載の異物検出システム。
The foreign object detection system according to claim 1, wherein the reflective tag is configured by a hygroscopic member.
異物センサ周辺の異物の有無を検出する検出装置であって、
アンテナと、
前記アンテナから第1及び第2の周波数の電波を送信する電波送信部と、
前記異物センサ周辺に異物がない状態である基準状態において、前記電波送信部から送信された前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第1の反射波の反射電力と、前記電波送信部から送信された前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第2の反射波の反射電力とを記憶している記憶部と、
前記電波送信部から送信される前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第3の反射波及び前記電波送信部から送信される前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第4の反射波を前記アンテナから取得し、前記第3の反射波の反射電力及び前記第4の反射波の反射電力から前記第1の反射波の反射電力及び前記第2の反射波の反射電力をそれぞれ差し引いた差分である第1の差分及び第2の差分の符号が異なれば前記異物センサの周囲に前記異物があると判定する判定部とを備える
検出装置。
A detection device for detecting the presence or absence of foreign matter around the foreign matter sensor,
An antenna,
A radio wave transmitter that transmits radio waves of the first and second frequencies from the antenna;
In a reference state in which there is no foreign object around the foreign object sensor, a first reflected wave that is a reflected wave reflected by the foreign object sensor is a part of the first frequency radio wave transmitted from the radio wave transmitter. And a reflected power of the second reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign matter sensor, in part of the second frequency radio wave transmitted from the radio wave transmitter. And
A third reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, and a part of the second frequency transmitted from the radio wave transmitter are transmitted from the radio wave transmitter. A fourth reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, is acquired from the antenna, and the first reflected wave is reflected from the reflected power of the third reflected wave and the reflected power of the fourth reflected wave. If the sign of the first difference and the second difference, which are differences obtained by subtracting the reflected power of the first reflected wave and the reflected power of the second reflected wave, is different, it is determined that the foreign object exists around the foreign object sensor. And a determination unit.
前記電波送信部は、
前記第1の周波数の電波を送信する第1送信部と、
前記第2の周波数の電波を送信する第2送信部とを備え、
前記第1送信部及び前記第2送信部は同時期に、前記第1の周波数及び前記第2の周波数の電波をそれぞれ送信する
請求項4に記載の検出装置。
The radio wave transmitter is
A first transmitter that transmits radio waves of the first frequency;
A second transmitter that transmits radio waves of the second frequency,
The detection device according to claim 4, wherein the first transmission unit and the second transmission unit transmit radio waves of the first frequency and the second frequency, respectively, at the same time.
前記判定部は、
前記第1の差分及び前記第2の差分の積が同じ符号であれば前記異物センサと前記検出装置との距離が変化したと判定する
請求項4に記載の検出装置。
The determination unit
The detection device according to claim 4, wherein if the product of the first difference and the second difference has the same sign, it is determined that the distance between the foreign matter sensor and the detection device has changed.
アンテナと、
前記アンテナと電気的に結合された抵抗素子と、
前記アンテナと前記抵抗素子とが面上に配置された基板である反射タグと
を備える異物センサであって、
前記異物センサの周辺に異物がない状態である基準状態において、第1の周波数の電波を前記アンテナで受信した場合の反射波である第1の反射波の反射電力が、前記第1の周波数を含む事前に定義された第1周波数領域内で極小値をとり、第2の周波数の電波を前記アンテナで受信した場合の反射波である第2の反射波の反射電力が、前記第2の周波数を含む事前に定義された第2周波数領域内で極大値をとるように電波を反射する
異物センサ。
An antenna,
A resistive element electrically coupled to the antenna;
A foreign matter sensor comprising a reflective tag that is a substrate on which the antenna and the resistive element are arranged on a surface,
In a reference state where there is no foreign matter around the foreign matter sensor, the reflected power of the first reflected wave, which is a reflected wave when a radio wave of the first frequency is received by the antenna, is the first frequency. The reflected power of the second reflected wave, which is a reflected wave when the antenna receives a radio wave of the second frequency and takes a local minimum value in the first frequency region defined in advance, includes the second frequency. A foreign object sensor that reflects radio waves so as to have a maximum value within a second frequency range defined in advance.
前記アンテナは、それぞれ長さの異なる2以上のアンテナが並列に接続された形状を有する
請求項7に記載の異物センサ。
The foreign matter sensor according to claim 7, wherein the antenna has a shape in which two or more antennas having different lengths are connected in parallel.
前記反射タグは吸湿性の部材で構成されている
請求項7に記載の異物センサ。
The foreign matter sensor according to claim 7, wherein the reflective tag is formed of a hygroscopic member.
異物センサ周辺の異物の有無を検出する異物検出方法であって、
第1及び第2の周波数の電波を送信する電波送信ステップと、
前記異物センサ周辺に異物がない状態である基準状態において、前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第1の反射波の反射電力と、前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射された反射波である第2の反射波の反射電力とを記憶する記憶ステップと、
前記第1の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第3の反射波及び前記第2の周波数の電波の一部が前記異物センサによって反射される反射波である第4の反射波を取得し、前記第3の反射波の反射電力及び前記第4の反射波の反射電力から前記第1の反射波の反射電力及び前記第2の反射波の反射電力をそれぞれ差し引いた差分である第1の差分及び第2の差分の符号が異なれば前記異物センサの周囲に前記異物があると判定する判定ステップとを含む
異物検出方法。
A foreign matter detection method for detecting the presence or absence of foreign matter around a foreign matter sensor,
A radio wave transmitting step of transmitting radio waves of the first and second frequencies;
In a reference state where there is no foreign matter around the foreign matter sensor, the reflected power of the first reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign matter sensor, part of the first frequency radio wave, and the second A storage step of storing a reflected power of a second reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign matter sensor, with a part of a radio wave having a frequency of
A third reflected wave, which is a reflected wave reflected by the foreign object sensor, and a reflected wave where a part of the second frequency wave is reflected by the foreign object sensor. The fourth reflected wave is acquired, and the reflected power of the first reflected wave and the reflected power of the second reflected wave are respectively obtained from the reflected power of the third reflected wave and the reflected power of the fourth reflected wave. A foreign matter detection method comprising: a step of determining that the foreign matter is present around the foreign matter sensor if signs of the first difference and the second difference as subtracted differences are different.
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