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JP2019168260A - Non-contact communication medium - Google Patents

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JP2019168260A
JP2019168260A JP2018054460A JP2018054460A JP2019168260A JP 2019168260 A JP2019168260 A JP 2019168260A JP 2018054460 A JP2018054460 A JP 2018054460A JP 2018054460 A JP2018054460 A JP 2018054460A JP 2019168260 A JP2019168260 A JP 2019168260A
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夏樹 菰田
諒 松保
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諒 松保
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Abstract

【課題】形状が大型化することなく、水分等の環境の変化を非接触で精度よく検知する。【解決手段】非接触給電によって電流が流れるアンテナ12a,12bと、アンテナ12a,12bに流れた電流が供給されることでアンテナ12a,12bを介して非接触通信を行うICチップ11と、誘電体からなるセンサ部20と、センサ部20に所定の間隔を介して互いに対向して取り付けられたセンサ電極21a,21bと、電極21a,21b間を流れる電流によって算出されるセンサ部20の抵抗値をセンサ値として検出し、該センサ値をデジタル値に変換してICチップ11に出力するセンサ用回路22とを有し、アンテナ12a,12bと電極21a,21bとは、アンテナ12a,12bを流れる電流の方向と電極21a,21b間を流れる電流の方向とが、平行とはならない相対角度をなすように配置されている。【選択図】図1An object of the present invention is to accurately detect non-contact environmental changes such as moisture without increasing the size. An antenna (12a, 12b) through which a current flows by non-contact power supply, an IC chip (11) that performs non-contact communication via the antennas (12a, 12b) by supplying a current flowing to the antennas (12a, 12b), and a dielectric , A sensor electrode 21a, 21b which is attached to the sensor unit 20 with a predetermined interval therebetween, and a resistance value of the sensor unit 20 calculated by a current flowing between the electrodes 21a, 21b. A sensor circuit 22 for detecting the sensor value, converting the sensor value into a digital value, and outputting the digital value to the IC chip 11; the antennas 12a, 12b and the electrodes 21a, 21b are connected to the currents flowing through the antennas 12a, 12b. And the direction of the current flowing between the electrodes 21a and 21b are arranged so as to form a relative angle that is not parallel. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、環境の変化を非接触で検知する技術に関する。   The present invention relates to a technique for detecting a change in environment without contact.

従来、多孔質セラミックを用いて、土壌や食品、木材等の建築資材等に含有する水分を検知する仕組みが実用化されている。多孔質セラミックは、内部の含水量によりインピーダンスが変化する特性を有しているため、このインピーダンスの変化を検出することで、被測定物の含水量を検知することができる。   Conventionally, a mechanism for detecting moisture contained in building materials such as soil, food, and wood using a porous ceramic has been put into practical use. Since the porous ceramic has a characteristic that the impedance changes depending on the moisture content inside, the moisture content of the object to be measured can be detected by detecting the change in impedance.

そのような仕組みの1つとして、棒状のセラミックの中心部に棒状のアンテナを埋め込むとともに、セラミックの外周部にコイルを巻き付け、アンテナに高周波電場を印加した際にコイルに誘導される電圧や電流を測定することで、周囲の水分量を検知する技術が、特許文献1に開示されている。この技術においては、アンテナに発振器を接続するとともに、コイルにリード線を介して交流電圧計等の測定器を接続することで、アンテナに高周波電場を印加し、コイルに誘導される電圧や電流を測定することになる。   As one of such mechanisms, a rod-shaped antenna is embedded in the center of a rod-shaped ceramic, a coil is wound around the outer periphery of the ceramic, and a voltage or current induced in the coil when a high-frequency electric field is applied to the antenna. Patent Document 1 discloses a technique for detecting the amount of water around by measuring. In this technique, an oscillator is connected to the antenna, and a measuring instrument such as an AC voltmeter is connected to the coil via a lead wire, so that a high-frequency electric field is applied to the antenna and the voltage or current induced in the coil is reduced. Will be measured.

また、板状の導体上にセラミック等の誘電体を積層し、その上にストリップ導体を配置し、ストリップ導体にマイクロ波等の電磁波を通じた際における電磁波損失を測定することで、周囲の水分量を検知する技術が、特許文献2に開示されている。この技術においては、ストリップ導体に電磁波を与える発振器等を接続するとともに、板状の導体に測定器を接続することで、ストリップ導体に電磁波を通じた際における電磁波損失を測定することができる。   Also, by laminating a dielectric material such as ceramic on a plate-shaped conductor, placing a strip conductor on it, and measuring the electromagnetic wave loss when electromagnetic waves such as microwaves are passed through the strip conductor, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-26883 discloses a technique for detecting the above. In this technique, an electromagnetic wave loss when an electromagnetic wave is passed through the strip conductor can be measured by connecting an oscillator or the like that applies an electromagnetic wave to the strip conductor and connecting a measuring device to the plate-like conductor.

上述したような技術においては、セラミック等の誘電体に電磁波を与えるためのアンテナ等の送信側の導体と、与えられた電磁波によってセラミック等の誘電体に流れる電流等を検出するための受信側の導体のそれぞれから、発振器や測定器に接続するための配線を引き出す必要がある。ところが、その場合、被測定物と配線との間に生じる隙間から水分が侵入し、測定精度が低下してしまう虞がある。   In the above-described technology, a transmitting-side conductor such as an antenna for applying an electromagnetic wave to a dielectric material such as a ceramic, and a receiving-side for detecting a current flowing in the dielectric such as a ceramic by the applied electromagnetic wave. It is necessary to draw out the wiring for connecting to the oscillator and the measuring instrument from each of the conductors. However, in that case, moisture may enter through a gap generated between the object to be measured and the wiring, and the measurement accuracy may be reduced.

そこで、上記のような構成に、非接触通信用のアンテナ及びこれを介して非接触通信を行うICチップを付加し、検出結果を非接触で送信することが考えられている。そのような構成とすることで、配線を不要とし、被測定物と配線との間に生じる隙間から水分が侵入して測定精度が低下してしまうことを回避できるようになる。   Therefore, it is considered to add an antenna for non-contact communication and an IC chip for performing non-contact communication via the antenna to the configuration as described above and transmit the detection result in a non-contact manner. By adopting such a configuration, it is possible to avoid the need for wiring and to prevent the measurement accuracy from being lowered due to moisture entering from a gap generated between the object to be measured and the wiring.

特開昭56−33532号公報JP 56-33532 A 特許第4194179号公報Japanese Patent No. 4194179

しかしながら、上述したように、非接触通信用のアンテナ及びこれを介して非接触通信を行うICチップを付加した場合、非接触通信用のアンテナと、セラミック等の誘電体からなるセンサ部に流れる電流を検出するための電極とが、そのそれぞれが導体からなるものであることから互いに干渉し、アンテナに流れる電流とセンサ部に流れる電流とが打ち消し合ってセンサ性能及び通信性能が不安定になってしまう。   However, as described above, when an antenna for non-contact communication and an IC chip that performs non-contact communication via the antenna are added, the current flowing through the sensor unit made of a dielectric material such as a non-contact communication antenna and ceramics Since the electrodes for detecting each of them are made of conductors, they interfere with each other, and the current flowing through the antenna and the current flowing through the sensor cancel each other, resulting in unstable sensor performance and communication performance. End up.

上記のような干渉を避けるためには、アンテナと電極とを、アンテナによる通信周波数の1/4波長以上離間させる必要があるが、例えば、通信周波数が、非接触通信媒体に一般的に用いられる920MHzの場合では、約8cm以上離間させなければならず、形状が大型化してしまうという問題点がある。   In order to avoid the above interference, it is necessary to separate the antenna and the electrode by a quarter wavelength or more of the communication frequency by the antenna. For example, the communication frequency is generally used for a non-contact communication medium. In the case of 920 MHz, it has to be separated by about 8 cm or more, and there is a problem that the shape becomes large.

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、形状が大型化することなく、水分等の環境の変化を非接触で精度よく検知することができる非接触通信媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems of the conventional techniques as described above, and can accurately detect changes in the environment such as moisture without contact without increasing the size. An object is to provide a non-contact communication medium.

上記目的を達成するために本発明は、
非接触給電によって電流が流れるアンテナと、
前記アンテナに流れた電流が供給されることで該アンテナを介して非接触通信を行うICチップと、
誘電体からなるセンサ部と、
前記センサ部に所定の間隔を介して互いに対向して取り付けられた一対の電極と、
前記一対の電極間を流れる電流によって算出される前記センサ部の抵抗値をセンサ値として検出し、該センサ値をデジタル値に変換して前記ICチップに出力するセンサ値検出部とを有し、
前記アンテナと前記一対の電極とは、前記アンテナを流れる電流の方向と前記一対の電極間を流れる電流の方向とが、平行とはならない相対角度をなすように配置されている。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
An antenna through which current flows by non-contact power supply;
An IC chip that performs non-contact communication via the antenna by supplying a current flowing through the antenna;
A sensor unit made of a dielectric;
A pair of electrodes attached to the sensor unit so as to face each other at a predetermined interval;
A sensor value detection unit that detects a resistance value of the sensor unit calculated by a current flowing between the pair of electrodes as a sensor value, converts the sensor value into a digital value, and outputs the digital value to the IC chip;
The antenna and the pair of electrodes are arranged such that the direction of the current flowing through the antenna and the direction of the current flowing between the pair of electrodes form a relative angle that is not parallel.

上記のように構成された本発明においては、非接触給電によってアンテナに電流が流れると、この電流がICチップを介してセンサ値検出部に供給され、誘電体からなるセンサ部に所定の間隔を介して互いに対向して取り付けられた一対の電極間を流れる電流によって算出されるセンサ部の抵抗値がセンサ値として検出される。検出されたセンサ値は、センサ値検出部にてデジタル値に変換されてICチップに出力され、アンテナを介して非接触送信される。その際、アンテナと電極のそれぞれは、電流が流れる導体からなるものであるが、アンテナを流れる電流の方向と一対の電極間を流れる電流の方向とが、平行とはならない相対角度をなすように配置されているため、アンテナに流れる電流とセンサ部に流れる電流とが打ち消し合いにくくなり、それにより、アンテナとセンサ部とを近づけたとしてもセンサ性能及び通信性能が不安定になってしまうことがなくなり、形状を大型化させることなく、水分等の環境の変化を非接触で精度よく検知することができるようになる。   In the present invention configured as described above, when a current flows to the antenna by non-contact power feeding, this current is supplied to the sensor value detection unit via the IC chip, and a predetermined interval is provided to the sensor unit made of a dielectric. A resistance value of the sensor unit calculated by a current flowing between a pair of electrodes attached to face each other is detected as a sensor value. The detected sensor value is converted into a digital value by the sensor value detection unit, output to the IC chip, and transmitted in a non-contact manner via the antenna. At this time, each of the antenna and the electrode is made of a conductor through which a current flows, but the direction of the current flowing through the antenna and the direction of the current flowing between the pair of electrodes form a relative angle that is not parallel. Therefore, the current flowing through the antenna and the current flowing through the sensor unit are difficult to cancel each other, and even if the antenna and the sensor unit are brought close to each other, sensor performance and communication performance may become unstable. Therefore, it is possible to accurately detect changes in the environment such as moisture without contact without increasing the size.

また、センサ部が、アンテナの少なくとも一部に対向するように設けられていれば、センサ部によって共振周波数が低周波側にシフトすることで波長短縮効果が得られ、それにより、非接触通信媒体全体のさらなる小型化を実現できる。   Further, if the sensor unit is provided so as to face at least a part of the antenna, the sensor unit can shift the resonance frequency to the low frequency side to obtain a wavelength shortening effect. The overall size can be further reduced.

本発明によれば、アンテナと一対の電極とが、アンテナを流れる電流の方向と一対の電極間を流れる電流の方向とが、平行とはならない相対角度をなすように配置されているため、アンテナに流れる電流とセンサ部に流れる電流とが打ち消し合いにくくなり、それにより、形状を大型化させることなく、水分等の環境の変化を非接触で精度よく検知することができる。   According to the present invention, the antenna and the pair of electrodes are arranged such that the direction of the current flowing through the antenna and the direction of the current flowing between the pair of electrodes form a relative angle that is not parallel to each other. The current flowing in the sensor and the current flowing in the sensor section are difficult to cancel each other, so that changes in the environment such as moisture can be accurately detected without contact without increasing the size.

また、センサ部が、アンテナの少なくとも一部に対向するように設けられているものにおいては、センサ部によって共振周波数が低周波側にシフトすることで波長短縮効果が得られ、それにより、アンテナのさらなる小型化を実現できる。   Further, in the case where the sensor unit is provided so as to face at least a part of the antenna, a wavelength shortening effect is obtained by shifting the resonance frequency to the low frequency side by the sensor unit. Further downsizing can be realized.

本発明の非接触通信媒体の実施の一形態を示す図であり、(a)は表面図、(b)は(a)に示した矢印A方向から見た側面図、(c)は(a)に示した矢印B方向から見た側面図、(d)はセンサ部の裏面の構成を示す図、(e)はベース基材上の構成を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the non-contact communication medium of this invention, (a) is a surface view, (b) is the side view seen from the arrow A direction shown to (a), (c) is (a) (D) is a figure which shows the structure of the back surface of a sensor part, (e) is a figure which shows the structure on a base base material. 図1に示した水分検知タグの作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect | action of the moisture detection tag shown in FIG. 図1に示した水分検知タグにおいてセンサ部がアンテナに対向して積層されていることによる効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect by the sensor part being laminated | stacked facing the antenna in the moisture detection tag shown in FIG. 本発明の非接触通信媒体の他の実施の形態を示す図であり、(a)は表面図、(b)は(a)に示した矢印A方向から見た側面図、(c)は(a)に示した矢印B方向から見た側面図である。It is a figure which shows other embodiment of the non-contact communication medium of this invention, (a) is a surface view, (b) is the side view seen from the arrow A direction shown to (a), (c) is ( It is the side view seen from the arrow B direction shown to a).

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の非接触通信媒体の実施の一形態を示す図であり、(a)は表面図、(b)は(a)に示した矢印A方向から見た側面図、(c)は(a)に示した矢印B方向から見た側面図、(d)はセンサ部20の裏面の構成を示す図、(e)はベース基材10上の構成を示す図である。   1A and 1B are diagrams showing an embodiment of a non-contact communication medium of the present invention, in which FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a side view seen from the direction of arrow A shown in FIG. (A) is a side view seen from the direction of arrow B shown in (a), (d) is a diagram showing the configuration of the back surface of the sensor unit 20, and (e) is a diagram showing the configuration on the base substrate 10.

本形態は図1に示すように、ベース基材10上にセンサ部20が積層されて構成された水分検知タグ1である。   As shown in FIG. 1, this embodiment is a moisture detection tag 1 configured by stacking a sensor unit 20 on a base substrate 10.

ベース基材10は、長方形の形状からなり、その一方の面に、非接触通信用のアンテナ12a,12bが形成されるとともに、このアンテナ12a,12bを介して非接触通信を行うICチップ11が搭載されている。アンテナ12a,12bはそれぞれ、銅箔からなる70mmの長さを有するダイポールアンテナであって、ベース基材10の長手方向に延びるように所定の間隔を介して互いに直線状に並んでベース基材10上に形成されている。ICチップ11は、アンテナ12a,12bの互いに対向する端部に接続されており、例えば、920MHzの共振周波数を利用してアンテナ12a,12bを介して非接触通信をするものであって、Farsens社のANDY100を用いることが考えられる。   The base substrate 10 has a rectangular shape, and antennas 12a and 12b for non-contact communication are formed on one surface thereof, and an IC chip 11 that performs non-contact communication via the antennas 12a and 12b is provided. It is installed. Each of the antennas 12a and 12b is a dipole antenna made of copper foil and having a length of 70 mm. The base substrate 10 is aligned in a straight line with a predetermined interval so as to extend in the longitudinal direction of the base substrate 10. Formed on top. The IC chip 11 is connected to opposite ends of the antennas 12a and 12b. For example, the IC chip 11 performs contactless communication via the antennas 12a and 12b using a resonance frequency of 920 MHz. It is possible to use ANDY100.

センサ部20は、例えばカオリンを主成分とした(SiO2:70%)セラミックからなり、長手方向の長さがベース基材10の長手方向の長さと等しく、短手方向の長さがベース基材10の短手方向の長さよりも短い長方形の形状を有している。センサ部20は、ベース基材10のアンテナ12a,12bが形成された面に、アンテナ12a,12bに対向して積層されている。センサ部20の短手方向の両端辺のそれぞれには、金蒸着により厚み50nmの一対の電極となるセンサ電極21a,21bが形成されている。これにより、センサ電極21a,21bは、アンテナ12a,12bが延びる方向とは直交する方向にて対向している。また、センサ部20のベース基材10との積層面には、ICチップ11を覆うようにセンサ値検出部となるセンサ用回路22が配置されており、センサ用回路22とICチップ11とは、スルーホール(不図示)等によって電気的に接続されている。センサ用回路22は、接続配線23a,23bを介してセンサ電極21a,21bと接続されており、例えば、1kHzの電磁波をセンサ電極21a,21bに与え、この電磁波によってセンサ電極21a,21b間を流れる電流を用いて算出されるセンサ部20の抵抗値をセンサ値として検出し、検出したセンサ値をマイコンによってデジタル値に変換してICチップ11に出力する。 The sensor unit 20 is made of, for example, ceramic mainly composed of kaolin (SiO 2 : 70%), the length in the longitudinal direction is equal to the length in the longitudinal direction of the base substrate 10, and the length in the short direction is the base group. The material 10 has a rectangular shape shorter than the length in the short direction. The sensor unit 20 is laminated on the surface of the base substrate 10 on which the antennas 12a and 12b are formed so as to face the antennas 12a and 12b. Sensor electrodes 21a and 21b serving as a pair of electrodes having a thickness of 50 nm are formed by gold vapor deposition on both ends in the short direction of the sensor unit 20, respectively. Thereby, sensor electrode 21a, 21b has opposed in the direction orthogonal to the direction where antenna 12a, 12b is extended. In addition, a sensor circuit 22 serving as a sensor value detection unit is disposed on the surface of the sensor unit 20 that is laminated with the base substrate 10 so as to cover the IC chip 11, and the sensor circuit 22 and the IC chip 11 are Are electrically connected by a through hole (not shown) or the like. The sensor circuit 22 is connected to the sensor electrodes 21a and 21b via connection wirings 23a and 23b. For example, the sensor circuit 22 applies an electromagnetic wave of 1 kHz to the sensor electrodes 21a and 21b, and flows between the sensor electrodes 21a and 21b by the electromagnetic waves. The resistance value of the sensor unit 20 calculated using the current is detected as a sensor value, and the detected sensor value is converted into a digital value by a microcomputer and output to the IC chip 11.

以下に、上記のように構成された水分検知タグ1の動作について説明する。   Below, operation | movement of the moisture detection tag 1 comprised as mentioned above is demonstrated.

図1に示した水分検知タグ1が、水分を検知する被測定物に取り付けられた状態で、外部装置が水分検知タグ1に翳されると、外部装置からの非接触給電によってアンテナ12a,12bに電流が流れ、この電流がICチップ11に供給されることで水分検知タグ1が起動する。   When the external device is put on the moisture detection tag 1 in a state where the moisture detection tag 1 shown in FIG. 1 is attached to an object to detect moisture, the antennas 12a and 12b are fed by non-contact power feeding from the external device. When the current flows to the IC chip 11, the moisture detection tag 1 is activated.

水分検知タグ1が起動すると、ICチップ11に接続されたセンサ用回路22から1kHzの電磁波がセンサ電極21a,21bに与えられ、それにより、センサ部20において、センサ電極21a,21b間に電流が流れる。   When the moisture detection tag 1 is activated, an electromagnetic wave of 1 kHz is applied to the sensor electrodes 21 a and 21 b from the sensor circuit 22 connected to the IC chip 11, thereby causing a current to flow between the sensor electrodes 21 a and 21 b in the sensor unit 20. Flowing.

センサ用回路22においては、センサ部20にてセンサ電極21a,21b間に流れた電流に基づいてセンサ部20の抵抗値がセンサ値として検出される。センサ部20は、セラミックならなることで水分の含有量に応じてその抵抗値が変化するため、その抵抗値をセンサ値として利用することができる。   In the sensor circuit 22, the resistance value of the sensor unit 20 is detected as a sensor value based on the current flowing between the sensor electrodes 21a and 21b in the sensor unit 20. Since the sensor unit 20 is made of ceramic and its resistance value changes according to the moisture content, the resistance value can be used as a sensor value.

センサ用回路22にて検出されたセンサ値は、センサ用回路22においてデジタル値に変換され、ICチップ11に出力される。   The sensor value detected by the sensor circuit 22 is converted into a digital value by the sensor circuit 22 and output to the IC chip 11.

ICチップ11に出力されたセンサ値は、デジタル値に変換されているため、アンテナ12a,12bを介して外部装置に非接触で送信され、外部装置において、水分検知タグ1から非接触で送信されてきたセンサ値が受信されることで、水分検知タグ1が取り付けられた被測定物の水分が認識されることになる。   Since the sensor value output to the IC chip 11 is converted to a digital value, it is transmitted in a non-contact manner to the external device via the antennas 12a and 12b, and is transmitted in a non-contact manner from the moisture detection tag 1 in the external device. By receiving the sensor value, the moisture of the object to be measured to which the moisture detection tag 1 is attached is recognized.

このように、非接触通信用のアンテナ12a,12b及びこのアンテナ12a,12bを介して非接触通信を行うICチップ11を有し、センサ用回路22にて検出されたアナログ値によるセンサ値がデジタル値に変換されてICチップ11に出力されるため、セラミックからなるセンサ部20を用いて水分を検知する場合でも、測定器にケーブル等を接続することなく水分を非接触で検知することが可能となる。   As described above, the non-contact communication antennas 12a and 12b and the IC chip 11 that performs non-contact communication via the antennas 12a and 12b are included, and the sensor value based on the analog value detected by the sensor circuit 22 is digital. Since it is converted into a value and output to the IC chip 11, even when moisture is detected using the sensor unit 20 made of ceramic, it is possible to detect moisture without connecting a cable or the like to the measuring instrument. It becomes.

ここで、上述したように水分を非接触で検知するためには、非接触通信用のアンテナ12a,12bが必要となるが、アンテナ12a,12bとセンサ電極21a,21bのそれぞれは、電流が流れる導体からなるものであるため、これらアンテナ12a,12bとセンサ電極21a,21bとが互いに干渉し、アンテナ12a,12bに流れる電流とセンサ部20に流れる電流とが打ち消し合ってセンサ性能及び通信性能が不安定になってしまう虞がある。   Here, as described above, in order to detect moisture in a non-contact manner, antennas 12a and 12b for non-contact communication are required. However, current flows through each of the antennas 12a and 12b and the sensor electrodes 21a and 21b. Since the antennas 12a and 12b and the sensor electrodes 21a and 21b interfere with each other because they are made of a conductor, the current flowing through the antennas 12a and 12b and the current flowing through the sensor unit 20 cancel each other, so that the sensor performance and the communication performance are improved. There is a risk of becoming unstable.

図2は、図1に示した水分検知タグ1の作用を説明するための図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the moisture detection tag 1 shown in FIG.

図1に示した水分検知タグ1においては、外部装置からの非接触給電がされた場合、図2に示すように、アンテナ12a,12bには、アンテナ12a,12bが延びる方向、すなわち、ベース基材10の長手方向となる図2中矢印A方向に電流が流れる。   In the moisture detection tag 1 shown in FIG. 1, when non-contact power feeding is performed from an external device, the antennas 12a and 12b are connected to the antennas 12a and 12b in the direction in which the antennas 12a and 12b extend, that is, the base base. A current flows in the direction of arrow A in FIG.

一方、センサ用回路22から1kHzの電磁波がセンサ電極21a,21bに与えられると、センサ部20のセンサ電極21a,21b間においてセンサ電極21a,21bが対向する方向となる図2中矢印B方向に電流が流れる。   On the other hand, when an electromagnetic wave of 1 kHz is applied to the sensor electrodes 21a and 21b from the sensor circuit 22, the sensor electrodes 21a and 21b are opposed to each other between the sensor electrodes 21a and 21b of the sensor unit 20 in the direction of arrow B in FIG. Current flows.

この際、上述したように、センサ電極21a,21bが、アンテナ12a,12bが延びる方向とは直交する方向にて対向していることで、アンテナ12a,12bを流れる電流の方向とセンサ電極21a,21b間を流れる電流の方向とが、直交したものとなる。   At this time, as described above, the sensor electrodes 21a and 21b face each other in a direction orthogonal to the direction in which the antennas 12a and 12b extend, so that the direction of the current flowing through the antennas 12a and 12b and the sensor electrodes 21a and 21b The direction of the current flowing between 21b is orthogonal.

それにより、センサ部20をアンテナ12a,12bに対向するように積層する等、アンテナ12a,12bの近傍にセンサ部20を配置したとしても、アンテナ12a,12bに流れる電流と、センサ部20にてセンサ電極21a,21b間を流れる電流とが打ち消し合うことがなくなり、水分検知センサ1の形状を大型化させることなく、水分を非接触で精度よく検知することができるようになる。   Accordingly, even if the sensor unit 20 is disposed in the vicinity of the antennas 12a and 12b, such as by stacking the sensor unit 20 so as to face the antennas 12a and 12b, the current flowing in the antennas 12a and 12b and the sensor unit 20 The currents flowing between the sensor electrodes 21a and 21b do not cancel each other, and moisture can be accurately detected without contact without increasing the size of the moisture detection sensor 1.

なお、本形態においては、センサ電極21a,21bが、アンテナ12a,12bが延びる方向とは直交する方向にて対向していることで、アンテナ12a,12bを流れる電流の方向とセンサ電極21a,21b間を流れる電流の方向とが、直交したものとなっているが、センサ電極21a,21bとアンテナ12a,12bとが、アンテナ12a,12bを流れる電流の方向とセンサ電極21a,21b間を流れる電流の方向とが、平行とはならない相対角度をなすように配置されていれば、上記作用を生じさせることができる。ただし、アンテナ12a,12bを流れる電流の方向とセンサ電極21a,21b間を流れる電流の方向とが平行になるにつれて、センサ部20にてセンサ電極21a,21b間を流れる電流とが打ち消し合う効果が薄れていく。そのため、センサ電極21a,21bとアンテナ12a,12bとが、アンテナ12a,12bを流れる電流の方向とセンサ電極21a,21b間を流れる電流の方向とが45度〜135度の相対角度をなすように配置されていることが好ましく、センサ電極21a,21bとアンテナ12a,12bとが、アンテナ12a,12bを流れる電流の方向とセンサ電極21a,21b間を流れる電流の方向とが60度〜120度の相対角度をなすように配置されていることがさらに好ましい。   In the present embodiment, the sensor electrodes 21a and 21b face each other in a direction orthogonal to the direction in which the antennas 12a and 12b extend, so that the direction of the current flowing through the antennas 12a and 12b and the sensor electrodes 21a and 21b. The direction of the current flowing between the sensor electrodes 21a and 21b and the antennas 12a and 12b is the current flowing between the sensor electrodes 21a and 21b. If the directions are arranged so as to form a relative angle that is not parallel, the above-described action can be produced. However, as the direction of the current flowing through the antennas 12a and 12b and the direction of the current flowing between the sensor electrodes 21a and 21b become parallel, the current flowing between the sensor electrodes 21a and 21b cancels out in the sensor unit 20. Fades. Therefore, the sensor electrodes 21a and 21b and the antennas 12a and 12b are arranged such that the direction of the current flowing through the antennas 12a and 12b and the direction of the current flowing between the sensor electrodes 21a and 21b form a relative angle of 45 degrees to 135 degrees. The sensor electrodes 21a and 21b and the antennas 12a and 12b are preferably arranged so that the direction of the current flowing through the antennas 12a and 12b and the direction of the current flowing between the sensor electrodes 21a and 21b are 60 degrees to 120 degrees. More preferably, they are arranged so as to form a relative angle.

ここで、センサ部20がアンテナ12a,12bに対向して積層されていることによる効果について説明する。   Here, the effect by the sensor unit 20 being laminated facing the antennas 12a and 12b will be described.

図3は、図1に示した水分検知タグ1においてセンサ部20がアンテナ12a,12bに対向して積層されていることによる効果を説明するための図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining an effect obtained by stacking the sensor unit 20 facing the antennas 12a and 12b in the moisture detection tag 1 shown in FIG.

図3(a)に示すように、図1に示した水分検知タグ1と同様に、ベース基材10に、銅箔からなる非接触通信用のダイポールアンテナ12a,12bが形成されるとともに、ICチップ11が搭載されたタグであって、アンテナ12a,12bの長さL1が140mmのものの所定の共振周波数における通信距離を測定したところ、3.3mであった。   As shown in FIG. 3A, similarly to the moisture detection tag 1 shown in FIG. 1, non-contact communication dipole antennas 12a and 12b made of copper foil are formed on the base substrate 10, and the IC The communication distance at a predetermined resonance frequency of the tag on which the chip 11 is mounted and the antenna 12a, 12b has a length L1 of 140 mm was 3.3 m.

この構成のタグに対して、図3(b)に示すように、図1に示した水分検知タグ1のセンサ部20と同様に、誘電率が10、誘電正接が0.03のセラミック220aをベース基材10のアンテナ12a,12bが形成された面とは反対側の面に積層したところ、セラミック220aによって共振周波数が低周波側にシフトすることで波長短縮効果が得られ、それにより、同一の共振周波数で非接触通信をするためのアンテナ12a,12bの長さL2を114mmと短くすることができる。その場合の通信距離を測定したところ、3.3mとなり、変化はなかった。   As shown in FIG. 3 (b), a ceramic 220a having a dielectric constant of 10 and a dielectric loss tangent of 0.03 is applied to the tag having this configuration, as shown in FIG. 3B, similar to the sensor unit 20 of the moisture detection tag 1 shown in FIG. When the base material 10 is laminated on the surface opposite to the surface on which the antennas 12a and 12b are formed, the resonance frequency is shifted to the low frequency side by the ceramic 220a, so that the wavelength shortening effect is obtained. The length L2 of the antennas 12a and 12b for non-contact communication at the resonance frequency can be reduced to 114 mm. When the communication distance in that case was measured, it was 3.3 m, and there was no change.

また、図3(c)に示すように、図3(b)に示したタグに対して、誘電率が10、誘電正接が0.03のセラミック220bをベース基材10のアンテナ12a,12bが形成された面にも積層したところ、セラミック220bによって共振周波数がさらに低周波側にシフトすることで波長短縮効果が得られ、それにより、同一の共振周波数で非接触通信をするためのアンテナ12a,12bの長さL3を100mmと短くすることができる。その場合の通信距離を測定したところ、3.3mとなり、変化はなかった。   Further, as shown in FIG. 3C, the antennas 12a and 12b of the base substrate 10 are made of ceramic 220b having a dielectric constant of 10 and a dielectric loss tangent of 0.03 with respect to the tag shown in FIG. When laminated on the formed surface, the resonance frequency is further shifted to the lower frequency side by the ceramic 220b, so that a wavelength shortening effect is obtained, whereby the antennas 12a, 12b for performing contactless communication at the same resonance frequency. The length L3 of 12b can be shortened to 100 mm. When the communication distance in that case was measured, it was 3.3 m, and there was no change.

このように、アンテナ12a,12bがセラミックに対向している場合、波長短縮効果によってアンテナ12a,12bの長さを短くすることができ、水分検知タグ1全体を小型化することができる。なお、このような効果は、センサ部20がアンテナ12a,12bの全体に対向している場合に限らず、アンテナ12a,12bの少なくとも一部に対向していることで得られる。   Thus, when the antennas 12a and 12b are opposed to the ceramic, the lengths of the antennas 12a and 12b can be shortened by the wavelength shortening effect, and the entire moisture detection tag 1 can be miniaturized. In addition, such an effect is acquired not only when the sensor part 20 is facing the whole antenna 12a, 12b but by facing at least one part of the antenna 12a, 12b.

(他の実施の形態)
図4は、本発明の非接触通信媒体の他の実施の形態を示す図であり、(a)は表面図、(b)は(a)に示した矢印A方向から見た側面図、(c)は(a)に示した矢印B方向から見た側面図である。
(Other embodiments)
4A and 4B are diagrams showing another embodiment of the non-contact communication medium of the present invention, where FIG. 4A is a front view, FIG. 4B is a side view seen from the direction of arrow A shown in FIG. c) is a side view seen from the direction of arrow B shown in FIG.

本形態は図4に示すように、センサ部120上にベース基材110が積層されて構成された水分検知タグ101である。   As shown in FIG. 4, the present embodiment is a moisture detection tag 101 configured by laminating a base substrate 110 on a sensor unit 120.

センサ部120は、図1に示したセンサ部20と同一の材料からなり、同一の形状を有している。また、センサ部120の短手方向の両端辺のそれぞれには、図1に示したセンサ部20と同様に、金蒸着により厚み50nmのセンサ電極121a,121bが形成されている。   The sensor unit 120 is made of the same material as the sensor unit 20 shown in FIG. 1 and has the same shape. Similarly to the sensor unit 20 shown in FIG. 1, sensor electrodes 121a and 121b having a thickness of 50 nm are formed on both ends in the short direction of the sensor unit 120 by gold vapor deposition.

ベース基材110は、図1に示したベース基材10と同一の形状を有し、一方の面に、センサ値検出部となるセンサ用回路122が積層されているとともに、センサ用回路122上にICチップ111が搭載されている。   The base substrate 110 has the same shape as the base substrate 10 shown in FIG. 1, and a sensor circuit 122 serving as a sensor value detection unit is laminated on one surface and IC chip 111 is mounted on.

ICチップ111には、図1に示したアンテナ12a,12bと同一の材料からなり、同一の長さを有する非接触通信用のアンテナ112a,112bが接続されている。アンテナ112a,112bは、図1に示したアンテナ12a,12bと同様に、ベース基材110の長手方向に延びるように所定の間隔を介して互いに直線状に並んで配置されており、その全体がセンサ部120に対向している。これにより、アンテナ112a,112bは、アンテナ112a,112bが延びる方向が、センサ電極121a,121bが互いに対向する方向に対して直交するように配置されている。ICチップ111は、図1に示したICチップ11と同様に、例えば、920MHzの共振周波数を利用してアンテナ112a,112bを介して非接触通信をする。   The IC chip 111 is connected to non-contact communication antennas 112a and 112b made of the same material as the antennas 12a and 12b shown in FIG. 1 and having the same length. Similarly to the antennas 12a and 12b shown in FIG. 1, the antennas 112a and 112b are arranged in a straight line with a predetermined interval so as to extend in the longitudinal direction of the base substrate 110, and the whole of the antennas 112a and 112b is arranged. It faces the sensor unit 120. Thus, the antennas 112a and 112b are arranged so that the direction in which the antennas 112a and 112b extend is orthogonal to the direction in which the sensor electrodes 121a and 121b face each other. Similarly to the IC chip 11 shown in FIG. 1, the IC chip 111 performs non-contact communication via the antennas 112a and 112b, for example, using a resonance frequency of 920 MHz.

センサ用回路122は、図1に示したセンサ用回路22と同様に、接続配線123a,123bを介してセンサ電極121a,121bと接続されており、例えば、1kHzの電磁波をセンサ電極121a,121bに与え、この電磁波によってセンサ電極121a,121b間を流れる電流を用いて算出されるセンサ部120の抵抗値をセンサ値として検出する。センサ用回路122は、スルーホール(不図示)等によってICチップ111と電気的に接続されており、検出したセンサ値をマイコンによってデジタル値に変換してICチップ111に出力する。   Similarly to the sensor circuit 22 shown in FIG. 1, the sensor circuit 122 is connected to the sensor electrodes 121a and 121b via connection wires 123a and 123b. For example, an electromagnetic wave of 1 kHz is applied to the sensor electrodes 121a and 121b. The resistance value of the sensor unit 120 calculated using the current flowing between the sensor electrodes 121a and 121b by the electromagnetic wave is detected as a sensor value. The sensor circuit 122 is electrically connected to the IC chip 111 through a through hole (not shown) or the like, and converts the detected sensor value into a digital value by a microcomputer and outputs the digital value to the IC chip 111.

上記のように構成された水分検知タグ101においても、アンテナ112a,112bの延びる方向が、センサ電極121a,121bが互いに対向する方向に対して直交していることで、アンテナ112a,112bを流れる電流の方向とセンサ電極121a,121b間を流れる電流の方向とが直交したものとなり、それにより、アンテナ112a,112bの近傍にセンサ部120を配置したとしても、アンテナ112a,112bに流れる電流と、センサ部120にてセンサ電極121a,121b間を流れる電流とが打ち消し合うことがなくなり、水分検知センサ101の形状を大型化させることなく、水分を非接触で精度よく検知することができるようになる。   Also in the moisture detection tag 101 configured as described above, the direction in which the antennas 112a and 112b extend is orthogonal to the direction in which the sensor electrodes 121a and 121b face each other, so that the current flowing through the antennas 112a and 112b. And the direction of the current flowing between the sensor electrodes 121a and 121b are orthogonal to each other, so that even if the sensor unit 120 is disposed in the vicinity of the antennas 112a and 112b, the current flowing through the antennas 112a and 112b and the sensor The current flowing between the sensor electrodes 121a and 121b does not cancel each other at the portion 120, and moisture can be detected accurately in a non-contact manner without increasing the size of the moisture detection sensor 101.

なお、上述した実施の形態においては、ICチップ11,111とセンサ用回路22,122とが積層状態となった構成を例に挙げて説明したが、ICチップ11,111とセンサ用回路22,122とが1つの基板上にて並んだ構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the IC chips 11 and 111 and the sensor circuits 22 and 122 are stacked is described as an example. However, the IC chips 11 and 111 and the sensor circuits 22 and 122 are described as examples. 122 may be arranged on one substrate.

また、上述した実施の形態においては、センサ部20,120が水分の含有量に応じてその抵抗値が変化することを利用して、被測定物の含水量を検知しているが、センサ部が温度の変化やガスの発生によってもその抵抗値が変化するものであれば、センサ部の抵抗値を検出することで、温度の変化やガスの発生も検知することができる。   Moreover, in embodiment mentioned above, although the sensor parts 20 and 120 detect the moisture content of a to-be-measured object using that the resistance value changes according to moisture content, a sensor part However, if the resistance value also changes due to temperature change or gas generation, the temperature change or gas generation can be detected by detecting the resistance value of the sensor unit.

また、センサ部20,120として、セラミックからなるものを例に挙げて説明したが、水分等の環境の変化によって抵抗値が変化する誘電体であれば、本発明の非接触通信媒体にセンサ部として適用することができる。   In addition, the sensor units 20 and 120 have been described by taking ceramics as an example. However, as long as it is a dielectric whose resistance value changes due to environmental changes such as moisture, the sensor unit is included in the non-contact communication medium of the present invention. Can be applied as

1,101 水分検知タグ
10,110 ベース基材
11,111 ICチップ
12a,12b,112a,112b アンテナ
20,120 センサ部
21a,21b,121a,121b センサ電極
22,122 センサ回路
23a,23b,123a,123b 接続配線
220a,220b セラミック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Moisture detection tag 10,110 Base base material 11,111 IC chip 12a, 12b, 112a, 112b Antenna 20,120 Sensor part 21a, 21b, 121a, 121b Sensor electrode 22,122 Sensor circuit 23a, 23b, 123a, 123b Connection wiring 220a, 220b Ceramic

Claims (2)

非接触給電によって電流が流れるアンテナと、
前記アンテナに流れた電流が供給されることで該アンテナを介して非接触通信を行うICチップと、
誘電体からなるセンサ部と、
前記センサ部に所定の間隔を介して互いに対向して取り付けられた一対の電極と、
前記一対の電極間を流れる電流によって算出される前記センサ部の抵抗値をセンサ値として検出し、該センサ値をデジタル値に変換して前記ICチップに出力するセンサ値検出部とを有し、
前記アンテナと前記一対の電極とは、前記アンテナを流れる電流の方向と前記一対の電極間を流れる電流の方向とが、平行とはならない相対角度をなすように配置されている非接触通信媒体。
An antenna through which current flows by non-contact power supply;
An IC chip that performs non-contact communication via the antenna by supplying a current flowing through the antenna;
A sensor unit made of a dielectric;
A pair of electrodes attached to the sensor unit so as to face each other at a predetermined interval;
A sensor value detection unit that detects a resistance value of the sensor unit calculated by a current flowing between the pair of electrodes as a sensor value, converts the sensor value into a digital value, and outputs the digital value to the IC chip;
The non-contact communication medium in which the antenna and the pair of electrodes are arranged such that a direction of a current flowing through the antenna and a direction of a current flowing between the pair of electrodes form a relative angle that is not parallel to each other.
請求項1に記載の非接触通信媒体において、
前記センサ部は、前記アンテナの少なくとも一部に対向するように設けられている、非接触通信媒体。
The contactless communication medium according to claim 1,
The sensor unit is a non-contact communication medium provided to face at least a part of the antenna.
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