(57)【要約】【課題】地中の比較的深い場所でも地上から検出可能なＲＦタグの提供。【解決手段】埋設物に付随する埋設物用ＲＦタグは、受電コイル２０と、送信アンテナ１８と、蓄電装置と、制御回路を有する。受電コイル２０は、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの駆動用エネルギー及び制御信号を電磁誘導方式で受信する。送信アンテナ１８は、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの応答信号を電波方式で送信する。蓄電装置は、受電コイル２０と電気的に接続されており駆動用エネルギーを蓄電する。制御回路は、受電コイル２０及び送信アンテナ１８及び蓄電装置に電気的に接続されており、蓄電装置から供給された電力を利用して制御信号に基づいて応答信号を送信アンテナ１８から送信させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋設物に付随される埋設物用ＲＦタグであって、
１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの駆動用エネルギー及び制御信号を電磁誘導方式で受信する受電コイルと、
１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの応答信号を電波方式で送信する送信アンテナと、
前記受電コイルと電気的に接続されて前記駆動用エネルギーを蓄電する蓄電装置と、
前記受電コイル及び前記送信アンテナ及び前記蓄電装置に電気的に接続されて前記蓄電装置から供給された電力を利用して前記制御信号に基づいて前記応答信号を前記送信アンテナから送信させる制御回路を備える埋設物用ＲＦタグ。
【請求項２】
請求項１に記載の埋設物用ＲＦタグであって、
前記受電コイルは、
所定方向をＸ方向、前記Ｘ方向に直交する方向をＹ方向、前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向の双方に直交する方向をＺ方向とした場合、
前記Ｘ方向に延びるＸ軸回りに導電線が巻回されたＸ軸用受電コイルと、
前記Ｙ方向に延びるＹ軸回りに導電線が巻回されたＹ軸用受電コイルと、
前記Ｚ方向に延びるＺ軸回りに導電線が巻回されたＺ軸用受電コイル
を含む埋設物用ＲＦタグ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の埋設物用ＲＦタグであって、
前記埋設物用ＲＦタグは、導電体で形成されて前記送信アンテナからの送信を補う補助アンテナを有し、
前記補助アンテナと前記送信アンテナとが互いに非接触である埋設物用ＲＦタグ。
【請求項４】
請求項３に記載の埋設物用ＲＦタグであって、
前記補助アンテナが前記埋設物用ＲＦタグから地上に向けて延出するように配設される埋設物用ＲＦタグ。
【請求項５】
埋設物に付随するＲＦタグを検出する埋設物用ＲＦタグ検出システムであって、
請求項１から４のいずれか一項に記載の埋設物用ＲＦタグと、
前記埋設物用ＲＦタグを地上から検出する検出装置を有し、
前記検出装置は、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの駆動用エネルギー及び制御信号を前記埋設物用ＲＦタグに送信する給電コイルと、前記埋設物用ＲＦタグからの前記応答信号を受信する受信アンテナを有する埋設物用ＲＦタグ検出システム。
【請求項６】
請求項５に記載の埋設物用ＲＦタグ検出システムであって、
前記検出装置は、前記受信アンテナを複数個有し、前記複数の受信アンテナが相互に離間して配置されている埋設物用ＲＦタグ検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋設物を地上から検出するために埋設物に取り付けられる埋設物用ＲＦタグ、及び該埋設物用ＲＦタグを用いた埋設物用ＲＦタグ検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
わが国では、高度経済成長期に社会インフラ（公共設備）の整備が急速に進んだ。しかし、今後、社会インフラの老朽化が急速に進行することが予測される。例えば、２０３３年には河川管理施設の約６４％、港湾岸壁の約５８％が建設後５０年以上経過した状態となる（非特許文献１）。社会インフラが老朽化することに伴い危険性が増大する。そのため、それを維持・管理するための費用の増加も問題視されている。この問題を解決するため、ＩＣＴ技術（情報通信技術）の応用による効率的かつ効果的な社会インフラの管理が国策として推進されている（非特許文献２）。
【０００３】
社会インフラと言っても、地上に存在しているダムや防波堤であれば、複雑化された構造物であっても対処はそれ程難しくない。一方、地中に埋設された埋設物である上下水道、ガス、電気、通信用の社会インフラは、相互に複雑化された状態で張り巡らせられている。そのため、埋設物の埋設状況を正確に把握できていないことが大きな問題になっている。例えば、新たな社会インフラ設備を地中に埋設しようとした際に、既存の埋設物の位置が想定と異なっている場合がある。この場合、新たな設備の埋設予定地に既存の埋設物が存在することが着工後に判明する。その結果、埋設物の配置の再検討を余儀なくされる等の問題事例が現実に山ほど存在する。
【０００４】
社会インフラの埋設状況を正確に把握するため、ＲＦタグ（ＲＦＩＤ）を利用した埋設物の検出システムの開発がかねてより進められている（例えば、特許文献１、２）。埋設物用ＲＦタグは、設置後の自然放電により作動不能に陥る恐れがある電池電源を備えるアクティブ型を用いることはできない。そのためＲＦタグは、作動電力を外部給電によって得るパッシブ型にする必要がある。しかし、地上の検出装置から地中のＲＦタグに無線で電力を供給する際、水分を含む岩石や土砂等の介在物によって影響を受けやすいという問題が存在する。
【０００５】
電磁誘導方式の給電の場合、到達可能深度は周波数に依存するために、使用する周波数に応じた限界が生じてしまう。さらに到達深度の範囲内においても介在物により影響を受けるため、ＲＦタグの深度が深くなるほど給電効率は低下する。一方、電波方式の給電の場合、到達可能深度は電磁誘導方式よりも伸びる。しかし電波方式は、介在物の影響を大きく受けるためＲＦタグの作動に必要な電力量を供給することが困難になる。そのため従来の検出システムにおける検出深度は約０．６ｍ前後を基準に想定されている。しかし現在の社会インフラ構築コンセプトは、より深い深度に至る地下空間の高度利用を前提としている。そのため従来の検出システムは、検出可能深度を超えており、適用することが難しい。
【０００６】
検出可能深度を改善する様々な方法が開発されている。特許文献３には、検出装置のアンテナを回転させてＲＦタグに対して最適な位置及び角度に調節することにより、通信距離を最大限に伸ばす方法が開示されている。特許文献４には、地表付近に恒常的に設置した標柱を介してＲＦタグに対して給電を兼ねた通信を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０９９９４６号公報
【特許文献２】特開２００３−０３５７８２号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２１７８３号公報
【特許文献４】特開２００８−０５８２１９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】国土交通省，「平成２７年度  国土交通白書−第１章第２節：経済動向と社会インフラ整備」，第１５〜４４頁，２０１６年６月１０日公表
【非特許文献２】総務省，「平成２９年版  情報通信白書−第３章第５節：第４次産業革命の総合分析」，第１５４〜１６９頁，２０１７年７月公表
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし特許文献３に記載の方法による検出可能深度の向上は十分ではない。特許文献４に記載の方法は、設置した標柱そのものが今後のインフラ設置の障害となる可能性があるため、特許文献４に記載の方法も好ましくない。
【００１０】
そのため、地中の比較的深い場所でも地上からの無線給電を受けかつ効果的に地中から地上へ応答信号を送信できる埋設物用ＲＦタグが従来必要とされている。あるいは地下埋設物に付随するＲＦタグを的確に検出できる埋設物用ＲＦタグ検出システムが従来必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、地中における電波減衰についての特有の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、地中へ低周波数電磁帯でより大きなエネルギーを送り、そのエネルギーを用いて高周波電波をより高出力で補助アンテナから地上に送り返すことによって、埋設物に付設された送信用のアンテナが小さくとも、上記の課題を解決することの知見を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明に開示される特徴は下記の通りである。
【００１２】
本開示の１つの特徴は、埋設物に付随される埋設物用ＲＦタグに関する。埋設物用ＲＦタグは、受電コイルと、送信アンテナと、蓄電装置と、制御回路を有する。受電コイルは、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの駆動用エネルギー及び制御信号を電磁誘導方式で受信する。送信アンテナは、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの応答信号を電波方式で送信する。蓄電装置は、受電コイルと電気的に接続されており駆動用エネルギーを蓄電する。制御回路は、受電コイル及び送信アンテナ及び蓄電装置に電気的に接続されており、蓄電装置から供給された電力を利用して制御信号に基づいて応答信号を送信アンテナから送信させる。なお、本明細書において数値範囲を示す「○○〜△△」の記載は、上限及び下限を含む数値範囲を意味する。つまり、「○○〜△△」は「○○以上かつ△△以下」を意味する。
【００１３】
したがって受電コイルが受信する周波数は介在物の影響が少ない１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。そのため磁界の範囲内であれば駆動用エネルギー及び制御信号を効率良く受信できる。送信アンテナの送信周波数は比較的介在物を透過しやすい１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚである。そのため効率良く応答信号を送信できる。駆動用エネルギー及び制御信号の周波数帯と応答信号の周波数帯は相互に重複していない。そのため両者が混信する恐れが少ないまたは無く、応答信号の送信中も駆動用エネルギー及び制御信号の受信が可能である。
【００１４】
本開示の他の特徴によると、受電コイルはＸ軸用受電コイルと、Ｙ軸用受電コイルと、Ｚ軸用受電コイルを含む。所定方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向の双方に直交する方向をＺ方向とした場合、Ｘ軸用受電コイルは、Ｘ方向に延びるＸ軸回りに導電線が巻回されている。Ｙ軸用受電コイルは、Ｙ方向に延びるＹ軸回りに導電線が巻回されている。Ｚ軸用受電コイルは、Ｚ方向に延びるＺ軸回りに導電線が巻回されている。したがってＸ軸用受電コイルは、Ｘ方向の磁界成分に対して駆動用エネルギー及び制御信号を効率良く受信できる。Ｙ軸用受電コイル及びＺ軸用受電コイルはそれぞれＹ方向及びＺ方向の磁界成分に対して駆動用エネルギー及び制御信号を効率良く受信できる。これにより受電コイルは種々の方向の磁界成分に対して駆動用エネルギー及び制御信号を効率良く受信できる。
【００１５】
本開示の他の特徴によると、埋設物用ＲＦタグは、導電体で形成されて送信アンテナからの送信を補う補助アンテナを有する。補助アンテナと送信アンテナとが互いに非接触である。したがって応答信号の送信効率を向上できる。
【００１６】
本開示の他の特徴によると、補助アンテナは埋設物用ＲＦタグから地上に向けて延出するように配設される。したがって応答信号の発信深度が浅くなる。その結果、介在物による応答信号の減衰を抑制できるため、応答信号の送信効率を向上できる。
【００１７】
本開示の他の特徴は、埋設物に付随するＲＦタグを検出する埋設物用ＲＦタグ検出システムである。埋設物用ＲＦタグ検出システムは、埋設物用ＲＦタグと、埋設物用ＲＦタグを地上から検出する検出装置を有する。検出装置は、給電コイルと受信アンテナを有する。給電コイルは、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの駆動用エネルギー及び制御信号を埋設物用ＲＦタグに送信する。受信アンテナは、埋設物用ＲＦタグからの応答信号を受信する。したがって埋設物用ＲＦタグ検出システムは、上述の埋設物用ＲＦタグを利用できる。
【００１８】
本開示の他の特徴によると、検出装置は受信アンテナを複数個有する。複数の受信アンテナは、相互に離間して配置されている。したがって応答信号を効率良く受信できる。また、それぞれの受信アンテナによる応答信号の受信状態の差を解析することにより、ＲＦタグの位置を特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係るＲＦタグ検出システムの概略図である。
【図２】ＲＦタグ検出システムのブロック図である。
【図３】ＲＦタグの斜視図である。
【図４】タグ本体の斜視図である。
【図５】ＲＦタグ検出システムの動作を示すフローチャートである。
【図６】実施形態２に係るＲＦタグの平面図である。
【図７】埋設物に取り付けられたＲＦタグを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面を用いて本発明の実施形態１を説明する。図１に示すように埋設物用のＲＦタグ検出システム１は、地中の埋設物２に付随される埋設物用のＲＦタグ１０を検出することで、埋設物２の位置や情報を地上から把握するために用いられる。ＲＦタグ検出システム１は、ＲＦタグ（ＲＦＩＤ）１０と、検出装置５０とを有する。ＲＦタグ１０は、地中に埋設された埋設物２に取り付けられている。埋設物２としては、社会インフラである公共設備が挙げられる。公共設備は、例えば上水道、下水道、電気、ガス、通信等の管路がある。あるいはＲＦタグ１０は、埋設物２に付随する部分に間接的に取付けられる。付随する部分は、例えば管路の分岐や結合部、マンホール等の導入部、配管を配置するための配管スペース、管路に設けられる流量計や圧力計等の計装機器である。
【００２１】
図１，２に示すように検出装置５０は、地上に移動可能に配置される。検出装置５０は、ディスプレイ等の表示装置５４と入力装置５２を有する。入力装置５２は、例えばキーボードやスイッチ、タッチパネルである。検出装置５０は、さらにＧＰＳ等の位置情報検出装置５６と電流・信号送受信装置５８を有する。電流・信号送受信装置５８の稼働状態や位置情報検出装置５６が検出した検出装置５０の位置情報等が表示装置５４に表示される。作業者は、表示装置５４に表示された情報を確認しながら、入力装置５２を操作する。入力装置５２の操作に基づいて電流・信号送受信装置５８が駆動用エネルギーや制御信号をＲＦタグ１０へ発信する。
【００２２】
図１，２に示すように電流・信号送受信装置５８は、給電コイル６０及び受信アンテナ６２を有する。給電コイル６０は、駆動用エネルギー及び制御信号を電磁誘導方式で送信するために円環状に巻き回されたコイルを有する。給電コイル６０は、銅線等の導電線で構成される。コイルの巻き数は、１周以上であり、例えば１０周以上である。給電コイル６０は、その軸方向を鉛直方向に向けた状態で、地面から０〜１ｍ程度の距離だけ離れた位置に設置される。給電コイル６０には、電流・信号送受信装置５８から電流及び信号が供給される。給電コイル６０に電流が流されることにより、駆動用エネルギー及び制御信号を送信するための磁界が給電コイル６０の周囲に発生する。
【００２３】
図１，２に示す給電コイル６０は、数Ｗ〜数十Ｗ程度の比較的小電力で磁界を発生できる。磁界を発生させるために給電コイル６０に流される電流の周波数は、１００ｋＨｚ〜５００ＫＨｚである。周波数を５００ｋＨｚより高くすると土砂中の水分による減衰が多くなる。給電コイル６０は、地面からコイルのおよそ半径分の距離において磁界をとりわけ有効に提供できる。そのため給電コイル６０の直径は、ＲＦタグ１０を検出する深度に応じて変更可能であり、例えば５ｃｍ〜２ｍである。制御信号は、交信準備開始信号、データ要求信号、データ書き込み信号等を含む。
【００２４】
図１，２に示す受信アンテナ６２は、例えば円環状に巻回されたコイル状アンテナや、ポール状のアンテナである。受信アンテナ６２がコイル状アンテナである場合、コイルの巻き数は、例えば１周以上である。受信アンテナ６２は、特定の電磁場に曝されることにより、特定の周波数、振幅、波長の電流が発生し、かかる電流を応答信号として受信できる。受信アンテナ６２は、給電コイル６０に供給される電流の周波数と異なる１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数の受信に特化している。これにより応答信号が駆動用エネルギーや制御信号と混信する可能性が小さくなる効果がある。ここで、応答信号の送信周波数は、受信周波数に比してより減衰しやすい周波数帯であるが、上記の通り給電コイルから十分に高いエネルギーを供給されているため応答信号の減衰が問題となることはない。なお、給電コイル６０は受信アンテナ６２を兼ねるように構成されてもよい。
【００２５】
図１，２に示す受信アンテナ６２は、鉛直方向に向け、地面から０〜１ｍ程度の距離だけ離れた位置に設置される。電流・信号送受信装置５８は、受信アンテナ６２を１つのみ有していても良いし、受信アンテナ６２を複数有していても良い。複数の受信アンテナ６２を有する場合は、受信アンテナ６２は、相互に５ｃｍ〜１ｍ離間し、地面に対して互いに異なる角度で設置する。これによりＲＦタグ１０が発する様々な角度の電磁波を受信できる。複数の受信アンテナ６２を有することで、埋設物２の深度、距離等の埋設位置を特定することもできる。すなわち異なる場所に埋設された埋設物２が発信した電磁波を複数の受信アンテナ６２で受信する。それぞれの受信アンテナ６２における電磁波の受信状態に差が生じる。この受信状態の差を解析することで埋設物２の深度、距離等の埋設位置を特定できる。
【００２６】
図２に示すように電流・信号送受信装置５８は、制御回路６４、給電・送信回路６６及び受信回路６８を有する。制御回路６４は、例えばＣＰＵ等の電子回路を備える。制御回路６４は、入力装置５２から受領した指示に基づいて、給電・送信回路６６を介して給電コイル６０から駆動用エネルギー及び制御信号を供給する。
【００２７】
図２に示すように給電・送信回路６６は、制御回路６４からの信号に基づいて特定の周波数、振幅、波長の電流を給電コイル６０に供給する。受信回路６８は、受信アンテナ６２から受けた電流を解析して信号を抽出し、制御回路６４に送信する。制御回路６４は、受信回路６８から受信した信号を解析し、表示装置５４に表示するための信号を発信する。電流・信号送受信装置５８は、制御回路６４等に電力を供給する電源７０も有する。
【００２８】
図３に示すようにＲＦタグ１０は、ＲＦタグ本体１２とＲＦタグ本体１２を収容する保護ケース２２を有する。図４に示すようにＲＦタグ本体１２は、制御部１４及び収容部１６を有する。制御部１４は、扁平な直方体状であり、送信アンテナ１８や各種回路を有する。収容部１６は、中空の扁平な直方体状であり、後端（図４における−Ｘ方向）が開口している。制御部１４は、収容部１６の開口から収容部１６内に収容される。制御部１４及び収容部１６は、電磁波が透過しやすい材料で形成されることが好ましい。例えば制御部１４及び収容部１６は、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等で形成されることが好ましい。
【００２９】
図４に示すように送信アンテナ１８は、例えば、電子回路基板の平面上にプリントした数ｃｍ程度のアンテナにて実現することが可能である。そのため、図４に示すように送信アンテナ１８を制御部１４と一体化することが容易である。送信アンテナ１８は、制御部１４と導電線にてあるいは制御部１４の基板に一体化されて電気的に接続される。図２に示すように送信アンテナ１８は、送信回路４２を介して制御回路３２に接続される。
【００３０】
図２に示すように制御回路３２が送信回路４２に信号を発信する。送信回路４２は、制御回路３２からの信号に基づいて特定の周波数、振幅、波長の電流を送信アンテナ１８に供給する。これにより送信アンテナ１８周囲に電場または磁場が発生し、特定の電磁波を応答信号として発信する。この際の電磁波の周波数は、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚである。周波数を１００ＭＨｚより小さくすると、より大型の送信アンテナ１８が必要になるため好ましくない。周波数を１ＧＨｚより高くすると、電磁波が介在物を透過しにくいので、あまり好ましくない。応答信号は、交信準備完了信号、ＩＤ番号、データ信号等を含む。ＩＤ番号は、それぞれのＲＦタグ１０に固有の番号であり、複数のＲＦタグ１０を互いに識別するために用いられる。
【００３１】
図４に示すように収容部１６の外表面に受電コイル２０が設けられる。受電コイル２０は、銅線等の導電線で構成される。受電コイル２０は、検出装置５０が発生した磁界に曝されることにより、特定の周波数、振幅、波長の電流を発生し、かかる電流を制御信号及び駆動用エネルギーとして受信できる。受電コイル２０が受信する制御信号及び駆動用エネルギーの周波数は、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。
【００３２】
図４に示すように受電コイル２０は、Ｘ方向に延びるＸ軸回りに導電線が巻回されているＸ軸用受電コイル２０Ｘと、Ｘ方向に直交するＹ方向に延びるＹ軸回りに導電線が巻回されているＹ軸用受電コイル２０Ｙと、Ｘ方向及びＹ方向の双方に直交するＺ方向に延びるＺ軸回りに導電線が巻回されているＺ軸用受電コイル２０Ｚを有する。各受電コイル２０Ｘ、２０Ｙ，２０Ｚはシート状に形成されている。Ｘ軸用受電コイル２０Ｘは、収容部１６の前面１６Ｘに配置される。Ｙ軸用受電コイル２０Ｙは、収容部１６の左側面１６Ｙに配置される。Ｚ軸用受電コイル２０Ｚは、収容部１６の上面１６Ｚに配置される。これにより各受電コイル２０Ｘ、２０Ｙ，２０Ｚは、相互に直交する方向に向けられる。３つの受電コイル２０Ｘ、２０Ｙ，２０Ｚを有するために受電コイル２０は、種々の方向の磁界成分に対して駆動用エネルギー及び制御信号を効率良く受信できる。例えば図１を参照するように検出装置５０が真上に存在しておらず、受電コイル２０が斜め方向から磁界に曝される場合がある。このような場合でも、受電コイル２０は、検出装置５０が発した磁界成分に対して駆動用エネルギー及び制御信号を効率良く受信できる。
【００３３】
図３に示すように保護ケース２２は、例えば直方体状であり、タグ本体１２を密閉状態で収納する。保護ケース２２は、防水性を有する材料で形成される。これにより、ＲＦタグ１０を地中に長期間に設置した場合であっても、地中の水分によりＲＦタグ１０が作動不良を起こす可能性が小さくなる。保護ケース２２は、電磁波が透過しやすい材料で形成されることが好ましい。例えば保護ケース２２は、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等で形成されることが好ましい。タグ本体１２が厚みの小さい板状等の場合、ラミネート加工等により防水処理を施すこともできる。
【００３４】
図３に示すように保護ケース２２には、送信アンテナ１８からの送信を補う補助アンテナ２４が設けられる。図１に示すようにＲＦタグ１０は、地中に埋設された埋設物２に付随される。従って、埋設物２が地中深く埋設されている場合、送信アンテナ１８も地中深い位置となる。このため、ＲＦタグ１０の周囲の地質等によっては、送信アンテナ１８からの電磁波が遮断されてしまい、電磁波を検出装置５０に向けて効率良く送信できない可能性がある。そこで、保護ケース２２が補助アンテナ２４を有することで、送信アンテナ１８からの送信が補われる。
【００３５】
図３に示すように補助アンテナ２４は、送信アンテナ１８に接続されることなく保護ケース２２の外部に取り付けられる。補助アンテナ２４は、金属やカーボン等の導電体である誘導部２６と、リード部２８を有する。誘導部２６は、金属やカーボン等の導電体で細長いシート状に形成される。誘導部２６は、保護ケース２２の外面に取り付けられ、保護ケース２２の一端から他端まで延伸している。誘導部２６は、送信アンテナ１８と非接触であるが、誘導部２６から送信アンテナ１８までの最短部の距離は、できるだけ短いことが好ましい。誘導部２６は、送信アンテナ１８が発した応答信号を、送信アンテナ１８に対して非接触で受信し、受信した応答信号をリード部２８に伝播する。
【００３６】
図１，３に示すようにリード部２８は、絶縁体で被覆された導電線を有する。リード部２８の基端部は、ハンダ等により誘導部２６の一端に接合される。リード部２８は、送信アンテナ１８に非接続であり、保護ケース２２から離れるように延ばされる。リード部２８は、誘導部２６から伝播された応答信号を、検出装置５０に向けて送信する。したがって補助アンテナ２４は、ＲＦタグ１０からの応答信号を効率良く検出装置５０に送信することを促進する。
【００３７】
図４に示すＲＦタグ１０の制御部１４は、図２に示す制御回路３２などの各種電子回路を含む。制御部１４の電子回路は、受電コイル２０及び送信アンテナ１８に電気的に接続される。制御部１４の電子回路は、受電コイル２０または送信アンテナ１８の上に配置されてもよい。例えば受電コイル２０または送信アンテナ１８がスパイラルアンテナであれば、その中心部に制御部１４の電子回路を配置することができる。
【００３８】
図２に示すようにＲＦタグ１０は、受電コイル２０の下流に同調回路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ、三軸合成回路３６及び検波回路３８を有する。Ｘ軸用受電コイル２０Ｘは、同調回路３４Ａを介して三軸合成回路３６に接続される。Ｙ軸用受電コイル２０Ｙ及びＺ軸用受電コイル２０Ｚは、それぞれ同調回路３４Ｂ及び同調回路３４Ｃを介して三軸合成回路３６に接続される。各同調回路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃは、可変コンデンサ等で構成される。各同調回路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃは、対応する受電コイル２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚの共振周波数を調整し、三軸合成回路３６及び検波回路３８へと送信する。
【００３９】
図２に示す三軸合成回路３６は、同調回路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃを介して入力される電流を合成する。三軸合成回路３６は、径路Ｒ２を通ってレギュレータ４４に駆動用エネルギーである電流を供給する。レギュレータ４４は、供給された電流を整流し、かつ定電圧化する。定電圧化された電力は、レギュレータ４４から制御回路３２等の電源として供給され、かつ蓄電装置３０にも供給される。レギュレータ４４は、蓄電装置３０から制御回路３２へ電力が供給される際にも、電流を定電圧化する。
【００４０】
図２に示すように蓄電装置３０は、蓄電可能なコンデンサ等で構成され、制御回路３２に電気的に接続される。蓄電装置３０は、受電コイル２０で駆動用エネルギーとして受領した電力を蓄え、制御回路３２等に電力を供給する。蓄電装置３０は、制御回路３２の基板に実装されてもよい。
【００４１】
図２に示すように同調回路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの信号は、径路Ｒ１を通って検波回路３８で復調される。検波回路３８は、制御信号の波長、振幅、周波数を検出して制御回路３２へ送信する。制御回路３２は、例えばＣＰＵ等を備える。制御回路３２は、受信した制御信号に基づいて三軸合成回路３６の制御を行う。制御回路３２は、ＩＤ記憶装置４０と電気的に接続される。
【００４２】
図２に示すＩＤ記憶装置４０は、メモリ等で構成される。ＩＤ記憶装置４０には、ＲＦタグ１０に付随する埋設物に関連する固有の識別情報が記録される。ＩＤ記憶装置４０は、制御回路３２の基板に搭載されてもよい。
【００４３】
ＩＤ記憶装置４０に記憶される識別情報は、例えば、ＲＦタグ１０のＩＤ番号；ＲＦタグ１０が付随される埋設物２のＩＤ番号、種別、施設名、形式、路線名、引込先、届出番号管路番号等の識別情報；距離標、土被り、離れ等の位置情報；内寸、首長等の寸法情報；クロージャ、タイプ等の個体情報；入溝歴、届出番号、管路番号、占用者名、入線月日、都市計画法用途地域１２種別、延伸方角等の工事情報が挙げられる。情報の書換え可否についても変更可能である。
【００４４】
図２に示すように制御回路３２は、制御信号に基づいてＩＤ記憶装置４０から識別情報を読む。あるいは制御回路３２は、制御信号に基づいてＩＤ記憶装置４０に情報を追記または書き換える。制御回路３２は、ＩＤ記憶装置４０から識別情報を得ると、送信回路４２に応答信号を発信する。
【００４５】
図２に示すように送信回路４２は、応答信号に基づいて特定の周波数、振幅、波長の電流を送信アンテナ１８に供給する。送信アンテナ１８に電流が流れることで、送信アンテナ１８が１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数の電磁波を発信する。
【００４６】
図１に示すようにＲＦタグ１０は、地中に埋設された埋設物２に取り付けられる。補助アンテナ２４は、ＲＦタグ１０から地上に向けて延出するように配設される。補助アンテナ２４を上方に延出できない場合、補助アンテナ２４は埋設物２に沿って延伸させてもよい。これにより送信アンテナ１８から発信された電磁波は、補助アンテナ２４に案内されつつ地上に向けて発信される。各受電コイル２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚのいずれかが軸方向を鉛直方向に向けて配置されることが好ましい。これにより検出装置５０が給電コイル６０を鉛直方向に向けて発生した磁界から駆動用エネルギー及び制御信号を効率良く受信できる。
【００４７】
図１に示すＲＦタグ１０は、例えば接着剤によって埋設物２に接着、あるいは鋲、釘、螺子によって固定、あるいは紐、針金によって結索される。ＲＦタグ１０は、現場で埋設物２に取り付けられてもよいし、埋設物２の工場出荷時に取り付けられてもよい。
【００４８】
図５に基づきＲＦタグ検出システム１によるＲＦタグ１０の検出方法について説明する。先ず作業者が検出装置５０の入力装置５２を操作する。入力装置５２からの信号に基づいて制御回路６４が交信準備開始信号（制御信号）を給電・送信回路６６へ送信する（ステップＳ１）。給電・送信回路６６が交信準備開始信号を電流に変換する（ステップＳ２）。電流が給電コイル６０に流れて、給電コイル６０の周囲に磁界が発生する（ステップＳ３）。
【００４９】
受電コイル２０の各受電コイル２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚが磁界に曝され、電磁誘導方式で電流を発生させる（ステップＳ４）。電流が受電コイル２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚから三軸合成回路３６に流れ、三軸合成回路３６が電流を合成する（ステップＳ５）。合成された電流がレギュレータ４４を介して蓄電装置３０に流れて、蓄電装置３０が駆動用エネルギーとして蓄電する（ステップＳ６）。蓄電装置３０からの電力により制御回路３２が駆動する。制御回路３２が蓄電装置３０の充電が完了したことを検知し、その際にＩＤ記憶装置４０からＲＦタグ１０のＩＤ番号を読み出す（ステップＳ７）。
【００５０】
制御回路３２が交信準備完了信号とＩＤ番号を送信回路４２へ送信する（ステップＳ８）。送信回路４２が交信準備完了信号及びＩＤ番号を所定の電流に変換し、送信アンテナ１８に供給する（ステップＳ９）。送信アンテナ１８が電波方式で電磁波を発信する（ステップＳ１０）。補助アンテナ２４は送信アンテナ１８から電磁波を受信すると、送信アンテナ１８から受信した電磁波を検出装置５０に向けて応答信号として発信する（ステップＳ１１）。
【００５１】
受信アンテナ６２が応答信号である電磁波を受信し、電流を発生させ、受信回路６８に供給する（ステップＳ１２）。受信回路６８が電流を応答信号である交信準備完了信号及びＩＤ番号に変換し、増幅する（ステップＳ１３）。制御回路６４が受信回路６８から送信された交信準備完了信号及びＩＤ番号が制御回路６４を受信する（ステップＳ１４）。制御回路６４が、受信したＩＤ番号を有するＲＦタグ１０の交信準備が完了したことを表示装置５４に表示させる（ステップＳ１５）。
【００５２】
制御回路６４は、交信準備完了信号を受信すると、給電・送信回路６６にデータ要求信号（制御信号）を送信する（ステップＳ１６）。給電・送信回路６６がデータ要求信号を特定の周波数の電流に変換する（ステップＳ１７）。電流が給電コイル６０に流れ、給電コイル６０の周囲に磁界が発生する（ステップＳ１８）。
【００５３】
受電コイル２０の各受電コイル２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚが磁界に曝され、電磁誘導方式で信号を構成する電流を発生させる（ステップＳ１９）。検波回路３８が各受電コイル２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚからの信号をデータ要求信号に復調し、制御回路３２へデータ要求信号を送信する（ステップＳ２０）。制御回路３２は、受信したデータ要求信号に基づいてＩＤ記憶装置４０に記憶されている識別情報を読み出す（ステップＳ２１）。制御回路３２がＩＤ記憶装置４０から読み出した識別情報を応答信号であるデータ信号として送信回路４２へ送信する（ステップＳ２２）。送信回路４２は、制御回路３２からデータ信号を受信し、所定の電流に変換し、送信アンテナ１８に供給する（ステップＳ２３）。送信アンテナ１８が電波方式で特定の電磁波を発信する（ステップＳ２４）。補助アンテナ２４は、送信アンテナ１８から電磁波を受信すると、送信アンテナ１８から受信した電磁波を検出装置５０に向けて応答信号として発信する（ステップＳ２５）。
【００５４】
受信アンテナ６２は応答信号である電磁波を受信し、電流を発生させ、受信回路６８に供給する（ステップＳ２６）。受信回路６８が電流をデータ信号に変換し、増幅する（ステップＳ２７）。制御回路６４がデータ信号を受信する（ステップＳ２８）。制御回路６４が、データ信号に基づいて表示装置５４に識別情報を表示させる（ステップＳ２９）。作業者は、これによりＲＦタグ１０が有する識別情報を認識できる。作業者は、上記検出方法と同様の方法でデータ書き込み信号をＲＦタグ１０へ送ることにより、ＩＤ記憶装置４０が記憶する情報を追加または上書きすることもできる。
【００５５】
作業者は、検出装置５０を移動させながらＲＦタグ１０の検出を行うことにより、複数のＲＦタグ１０のＩＤ記憶装置４０に記憶された情報を連続的に取得できる。またＲＦタグ１０の埋設位置の特定も並行して行うことができる。位置情報検出装置５６から検出装置５０の位置情報を取得すると共に平均移動速度で補正をかけることで、ＲＦタグ１０の位置情報精度を向上できる。
【００５６】
上述するようにＲＦタグ検出システム１では、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの駆動用エネルギー及び制御信号が給電コイル６０から受電コイル２０へ電磁誘導方式で供給される。１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数は介在物による影響が少ない。そのため磁界が到達可能な深度範囲内であれば駆動用エネルギー及び制御信号を効率良く受信できる。
【００５７】
送信アンテナ１８から送信される応答信号の周波数は比較的介在物を透過しやすい１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚである。そのため効率良く応答信号を送信できる。さらに駆動用エネルギー及び制御信号の周波数帯と応答信号の周波数帯は相互に重複していない。そのため両者が混信する恐れが少ないまたは無い。したがって相手側の周波数を考慮することなく、それぞれの周波数帯内において周波数を自由に選択することができる。
【００５８】
給電コイル６０は、鉛直方向に向けられて配置される。そのため給電コイル６０に電流が流れると、鉛直方向を軸とする磁界が発生する。ＲＦタグ１０の受電コイル２０は、当該軸の回りに導電線が巻回されている場合に、最も効率良く駆動用エネルギー及び制御信号を受信することができる。しかし検出装置５０は、連続的に多くのＲＦタグ１０の情報を取得するために、一定速度で移動を続けている。このため検出装置５０の直下から外れたＲＦタグ１０は、斜め方向に弱くなった磁界を受ける。受電コイル２０は、相互に直交する方向に向けられたＸ軸用受電コイル２０Ｘ、Ｙ軸用受電コイル２０Ｙ及びＺ軸用受電コイル２０Ｚを有するために、種々の方向の磁界成分に対して駆動用エネルギー及び制御信号を効率良く受信できる。さらに受電コイル２０は、Ｘ軸用受電コイル２０Ｘ、Ｙ軸用受電コイル２０Ｙ及びＺ軸用受電コイル２０Ｚで受信した駆動用エネルギーを三軸合成回路３６で合成する。そのためＲＦタグ１０は、斜め方向からでも効率良く駆動用エネルギー及び制御信号を受信できる。したがってＲＦタグ１０の検出において、検出装置５０とＲＦタグ１０の位置関係の影響を抑制できる。
【００５９】
図１及び図３に示すようにＲＦタグ１０は、送信アンテナ１８から受信した応答信号を発信する補助アンテナ２４を有する。そのため効率良く応答信号を送信できる。また補助アンテナ２４は、地上に向けて延出されている。そのため応答信号の発信深度が浅くなる。その結果、介在物による応答信号の減衰を抑制できるため、応答信号の送信効率を向上できる。
【００６０】
以上の理由から、ＲＦタグ１０を用いるＲＦタグ検出システム１は、埋設物２を検出可能な深度限界を改善できる。国連開発計画（ＵＮＤＰ）の「持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）」に「都市と人間の居住地を包摂的、安全、強靭かつ持続可能にする」ことが定められており、社会インフラの正確な構築及び把握は全世界における課題の一つである。ＲＦタグ検出システム１によって、地下の埋設物２を検出可能な深度限界が改善されるため、世界規模の技術展開を図ることが出来る。また作業者は、過去の検査データに基づいて現場でＲＦタグ検出システム１によりＲＦタグ１０を検出し、検出できたことを示す確認データを含む新たな検査データをクラウド上に提供することもできる。他の社会インフラ等の埋設物のデータとの総合的な見地から、持続性のより高い開発を提案できる工事施工者に公平性・透明性をもって、工事発注を行うことができる。取得される公共設備埋設物情報確認データは、ブロックチェーンのシステムにより維持管理することができ、管理コストの削減とともに、より一層の公平性・透明性をもってその利用を推進することができる。
【００６１】
続いて本発明の実施形態２を図に基づいて説明する。なお、実施形態１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。図６に示すように実施形態２のＲＦタグ８０は、タグ本体８２及び受電コイル８４を有する。タグ本体８２は、四角形板状に形成されており、制御回路３２等の各種電子回路を内蔵する。タグ本体８２の表面には、送信アンテナ８６が配置されている。タグ本体８２は、電磁波透過性材料で形成されることが好ましい。そのためタグ本体８２は、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等で形成されることが好ましい。タグ本体８２は、ラミネート加工等により防水処理されることが好ましい。
【００６２】
図６に示すように受電コイル８４は、Ｘ軸用受電コイル８４Ｘ，Ｙ軸用受電コイル８４Ｙ及びＺ軸用受電コイル８４Ｚを有する。各受電コイル８４Ｘ，Ｙ軸用受電コイル８４Ｙ及びＺ軸用受電コイル８４Ｚは相互に同一の構成を有するため、Ｘ軸用受電コイル８４Ｘのみを説明し、Ｙ軸用受電コイル８４Ｙ及びＺ軸用受電コイル８４Ｚの説明は省略する。Ｘ軸用受電コイル８４Ｘは、銅線等の導電線で構成される。Ｘ軸用受電コイル８４Ｘは、正方形板状の基板８８の上に巻回される。基板８８は、電磁波透過性の材料で形成されることが好ましい。そのため基板８８は、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等で形成されることが好ましい。Ｘ軸用受電コイル８４Ｘは、ラミネート加工等により防水処理されることが好ましい。
【００６３】
Ｘ軸用受電コイル８４Ｘは、タグ本体８２に内蔵される制御回路３２（図示しない）等の電子回路に電気的に接続される。Ｘ軸用受電コイル８４Ｘは検出装置５０が発した磁界に曝されることにより、電磁誘導方式で１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの電流を発生する。これによりＸ軸用受電コイル８４は、駆動用エネルギー及び制御信号を受信する。
【００６４】
図６に示すように送信アンテナ８６は、例えばタグ本体８２の表面にプリントされた数ｃｍ程度のアンテナで構成される。送信アンテナ８６は、タグ本体８２の内部に配置されていてもよい。送信アンテナ８６はタグ本体８２内の送信回路４２（図示しない）を介して制御回路３２に電気的に接続される。送信回路４２から供給された電流が送信アンテナ８６に流れることにより、送信アンテナ１８は１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの電磁波を応答信号として発信する。
【００６５】
図６に示すようにＲＦタグ８０は、送信アンテナ８６からの送信を補う補助アンテナ９０を有する。補助アンテナ９０は、送信アンテナ８６に接続されることなくタグ本体８２に取り付けられる。補助アンテナ９０は、誘導部９２及びリード部９４を有する。誘導部９２は、金属やカーボン等の導電体で細長いシート状に形成されており、タグ本体８２の外面に取り付けられている。誘導部９２は、送信アンテナ８６と接触していない状態で、送信アンテナ８６が発した応答信号を受信し、受信した応答信号をリード部９４に伝播する。
【００６６】
図６に示すようにリード部９４の基端部は、ハンダ等により誘導部９２の一端に接合される。リード部９４は、絶縁体で被覆された金属やカーボン等の導電線で構成される。リード部９４は、送信アンテナ８６に非接続であり、タグ本体８２から離れるように延ばされている。リード部９４は、誘導部９２から伝播された応答信号を送信する。
【００６７】
図７に示すようにＲＦタグ８０は、補助アンテナ９０が上方に向けて延出するように、地中に埋設された埋設物２に取り付けられる。補助アンテナ９０を地上に向けて上方に延出出来ない場合は、補助アンテナ９０は埋設物２に沿って延伸させてもよい。図７に示すようにＸ軸用受電コイル８４Ｘは、所定方向であるＸ方向に延びるＸ軸回りに導電線が巻回するよう配置される。Ｙ軸用受電コイル８４Ｙは、Ｘ方向に直交するＹ方向に延びるＹ軸回りに導電線が巻回するよう配置される。Ｚ軸用受電コイル８４Ｚは、Ｘ方向及びＹ方向の双方に直交するＺ方向に延びるＺ軸回りに導電線が巻回するよう配置される。図７におけるＺ方向は鉛直方向である。
【００６８】
ＲＦタグ１０を埋設物２に取り付ける方法は、特に限定されないが、例えば接着剤によって接着、あるいは鋲、釘、螺子によって固定、あるいは紐、針金によって結索することができる。ＲＦタグ８０は、各受電コイル８４Ｘ，８４Ｙ，８４Ｚのいずれか１つが鉛直方向に延びる軸回りに導電線が巻回するよう配置されることが好ましいが、各受電コイル８４Ｘ，８４Ｙ，８４Ｚが相互に直交する向きに配置されていればよい。
【００６９】
上述したように各受電コイル８４Ｘ，８４Ｙ，８４Ｚは、タグ本体８２ではなく、埋設物２上に配置される。そのため受電コイル８４を大型化しても小さなタグ本体８２を使用することができ、設置スペースの問題が生じにくい。したがって電磁波の受信効率を向上するために各受電コイル８４Ｘ，８４Ｙ，８４Ｚを容易に大型化できる。
【００７０】
本発明のＲＦタグおよびＲＦタグ検出システムは、上記実施形態に限定されず、様々な変更が可能である。例えば、図１に示すＲＦタグ１０は地中に埋設された埋設物２に付随しているが、地中以外のトンネル壁部等に埋設された埋設物２に付随してもよい。
【００７１】
図１に示すように検出装置５０の給電コイル６０及び受信アンテナ６２は電流・信号送受信装置５８に内蔵されているが、給電コイル６０及び受信アンテナ６２は電流・信号送受信装置５８の外部に設置されてもよい。
【００７２】
図１に示すように検出装置５０の給電コイル６０と受信アンテナ６２は互いに独立しているが、給電コイル６０が受信アンテナ６２を兼ねてもよい。
【００７３】
受電コイル２０，８４は３個のコイルを有するが、１個、２個、又は４個以上のコイルで構成されてもよい。
【００７４】
図４に示すようにＸ軸用受電コイル２０Ｘ，Ｙ軸用受電コイル２０Ｙ及びＺ軸用受電コイル２０Ｚはシート状に形成されているが、設置スペースが確保できる場合は、受信効率を向上するために筒状であってもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１                ＲＦタグ検出システム
２                埋設物
１０，８０        ＲＦタグ
１８，８６        送信アンテナ
２０，８４        受電コイル
２０Ｘ，８４Ｘ          Ｘ軸用受電コイル
２０Ｙ，８４Ｙ          Ｙ軸用受電コイル
２０Ｚ，８４Ｚ          Ｚ軸用受電コイル
２４，９０        補助アンテナ
３０              蓄電装置
３２              制御回路
５０              検出装置
６０              給電コイル
６２              受信アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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