(57)【要約】      （修正有）【課題】牛の体内で長期間稼働可能なセンサカプセルを用いて定期的に牛の体温を測定・監視することができる牛監視システムを提供する。【解決手段】牛監視システムＳは、センサカプセル１０、アンテナ装置１１、初段受信装置１２、終端受信装置２１を備える。センサカプセルは、牛Ｂの胃に飲み込ませて設置され、温度を測定する温度センサ、および、測定された温度データを信号化し短波帯の周波数で無線送信する送信部を備える。アンテナ装置は、牛が飼育される牛舎内または牛舎近傍に設置され、センサカプセルが送信した短波帯の信号を受信する。初段受信装置は、アンテナ装置が受信した信号を入力し、この信号を極超短波帯の周波数で転送する。終端受信装置は、極超短波の信号を受信して温度データを復調し、ネットワークを介してサーバ３０などのデータ処理装置に向けて出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサカプセル、アンテナ装置、初段受信装置、終端受信装置を備えた牛監視システムであって、
前記センサカプセルは、牛の胃に飲み込ませて設置され、温度を測定する温度センサ、および、該測定された温度データを信号化し、短波帯の周波数で無線送信する送信部を備え、
前記アンテナ装置は、前記牛が飼育される牛舎内または牛舎近傍に設置され、前記短波帯の信号を受信し、
前記初段受信装置は、前記アンテナ装置が受信した信号を入力し、極超短波の周波数で無線送信し、
前記終端受信装置は、前記極超短波の信号を受信して前記温度データを復調し、データ処理装置に向けて出力する
牛監視システム。
【請求項２】
前記センサカプセルが用いる短波帯の周波数帯は７メガヘルツ帯であり、前記初段受信装置が用いる極超短波の周波数帯は９２０メガヘルツ帯である請求項１に記載の牛監視システム。
【請求項３】
前記アンテナ装置は、Ｌ字形に組み合わされた２本のバーアンテナと、これらバーアンテナの平面と並行に形成されたループアンテナを有している請求項１または請求項２に記載の牛監視システム。
【請求項４】
前記初段受信装置と終端受信装置との間に、前記極超短波の信号を、前記初段受信装置から前記終端受信装置に向けて中継する中継装置を更に備えている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の牛監視システム。
【請求項５】
牛の胃に飲み込ませ、温度を測定するセンサカプセルであって、
筐体内部に、温度センサ、無線モジュール、バーアンテナ、錘を備え、
前記無線モジュールは、前記温度センサが測定した温度データを短波帯の搬送波に乗せて前記バーコンテナに供給し、
前記バーアンテナは、前記短波帯の周波数に共振特性を有するよう調整されており、
前記温度センサおよび前記バーアンテナが、筐体内部で前記錘と反対側に設置されている
センサカプセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、飼育されている牛の体温を監視するシステム、および、牛の体温を測定するセンサカプセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
畜産において牛の体温を監視することは重要である。たとえば、病気など異常の早期発見や雌牛の発情時期、分娩時期の推定など体温データが用いられる。しかし、一般に畜産を営む農家は、牛を多数（数十頭から数百頭）飼育しており、その全頭の体温を定期的に測定することは、人力ではほぼ不可能と言える。そこで従来より、牛にセンサを取り付けて遠隔で監視するシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許５９８４８７５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のものは、牛の体内（胃）に摂取型センサ（ボーラス）を飲み込ませ、摂取型センサが測定した体温データを無線で送信するものであり、２７．１４５ＭＨｚの周波数で２００ヤード以上の範囲でデータを送信できる旨の記載があります。
【０００５】
しかしながら、出願人が実験した結果、牛の胃から電波を発射した場合、長期間の電池駆動が可能な程度の電力では、１０メートルを超える程度の距離へ電波を到達させることは困難であることがわかった。特に、波長２０メートル以下程度の短波長では、電磁エネルギが牛の体に吸収されてしまい、体外へ照射されにくいことがわかった。
【０００６】
この発明はこれらの事情に鑑みてなされたもので、牛の体内で長期間稼働可能なセンサカプセルを用いて定期的に牛の体温を測定・監視することができる牛監視システムおよびセンサカプセルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の牛監視システムは、センサカプセル、アンテナ装置、初段受信装置、終端受信装置を備えた牛監視システムである。センサカプセルは、牛の胃に飲み込ませて設置され、温度を測定する温度センサ、および、測定された温度データを信号化し短波（ＨＦ）帯の周波数で無線送信する送信部を備える。アンテナ装置は、牛が飼育される牛舎内または牛舎近傍に設置され、センサカプセルが送信した短波帯の信号を受信する。初段受信装置は、アンテナ装置が受信した信号を入力し、この信号を極超短波（ＵＨＦ）帯の周波数で無線送信（転送）する。終端受信装置は、極超短波の信号を受信して温度データを復調し、パーソナルコンピュータなどのデータ処理装置に入力する。
【０００８】
牛の胃の中から温度データを送信する場合、極超短波などの短い波長の電波では電磁エネルギの多くが牛の体で吸収されてしまい外部まで到達しない。そこで、より波長の長い電波を用いることが考えられるが、中波など１００メートルを超える波長の電磁波は牛の胃に収容されるセンサカプセル程度の大きさで輻射させることが困難である。そこで、短波帯の電波を用いて、温度データを牛の体外まで送信する。なお、短波帯の周波数のなかでも７ＭＨｚ帯が好適である。センサカプセルから輻射され、牛の体外に到達した電波は微弱であるため、牛舎内またはその近傍に設置されたアンテナ装置で受信する。これにより、センサカプセルの輻射出力を小さく抑え、電池寿命（稼働期間）を長くすることができる。アンテナ装置が受信した電磁波（信号）は、初段受信装置に入力される。初段受信装置は、搬送波から温度データを取り出し、この温度データを今度は極超短波帯（たとえば９２０ＭＨｚ帯）の搬送波に乗せて転送する。極超短波帯は、無線ＬＡＮ、テレメータ、携帯電話などデータ通信に一般的に用いられる周波数帯である。この極超短波帯の信号は、終端受信装置によって受信される。終端受信装置は、畜産農家の事務所などに設置される。終端受信装置は、受信した極超短波帯の信号から温度データを復調し、この温度データを、ネットワークを介してサーバなどのデータ処理装置に送信する。これにより、牛舎から離れた事務所で牛の温度データを収集することができる。
【０００９】
また、上述したように、センサカプセルから牛の体外まで輻射される短波帯の電磁波は微弱であるため、アンテナの指向性、偏波面をセンサカプセルに合わせることが好適である。そこで、アンテナ装置は、Ｌ字形に組み合わされた２本のバーアンテナと、これらバーアンテナの平面と並行に形成されたループアンテナを有するようにしてもよい。これにより、アンテナ装置に対してどの位置且つどの向きにセンサカプセルがあっても、輻射された短波帯の電波を受信することが可能になる。
【００１０】
また、初段受信装置が送信する極超短波帯の電波は、たとえば特定小電力規格の信号であり、到達距離が２００メートル程度である。牛舎と事務所がそれ以上離れていても信号を伝送できるように、初段受信装置と終端受信装置との間に、極超短波の信号を初段受信装置から終端受信装置に向けて中継する中継装置を設けてもよい。
【００１１】
本発明のセンサカプセルは、牛の胃に飲み込ませ、牛の胃中の温度を測定するものであって、（カプセル形の）筐体を備えている。筐体内部に、温度センサ、無線モジュール、バーアンテナ、錘を備えている。無線モジュールは、温度センサが測定した温度データを短波帯の搬送波に乗せてバーアンテナに供給する。バーアンテナは、短波帯の周波数に共振特性を有するよう調整されている。そして、温度センサおよびバーアンテナが、筐体内部で錘と反対側に設置されている。
【００１２】
錘を内蔵することにより、牛がセンサカプセルを吐き出すことが無くなる。錘は金属製であるが、バーアンテナと温度センサを錘と反対側に設置したことにより、錘がバーアンテナの共振特性に影響を与えたり、錘の熱イナーシャによって温度センサの測定値が影響を受けたりすることを最小限に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、センサカプセルを牛の胃に長期間滞留させ、安定した温度監視が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、牛監視システムの構成図である。
【図２】図２は、センサカプセルの構造を示す図である。
【図３】図３は、センサカプセルの電子回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、この発明の実施形態である牛監視システムＳの全体構成を示す図である。牛監視システムＳは、畜産農家（農場Ｆ）で飼育されている多数の牛Ｂの体温を一括して監視し、特定の体調の変化を発見した場合は、関係者にその旨を通知できるようにしたシステムである。
これを実現するため、牛監視システムＳは以下のような構成を備えている。
【００１６】
牛舎１で飼育されている牛Ｂの第１胃（ルーメン）に、センサカプセル１０を飲み込ませる。センサカプセル１０は、定期的（５分毎）に牛Ｂの体温（ルーメン温）を測定し、この体温データを無線送信する。この体温データを受信設備１５で受信して、事務所２のパーソナルコンピュータ２２およびサーバ３０に送信する。サーバ３０は、複数の牛Ｂの体温を集中管理し、体温に日常と異なる高温・低温や発情・分娩の兆候などの特定の変化があった場合には、その旨を係員の携帯電話（スマートフォン）６にメールで連絡する。
【００１７】
以下、さらに詳細に説明する。農場Ｆには牛舎１および事務所２が設置されている。牛舎１は複数設置されていてもよい。牛舎１には複数の牛Ｂが飼育されている。各牛Ｂは、その胃袋（ルーメン）にセンサカプセル１０を飲み込んでいる。センサカプセル１０は、係員がアプリケータを用いて牛Ｂに飲み込ませる。センサカプセル１０は定期的（５分毎）に温度（牛Ｂのルーメンの温度）を測定する。この実施形態では、このルーメンの温度を牛Ｂの体温（体温データ）とする。センサカプセル１０は、測定した体温データを７ＭＨｚ帯の周波数で無線送信する。無線で送信されるメッセージは、体温データに加えて各センサカプセル１０にユニークに付されている識別情報が含まれる。
【００１８】
牛舎１内部の壁面または柱に、１または複数のアンテナ装置１１が設置される。アンテナ装置１１は初段受信装置１２に接続される。図１では、牛舎１に３台のアンテナ装置１１が設置されている。センサカプセル１０が送信する電波の到達距離は２０メートル程度であるため、牛舎１の広さに応じてアンテナ装置１１の設置個数を決定すればよい。初段受信装置１２は、４台までのアンテナ装置１１を接続することが可能である。アンテナ装置１１は、センサカプセル１０が送信する７ＭＨｚ帯の電波に共振するＨＦ帯用のアンテナを内蔵している。アンテナ装置１１は、ＸＹＺ３軸の偏波特性に対応するため、Ｌ字状に組み合わせられた２本のバーアンテナ、および、バーアンテナと同一平面上に展開されたループコイルアンテナを備えている。すなわち、波長が約４０メートルと長い微弱電波を受信するためには、偏波方向を合わせたアンテナが必要である。そこで、牛Ｂがどの位置にいてどの方向を向いていても体温データの電波信号を受信できるように、アンテナ装置１１を上記構造としている。
【００１９】
アンテナ装置１１は、センサカプセル１０が送信した７ＭＨｚ帯の微弱な電波を受信する。この電波には、センサカプセル１０に内蔵された温度センサ２０２が測定した体温データおよびセンサカプセル１０の識別情報がＦＳＫ変調によって重畳されている。受信された高周波信号は初段受信装置１２に入力される。
【００２０】
初段受信装置１２は、受信した高周波信号から体温データおよび（センサカプセル１０の）識別情報を含むメッセージを復調して取り出し、このメッセージを９２０ＭＨｚ帯の特定小電力で転送する。この周波数帯はテレメータ等に用いられる周波数であり、約２００メートルの到達距離でメッセージを送信することができる。通信規格は、ＡＲＩＢ  ＳＴＤ−Ｔ１０８が用いられる。この通信規格は、複数の無線機（中継装置）がバケツリレーのようにデータを中継するマルチホップ通信に対応している。メッセージは事務所２に設置された終端受信装置２１まで伝送される。牛舎１と事務所２との距離が２００メートルよりも長い場合、初段受信装置１２と終端受信装置２１との間に中継装置１３を挿入して、それぞれの間隔が２００ｍを超えないようにする。中継装置１３は、初段受信装置１２と終端受信装置２１との間に８台まで直列に挿入（８ホップ）することができる。したがって、終端受信装置２１は、半径約２キロメートルの範囲の牛舎１（初段受信装置１２）からの体温データを収集することが可能である。
【００２１】
事務所２には、終端受信装置２１、管理用パーソナルコンピュータ２２およびＬＡＮ２３が設置されている。ＬＡＮ２３は、ルータ２３ＡおよびＷｉ−Ｆｉアクセスポイント（ＡＰ）２３Ｂを含んでいる。終端受信装置２１は、Ｗｉ−Ｆｉ経由でＬＡＮ２３に接続されている。ＬＡＮ２３はインターネット４を介してサーバ３に接続されている。終端受信機２１は、初段受信装置１２または中継装置１３から受信した体温データおよび識別情報を含むメッセージをデコードし、このメッセシージをＬＡＮ２３およびインターネット４を経由してサーバ３０に送信する。管理用パーソナルコンピュータ２２は、サーバ３０にアクセスして、蓄積記憶された体温データをグラフ表示することなどが可能である。なお、ＬＡＮ２３において、ルータ２３ＡおよびＷｉ−Ｆｉアクセスポイント２３Ｂの機能を一体に備えたＷｉ−Ｆｉルータを用いてもよい。
【００２２】
サーバ３０は、この牛監視システムの設置者が管理するセンタ３に設置されている。サーバ３０は、センサカプセル１０を飲み込んでいる全ての牛Ｂの体温データを、そのセンサカプセルの識別情報毎に蓄積記憶し、その変化を監視している。監視は、所定のルール、アルゴリズムに基づいて行われる（ＡＩを導入してもよい）。監視の結果、特定の牛Ｂの体温に異常または特徴的な変化（発情・分娩の兆候など）が現れた場合、その旨を係員の携帯電話６にメール通知する。サーバ３０は、インターネット４経由で携帯電話システム５にメールを送信することで、携帯電話６にメールが送信される。
【００２３】
また、携帯電話６は、ユーザの操作に応じて、サーバ３０にアクセスが可能である。携帯電話６はサーバ３０から所定の牛Ｂの体温データを読み出して、画面にグラフ表示するなどの処理を行うことが可能である。
【００２４】
図２は、センサカプセル１０の構造図である。図２（Ａ）は、センサカプセル１０の側断面図、図２（Ｂ）は、平面構造図である。本図の説明において、図中矢印で示した方向を示す語として上下左右および前後左右を用いる。なお、センサカプセル１０の向きは制限されず、図示の方向は一例である。
【００２５】
センサカプセル１０は、牛Ｂの誕生後６ヶ月から出荷まで、第１胃（ルーメン）に飲み込ませた状態で、５分毎に体温を測定し、測定した体温データを無線で送信する必要がある。このため以下のような機能が要求される。
・電池で５年以上稼働すること
・牛Ｂの胃の中からアンテナ装置１１まで到達する電波を送信すること
・飲み込んだセンサカプセル１０を、牛Ｂが吐き出さないこと
【００２６】
センサカプセル１０は、樹脂（ポリプロピレン）製のケース１００と、このケース１００に収納された各種の部材からなる。ケース１００は、長手方向断面が略長方形、短手方向断面が円形のいわゆるカプセル製剤に似た形状を有している。大きさは、牛Ｂが飲み込み可能で且つ各種部材を内蔵可能なように、長さが１０ｃｍ程度、直径が３ｃｍ程度になっている。
【００２７】
ケース１００の内部に、樹脂（ポリ塩化ビニル）製のフレーム１０１がはめ込まれ、このフレーム１０１に形成された収容部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃに、回路基板１１０、バーアンテナ１１１、電池１１２が収容されている。また、ケース１００内に、フレーム１０１の右側に隣接して錘（おもり）１１３が収容される。なお、フレーム１０１の素材にポリ塩化ビニルを用いたのは、ポリプロピレンよりも比重が大きく（比重１．５）、センサカプセル１０を重くできるからである。
【００２８】
ケース１００内部の中央部から左部にかけてフレーム１０１が設けられている。フレーム１０１の径は、ケース１００の内径とほぼ同じであり、フレーム１０１がケース１００内でガタつかないようになっている。フレーム１０１には、凹形の空間に形成された３つの収容部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃが設けられている。収容部１０１Ａは、フレーム１０１の左側上面にケース１００向きに開口した凹部である。この収容部１０１Ａには回路基板１１０がはめ込まれて収容される。回路基板１１０の左端部ケース１００側に温度センサ２０２の主要部品であるサーミスタ２２０が実装されている。
【００２９】
収容部１０１Ｂは、フレーム１０１の左側中心部に形成され、フレーム１０１内部が中空になった状態で外部に開口しない形状で設けられている。この収容部１０１Ｂには、バーアンテナ１１１が収容される。なお、フレーム１０１は、図２（Ｂ）に示すように、前側ピース１０１Ｆと後側ピース１０１Ｒの２ピースで形成されて分割可能である。したがって、バーアンテナ１１１を収容部１０１Ｂに収容したのち、前後ピース１０１Ｆ，Ｒを組み合わせればよい。また、フレーム１０１内部には、収容部１０１Ａ，Ｂ，Ｃ間をつなぐ結線用の空間１０１Ｄが形成されている。
【００３０】
バーアンテナ１１１は棒状のフェライトバーを芯とし、その周囲に銅線でコイルが巻回されたコイルアンテナであり、７ＭＨｚ帯に共振点を持つよう調整されている。
【００３１】
収容部１０１Ｃは、フレーム１０１の右側に右向きに開口した円柱形の凹部である。この収容部１０１Ｃには、電池１１２の一部が収容される。電池は、高出力形のリチウム一次電池が用いられる。たとえばＣＲ１７３３５などである。
【００３２】
フレーム１０１の右側には、電池１１２が突出している。この電池１１２を覆うようにステンレス製のリング状の錘１１３が収容される。この錘１１３は、牛Ｂが吐き出してしまわないように、センサカプセル１０をルーメンに沈めておくためのものであり、重さは約５０ｇである。なお、錘１１３の材質はステンレスに限定されない。たとえば、ステンレスよりも若干比重の大きい真鍮を用いてもよい。
【００３３】
バーアンテナ１１１は、付近に金属（導体）があると、金属内に生じる渦電流のために共振特性が変化する。また、錘１１３として比透磁率の高い材質を用いた場合、バーアンテナ１１１の共振特性（インピーダンス）に影響を与える場合がある。さらに、錘１１３は、センサカプセル１０内では最も熱容量（熱イナーシャ）が大きく、牛Ｂの胃の温度変化に追従しにくい。このため、このセンサカプセル１０では、バーアンテナ１１１およびサーミスタ２２０をケース１００の左端部に設置し、共振特性に影響を与える錘１１３を左端に設けた。これにより、バーアンテナ１１１の共振特性の変化を最小限に抑えることができるとともに、温度センサ２０２の計測値に対する錘１１３の影響を最小限に抑えた。
【００３４】
図３は、センサカプセル１０の電子回路の機能を示すブロック図である。回路基板１１０にはマイコン２０１、温度センサ２０２、無線モジュール２０３などが実装されている。マイコン２０１は、ＣＰＵ２１０、ＥＥＰＲＯＭ２１１、ＡＤコンバータ２１２を含み、牛Ｂの体温測定、メッセージ送信などの動作を制御する。また、ＥＥＰＲＯＭ２１１には、このセンサカプセル１０を一意に識別するための識別情報が記憶されており、体温データをこの識別情報とともに送信することで、受信側では、どのセンサカプセル１０から送られてきた体温データであるか、すなわちどの牛Ｂの体温データであるかを識別することができる。
【００３５】
温度センサ２０２は、サーミスタ２２０、定電圧源２２１、高精度抵抗２２２を有し、ＡＤコンバータ２１２に接続されている。定電圧源２２１は電池１１２の電圧を２．５Ｖで安定化した定電圧回路が用いられる。サーミスタ２２０および高精度抵抗２２２を直列に接続して定電圧を印加し、サーミスタ２２０の端子間電圧の変化に基づいて温度を検出する。検出された電圧値がＡＤコンバータ２１２によってデジタル化されてＣＰＵ２１０に入力される。マイコン２０１（ＣＰＵ２１０）がこの電圧値を体温データに変換する。
【００３６】
無線モジュール２０３は、マイコン２０１によって起動され、マイコン２０１から入力されたメッセージを７ＭＨｚ帯の搬送波に乗せて出力する。メッセージは、上述したように、体温データとこのセンサカプセル１０の識別情報を含んでいる。無線モジュール２０３には、上述のバーアンテナ１１１が接続されている。バーアンテナ１１１は、入力された７ＭＨｚ帯の高周波信号を電磁波として輻射し、アンテナ装置１１に到達させる。
【００３７】
上記実施形態では、温度センサ２０２をサーミスタ２２０で作成したが、温度センサに半導体センサ等を用いてもよい。また、測定間隔は５分に限定されない。
【００３８】
終端受信装置２１は、サーバ３０にデータを送信しているが、データの送信先はサーバ３０に限定されない。事務所２に設置されている管理用パーソナルコンピュータ２２にデータを送信してもよい。また、終端端末装置２１とＬＡＮ２３との接続形態はＷｉ−Ｆｉに限定されない。有線で接続してもよく、管理用パーソナルコンピュータ２２経由（ＵＳＢ等）で接続されてもよい。
【００３９】
本実施形態において、無線モジュール２０３およびバーアンテナ１１１が、本特許請求の範囲に係る発明の送信部に対応する。また、体温データが、本発明の温度データに対応する。
【符号の説明】
【００４０】
Ｂ  牛、  Ｆ  牧場、  Ｓ  牛監視システム、  １  牛舎、  ２  事務所、  
６  携帯電話機、  １０  センサカプセル、  
１１  アンテナ装置、  １２  初段受信装置、  １３  中継装置、  １５  通信設備、  
２１  終端受信装置、  ２２  管理用パーソナルコンピュータ、２３  ＬＡＮ、  
３０  サーバ、  
１００  ケース（筐体）、  １０１  フレーム、  １０１Ａ，Ｂ，Ｃ  収容部、  
１１０  回路基板、  １１１  バーアンテナ、  １１２  電池、  １１３  錘、  
２０１  マイコン、  ２１１  ＥＥＰＲＯＭ、  ２１２  ＡＤコンバータ、  ２０２  
温度センサ、  ２０３  無線モジュール、  ２２０  サーミスタ、  ２２１  標準電源、  
２２２  高精度抵抗器
【図１】
2020150841.tif 000003
【図２】
2020150841.tif 000004
【図３】
2020150841.tif 000005