(57)【要約】【課題】コンクリート構造物の温度、水素イオン指数、歪みを監視する無線ＩＣタグを提供すること。【解決手段】コンクリート構造物１１に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグ１であって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリ、温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６を基板上２に実装し、温度センサー２で計測した構造物の温度データ、Ｐｈセンサー５で計測した構造物の水素イオン指数データ、歪みセンサー６で計測した構造物の歪みデータの少なくともいずれかのデータを前記強誘電体メモリに記憶する。【選択図】図１
2011022982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサーを有し、前記温度センサーで計測した前記構造物の温度データを前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする無線ＩＣタグ。
【請求項２】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続されたＰｈセンサーを有し、前記Ｐｈセンサーで計測した前記構造物の水素イオン指数データを前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする無線ＩＣタグ。
【請求項３】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設されるに埋設する無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された歪みセンサーを有し、前記歪みセンサーで計測した構造物の歪みデータを前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする無線ＩＣタグ。
【請求項４】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続されてなる、温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーのうち少なくとも二種類以上のセンサーを有し、前記温度センサーで計測した前記構造物の温度データ、前記Ｐｈセンサーで計測した前記構造物の水素イオン指数データ、前記歪みセンサーで計測した前記構造物の歪みデータの少なくともいずれかのデータを前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする無線ＩＣタグ。
【請求項５】
無線ＩＣタグは、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップとを連結させて基板上に実装し、ＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、ＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行い、前記データを前記強誘電体メモリに記憶させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項６】
無線ＩＣタグは、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリを実装した基板を絶縁材料で覆ってなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項７】
温度センサーは、測温抵抗体、熱電対、サーミスタのいずれかとし、前記温度センサーが検出した電気信号を前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする請求項１または請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項８】
Ｐｈセンサーは、コンクリート構造物の測定部位をセンサーに配設されるフィルム上に接触させることで、測定部位での反応性、酸・アルカリの付着量、測定部位内部から放出される酸・アルカリ量などを検出する半導体イメージングセンサー、または、ガラス電極と比較電極を有してなり該電極間の電位差を検出するガラス電極センサーとし、前記Ｐｈセンサーが検出した電気信号を前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする請求項２または請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項９】
歪みセンサーはコンクリート構造物の少なくとも二点の相対位置の変化量を検出する変位センサーとし、前記歪みセンサーが検出した電気信号を前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする請求項３または請求項４乃至請求項８のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１０】
無線ＩＣタグが有するセンサーは、基板上に実装されることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１１】
無線ＩＣタグは、充電装置から非接触で充電される電池と電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１２】
電池は、充電装置からの所定の周波数帯の電波により非接触で充電される電池であることを特徴とする請求項１１に記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１３】
電池は、基板上に実装されてなることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１４】
電池に充電する充電装置は、書き込み・読み取り装置に備えられてなることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１５】
無線ＩＣタグが有するセンサーは、充電装置から非接触で充電される電池から電源供給されて駆動することを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１６】
無線ＩＣタグは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構と電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項請求項１５のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１７】
発電機構は、基板上に実装されてなることを特徴とする請求項１６に記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１８】
無線ＩＣタグが有するセンサーは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構から電源供給されて駆動することを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の無線ＩＣタグ。
【請求項１９】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部が温度センサーを制御する手段と、前記温度センサーが、前記コンクリート構造物の温度を計測する手段と、計測した前記構造物の温度データを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする無線ＩＣタグを用いたコンクリート構造物品質管理システム。
【請求項２０】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続されたＰｈセンサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部がＰｈセンサーを制御する手段と、前記Ｐｈセンサーが、前記コンクリート構造物の水素イオン指数を計測する手段と、計測した前記構造物の水素イオン指数データを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする無線ＩＣタグを用いたコンクリート構造物品質管理システム。
【請求項２１】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された歪みセンサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部が歪みセンサーを制御する手段と、前記歪みセンサーが、前記コンクリート構造物の歪みを計測する手段と、計測した前記構造物の歪みデータを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする無線ＩＣタグを用いたコンクリート構造物品質管理システム。
【請求項２２】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーのうち少なくとも二種類以上のセンサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部が各センサーを制御する手段と、各センサーが前記コンクリート構造物のデータを計測する手段と、計測した前記コンクリート構造物のデータを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする請求項１９乃至請求項２１のいずれかに記載の無線ＩＣタグを用いたコンクリート構造物品質管理システム。
【請求項２３】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーの少なくともいずれかのセンサーを有し、前記センサーのいずれかが変化量を検出すると検出したデータを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする無線ＩＣタグを用いたコンクリート構造物品質管理システム。
【請求項２４】
無線ＩＣタグは、充電装置から非接触で充電される電池と電気的に接続されてなり、無線ＩＣタグが有するセンサーは、前記電池から電源供給されて駆動することを特徴とする請求項１９乃至請求項２３のいずれかに記載の無線ＩＣタグを用いたコンクリート構造物品質管理システム。
【請求項２５】
無線ＩＣタグは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構と電気的に接続されてなり、無線ＩＣタグが有するセンサーは、前記発電機構から電源供給されて駆動することを特徴とする請求項１９乃至請求項２４のいずれかに記載の無線ＩＣタグを用いたコンクリート構造物品質管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＩＣタグ、該無線ＩＣタグを用いたコンクリート構造物の品質管理システムに関するものであり、特に、コンクリート構造物に関する種々値のセンサリング機能を備えてなり大容量の記憶をすることができる無線ＩＣタグと該無線ＩＣタグを用いたシステムである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用したＦｅＲＡＭを用いた不揮発性記憶装置が開発されている。この不揮発性記憶装置は、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と、無線通信するためのアンテナ部と、これらを制御する制御部とからなる（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に示された不揮発性記憶装置は、従来ＩＣタグに用いられていたＥＥＰＲＯＭ等と比較し、書換回数、書き込み電圧の低さ、電源が不要であること、使用寿命の長さ、セルサイズが小型である等、様々な面で利点がある。そして現在、一個のＩＣタグは、約８Ｋｂｙｔｅの記憶容量を有し、それ自身が記憶装置として機能するとともに、演算装置としてのＣＰＵとして機能するようになっている。
【０００４】
ＲＦＩＤタグとも呼ばれるこの電磁誘導方式によるパッシヴ型の無線ＩＣタグは、コイルアンテナに印加する電波により、アンテナ周囲に発生する磁界を伝送媒体とし、アンテナに誘起される誘導起電力により外部と通信を行うものである。
【０００５】
一方、セメント、骨材、水を混練し、これを打設するコンクリートやモルタルからなるコンクリート構造物において、温度、水素イオン指数、歪みの有無はその構造物の安全性を保持するためには極めて重要な指針となる。
【０００６】
すなわち、コンクリート構造物は、コンクリート脱型後の製品の取り扱いによる損傷の防止するため、または、打設時にセメント製品が所望される強度を保持していることの確認するため、さらには温度ひび割れの抑制のために温度管理をする必要がある。したがって、コンクリート構造物における温度の経時変化の監視が必要となる。
【０００７】
また、コンクリート構造物を構成するセメント製品はＰｈ１２〜１３の強アルカリ性であり、この強アルカリ性により、鉄筋コンクリート中の鉄筋の表面には不動態皮膜と呼ばれる厚さ約３ｎｍの緻密な酸化皮膜（γ―Ｆｅ２０３・ｎＨ２０）が作られ、酸化から保護されている。しかしこの強アルカリ性のコンクリートの中性化が進み鉄筋周辺の水素イオン指数がＰｈ１１.５を下回ると、不動態皮膜が破壊され、鉄筋は腐食し始める。したがって、コンクリート構造物における水素イオン指数の経時変化の監視が必要となる。
【０００８】
さらには、コンクリート構造物は、上述した理由によるコンクリート構造物の劣化、あるいは、地震等外的な要因による構造物の変形により構造物が倒壊する危険を未然に回避する必要がある。そこで、コンクリート構造物に生じる歪みの経時変化の監視が必要となる。
【０００９】
コンクリート構造物の品質を管理するシステムは、従来からいくつか案出されており、打設コンクリート中に温度センサーを備えた埋込型ＲＦＩＤモジュール(特許文献２)、また、建物の壁体内に設けられる耐震センサー（特許文献３）等が案出されている。しかしながら、これらの構造物管理システムは、ある特定の値を測定するセンサーのみを搭載したものである。
【００１０】
しかしながら、打設時により安全なコンクリート構造物を建てるため、また、耐震性や劣化による構造物の倒壊などの危険を早い段階で察知して品質管理してコンクリート構造物の安全性を高めるためには、コンクリート構造物の温度、水素イオン指数、歪みという複数の要因からコンクリート構造物を総合的に監視する必要があり、これらのデータの計測を、コンクリート構造物からコンクリートサンプルを採取することなく容易かつ確実に行いたいという要請が生じた。
【特許文献１】特開２００７−２４１５７６号公報
【特許文献２】特開２００６−７１５７５号公報
【特許文献３】特開２００７−１６４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記課題を達成するため、本発明の無線ＩＣタグは、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサーを有し、前記温度センサーで計測した前記構造物の温度データを前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする。
【００１２】
また、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続されたＰｈセンサーを有し、前記Ｐｈセンサーで計測した前記構造物の水素イオン指数データを前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする。
【００１３】
また、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設されるに埋設する無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された歪みセンサーを有し、前記歪みセンサーで計測した構造物の歪みデータを前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする。
【００１４】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続されてなる、温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーのうち少なくとも二種類以上のセンサーを有し、前記温度センサーで計測した前記構造物の温度データ、前記Ｐｈセンサーで計測した前記構造物の水素イオン指数データ、前記歪みセンサーで計測した前記構造物の歪みデータの少なくともいずれかのデータを前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする。
【００１５】
また、無線ＩＣタグは、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップとを連結させて基板上に実装し、ＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、ＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行い、前記データを前記強誘電体メモリに記憶させることを特徴とする。
【００１６】
また、無線ＩＣタグは、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリを実装した基板を絶縁材料で覆ってなることを特徴とする。
【００１７】
また、温度センサーは、測温抵抗体、熱電対、サーミスタのいずれかとし、前記温度センサーが検出した電気信号を前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする。
【００１８】
また、Ｐｈセンサーは、コンクリート構造物の測定部位をセンサーに配設されるフィルム上に接触させることで、測定部位での反応性、酸・アルカリの付着量、測定部位内部から放出される酸・アルカリ量などを検出する半導体イメージングセンサー、または、ガラス電極と比較電極を有してなり該電極間の電位差を検出するガラス電極センサーとし、前記Ｐｈセンサーが検出した電気信号を前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする。
【００１９】
また、歪みセンサーはコンクリート構造物の少なくとも二点の相対位置の変化量を検出する変位センサーとし、前記歪みセンサーが検出した電気信号を前記強誘電体メモリに記憶することを特徴とする。
【００２０】
また、無線ＩＣタグが有するセンサーは、基板上に実装したことを特徴とする。
【００２１】
無線ＩＣタグは、充電装置から非接触で充電される電池と電気的に接続されてなることを特徴とする。
【００２２】
電池は、充電装置からの所定の周波数帯の電波により非接触で充電される電池であることを特徴とする。
【００２３】
電池は、基板上に実装されてなることを特徴とする。
【００２４】
電池に充電する充電装置は、書き込み・読み取り装置に備えられてなることを特徴とする。
【００２５】
無線ＩＣタグが有するセンサーは、充電装置から非接触で充電される電池から電源供給されて駆動することを特徴とする。
【００２６】
無線ＩＣタグは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構と電気的に接続されてなることを特徴とする。
【００２７】
発電機構は、基板上に実装されてなることを特徴とする。
【００２８】
無線ＩＣタグが有するセンサーは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構から電源供給されて駆動することを特徴とする。
【００２９】
本発明の無線ＩＣタグを用いたコンクリート構造物品質管理システムは、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部が温度センサーを制御する手段と、前記温度センサーが、前記コンクリート構造物の温度を計測する手段と、計測した前記構造物の温度データを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする。
【００３０】
また、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続されたＰｈセンサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部がＰｈセンサーを制御する手段と、前記Ｐｈセンサーが、前記コンクリート構造物の水素イオン指数を計測する手段と、計測した前記構造物の水素イオン指数データを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする。
【００３１】
また、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された歪みセンサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部が歪みセンサーを制御する手段と、前記歪みセンサーが、前記コンクリート構造物の歪みを計測する手段と、計測した前記構造物の歪みデータを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする。
【００３２】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーのうち少なくとも二種類以上のセンサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部が各センサーを制御する手段と、各センサーが前記コンクリート構造物のデータを計測する手段と、計測した前記コンクリート構造物のデータを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする。
【００３３】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーの少なくともいずれかのセンサーを有し、前記センサーのいずれかが変化量を検出すると検出したデータを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することを特徴とする。
【００３４】
無線ＩＣタグは、充電装置から非接触で充電される電池と電気的に接続されてなり、無線ＩＣタグが有するセンサーは、前記電池から電源供給されて駆動することを特徴とする。
【００３５】
無線ＩＣタグは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構と電気的に接続されてなり、無線ＩＣタグが有するセンサーは、前記発電機構から電源供給されて駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
上記構成によれば、本発明の無線ＩＣタグは、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサーを有し、前記温度センサーで計測した前記構造物の温度データを前記強誘電体メモリに記憶することにより、無線でデータ通信可能な温度センサー付きの無線ＩＣタグを使用しているので、コンクリート内部の温度測定と温度データの取り出しが容易であるとともに、この無線ＩＣタグの大容量メモリに一定期間ごとに測定した温度データを記憶させておくことができるので、実際に使用したコンクリート毎に、現場担当者、打設後の管理者が温度、積算温度を利用したコンクリートの強度推定を容易かつ迅速に行うことができ、コンクリート構造物の安全性の向上に資する。
【００３７】
また、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続されたＰｈセンサーを有し、前記Ｐｈセンサーで計測した前記構造物の水素イオン指数データを前記強誘電体メモリに記憶することにより、無線でデータ通信可能なＰｈセンサー付きの無線ＩＣタグを使用しているので、コンクリート内部の水素イオン指数測定と水素イオン指数データの取り出しが容易であるとともに、この無線ＩＣタグの大容量メモリに一定期間ごとに測定した水素イオン指数データを記憶させておくことができ、実際に使用したコンクリート毎にコンクリートの水素イオン指数を測定することができるので、現場担当者、打設後の管理者が水素イオン指数データを利用したコンクリートの中性化の推定を容易かつ迅速に行うことができ、コンクリート構造物の安全性の向上に資する。
【００３８】
また、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設されるに埋設する無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された歪みセンサーを有し、前記歪みセンサーで計測した構造物の歪みデータを前記強誘電体メモリに記憶することにより、無線でデータ通信可能な歪みセンサー付きの無線ＩＣタグを使用しているので、コンクリート構造物の歪みの測定と歪みデータの取り出しが容易であるとともに、この無線ＩＣタグの大容量メモリに一定期間ごとに測定した水素イオン指数データを記憶させておくことができ、実際に使用したコンクリート毎にコンクリートの歪みを測定することができるので、現場担当者、打設後の管理者が歪みデータ利用してコンクリート構造物の劣化や、地震等外的要因によるコンクリート構造物の亀裂等の発見を容易かつ迅速に行うことができ、コンクリート構造物の安全性の向上に資する
【００３９】
また、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続されてなる、温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーのうち少なくとも二種類以上のセンサーを有し、前記温度センサーで計測した前記構造物の温度データ、前記Ｐｈセンサーで計測した前記構造物の水素イオン指数データ、前記歪みセンサーで計測した前記構造物の歪みデータの少なくともいずれかのデータを前記強誘電体メモリに記憶することにより、コンクリート構造物の温度、水素イオン指数、歪みを一つの媒体で測定し記憶することができる複合センサーを備えた無線ＩＣタグを提供することができるので、上記効果に加えて一つの無線ＩＣタグで、コンクリート構造物の測定を総合的に行うことができ、現場担当者、打設後の管理者も一つの書き込み・読み取り装置で複数のデータを取得可能であり、コンクリート構造物の品質管理を容易かつ迅速に行うことができる。
【００４０】
また、無線ＩＣタグは、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップとを連結させて基板上に実装し、ＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、ＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行い、前記データを前記強誘電体メモリに記憶させることにより、ＬＦ帯等従来の無線ＩＣタグが用いていた周波数帯の他、広い通信範囲を有するＵＨＦ帯の通信を行うことができ、規模の大きなコンクリート構造物においても書き込み・読み取り装置を用いて容易かつ迅速にデータの読み取りと書き込みを行うことができる。
【００４１】
また、無線ＩＣタグは、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリを実装した基板を絶縁材料で覆ってなることにより、無線ＩＣタグをコンクリート構造物に埋設しても、無線ＩＣタグに損傷を生じることなく、長期間に亘って無線ＩＣタグを用いることができる。
【００４２】
また、温度センサーは、測温抵抗体、熱電対、サーミスタのいずれかとし、前記温度センサーが検出した電気信号を前記強誘電体メモリに記憶することにより、正確に温度測定可能であって、無線ＩＣタグと連結または同一基板上に設けることができる小型の温度センサーを構成することができ、比較的小型のセンサリング用の無線ＩＣタグを提供することができる。
【００４３】
また、Ｐｈセンサーは、コンクリート構造物の測定部位をセンサーに配設されるフィルム上に接触させることで、測定部位での反応性、酸・アルカリの付着量、測定部位内部から放出される酸・アルカリ量などを検出する半導体イメージングセンサー、または、ガラス電極と比較電極を有してなり該電極間の電位差を検出するガラス電極センサーとし、前記Ｐｈセンサーが検出した電気信号を前記強誘電体メモリに記憶することにより、正確に水素イオン指数を測定可能であって、無線ＩＣタグと連結または同一基板上に設けることができる小型のＰｈセンサーを構成することができ、比較的小型のセンサリング用の無線ＩＣタグを提供することができる。
【００４４】
また、歪みセンサーはコンクリート構造物の少なくとも二点の相対位置の変化量を検出する変位センサーとし、前記歪みセンサーが検出した電気信号を前記強誘電体メモリに記憶することにより、正確にコンクリート構造物の歪みを検出でき、無線ＩＣタグと連結または同一基板上に設けることができる小型の歪みセンサーを構成することができ、比較的小型のセンサリング装置を提供することができる。
【００４５】
また、無線ＩＣタグが有するセンサーは基板上に実装したことにより、小型かつ薄型の一のセンサー装置で、コンクリート構造物の品質管理をすることができる。
【００４６】
また、無線ＩＣタグは、充電装置から非接触で充電される電池と電気的に接続されてなることにより、コンクリート構造物に無線ＩＣタグを埋設する場合や生コンクリート等のセメント製品に無線ＩＣタグを混入する場合のように無線ＩＣタグに対して有線により電気供給できない場所に無線ＩＣタグが位置する場合であっても、外部から無線により充電をすることができる。よって、無線充電式の無線ＩＣタグを提供することができる。
【００４７】
電池は、充電装置からの所定の周波数帯の電波により非接触で充電される電池であることにより、無線通信装置やその他発信機器からの電波で充電することができ、例えば電磁誘導を利用した充電等に比べて発熱等のおそれがなく安全に非接触の充電をすることができる。
【００４８】
電池は、基板上に実装されてなることにより、モジュール化された充電のできる小型のセンサー付き無線ＩＣタグを提供することができる。
【００４９】
電池に充電する充電装置は、書き込み・読み取り装置に備えられてなることにより、無線ＩＣタグへのデータ書き込みまたはデータ読み取りを利用して無線ＩＣタグに対して充電することができる。
【００５０】
無線ＩＣタグが有するセンサーは、充電装置から非接触で充電される電池から電源供給されて駆動することにより、コンクリート構造物中に位置する温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーに容易に給電することができ、外部電源に接続しなくともこれ等センサーを駆動させることができる。
【００５１】
無線ＩＣタグは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構と電気的に接続されてなることにより、コンクリート構造物に無線ＩＣタグを埋設する場合や生コンクリート等のセメント製品に無線ＩＣタグを混入する場合のように無線ＩＣタグに対して有線により電気供給できない場所に無線ＩＣタグが位置する場合であっても、無線ＩＣタグは、振動、熱、電波等の要因により自己発電し、必要に応じて発電した電力を蓄電することができる。よって、自己発電式の無線ＩＣタグを提供することができる。
【００５２】
発電機構は、基板上に実装されてなることにより、モジュール化された発電のできる小型のセンサー付き無線ＩＣタグを提供することができる。
【００５３】
無線ＩＣタグが有するセンサーは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構から電源供給されて駆動することにより、コンクリート構造物中に位置する温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーに容易に給電することができ、外部電源に接続しなくともこれ等センサーを駆動させることができる。
【００５４】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部が温度センサーを制御する手段と、前記温度センサーが、前記コンクリート構造物の温度を計測する手段と、計測した前記構造物の温度データを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することにより、無線でデータ通信可能な温度センサー付きの無線ＩＣタグを使用しているので、コンクリート内部の温度測定と温度データの取り出しが容易であるとともに、この無線ＩＣタグの大容量メモリに一定期間ごとに測定した温度データを記憶させておくことができるので、実際に使用したコンクリート毎に、現場担当者、打設後の管理者が温度、積算温度を利用したコンクリートの強度推定を容易かつ迅速に行うことができ、コンクリート構造物の安全性の向上に資するコンクリート構造物の管理システムを提供することができる。
【００５５】
また、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続されたＰｈセンサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部がＰｈセンサーを制御する手段と、前記Ｐｈセンサーが、前記コンクリート構造物の水素イオン指数を計測する手段と、計測した前記構造物の水素イオン指数データを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することにより、無線でデータ通信可能なＰｈセンサー付きの無線ＩＣタグを使用しているので、コンクリート内部の水素イオン指数測定と水素イオン指数データの取り出しが容易であるとともに、この無線ＩＣタグの大容量メモリに一定期間ごとに測定した水素イオン指数データを記憶させておくことができ、実際に使用したコンクリート毎にコンクリートの水素イオン指数を測定することができるので、現場担当者、打設後の管理者が水素イオン指数データを利用したコンクリートの中性化の推定を容易かつ迅速に行うことができ、コンクリート構造物の安全性の向上に資するコンクリート構造物管理システムを提供することができる。
【００５６】
また、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された歪みセンサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部が歪みセンサーを制御する手段と、前記歪みセンサーが、前記コンクリート構造物の歪みを計測する手段と、計測した前記構造物の歪みデータを前記強誘電体メモリに記憶することにより、無線でデータ通信可能な歪みセンサー付きの無線ＩＣタグを使用しているので、コンクリート構造物の歪みの測定と歪みデータの取り出しが容易であるとともに、この無線ＩＣタグの大容量メモリに一定期間ごとに測定した歪みデータを記憶させておくことができ、実際に使用したコンクリート毎にコンクリートの歪みを測定することができるので、現場担当者、打設後の管理者が歪みデータ利用してコンクリート構造物の劣化や、地震等外的要因によるコンクリート構造物の亀裂等の発見を容易かつ迅速に行うことができ、コンクリート構造物の安全性の向上に資するコンクリート構造物管理システムを提供することができる。
【００５７】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは打設時に埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーのうち少なくとも二種類以上のセンサーを有し、前記強誘電体メモリに搭載されてなる制御部が各センサーを制御する手段と、各センサーが前記コンクリート構造物のデータを計測する手段と、計測した前記コンクリート構造物のデータを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することにより、コンクリート構造物の温度、水素イオン指数、歪み等いくつかの要素を一つの媒体で測定し記憶することができるので、上記効果に加えてコンクリート構造物の測定を総合的に行うことができ、現場担当者、打設後の管理者も一つの書き込み・読み取り装置で複数のデータを取得可能であり、コンクリート構造物の品質管理を総合的であって容易かつ迅速に行うことができる、コンクリート構造物管理システムを提供することができる。
【００５８】
書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能なコンクリート構造物に取り付けまたは埋設される無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、前記強誘電体メモリに電気的に接続された温度センサー、Ｐｈセンサー、歪みセンサーの少なくともいずれかのセンサーを有し、前記センサーのいずれかが変化量を検出すると検出したデータを前記強誘電体メモリに記憶する手段を有することにより、常時または比較的短い時間間隔でセンサリングをし、データに変化があったときにデータを記憶させることができ、メモリ容量に対する記憶するデータ容量が少なくて済むため、長期間運用できるコンクリート構造物品質管理システムを提供することができる。
【００５９】
無線ＩＣタグは、充電装置から非接触で充電される電池と電気的に接続されてなり、無線ＩＣタグが有するセンサーは、前記電池から電源供給されて駆動することにより、各センサーには有線により接続される外部電源によらずとも電力が供給される。
【００６０】
無線ＩＣタグは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構と電気的に接続されてなり、無線ＩＣタグが有するセンサーは、前記発電機構から電源供給されて駆動することにより、各センサーには有線により接続される外部電源によらずとも電力が供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
図１は、本発明の第一の実施の形態の無線ＩＣタグの模式的斜視図、図２は、図１に示す無線ＩＣタグに用いる温度センサーの模式的斜視図、図３は、図１に示す無線ＩＣタグに用いるＰｈセンサーの模式的斜視図である。図４は、本発明の第二の実施の形態の無線ＩＣタグの模式的斜視図、図５は、図４に示す無線ＩＣタグを絶縁材料で被覆した状態の断面図、図６は、本発明の無線ＩＣタグを用いた管理システムの例を示す模式図、図７は、本発明の無線ＩＣタグをコンクリート構造物に埋設した状態を示す斜視図である。また、図８は、本発明の第三の実施の形態の無線ＩＣタグの模式的斜視図、図９は、図８に示す無線ＩＣタグを用いた管理システムの例を示す模式図、図１０は、本発明の第四の実施の形態の無線ＩＣタグの模式的斜視図、図１１は、本発明の第五の実施の形態を示す模式的斜視図、図１２は、本発明の第六の実施の形態を示す模式的斜視図である。
【００６２】
本発明第一の実施の形態を示す本発明の無線ＩＣタグ１は、ＲＦＩＤタグとも呼ばれるデータの書き込みおよび読み取りができる記憶装置であって、図１に示すように、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用した強誘電体メモリと呼ばれるＦｅＲＡＭチップ３が金属板、セラミック板等からなる基板２上に実装されるとともに、このＦｅＲＡＭチップ３と各種センサーが連結されており、コンクリート構造物品質管理システムに用いるための無線ＩＣタグである。無線ＩＣタグ１は、図７に示すように、コンクリート構造物１１に埋設または取り付けられてコンクリート構造物１１の各種データを計測し、該計測データを記憶するとともに、図６に示すように書き込み・読み取り装置としてのリーダーライター９との間でデータを書き込み、読み取りを無線により行うように構成されている。
【００６３】
無線ＩＣタグ１のＦｅＲＡＭチップ３を構成するＦｅＲＡＭのタイプは、どのようなものであってもよく、キャパシター型、トランジスタ型いずれのタイプであってもよい。尚、製品等の管理システムに用いやすいのは、電源を搭載せず外部からのデータアクセス用の電波を整流して電源とするパッシヴ型のＦｅＲＡＭである。このＦｅＲＡＭチップ３には、強誘電体を利用した不揮発性メモリであるＦｅＲＡＭと、駆動用に電池を内蔵する代わりに外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と、無線交信するためのフィルム状のアンテナ部と、ＦｅＲＡＭチップ３と後述するセンサーを制御する制御部が搭載されている。
【００６４】
このＦｅＲＡＭチップ３を構成するＦｅＲＡＭは、従来の無線ＩＣタグに用いられていたＥＥＰＲＯＭと比較すると、その書き換え回数が、ＥＥＰＲＯＭが１０の５乗回程度であるのに対し、ＦｅＲＡＭは１０の１３乗回以上と優れた性能を備えている。また、書き込み電圧は従来のＥＥＰＲＯＭが１２Ｖであるのに対して、ＦｅＲＡＭはＤＣ１．１Ｖ〜３Ｖと極めて低い電圧で書き込みを行うことができ、無線ＩＣタグ内部に電池を内蔵することなく、外部からの電波に共振して発電する電源部を備えたパッシブタイプでも十分足りるとともに、従来のＩＣタグに用いられていたＥＥＰＲＯＭと比較して５０００倍もの書き込み速度を有している。データの保存期間が１０年以上と長い。さらに、書き換えのアクセスにあっても、従来のＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリーではほとんどがブロック単位の書き込みであったのに対し、ＦｅＲＡＭはワード単位でランダムに書き込みを行えるという利点がある。
【００６５】
制御部は、一旦書き込まれた情報が改ざんされることがないように、追記はできるものの、上書きをできない設定とすることも可能で、データの書き込み・読み取りは暗号化したプロトコルを用いて行うことがよい。よって、約８ＫＢのメモリ容量中に、各種データを、図４に示すその都度、書き込み・読み取り装置としてのリーダーライター９と間の無線通信により、書き込み・読み取りができる。また、ＦｅＲＡＭチップ３が無線交信可能な周波数帯域は、自由に設定することができＬＦ帯からＵＨＦ帯まで用いることができるが、アンテナ部は、地表波による安定した通信が可能で、指向性が弱く、水や埃、金属の影響を比較的受けにくく、信頼性の高いデータ通信のできるＬＦ帯の通信に設定することが適している。尚、ＶＨＦ帯、ＨＦ帯、ＭＦ帯の周波数帯通信用に設定してもよい。
【００６６】
尚、無線ＩＣタグ１のＦｅＲＡＭチップ３には、リーダーライター９で読み取り可能な管理フラグを、あらかじめ、または、書き込み時に記憶させ、リーダーライター９で情報の書き込み・読み取りを行う際にこの管理フラグを読み取ることにより、所定の管理システムを構成する無線ＩＣタグ１であることが識別可能になっている。尚、必要に応じて、無線ＩＣタグ１には、アンチコリジョン機能を搭載し、複数の無線ＩＣタグ１が近傍に位置していても混信して通信できないという事態がないようにできる。
【００６７】
無線ＩＣタグ１は、ＦｅＲＡＭチップ３と配線２１で連結されてなる温度センサー４が配設されて、温度センサーの検知部がコンクリート構造物１１に当接してコンクリート構造物１１の温度を計測できるようになっている。
【００６８】
この温度センサー４は、例えば、測温抵抗体、熱電対、サーミスタのいずれかの温度センサーであって、基板２上に実装できる程度に小型であることがのぞましい。
【００６９】
測温抵抗体は、金属の電気抵抗率が温度に比例して変わることを利用した温度センサーである。熱電対は、熱電能の互いに異なるプラチナ、レニウム、タングステン、銀、金等二種類の金属を接合し、この２つの接合点を異なる温度にすると、一定の方向に電流が流れ、熱起電力が生じるゼーベック効果を利用した温度センサーであり、常温付近で使用されることが多いが、高温領域や低温領域でも用いることができ、耐熱性や耐酸性・耐アルカリ性などを有することよりコンクリートに埋設するセンサーとして優れており、箔熱電対を用いれば基板２上に実装することも可能である。サーミスタは、温度変化により電気抵抗が大きく変化する抵抗体を用抵抗の変化を利用した温度センサーであり、−５０℃から３５０℃程度まで用いることができ、コンクリートに埋設するセンサーとして優れている。
【００７０】
図２にサーミスタによる温度センサー４の例を示す。面実装タイプのチップ型のサーミスタ４１は、内部電極４２と接するように基板２上に配設され、その周囲をメッキ層４３、４４が、上部を保護膜４５が覆ってなる構成であり、温度の増加に伴って抵抗が増加するか、または、温度の増加に伴って抵抗が減少する原理を用いて温度を測定する。
【００７１】
この温度センサー４は、ＦｅＲＡＭチップ３の制御部からの測定信号出力により所定の時間間隔で、またはリーダーライター９の読み取り時に、あるいは常時コンクリート構造物１１のコンクリート温度を計測し、電気信号として出力される温度データをＦｅＲＡＭチップ３のメモリに記憶するようになっている。
【００７２】
尚、図１においては、温度センサー４を基板２上に実装しているが、必ずしも基板２上に実装する必要はなく、ＦｅＲＡＭチップ３と通電可能な状態に配線されていればよい。また、図７に示すように、温度センサー４の電源は、外部電源１２を用いてもよい。また、温度センサーの種類は上述したものに限られるものではない。
【００７３】
また、無線ＩＣタグ１には、ＦｅＲＡＭチップ３と配線２２で連結されてなるＰｈセンサー５が配設されて、Ｐｈセンサーの検知部がコンクリート構造物１１に当接してコンクリート構造物１１の水素イオン指数を計測できるようになっている。
【００７４】
このＰｈセンサー５は、例えば、イメージングセンサー上に薄いゲルフィルムを形成し、コンクリート構造物の測定部位表面をゲルフィルム上に接触させることで、表面での反応性、アルカリの付着量、測定部位内部から放出される酸・アルカリ量などを検出する半導体を用いたイメージングセンサー、または、ガラス電極と比較電極を有してなり該電極間の電位差を検出するガラス電極センサーであって、繰り返し水素イオン指数を測定できるとともに、基板２上に実装できる程度に小型であることがのぞましい。
【００７５】
図３にシート型複合ガラス電極を用いたＰｈセンサー５の例を示す。面実装タイプのシート型複合ガラス電極センサーの検出部は、Ｐｈ応答性のガラス電極５１と比較電極５２および液絡部５３を有し、ガラス電極と比較電極間の電位差を検出して水素イオン指数を測定する。尚、コンクリート構造物の硬化後に使用する場合には、半導体を用いたイメージングセンサーが適している。
【００７６】
このＰｈセンサー５は、ＦｅＲＡＭチップ３の制御部の測定信号出力によりに所定の時間間隔で、またはリーダーライター９の読み取り時に、あるいは常時コンクリート構造物１１のコンクリートの水素イオン指数を計測し、電気信号として出力される水素イオン指数データをＦｅＲＡＭチップ３のメモリに記憶するようになっている。
【００７７】
尚、図１においては、Ｐｈセンサー５を基板２上に実装しているが、必ずしも基板２上に実装する必要はなく、ＦｅＲＡＭチップ３と通電可能な状態に配線されていればよい。また、図７に示すように、Ｐｈセンサー５の電源は、外部電源１２を用いてもよい。また、Ｐｈセンサーの種類は上述したものに限られるものではない。
【００７８】
無線ＩＣタグ１は、ＦｅＲＡＭチップ３と配線２３で連結されてなる歪みセンサー６が配設されて、歪みセンサーの検知部がコンクリート構造物１１の歪みを計測できるようになっている。
【００７９】
この歪みセンサーはコンクリート構造物の少なくとも二点の相対位置の変化量を検出する変位センサーとし、基板２上に実装できる程度に小型であることがのぞましい。
【００８０】
変位センサーは、コンクリート構造物の少なくとも二点の位置の歪み、変位等の変化量を検出するべく、コンクリート構造物の少なくともＸＹ方向の二点を繋いで配設されるブリッジ回路を用いた歪みゲージ、電磁的手法を用いた歪みセンサー、体積歪み計等がのぞましい。またいくつかの無線ＩＣタグの歪みセンサーの位置の変動を総合的に検知して、コンクリート構造物全体の歪みを計測するようにしてもよい。
【００８１】
この歪みセンサーは、ＦｅＲＡＭチップ３の制御部からの測定信号出力により所定の時間間隔で、またはリーダーライター９の読み取り時、あるいは常時コンクリート構造物１１の歪みの変化量を計測し、電気信号として出力される歪みデータをＦｅＲＡＭチップ３のメモリに記憶するようになっている。
【００８２】
尚、図１においては、歪みセンサー５を基板２上に実装しているが、必ずしも基板２上に実装する必要はなく、ＦｅＲＡＭチップ３と通電可能な状態に配線されていればよい。また、図７に示すように、歪みセンサー５の電源は、外部電源１２を用いてもよい。また、歪みセンサーの種類は上述したものに限られるものではない。
【００８３】
また、本実施の形態においては、温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６を一つのＦｅＲＡＭチップ３に連結させて、一の基板２上に実装し、コンクリート構造物１１の温度、水素イオン指数、歪みを一の無線ＩＣタグ１で測定し記憶可能としたが、無線ＩＣタグに設けるセンサーはいずれか一つのセンサーであってもよいし、二つのセンサーであってもよい。
【００８４】
本発明の第二の実施の形態を示す本発明の無線ＩＣタグ７は、ＲＦＩＤタグとも呼ばれるデータの書き込みおよび読み取りができる記憶装置であって、図４に示すように、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用した強誘電体メモリと呼ばれるＦｅＲＡＭチップ３が金属板、セラミック板等からなる基板２上に実装されるとともに、移動体の管理や、広いエリアでの管理を行う場合のために、リーダーライター９を用いたデータの読み取り、書き込みの通信距離が数メートルと広い通信エリアを有するＵＨＦ帯の通信をするＵＨＦ帯通信アンテナチップ８が搭載されているハイブリット型の無線ＩＣタグ７である。
【００８５】
そして、このハイブリット型の無線ＩＣタグ７は、ＦｅＲＡＭチップ３と電気的に接続された各種センサーからなるコンクリート構造物品質管理システムに用いるための無線ＩＣタグである。無線ＩＣタグ７は、コンクリート構造物に埋設されてコンクリート構造物の各種データを計測し、該計測データを記憶するとともに、リーダーライター９との間でのデータを書き込み、読み取りを無線により行うようになっている。
【００８６】
この無線ＩＣタグ７において、ＦｅＲＡＭチップ３とＵＨＦ帯通信アンテナチップ８の制御は、ＦｅＲＡＭチップ３に搭載された制御部が行う。リーダーライターの通信周波数帯に応じて、ＦｅＲＡＭチップ３のアンテナ部または、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ８で通信を行うとともに、伝達されたデータを制御部が制御し、ＦｅＲＡＭチップ３の大容量メモリに記録する。
【００８７】
例えば、リーダーライターからＬＦ帯の周波数の電波が出力されたときには、ＦｅＲＡＭチップ３のアンテナ部がこの電波を受信し、制御部は、送られたデータをＦｅＲＡＭチップ３のメモリ部に記憶するように制御する。一方、リーダーライター９からＵＨＦ帯の周波数の電波が出力されたときには、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ８がこの電波を受信し、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ８が電波を受信すると、送られたデータをＦｅＲＡＭチップ３のメモリ部に記憶するように制御し、データは、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ４を介してＦｅＲＡＭチップ３のメモリ部に記憶される。
【００８８】
尚、無線ＩＣタグ７のＦｅＲＡＭチップ３には、リーダーライター９で読み取り可能な管理フラグを、あらかじめ、または、書き込み時に記憶させ、リーダーライター９で情報の書き込み・読み取りを行う際にこの管理フラグを読み取ることにより、所定の管理システムを構成する無線ＩＣタグ１であることが識別可能になっている。尚、必要に応じて、無線ＩＣタグ１には、アンチコリジョン機能を搭載し、複数の無線ＩＣタグ７が近傍に位置していても混信して通信できないという事態がないようにできる。
【００８９】
温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６は、それぞれ配線２４、配線２５、配線２６によりＦｅＲＡＭチップ２と連結されている。各センサーの構成は、第一の実施の形態と同様であるので省略する。
【００９０】
尚、図４においては、各センサーを基板２上に実装しているが、必ずしも基板２上に実装する必要はなく、ＦｅＲＡＭチップ３と通電可能な状態に配線されていればよい。また、図７に示すように、各センサーの電源は、外部電源１２を用いてもよい。また、センサーの種類は上述したものに限られるものではない。
【００９１】
また、本実施の形態においては、温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６を一つのＦｅＲＡＭチップ３に連結させて、コンクリート構造物１１の温度、水素イオン指数、歪みを一の無線ＩＣタグ７で測定し記憶可能としたが、無線ＩＣタグ７に設けるセンサーはいずれか一つのセンサーであってもよいし、二つのセンサーであってもよい。
【００９２】
また、図５に示すように、埋設した無線ＩＣタグは、チップを保護すべく、各センサーが温度、水素イオン指数、歪みを検知可能な状態を保持しながら、無線ＩＣタグを絶縁材料で被覆することがのぞましい。
【００９３】
次に本発明の第三の実施の形態として、充電装置から非接触で充電される電池が電気的に接続された状態の無線ＩＣタグ１３について説明する。図８に示す如くこの無線ＩＣタグ１３は、第一の実施の形態の無線ＩＣタグ１に、無線通信にて充電が可能な電池１４を配設したものであり充電機構を備えてなる無線ＩＣタグである。そして、例えば、図９に示す如く充電装置を搭載したまたは充電装置を兼ねたリーダーライター９からの通信により充電される。他の構成については第一の実施の形態の無線ＩＣタグ１と同様である。
【００９４】
無線ＩＣタグ１３は、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用したＦｅＲＡＭを搭載したＦｅＲＡＭチップ３と、温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６が実装されている。特定の周波数帯域の電波を受信する無線通信機構を備えた二次電池である電池１４は基板２上に配設され、温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６と電気的に接続されている。充電装置に設けられた無線通信機構と無線ＩＣタグ１３側に設けられた無線通信機構との間で近距離無線技術を用いて通信し無線ＩＣタグ側の電池１４に充電される。この蓄積された電力を無線ＩＣタグ１５や温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６を駆動させる電源として用いるようになっている
【００９５】
例えば、図９に示す如く、コンクリート構造物等に埋設された無線ＩＣタグ１３は、充電装置を備えたリーダーライター９が無線通信をするときに電池１４に充電されるようになっていて、各センサーはこの電池１４から電力供給されて駆動し、コンクリート構造物の各種データを計測するようになっている。
【００９６】
尚、充電の方式は、上述の近距離無線技術の他、充電装置と電池とにコイルを配設し、充電装置側のコイルに電流を流すとこれと対になる電池側のコイルに電流が流れこれを蓄電する電磁誘導を利用した方式によるものであってもよい。また、充電装置はリーダーライター９に搭載することなく、別途充電装置を用意してもよい。また、電池１４は基板２上に配設しなくてもよく、無線ＩＣタグと電気的に接続するようにしてもよい。
【００９７】
尚、無線ＩＣタグ１３は、温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６を備えているが、無線ＩＣタグが有するセンサーはいずれか一つのセンサーであってもいいし、二つのセンサーであってもよく、ＦｅＲＡＭチップ３に電気的に接続されたセンサーと電池１４とを接続すればよい。
【００９８】
また、本発明の第四の実施の形態は、本発明の第二の実施の形態を示す本発明の無線ＩＣタグ７に上述した無線通信にて充電が可能な電池１４を配設したものであり充電機構を備えてなる無線ＩＣタグである。この無線ＩＣタグ１５は、ＦｅＲＡＭチップ３、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ８、温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６を備えてなるハイブリット型の無線ＩＣタグ７に、電池１４を配設し、この電池１４と温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６とが電気的に接続されている無線ＩＣタグである。
【００９９】
次に本発明の第五の実施の形態として、発電機構が電気的に接続された状態の無線ＩＣタグ１６について説明する。図１１に示す如くこの無線ＩＣタグ１６は、第一の実施の形態の無線ＩＣタグ１に自己発電する発電機構１７を配設したものであり、発電機構１７を備えてなる無線ＩＣタグである。他の構成については第一の実施の形態の無線ＩＣタグ１と同様である。
【０１００】
無線ＩＣタグは、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用したＦｅＲＡＭを搭載したＦｅＲＡＭチップ３が実装されている。発電機構１７は基板上に配設され温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６と電気的に接続されている。この発電機構１７は、振動により発電する振動発電素子であり、人間の動作や、装置の駆動による振動、建物や橋梁の車両通過等による振動により比較的微弱な電気を発電する。そしてこの発電機構により発電された電力をそのまま用いてもよいし発電機構に配設された二次電池に蓄電してもよい。この発電機構１７により発電された電力を無線ＩＣタグ１６や温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６を駆動させる電源として用いるようになっている
【０１０１】
例えば、無線ＩＣタグ１６を携帯した人間が動作したときや、コンクリート構造物や橋梁、または製品に埋設、貼付等の手法により取り付けられた無線ＩＣタグ１６が車両等の通過や運搬中の揺れにより振動したときに発電機構１７はこれらの振動をエネルギーとして発電するようになっている。
【０１０２】
尚、発電機構１７は、上述の発電機構は振動発電素子に限られるものではなく熱電素子として、外部からの熱により発電する機構であってもよいし、ＲＦ波等外部からの電波により発電する無線通信による発電機構であってもよく、一般にハーベスタ技術と呼ばれる種々の外部エネルギーを用いる機構とすることができる。尚、発電機構１７は基板２上に配設せずに無線ＩＣタグの近傍に配設して各センサーと電気的に接続するようにしてもよい。
【０１０３】
また、本発明の第六の実施の形態は、本発明の第二の実施の形態を示す本発明の無線ＩＣタグ７に上述した発電機構１７を配設したものであり発電機構を備えてなる無線ＩＣタグである。この無線ＩＣタグ１８は、ＦｅＲＡＭチップ３、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ８、温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６を備えてなるハイブリット型の無線ＩＣタグ７に、発電機構１７を配設し、この発電機構１７と温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６とが電気的に接続されている無線ＩＣタグである。
【０１０４】
無線ＩＣタグ１を用いたコンクリート構造物１１の品質管理システムについて説明する。図７に示すように、無線ＩＣタグ１は、セメント、骨材、水を打設して形成されるコンクリートまたはモルタルを型枠内に打設してなるコンクリート構造物１１の建設時にコンクリート中に埋設されて使用される。また必要に応じて打設後にコンクリート構造物１１の壁面に取り付けて使用されることもある。このとき各センサーへの駆動電力は外部電源１２からとってもよい。
【０１０５】
そしてコンクリート構造物１１が硬化する前のコンクリート構造物１１の温度、水素イオン指数、歪み、および、硬化後のコンクリート構造物１１の温度、水素イオン指数、歪みを、あらかじめＦｅＲＡＭチップ３の制御部の制御により定時的にまたはリーダーライター９との通信時に測定する。
【０１０６】
測定時になるとＦｅＲＡＭチップ３の制御部３は、ＦｅＲＡＭチップ３に連結する温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６を制御し、各センサーはこの制御に基づいて、コンクリート構造物１１のコンクリート温度、コンクリート構造物１１の水素イオン指数、コンクリート構造物１１の歪みを計測し、制御部は計測したデータをＦｅＲＡＭチップ３のメモリに記憶する。
【０１０７】
また、反対に、常時計測を行う状態に設定された温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６が変化を検出したときに、ＦｅＲＡＭチップ３の制御部３は作動し、各センサーが検出したコンクリート構造物１１のコンクリート温度、コンクリート構造物１１の水素イオン指数、コンクリート構造物１１の歪みのデータをＦｅＲＡＭチップ３のメモリに記憶するようにしてもよい。
【０１０８】
図６に示すように、リーダーライター９は、無線ＩＣタグ１との間でデータ通信可能な装置であり、各種データ等を無線ＩＣタグとの間で無線通信により、読み取り、書き込みするようになっており、工事関係者、建物管理者等のコンクリート構造物１１の管理者は、このリーダーライター９を、無線ＩＣタグ１の埋設または取り付けられている個所に向けて通信を行い、無線ＩＣタグに記憶された上述の各データを読み出すようになっている。リーダーライター９で読み取ったデータは、コンピュータ１０に格納して管理するようにしてもよい。
【０１０９】
また、リーダーライター９から書き込みデータが出力されると、無線ＩＣタグ１を構成するＦｅＲＡＭチップ３のアンテナ部が該データを受信し、このデータはＦｅＲＡＭチップ３のメモリに記憶される。
【０１１０】
また、コンクリート構造物１１埋設前の無線ＩＣタグ１に、セメント、砂利等の骨材、水等を混練するセメント製品の製造工程において、セメント製品の自動測定装置がセメント製品の水／セメント比、セメント混和剤、温度等の製品特性値を測定した製品特性値および製造年月日等からなる製造情報を書き込んでおいてもよい。
【０１１１】
このようなコンクリート品質管理システムを構成することで、コンクリート打設時からコンクリート構造物完成後に亘って、現場の施工業者、施工依頼主、利用者、各種業界団体は、リーダーライター９を用いて、無線ＩＣタグ１と通信をするだけで、コンクリート構造物の温度、水素イオン指数、歪みを随時知ることができ、コンクリート構造物の劣化、地震等外的要因による倒壊の危険性等を推定することができ、ひいては建築物の安全性を高めることができるのである。尚、本実施例では、温度センサー４、Ｐｈセンサー５、歪みセンサー６全てを備えたシステムについて説明したが、いずれか一つのセンサー、または二つのセンサーをＦｅＲＡＭチップ３に連結させ、当該一つのセンサーまたは二つのセンサーを制御するシステムにしてもよい。
【０１１２】
また、上述したシステムに用いる無線ＩＣタグは、本発明の第一の実施の形態の無線ＩＣタグの他、無線ＩＣタグ自体が充電機構または発電機構を備えてなる本発明の第二の実施の形態の無線ＩＣタグ乃至第五の実施の形態の無線ＩＣタグであってもよい。この場合には、外部電源１２を設ける必要がなく、各センサーを駆動させる電源を無線ＩＣタグに配設することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第一の実施の形態の無線ＩＣタグの模式的斜視図。
【図２】図１に示す無線ＩＣタグに用いる温度センサーの模式的斜視図。
【図３】図１に示す無線ＩＣタグに用いるＰｈセンサーの模式的斜視図。
【図４】本発明の第二の実施の形態の無線ＩＣタグの模式的斜視図。
【図５】図４に示す無線ＩＣタグを絶縁材料で被覆した状態の断面図。
【図６】本発明の無線ＩＣタグを用いた管理システムの例を示す模式図。
【図７】本発明の無線ＩＣタグをコンクリート構造物に埋設した状態を示す斜視図。
【図８】本発明の第三の実施の形態の無線ＩＣタグの模式的斜視図。
【図９】図８に示す無線ＩＣタグを用いた管理システムの例を示す模式図。
【図１０】本発明の第四の実施の形態の無線ＩＣタグの模式的斜視図。
【図１１】本発明の第五の実施の形態を示す模式的斜視図。
【図１２】本発明の第六の実施の形態を示す模式的斜視図。
【符号の説明】
【０１１４】
１  無線ＩＣタグ
２  基板
２１配線
２２配線
２３配線
２４配線
２５配線
２６配線
３  ＦｅＲＡＭチップ
４  温度センサー
４１サーミスタ
４２内部電極
４３メッキ層
４４メッキ層
４５保護膜
５  Ｐｈセンサー
５１ガラス電極
５２比較電極
５３液絡孔
６  歪みセンサー
７  無線ＩＣタグ
７１絶縁材料
８  ＵＨＦ帯通信アンテナチップ
９  リーダーライター
１０  コンピュータ
１１  コンクリート構造物
１２  外部電源
１３  無線ＩＣタグ
１４  電池
１５  無線ＩＣタグ
１６  無線ＩＣタグ
１７  発電機構
１８  無線ＩＣタグ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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