(57)【要約】  ワイヤレスで測定を行うためにエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路が提供される。ＲＦＩＤ回路は、アンテナから入力リード線を介して質問信号を受け取ってエネルギーを収穫し、このエネルギーは電荷蓄積ユニットに蓄積され、このユニットは収穫電圧を生成する。次いで昇圧コンバータが収穫電圧を昇圧して昇圧電圧を生成し、この電圧は出力電圧としてセンサ出力リード線に供給される。昇圧コンバータをアクティベートするために昇圧器スイッチングユニットも提供される。昇圧器スイッチングユニットは、電荷蓄積ユニットにより出力された電圧が第１の閾値に到達するまで、昇圧コンバータをアクティベートしない。出力電圧に基づき１つまたは複数のセンサ入力リード線が、パイプ継手における歪みなど被測定物体の検出値を反映する測定入力を受け取る。
2020525928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路であって、当該回路は、
質問信号を受信するアンテナリード線と、
収穫されたエネルギーを受け取って収穫電圧を生成する電荷蓄積ユニットと、
前記収穫電圧を昇圧して、出力電圧としてセンサ出力リード線に供給される昇圧電圧を生成する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータをアクティベートするための昇圧器スイッチングユニットであって、前記収穫電圧が第１の閾値に到達するまでは前記昇圧コンバータをアクティベートしない、昇圧器スイッチングユニットと、
前記出力電圧と被測定物体の検出値とに基づく測定入力を受け取る１つまたは複数のセンサ入力リード線と
を含む、
エネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路。
【請求項２】
ＲＦＩＤトランスポンダチップをさらに含む、
請求項１記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路。
【請求項３】
前記ＲＦＩＤトランスポンダチップは、前記質問信号内で質問要求を受け取り、前記昇圧器スイッチングユニットに供給されるアクティベート信号を生成し、
前記昇圧器スイッチングユニットは前記昇圧コンバータを、
前記昇圧器スイッチングユニットが前記アクティベート信号を受け取るまで、および
前記収穫電圧が前記第１の閾値に到達するまで、
アクティベートしない、
請求項２記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路。
【請求項４】
前記ＲＦＩＤトランスポンダチップは前記測定入力を受け取り、該測定入力を前記アンテナリード線を介して外部に送信する、
請求項２記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路。
【請求項５】
前記電荷蓄積ユニットにより受け取られる前記収穫電圧は、前記質問信号から収穫されたエネルギー、熱エネルギーハーベスタにより収穫されたエネルギー、または振動エネルギーハーベスタにより収穫されたエネルギーである、
請求項１記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路。
【請求項６】
前記ＲＦＩＤトランスポンダチップは、前記質問信号から収穫されたエネルギーから整流された電圧を生成し、前記電荷蓄積ユニットは、前記整流された電圧を前記ＲＦＩＤトランスポンダチップから受け取り、前記整流された電圧を使用して前記収穫電圧を生成する、
請求項２記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路。
【請求項７】
レギュレータスイッチングユニットをさらに含み、該レギュレータスイッチングユニットは、前記昇圧電圧が第２の閾値に到達したときに閉成することによって反応し、該閉成によって前記昇圧電圧がレギュレータへと送られ、該レギュレータは、前記昇圧電圧を平滑化し、調整された出力電圧を前記センサ出力リード線に生成する、
請求項１記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路。
【請求項８】
昇圧検知器をさらに含み、該昇圧検知器は、１つまたは複数の前記センサ入力リード線を介して受け取られた前記測定入力が有効であることを表す制御信号を生成することによって、前記レギュレータスイッチングユニットの閉成に反応する、
請求項７記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路。
【請求項９】
ＲＦＩＤトランスポンダチップをさらに含み、該ＲＦＩＤトランスポンダチップは、前記測定入力と、該測定入力が有効であるか否かを表す前記制御信号の現在値とを受け取り、前記測定入力を前記制御信号の現在値と共に記録する、
請求項８記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路。
【請求項１０】
請求項１記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路を含むエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグであって、当該タグはさらに、
前記質問信号を前記アンテナリード線に供給するアンテナと、
前記被測定物体に結合されたセンサと
を含み、
前記センサは、前記エネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路の出力電圧を受け取り、前記測定入力を生成する、
エネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグ。
【請求項１１】
前記センサは歪みセンサである、
請求項１０記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグ。
【請求項１２】
前記被測定物体はパイプ継手である、
請求項１０記載のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグ。
【請求項１３】
物体を監視する方法であって、当該方法は、
ＲＦＩＤタグのアンテナにより、ＲＦＩＤリーダから質問信号を受け取るステップと、
前記質問信号により誘導された電流から生成された誘導電圧を、給電側電圧に変換するステップと、
前記給電側電圧を電荷蓄積ユニットに入力するステップと、
前記電荷蓄積ユニットからの電荷を第１の閾値と比較し、前記電荷蓄積ユニットからの電荷が前記第１の閾値を超えている場合のみ、
昇圧コンバータをアクティベートして昇圧電圧を生成し、
前記昇圧電圧および被測定物体の検出値からセンサ読み取り値を取得するために、前記昇圧電圧をセンサに供給し、
前記アンテナから前記ＲＦＩＤリーダに前記センサ読み取り値を送信する、
ステップと、
を含む、
物体を監視する方法。
【請求項１４】
前記質問信号内で受け取られた質問要求に応答して、アクティベート信号を生成するステップと、
以下の条件すなわち
前記電荷蓄積ユニットからの電荷が前記第１の閾値を超えていること、および
前記アクティベート信号が受け取られたこと
の両方が満たされている場合のみ、前記昇圧コンバータを選択的にアクティベートして前記昇圧電圧を生成するステップと、
をさらに含む、
請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記昇圧電圧が第２の閾値に到達したならば、調整された出力電圧を生成するステップと、
前記調整された電圧および前記被測定物体の前記検出値から前記センサ読み取り値を取得するために、前記調整された電圧を前記センサに供給するステップと、
をさらに含む、
請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記調整された出力電圧が前記センサに供給されたときに、前記センサ読み取り値が有効であることを表す制御信号を生成するステップをさらに含む、
請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記検出値は前記被測定物体における歪みである、
請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記被測定物体はパイプ継手である、
請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は概して、受動型無線周波数識別（ＲＦＩＤ）センサタグおよび受動型ＲＦＩＤセンサタグにより物体を監視する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）は、「リーダ」（または「インタロゲータ」）と、通常は識別および追跡などの目的で、被監視物体（ＯＢＭ）（または「被追跡物体」）に取り付けられた（または別のやり方でこの物体に関連づけられた）電子ＲＦＩＤ「タグ」（または「トランスポンダ」）との間でデータを交換するために、無線周波数（ＲＦ）波を介した通信を利用する技術である。タグは、被追跡物体に関するセンサ読み取り値などの情報を生成するセンサとのインタフェースを成すことができる。ＲＦＩＤタグおよびそのセンサのいずれかまたは両方を、被追跡物体内に少なくとも部分的に埋め込むことができる。
【０００３】
ＲＦＩＤタグは一般に少なくとも２つの部分を含み、つまり、情報の記憶および処理、無線周波数（ＲＦ）信号の変調および復調、ならびに他の特化された機能のための集積回路（ＩＣ）と、受信および送信ならびに外部のリーダ（またはインタロゲータ）などからの信号の受信のためのアンテナ（ＡＮＴ）とを含む。一般にタグの少なくともＩＣ部分を、ある種のハウジング内に封入することができる。
【０００４】
２種類の主要なＲＦＩＤタグがあり、すなわち受動型と能動型とがある。能動型ＲＦＩＤは、「バッテリ支援型」とも呼ばれる。
【０００５】
受動型ＲＦＩＤタグは電源を有しておらず（バッテリなし）、タグエレクトロニクスの給電および信号送信の開始のために、（リーダなど）外部のソースからの電磁界を必要とする。受動型タグの文脈において、「送信」とは、単にアンテナを短絡するまたは短絡しないなどのように、アンテナのインピーダンスまたは共振を変調し、その結果として「後方散乱」を生じさせる、ということを意味することができる。アンテナのこのような変調を、外部のリーダによって検出することができる。アンテナを、低周波（ＬＦ）磁界結合方式または高周波（ＨＦ）磁界結合方式におけるコイル、あるいは電界結合方式における極超短波（ＵＨＦ）ダイポール、とすることができる。受動型ＲＦＩＤタグは、外部のリーダによってタグに電力が供給されているときに、センサ回路を給電することもできる。ＬＦレンジまたはＨＦレンジにおける受動型ＲＦＩＤタグは、パワフルなリーダを必要とすることが多く、その理由は、磁界結合による給電に制約があるからであり、磁界結合は急激に減少する。この結合はｌ／ｒ３に相応し、ここではｌは信号電力、ｒはタグとリーダとの間の距離である。
【０００６】
他方、バッテリ支援型ＲＦＩＤタグは、バッテリおよび送信機を含み、信号を外部のリーダに送信することができる。受動型ＲＦＩＤタグとは対照的にバッテリ支援型ＲＦＩＤタグは、自身の回路の電力をすべてバッテリから取り出す。受動型ＲＦＩＤと同様に、通信はやはり上述の後方散乱法を用いて達成される。バッテリ支援型ＲＦＩＤのレンジは一般的には、受動型ＲＦＩＤのレンジを超えており、それというのも、リーダから必要とされる電力は、通信リンクのために必要とされるものだけだからである。バッテリ電力は、センササンプリングのために安定した給電を提供するためにも用いられる。したがってＲＦＩＤ対応のバッテリ支援型デバイスは、リーダとは無関係に温度などの測定を行うことができる。（リーダは能動型回路に給電する必要はないので）外部のリーダが近くにあるか否かとは無関係に、周期的なタイムインターバルで送信を行うことができ、またはタグは外部のリーダによる問い合わせ（タグに対する送信要求）に応答して、送信を行うことができる。
【０００７】
様々な適用事例において、毎日、毎週、毎月、年４回、年２回、または毎年などのように周期的なインターバルで、被測定物体（ＯＢＭ）において測定を行うのが有用である。このことは、たとえばパイプライン、橋、船舶、航空機、石油掘削装置、油貯蔵タンク、建物など、数多くの種類の構造物のヘルスモニタリングについて該当する。
【０００８】
よくあるのは、設置後には被測定物体の一部分に容易には接近できず（たとえば埋設された土台、水中、タンク内等）、またはさもなければ測定が困難であるかまたは不都合なことである。したがって、測定センサ回路とのワイヤレスインタフェースを提供するのが望ましい。被測定物体のロケーションまたは接近容易性に起因して、センサとの物理的接触を行えない場合があるが、ワイヤレスインタフェースによって、そのようなセンサとの物理的接触を必要とすることなく測定を行うことができる。
【０００９】
しかしながら、検出された測定値がワイヤレスで送信される適用事例において判明したのは、被測定物体の耐用年数全体にわたりセンサおよびこれに対応づけられたトランスポンダなどの回路に給電可能な搭載電源を提供するのは難しい、ということである。その第１の理由は、再充電または不良電源または消耗した電源を置き換える目的で、センサおよび／またはトランスポンダ回路に接近できない場合がある、ということである。その第２の理由は、被測定物体は、コンパクトまたは平坦な輪郭を有する場合があり、したがって他の点ではコンパクトなセンサ回路に嵩のある電源を追加するのは望ましくない場合がある、ということである。この種の適用事例のためのバッテリについて、さらなる不都合な点も知られている。たとえば、「稼働休止期間」の長いインターバルがあって、その間は電力が取り出されずに、バッテリにおいて周期的に電力が取り出されると、特定のタイプのバッテリのパフォーマンスを極端に低減させてしまう可能性がある。
【００１０】
その結果として、受動的に給電されるＲＦＩＤセンサなどのワイヤレスセンサを提供することが知られている。受動型ＲＦＩＤタグは、近くのＲＦＩＤリーダの質問無線波からエネルギーを収集する。ＲＦＩＤタグは収集されたエネルギーを利用して、センサから測定値を取得し、それらの測定値を外部のＲＦＩＤリーダに送信するなどのオペレーションを実施する。このようにすれば、搭載バッテリを必要とせず、したがってバッテリ関連の欠点を回避できるＲＦＩＤセンサを提供することができる。
【００１１】
米国特許第９３７８４４８号明細書、"RFID Sensor Tag and System for Small Output Transducers, and Related Method"には、歪み測定のために提供可能な受動型ＲＦＩＤタグについて記載されており、ここでこの文献を参照したことによりその開示内容全体が本明細書に取り込まれたものとする。受動型ＲＦＩＤを用いれば、関連づけられた構造物の耐用年数といった長い期間にわたって、かかる測定を周期的に実施することができる。
【００１２】
発明の概要
第１の態様によれば、測定を行うためにエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路が提供される。ＲＦＩＤ回路は、アンテナから入力リード線を介して質問信号(interrogation signal)を受け取ってエネルギーを収集し、このエネルギーは電荷蓄積ユニットに蓄積される。次いで昇圧コンバータが、収穫電圧(harvested voltage)を昇圧して昇圧電圧を生成し、この電圧は出力電圧としてセンサ出力リード線に供給される。昇圧コンバータをアクティベートするために昇圧器スイッチングユニットも提供される。特に昇圧器スイッチングユニットは、電荷蓄積ユニットにより出力された電圧が第１の閾値に到達するまで、昇圧コンバータをアクティベートしない。出力電圧に基づき１つまたは複数のセンサ入力リード線が、パイプ継手における歪みなど検出値を反映する測定入力を受け取る。
【００１３】
別の態様によれば、第１の態様のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路と共に、エネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグが提供される。このＲＦＩＤタグは、アンテナ入力を供給するアンテナ、およびエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路の出力電圧を受け取り測定入力を生成するセンサも有する。
【００１４】
さらに別の態様によれば、物体を監視する方法が提供される。この方法によれば、ＲＦＩＤタグのアンテナによりＲＦＩＤリーダから質問信号が受け取られる。次に、質問信号により誘導された電流から生成された誘導電圧が、給電側電圧に変換される。この誘導電圧は電荷蓄積ユニットに入力される。電荷蓄積ユニットからの電荷が第１の閾値を超えると、昇圧コンバータが選択的にアクティベートされて、昇圧電圧が生成される。次いで、昇圧電圧と検出値とに基づきセンサ読み取り値を取得する目的で、昇圧電圧がセンサに供給される。最終的に、センサ読み取り値がアンテナからＲＦＩＤリーダに送信されて戻される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の前述の態様およびその他の態様は、添付の図面を参照した以下の説明を読むことではっきりと理解できるであろう。
【図１】第１の実施形態によるＲＦＩＤセンサタグを有するＲＦＩＤシステムを示す概略図である。
【図２Ａ】第２の実施形態によるＲＦＩＤセンサタグの例示的な適用事例に関する状況を提示するために、パイプ同士を連結およびシールする例示的なパイプ継手を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示したパイプ継手の一部分を、第２の実施形態によるＲＦＩＤセンサタグを有するドライブリングと共に示す拡大破断図である。
【図３】第２の実施形態に従い歪み測定を実施するためのエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグを示す概略図である。
【図４】エネルギーハーベスティングレギュレータの出力を、連続的に給電される回路のサンプリングインターバルと対比して示すグラフである。
【図５】エネルギーハーベスティングレギュレータの出力を、ＲＦＩＤタグが読み取られているときだけセンサに給電する回路のサンプリングインターバルと対比して示すグラフである。
【００１６】
例示的な実施形態の説明
本発明の１つまたは複数の態様を包含する例示的な実施形態が説明され、図面に描かれている。同じ要素を指し示すために同じ参照番号が用いられている。
【００１７】
本明細書において「エネルギーハーベスティング」（電力ハーベスティングまたはエネルギースカベンジングまたはエネルギーギャザリングとしても知られる）とは、外部のソースから電気エネルギーを取り出して捕捉し蓄積するプロセスのことを指す、とすることができる。エネルギーハーベスティングとは特に、電磁（「ＲＦ」）エネルギーハーベスティングのことを指す、とすることができ、この場合、送信機により生成されたＲＦ電磁界が、受信機内のチューニングされたコイルまたは電界アンテナと結合される。択一的に、「エネルギーハーベスティング」とは、熱または振動によるエネルギーハーベスティングのことを指す、とすることができる。
【００１８】
本明細書において「センサ」は、検出されるイベントの検知と伝達の双方が要求される完全なアセンブリである一方、「トランスデューサ」は、イベントの検知のみを果たす、このアセンブリ内の要素である。本願では、これらの用語が区別なく用いられる。
【００１９】
図１に示されている実施例を見てみると、第１の被測定物体（ＯＢＭ）１０が、他の被測定物体ＯＢＭ−１  ２０、ＯＢＭ−２  ３０〜ＯＢＭ−ｎと並置されて示されている。ＯＢＭ１０に関して描かれているように、被測定物体各々は、ＲＦＩＤタグ１００を有する。
【００２０】
ＲＦＩＤタグ１００を、部分的にＯＢＭ１０の内部に、または全体的にＯＢＭ１０の内部に、配置することができる。ＲＦＩＤタグ１００は、アンテナ１９０、センサ回路１１０、および１つまたは複数のセンサ１８０を有する。ＲＦＩＤタグ１００のこれらの部品は、測定するために、およびセンサ１８０により測定された情報をオプションとして一時的に記憶するために、互いに共働して機能する。ＲＦＩＤタグ１００のこれらの部品はさらに、測定された情報をＯＢＭに対応づけられたユニークな識別（ＩＤ）番号と共に、ＲＦＩＤリーダ２００へ送信するために、互いに共働して機能する。重要であるのは、ＲＦＩＤタグ１００のセンサ１８０が、ＯＢＭ１０の被検出部分の近くに配置されていることであり、これによってその部分を検出できるようになる。アンテナ１９０、回路１１０およびセンサ１８０は、好ましくは単一の基板上にいっしょに設けられているが、とはいえ相互接続された別々の基板上に設けられた部品の様々な組み合わせによる他のコンフィギュレーションも考えられる。
【００２１】
センサ１８０は、以下のうちの１つまたは複数を有することができる。すなわち、ブリッジデバイスを含む任意の抵抗型のセンサまたはトランスデューサ、圧電センサのように電圧を生成するデバイス、熱電対、マイクロフォン、熱電発電装置、光電池および同様のもの、容量センサ、圧力センサ、流量センサ、液漏れセンサ、振動センサ、およびその他のこの種のセンサタイプまたはトランスデューサタイプ。このようにして、ＯＢＭ１０内の、またはＯＢＭ１０周囲の、１つまたは複数のコンディションを検出することができ、たとえば光、温度、磁界、湿度、振動、圧力、電界、運動または音響などを検出することができる。センサ１８０は、歪み、温度または電気的特性など、ＯＢＭ１０自体の一部分の性質を検知することができる。受動型センサタグにおいてＲＦソースから利用できるのは低電力であるがゆえに、電力消費を低減するために高インピーダンスのトランスデューサを使用するのが最も好ましい。ただし高インピーダンスのセンサの信号出力は小さく、したがって電気的なノイズの影響をいっそう受けやすい。
【００２２】
ＲＦＩＤタグ１００は、ユニークなＩＤ番号を有する。ほとんどのＲＦＩＤプロトコルによって提供されているコリジョン防止能力によって、多数のＲＦＩＤタグ１００を「無線電磁界」内に存在させ、１つのＲＦＩＤリーダ２００によってそれらを読み取ることができる。これにより多数のＲＦＩＤタグ１００を小さいエリア内に設置することができ、自動化された監視のために単一のＲＦＩＤリーダ２００によってそれらを同時に読み取ることができる。
【００２３】
一部の実施形態によれば、ＲＦＩＤタグ１００を、センサ１８０なしで設けることができ、したがってタグは物体または構造物の識別など択一的な目的で使用され、物体または構造物の特性を測定する目的では使用されない。
【００２４】
ＲＦＩＤタグ１００は好ましくは、完全にシールされたハウジングなどのようなハウジング内に設けられており、これによって塵粒、空気、液体および／または腐食性化学物質の侵入に対し保護され、オプションとしてある程度の熱絶縁も提供される。ハウジングをＯＢＭ１０に付着させてもよいし、またはＯＢＭ１０内部に部分的にまたは完全に埋め込んでもよい。オプションとしてハウジングは、プローブなどセンサ１８０の一部分のための開口部を有することができる。この開口部を、プローブのリード線周囲でシールすることができる。
【００２５】
図１には、ＲＦＩＤタグ１００が、いわゆる高周波近距離通信（ＨＦ−ＮＦＣ）システムにおいて、ワイヤレスＲＦＩＤインタフェース１６０を介して、能動的に給電されるＲＦＩＤリーダ２００と通信することも示されている。ＲＦＩＤリーダ２００はたとえば、９１５ＭＨｚで動作することができ、５０個のチャネルを有することができ、これらのチャネルによって、ＲＦＩＤリーダ２００とＲＦＩＤタグ１００との間の距離および相対的ロケーションなどのファクタに基づき、それぞれ異なるようにエネルギーが供給される。択一的に、１３．５６ＭＨｚなど異なる周波数または周波数帯域で動作する他の公知のＨＦ−ＮＦＣを使用してもよい。いずれのケースであれ、ＲＦＩＤリーダ２００はインタフェース１６０を介して、質問信号を送信し、ＲＦＩＤタグ１００から認証応答も受信する。特にＲＦＩＤタグ１００はそのアンテナ１９０を使用し、ワイヤレスインタフェース１６０を介して、ＲＦＩＤリーダ２００から質問信号を受信しエネルギーを収穫すること、およびＲＦＩＤリーダ２００にその応答を送信すること、の双方を行う。
【００２６】
最後に、図１に示されているように、ＲＦＩＤリーダ２００を、ＰＣまたはデータセンタなど１つまたは複数のシステム監視デバイス３００と、断続的にまたは連続的に接続することができる。１つの可能な実装によれば、システム監視デバイス３００は、特定のデバイスまたはプロセッサと結び付いたものでなくてもよく、クラウドコンピューティングサービスまたは他の分散処理サービスによってこれを実装してもよい。ＲＦＩＤリーダ２００とシステム監視デバイス３００との間のコネクションを、ＷｉＦｉまたはブルートゥースなどのワイヤレスコネクションとしてもよいし、あるいはたとえばイーサネットまたは同軸ケーブルを介して公知のＩＰプロトコルに基づき実装された、ハードワイヤードコネクションとしてもよい。
【００２７】
動作中、ＲＦＩＤリーダ２００は、ＲＦＩＤタグ１００に質問する。ＲＦＩＤタグ１００は自身のアンテナ１９０を介して、測定を実施するためにエネルギーを収穫し、自身の回路１１０をアクティベートする。次いで回路１１０はセンサ１８０をアクティベートし、これによってセンサ１８０は１つまたは複数の測定データを生成する。測定データは、ＲＦＩＤタグ１００の回路１１０およびアンテナ１９０を介し、ＲＦＩＤインタフェース１６０を経て、ＲＦＩＤリーダ２００に転送され、ＲＦＩＤリーダ２００は測定データを一時的に記憶させることができ、または処理のためにそれらをシステム監視デバイス３００にダイレクトに転送することができる。
【００２８】
ＲＦＩＤタグ１００がＲＦＩＤリーダ２００によって読み取られた後、リアルタイムのセンサデータが、センサデータと同時にサンプリングされた何らかの制御信号、ならびにＲＦＩＤタグ１００を識別するためのＩＤ情報と共に、ＲＦＩＤリーダ２００に送信され、最終的にはシステム監視デバイス３００に送信される。システム監視デバイス３００はこれらのデータを使用して、検出されたパラメータの現在値を計算する。システム監視デバイス３００は、測定データにおいて後処理を実施することができる。さらなるデータ分析および／またはデータ編集プロセスのために、測定データを未処理の形態または処理された形態でシステム監視デバイス３００に記憶させることもできる。
【００２９】
実際の運用において、ＲＦＩＤリーダ２００は、システム監視デバイス３００に属するものとして本明細書で説明する機能のいくつかを実施することができ、また、その逆も可能である。実際のところ、ＲＦＩＤリーダ２００およびシステム監視デバイスを、一部のケースでは単一のユニットとして実装してもよいし、または既述の２つのユニットよりも多くのユニットとして実装してもよく、この場合、これらのデバイスのいずれか一方または両方に関連づけられた機能が、２つまたはそれよりも多くのデバイスに分散される。
【００３０】
図２Ａ〜図２Ｂには、第２の実施形態によるエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグ１００Ａに関する１つの適用事例が示されている。この適用事例は、米国特許出願公開第２０１７／００８９４９６号明細書 "Pipe Fitting with Sensor" に記載されているような、パイプ区間同士を機械的に取り付けてシールするためのパイプ継手であり、ここでこの文献を参照したことにより、その開示内容全体が本明細書に取り込まれたものとする。
【００３１】
図２Ａに示されているように、天然ガス、石油、空気、水、または他の液状またはガス状の成分あるいは混合物など、プロセス流体を搬送するために、パイプ１６が設けられている。特に、プロセス流体は、硫化水素などの腐食要素を含んでいる可能性があり、これは炭素鋼パイプラインにダメージを与えるものとして知られている。パイプ１６は、好ましくは鋼または他の金属から成るが、とはいえ択一的な実施形態によれば、ＰＶＣまたは他のポリマーなど、純粋なまたは複合的な形態として他の材料または化合物でパイプ１６を用意してもよい。
【００３２】
パイプ１６をさらなるパイプ区間と連結する目的で、パイプ継手１２が設けられている。図２Ｂに示されているように、パイプ継手の内側輪郭にシーリングリッジ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが設けられている。シーリングリッジ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、パイプ１６の終端の外側部分に接している。パイプ継手１２の外側輪郭はショルダを有することができ、これによってパイプ継手１２の比較的薄い部分がパイプ継手１２の比較的厚い部分と連結されている。パイプ継手１２を、鋼、銅または他の金属など塑性変形可能な高強度の材料から成るものとすることができる。
【００３３】
図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、ドライブリング１４も設けられている。パイプ１６をパイプ継手１２と連結する目的で、たとえば液圧プレスによって、ドライブリング１４が軸線方向でパイプ継手１２上に向かって最終設置ポジションまで押し込まれる。パイプ１６上にドライブリング１４を設置することによって、パイプ１６に対し持続的な非可逆的変形が引き起こされ、これによってパイプ１６とパイプ継手１２との間に金属同士のシールがもたらされる。パイプ１６が内部に収容されたパイプ継手１２上にドライブリング１４が軸線方向で押し込まれると、パイプ継手のシーリングリッジ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが、パイプ１６と機械的に接続されて、漏れのないようにシールされるようになる。シーリングリッジ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃをパイプ１６に強制的に噛合させて、パイプ継手１２をパイプ１６とシールして機械的に接続する目的で、ドライブリング１４のサイズは、パイプ継手１２の外周上に環状に収容され、この外周に沿って軸線方向で押し込まれるように選定される。
【００３４】
図２Ｂに示されているように、１つまたは複数のエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグ１００Ａが、ドライブリング１４上に設置されている。これによって、たとえばパイプ継手の設置中ならびにその有効耐用年数にわたって、ドライブリング内部の歪みを監視することができる。エネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグ１００Ａを、ドライブリング１４の頂部に設置することができ、あるいはドライブリング１４の外面中に部分的に埋め込むことができ、または完全に埋め込むことができる。ＲＦＩＤリーダによって質問されると、エネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグ１００Ａは、ドライブリング１４内部の歪みの測定値を供給する。
【００３５】
歪み測定値が下限閾値と上限閾値とにより線引きされた所定の範囲内であれば、このことによって、ドライブリング１４が良好なコンディションにある、ということを表すことができる。しかしながら歪み測定値が範囲外にあるならば、このことを、ドライブリング１４および継手１２を検査すべきである、または交換すべきである、という指示として用いることができる。したがってＲＦＩＤリーダ２００による質問を、規則的なまたは不規則なインターバルで実施することができる。たとえば、通常の保守の一部として、質問を周期的に実施することができる。パイプラインが停止しているとき、動作開始時、または負荷の多いまたは異常な動作コンディションの前またはその間またはその後、システムチェック中にさらなる質問を実施することができる。
【００３６】
第２の実施形態によるＲＦＩＤタグ１００Ａの開発は、信頼性のある歪み測定値を生成するためには極めて安定した比較的高い電圧をＲＦＩＤタグ１００Ａによって生成しなければならない、という点で、技術課題になっていた。金属構造物のための歪みトランスデューサは、一般に金属フィルム抵抗デバイスであり、それらの入力電圧の変化に対し極度に敏感な可能性がある。これらのトランスデューサは一般に、それらが取り付けられている構造物の運動（歪み）に応答して、著しく小さい電気抵抗の変化を生成し、その結果、数１０ｍＶのオーダの著しく小さい出力信号が発生する。特に、ドライブリング１４は一般に高強度の材料から成り、したがって検出される歪み値は一般に、０．００１％〜０．０１％のオーダの著しく小さい値であり、このため抵抗値の変化も著しく小さい。その結果、近くのＲＦＩＤリーダからの質問信号との干渉に起因する入力電圧における著しく僅かな発振が、信頼性のない歪み測定値につながる可能性がある。換言すれば、歪みゲージに入力された電圧がたとえ僅かな発振を含んでいても、これによって歪み測定値がバックグラウンドノイズと区別できなくなってしまう可能性がある。
【００３７】
受動的に給電されるＲＦＩＤタグは一般に低電圧で動作する、ということから、上述の問題点がいっそう悪化してしまう。なぜならばＲＦＩＤタグ１００は、ＲＦＩＤリーダ２００により供給される到来質問信号から、自身が動作のために使用するエネルギーをすべて収穫しなければならないからである。よって、センサ１８０が連続的に給電されると、収穫エネルギーはすぐに枯渇してしまう。その結果、測定と測定との間に長い遅滞時間が生じてしまう可能性がある。それというのも、ＲＦＩＤタグ１００内部に蓄積されるエネルギーを、まずはＲＦＩＤリーダ２００によって補充してからでないと、新たな測定サイクルを始めることができないからである。図４にはこのことが描かれており、この図は、自身のセンサ１８０に連続的に給電するのが許可されていた回路において測定されたものである。上方の軌跡は、エネルギーハーベスティング回路の出力を示している。下方の軌跡は、測定またはセンサ読み取りを実施するためのアクティベート信号を示している。図４の時間軸は１目盛り２秒であり、ハーベスタ回路のエネルギー供給間の充電時間は最大で６秒までかかることを読み取ることができる。
【００３８】
最終的な考察事項は、収穫された信号がＲＦＩＤタグ１００によって整流された後でさえも、一般に整流された電圧は依然として、近くのＲＦＩＤリーダ２００から出された高出力信号からの干渉に起因して、かなりの発振を含んでいる、ということである。ＲＦＩＤリーダ２００は、５０個のチャネルから成る１つの帯域にわたって動作する。ＲＦＩＤタグアンテナ１９０は、すべてのチャネルにおいてエネルギーを収集するには効率がよくない。その結果として、整流された電圧にノイズが発生し、それによって信頼性のないセンサ測定となってしまう。換言すれば、ＲＦＩＤリーダ２００によってセンサタグに放射されるＲＦエネルギーは、ＲＦＩＤタグ１００の配線トレースおよび部品において余分な電流を誘導し、これによって不所望な発振（電気ノイズ）が発生し、そのためセンサ１８０Ａの小さい信号変化を検知するのがさらにいっそう難しくなってしまう。センサ１８０Ａに入力される電圧のこのような僅かな発振であっても、信頼性のない歪み測定につながる可能性がある。しかも、ＲＦＩＤリーダ２００とＲＦＩＤタグ１００との間の距離が変化すると、整流された給電のレベルが変動してしまう可能性があり、適切に把握されないと、これによってさらなる測定誤差が引き起こされる可能性がある。
【００３９】
第２の実施形態によるエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグ１００Ａは、上述の課題に応えて設計された。図３に示されているように、第２の実施形態によるエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグ１００Ａは、このＲＦＩＤタグ１００Ａが、アンテナ１９０と、エネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路１１０Ａと、歪みゲージとしても知られている歪みセンサ１８０Ａとを有する点では、大部分が第１の実施形態と一致している。エネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路１１０Ａは、極めて安定した昇圧電圧ＶＲＥＧを供給し、これは正確な歪み測定を行うために必要とされる。
【００４０】
歪みセンサ１８０Ａは好ましくは、ドライブリング１４または他の被測定物体に堅固に取り付けられており、この取り付けはたとえば、ドライブリング１４内または他の被測定物体内に、歪みセンサ１８０Ａの歪み感応パターンを部分的にまたは完全に埋め込むことよって行われる。
【００４１】
エネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路１１０Ａおよびアンテナ１９０は、好ましくは歪みセンサ１８０Ａの近くに設けられており、ＲＦＩＤ回路１１０Ａは、図３に示されているように歪みセンサ１８０Ａとハードワイヤード接続されている。第１の実施形態に関して説明したように、ＲＦＩＤタグ１００Ａの要素は好ましくは、被測定物体に取り付けられた、またはその中に部分的にまたは完全に埋め込まれたハウジング内に設けられている。
【００４２】
図３に示されているように、アンテナ１９０により取り出された質問信号が、アンテナリード線１９１を介してエネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路１１０Ａに入力される。アンテナ１９０を、９１５ＭＨｚのような所定の周波数に合わせてチューニングすることができ、アンテナ１９０はこの周波数の電磁界を、使用可能な交流（ＡＣ）電圧に変換する。アンテナ１９０からの一般的な交流電圧を、４ｖａｃ ｐ−ｐとすることができる。
【００４３】
交流電圧は、アンテナリード線１９１を介し、インピーダンス整合回路網１９２を通過して供給される。インピーダンス整合回路網１９２は、最大の電力搬送をもたらすために、整合されたＬＣ回路を有することができ、この回路は、１つまたは複数のインダクタおよび１つまたは複数の整合キャパシタを含む。インピーダンス整合回路網１９２は、整合された入力信号をＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０に供給する。いくつかの実施形態によれば、アンテナリード線１９１がＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０へとダイレクトに導かれるように、インピーダンス整合回路網１９２を省略してもよい。
【００４４】
ＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０は整合された入力信号を受信し、整流された直流出力ＶＰＯＳを生成し、この出力は、アンテナ１９０により受信された質問信号の強度次第では、１．２Ｖ ＤＣよりも低いような比較的低い電圧を有する可能性がある。しかも整流された直流出力ＶＰＯＳに、発振および／または不安定性が加わる可能性もある。したがって、より安定した連続的な電圧供給が得られるようにする目的で、質問信号から収穫されたエネルギーが電荷蓄積ユニット１３０に入力され、このユニットは収穫エネルギーを一時的に蓄積する。
【００４５】
整流された直流出力ＶＰＯＳが電荷蓄積ユニット１３０に供給される前に、最初にこの出力は調整ユニット１２２を通過し、このユニットによって電荷が調整され隔離される。特に調整ユニット１２２は、電流を調整するために１つまたは複数の抵抗を有することができる。これに加えて、または択一的に、調整ユニット１２２は、１つまたは複数のダイオードを有することができ、これによってＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０のＶＰＯＳ端子への逆電流が阻止される。それというのも過剰な逆電流によってＲＦＩＤチップ１２０が損傷してしまい、不安定な動作が引き起こされてしまうおそれがあるからである。いくつかの実施形態によれば、整流された直流出力ＶＰＯＳが電荷蓄積ユニット１３０へとダイレクトに供給されるように、調整ユニット１２２を省略してもよい。
【００４６】
電荷蓄積ユニット１３０は、単一のキャパシタを有することができ、または複数のキャパシタから成るバンクを有することができ、この場合、合成された出力電圧ＶＣＡＰが生じる。キャパシタバンクをキャパシタ回路網の形態にあるものとすることができ、これらのキャパシタを互いに並列または直列に接続することができる。
【００４７】
質問信号が存在するかぎり、電荷蓄積ユニット１３０が完全にまたはほぼ完全に充電された状態になるまで、電荷が電荷蓄積ユニット１３０に蓄積する。センサ測定が行われることで電荷が電荷蓄積ユニット１３０から流出されると、次いでキャパシタバンクは、質問信号が存在し続けるかぎり、再充電を行うことになる。換言すれば、電荷蓄積ユニット１３０は、満杯状態になるまで動作中、充電を続ける。
【００４８】
電荷蓄積ユニット１３０はその出力端に、収穫された電圧ＶＣＡＰを生成する。収穫電圧ＶＣＡＰは、十分な電荷がキャパシタバンク内に残っているかぎりは、比較的安定しているけれども、収穫電圧ＶＣＡＰは最初は、歪みセンサ読み取りを実施するには十分に高い電圧ではない。電荷蓄積ユニット１３０が十分な電荷を蓄積したならば、収穫電圧ＶＣＡＰは、ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ１４０のために最適な電圧にクランプされる。ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ１４０は、収穫電圧ＶＣＡＰを入力として受け取り、昇圧された電圧ＶＢＯＯＳＴを出力する。ただし昇圧コンバータ１４０の電力要求ゆえに有利であると判明したのは、歪み測定が行われるべき時点よりも少し前まで、昇圧コンバータ１４０をオフ状態のままにしておくことである。換言すれば、電荷蓄積ユニット１３０内に蓄積された収穫エネルギーが、歪み測定が行われていないのに、昇圧コンバータ１４０の動作により流出してしまうのを阻止するのが有利である。
【００４９】
したがって昇圧コンバータ１４０は、昇圧器スイッチングユニット１３２により制御され、このユニットによって通常は、昇圧コンバータ１４０がオフ状態のままであることが保証される。外部のＲＦＩＤリーダ２００が、アンテナ１９０を介して質問要求を送信することによって、ＲＦＩＤタグ１００Ａに対し質問すると、ＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０は、実行された測定信号を自身のＥＸＣピンに出力する。これによって昇圧器スイッチングユニット１３２がアクティベートされ、このユニットは、電荷蓄積ユニット１３０が十分に充電されているのか否かをチェックする。たとえば昇圧器スイッチングユニット１３２は、ＶＣＡＰを０．９Ｖのような予め規定された第１の閾値と比較することができる。ＶＣＡＰが第１の閾値に到達しているときのみ、昇圧器スイッチングユニット１３２は昇圧コンバータ１４０をオン状態にすることができる。キャパシタバンクが十分に充電される前に、ＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０が質問要求を受信したならば、昇圧コンバータ１４０は、昇圧器スイッチングユニット１３２によってオフ状態のままにされている。電荷蓄積ユニット１３０が十分には充電されていないときに、歪み測定値を取得しようとしても、電荷蓄積ユニット１３０を枯渇させるだけであり、図４を参照しながらすでに説明したように、結果として信頼性のある歪み測定値は得られない。
【００５０】
昇圧電圧ＶＢＯＯＳＴは、歪みゲージ測定など著しく精密な測定を実施するために十分に高い。ただし、近くのＲＦＩＤリーダからの干渉に起因して、信頼性のある測定値を得るためには、昇圧電圧ＶＢＯＯＳＴが十分には平滑化されていない可能性がある。よって、昇圧電圧ＶＢＯＯＳＴを平滑化するために、基準レギュレータ１５０が設けられている。ただし、基準レギュレータ１５０が不必要に電力を消費するのを避けるために有利であると判明したのは、歪み測定が行われるべき時点よりも少し前まで、基準レギュレータ１５０をオフ状態のままにしておくことである。
【００５１】
したがってレギュレータスイッチングユニット１４２が設けられており、このユニットは、昇圧電圧ＶＢＯＯＳＴを、たとえば１．９Ｖのような予め規定された第２の閾値と比較し、第２の閾値に到達した場合のみ、スイッチオンを行う。レギュレータスイッチングユニット１４２をトランジスタとして実装することができ、このトランジスタは、昇圧電圧が予め規定された第２の閾値を下回っているときは、スイッチオフ状態となり、よって、昇圧電圧が予め定められた第２の閾値を下回っているときは、基準レギュレータ１５０を給電するために昇圧電圧が送られてしまうのを阻止する。レギュレータスイッチングユニット１４２がスイッチオンされると、ＶＢＯＯＳＴがレギュレータスイッチングユニット１４２を通過して、基準レギュレータ１５０に供給される。
【００５２】
ただし、レギュレータスイッチングユニット１４２がスイッチオンされる前、基準レギュレータ１５０は、ときには「浮遊」電圧とも呼ばれる不定の電圧を出力している。基準レギュレータ１５０がまだこの不定の浮遊電圧を出力している間に、歪みセンサ１８０Ａが問い合わせを受け、歪みセンサ１８０Ａの読み取りが実施されるケースでは、その結果として、信頼できるが偽のセンサ読み取り値が生じる可能性がある。歪みセンサ１８０Ａの信頼できるが偽の読み取り値が、真の読み取り値として解釈されるのを回避する目的で、歪みセンサ１８０Ａの読み取り値が有効であるときにシグナリングする昇圧検知ユニット１４４が設けられている。
【００５３】
これは以下のようにして達成される。レギュレータスイッチングユニット１４２が基準レギュレータ１５０をオン状態にして、出力電圧ＶＲＥＧが供給されると、レギュレータスイッチングユニット１４２は、センサ読み取り値が信頼性があることを表す制御信号を、昇圧検知ユニット１４４に送信する。昇圧検知ユニット１４４は、転送された制御信号をＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０へと供給する。転送された制御信号を、Ａ／Ｄ入力であるピンＥＸＴ２において読み込むことができ、この場合、可能な値のレンジ内にある転送された制御信号の特定の値が、基準レギュレータ１５０がオンであることを表すために用いられる。このことは同様に、出力電圧ＶＲＥＧが出力リード線１５５に供給されており、したがって歪みセンサ１８０Ａが有効な読み取り値を生成していることを表す。これによって、センサ１８０Ａの信頼できるが偽の読み取り値が有効な読み取り値として解釈されないように、セーフガードがもたらされる。
【００５４】
基準レギュレータ１５０は、正確な歪み測定を行うために必要とされる極めて安定した比較的高い電圧ＶＲＥＧを供給する目的で、シャントレギュレータおよびＲＣフィルタを有することができる。昇圧され平滑化された出力電圧ＶＲＥＧは、ＲＦＩＤ回路１１０Ａによりセンサ出力リード線１５５を介して歪みセンサ１８０Ａへ供給される。出力電圧ＶＲＥＧが出力リード線１５５へと送られたならば、歪みセンサ１８０Ａから得られた測定値は、真の歪み測定値を反映している。
【００５５】
昇圧され平滑化された電圧ＶＲＥＧに基づき、歪みセンサ１８０Ａは歪み測定値ＶＩＮ＋，ＶＩＮ−を生成し、これらはセンサコンディショニングユニット１８５に入力される。センサコンディショニングユニット１８５は、測定値ＶＩＮ＋，ＶＩＮ−を増幅することができ、かつ／またはそれらに対しオフセットを適用することができる。センサコンディショニングユニット１８５は出力を生成し、これはピンＥＸＴ１においてＡ／Ｄ入力としてＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０に読み込まれる。センサコンディショニングユニットの増幅されて拡げられたダイナミックレンジ、およびトランスポンダチップ１２０に入力された調整された電圧によって、Ａ／Ｄレンジの中心付近での動作が可能になることで測定精度を改善することができる。択一的に、センサコンディショニングユニット１８５は、Ａ／Ｄレンジの中心からオフセットされて変更されたレンジなど、任意の所望のレンジに合わせて動作を調節することができる。
【００５６】
歪み測定値を表すＥＸＴ１のディジタル化された値、および測定値が有効であるか否かの指示を表すＥＸＴ２が、好ましくはＲＦＩＤタグ１００Ａに対応づけられたＩＤと共に、いっしょにまとめられ、アンテナ１９０を介して外部のＲＦＩＤリーダ２００に送信される。ＲＦＩＤリーダ２００は、無効な読み取り値を取り除くことができ、または未処理のデータをシステム監視デバイス３００にダイレクトに送ることができる。
【００５７】
上述の記載に基づき、ＲＦＩＤタグ１００Ａの１つの例示的な作動方法について説明する。外部のＲＦＩＤリーダ２００が接近すると、アンテナ１９０は質問信号を取り出し、ＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０は、収穫エネルギーを使用して、整流された直流電圧ＶＰＯＳの生成を開始する。これは調整ユニット１２２を介して電荷蓄積ユニット１３０に供給され、このユニットは電荷の蓄積を開始する。ＲＦＩＤリーダ２００からＲＦＩＤタグ１００Ａまでの近さに応じて、電荷蓄積ユニット１３０を、一般的には１秒、数秒、または数分よりも短いような期間内に、完全に充電することができる。
【００５８】
ＲＦＩＤリーダ２００によって測定サイクルを開始させることができ、ＲＦＩＤリーダ２００は質問要求を送信し、この要求はアンテナを介して受信され、ＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０によって処理される。次いでＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０は、アクティベート信号ＥＸＣを昇圧器スイッチングユニット１３２に出力する。昇圧器スイッチングユニット１３２は、電荷蓄積ユニット１３０により供給された電圧ＶＣＡＰが第１の閾値レベルに到達しているのか否かをチェックする。到達しているのであれば、昇圧器スイッチングユニット１３２は昇圧コンバータ１４０をアクティベートし、次いで昇圧コンバータ１４０は昇圧電圧ＶＢＯＯＳＴを生成する。昇圧電圧ＶＢＯＯＳＴが（第１の閾値レベルよりも高い）第２の閾値レベルに到達したならば、レギュレータスイッチングユニット１４２が制御信号を、昇圧検知ユニット１４４を介してＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０のＥＸＴ２ピンに出力する。これと同時に、レギュレータスイッチングユニット１４２は、昇圧電圧ＶＢＯＯＳＴをレギュレータ１５０へと送ることができ、これによって電圧が平滑化されてフィルタリングされる。結果として生じたＶＲＥＧは、歪みセンサ１８０Ａのための基準電圧として用いられる。
【００５９】
基準電圧ＶＲＥＧに基づき、歪みセンサ１８０Ａは歪み測定値ＶＩＮ＋，ＶＩＮ−を生成する。これらはセンサコンディショニングユニット１８５によってコンディショニングされ、その結果が、ＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０のＡ／Ｄ入力ピンＥＸＴ１へと供給される。
【００６０】
ＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０は、入力ＥＸＴ１およびＥＸＴ２をサンプリングし、これらの値を、好ましくはＲＦＩＤタグ１００Ａに対応づけられたＩＤと共に、アンテナ１９０を介してＲＦＩＤリーダ２００に出力する。ＲＦＩＤリーダ２００は、ＥＸＴ２がレンジ内にあるか否かをチェックし、つまりはＥＸＴ１の値が真の歪み測定値であり、信頼できるが偽の値であるにすぎないものではないことを表すか否かをチェックする。測定値が有効であることをＥＸＴ２が表しているならば、ＲＦＩＤリーダ２００にローカルに、またはシステム監視デバイス３００に、ＥＸＴ１が保存または記録される。タイムスタンプおよび読み取り値に関連づけられたその他の情報などの周辺データも、同様に保存することができる。他方、測定値が有効ではないことをＥＸＴ２の値が表しているならば、入力ＥＸＴ１，ＥＸＴ２のペアを、意図的な削除によって、またはデータの上書きを許可することによって、破棄することができる。
【００６１】
ＲＦＩＤリーダ２００がアクティベート信号の出力をやめると、ＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０は、自身のアクティベーション信号をＥＸＣに出力し続けるのを停止する。その結果、昇圧コンバータ１４０、レギュレータスイッチングユニット１４２、およびレギュレータ１５０は、すべて非アクティブ状態となり、かくして電荷蓄積ユニット１３０から電荷が不必要に取り出されるのが阻止される。電荷蓄積ユニット１３０はその間、電荷蓄積ユニット１３０が完全に再充電されるまで、質問信号から収穫されたエネルギーを用いて、バックグラウンドで充電を続ける。電荷蓄積ユニット１３０内に蓄積された収穫エネルギーによってＶＣＡＰが第１の閾値に到達させられたならば、電荷蓄積ユニット１３０が完全に充電される前に、新たな測定サイクルを開始することができる。
【００６２】
図２Ａ〜図２Ｂを参照しながら説明した第２の実施形態の適用事例に再び戻って、次にパイプ継手１２、１４、１６に関してＲＦＩＤタグ１００Ａの動作について説明する。ドライブリング１４の設置中、ＲＦＩＤリーダ２００は、１０分の１秒ごとまたは毎秒など、短いインターバルで複数のサンプルを収集することができる。ＲＦＩＤタグ１００Ａのエネルギーハーベスティング能力によって、短いインターバルで複数の読み取りを達成するのに十分な電荷を収穫することができる。被測定物体の耐用年数全体にわたりメンテナンスチェックを実施する場合、たとえばそのメンテナンスチェックのための平均測定値を生成する目的で、ＲＦＩＤリーダ２００によって、１回の読み取り、２回の読み取り、または数回の読み取りなど、いっそう僅かな回数の読み取りを行うことができる。
【００６３】
要約すると、歪みセンサ１８０Ａは、ＲＦＩＤタグ１００Ａが読み取られている間だけしか給電されない。これによって図５に示した効果がもたらされ、つまりセンササンプルイベント中のみエネルギーハーベスタ回路をアクティベートすることにより、エネルギーが節約される。上方の軌跡は、エネルギーハーベスティング回路の出力を示している。下方の軌跡は、測定またはセンサ読み取りを実施するためのアクティベート信号を示している。図５の時間軸は１目盛り２０ｍｓである。単一の測定を完了させるためには、４〜５ｍｓしかかからない。エネルギー節約の結果として、２５ｍｓごとに新たな測定を実施することができる。このことは図４に対する大きな改善を表しており、それというのも頻繁な測定は、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら説明したパイプ継手のドライブリング１４の設置中など、一部の適用事例においては有利になり得るからである。
【００６４】
歪みを監視できることに加えて、本明細書で開示した技術を、圧力トランスデューサなど他の多くのタイプのトランスデューサ、ＲＴＤ（抵抗温度検知器）など高精度の温度センサ、サーミスタ、近接センサ、湿度センサ、光検知器（フォトセル）などに適用可能とすることができる。これらの実施形態において、回路およびパッケージングを僅かに変更するだけで、歪みトランスデューサを他のトランスデューサに置き換えることができる。
【００６５】
既述の実施形態の変形において、エネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグを、センサまたはトランスデューサを装備せずに設けることができ、したがってエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグは主として、ＲＦＩＤタグが対応づけられている建物、構造物または製品を識別するために用いられる。特定のＲＦＩＤタグは長い読み取りレンジを有しているけれども、ＲＦＩＤタグの読み取りレンジが、たとえば、距離によって、あるいはＲＦＩＤタグが構造物に埋め込まれている場合に、たとえば１つまたは複数の側面がゴム、コンクリートまたは木によって取り囲まれている場合に、制限される可能性がある。動作にあたりＲＦＩＤ回路は一般に、インタロゲータからリアルタイムにＲＦエネルギーを受け取って消費し、信号をリーダに送信して戻すことができるよう、最小エネルギーを必要とする可能性がある。ただし、質問信号により供給されるエネルギーが、ＲＦＩＤタグが信号を送信できるようにするためには低すぎたとしても、ＲＦＩＤタグは、質問信号から依然としてエネルギーを収穫することができる。このケースでは、ＲＦＩＤタグは、エネルギーが十分に蓄積されるまでエネルギーを受動的に収穫することができ、十分に蓄積された時点でＲＦＩＤチップは、質問信号に応答してそのＩＤの送信をアクティベートして開始することができる。したがってエネルギーハーベスティングゆえにＲＦＩＤ回路は、「擬似バッテリ支援型」デバイスとして振る舞うようになる（すなわちバッテリは存在しないが、収穫されて蓄積された電荷が、一時的にＲＦＩＤ回路に対するバッテリのように振る舞う）。
【００６６】
このようにして、通常はＲＦＩＤリーダのレンジ外にあるであろう構造物または物体を識別するために、たとえば「通常の」（エネルギーハーベスティングを行わない）ＲＦＩＤタグがレスポンスを送信できるようにするにはＲＦＩＤリーダの質問信号が弱すぎるケースにおいて、エネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグを用いることができる。たとえばいくつかのＲＦＩＤ回路は、動作のために２Ｖの最小値（すなわちＲＦ信号から得られた整流された電圧）を必要とし、ＲＦ質問信号から得られた電圧がこの閾値よりも小さければ、動作しないことになる。しかしながら本明細書で説明したエネルギーハーベスティングＲＦＩＤタグを用いれば、依然としてエネルギーを質問信号から収穫することができ、十分なエネルギーが存在するようになるまで電荷蓄積ユニット１３０内に蓄積することができ、そのエネルギーを昇圧してＲＦＩＤ回路に供給し、これによってＲＦＩＤタグはレスポンスを送信できるようになる。したがってＲＦＩＤ回路がインタロゲータからリアルタイムにＲＦエネルギーを受け取って消費するのではなく、ＲＦＩＤ回路がアクティベートに十分なエネルギーを収穫する前に、数秒（たとえば５〜１０秒またはそれ以上）がかかる可能性がある。たとえば、ＲＦＩＤタグの距離または埋め込まれたロケーションに起因して、ＲＦ信号から得られた整流された電圧が１．５Ｖであったならば、これはＲＦＩＤデバイスを動作させるための最小の２Ｖの閾値を下回ることになる。ただし、この１．５Ｖの整流された電圧を、本明細書で説明した回路によって依然としてエネルギー収穫することができ、電荷蓄積ユニット１３０に蓄積することができる。十分な量のエネルギーが収穫されたならば、蓄積された１．５Ｖの整流された電圧を２Ｖ（または他の望ましい値）まで昇圧することができ、次いでＲＦＩＤ回路が（識別情報を含む）信号をインタロゲータに送信して戻すことができるように、ＲＦＩＤ回路に供給すればよい。ここで考えられるのは、この代替的なシステムを、少なくとも段落［００４２］〜［００５６］で説明したような、本明細書で述べた回路および特徴によって達成することができる、ということである。この方法を用いれば、ＲＦＩＤ回路は通常のように動作し、さもなければ動作を妨げてしまうであろう長い距離または埋め込まれた構造物によって、不利な影響が及ぼされることにはならない。
【００６７】
既述の実施形態の別の変形において、エネルギーハーベスティングを、ＲＦエネルギーハーベスティングとは別の手段によって、たとえば熱エネルギーまたは振動エネルギーを用いて、達成することができる。熱エネルギーハーベスティングに基づく変形実施形態の場合であれば、エネルギーハーベスティングを、熱勾配部分の上に取り付けられた熱電発電装置（ＴＥＧ）モジュールによって達成することができる。振動エネルギーハーベスティングに基づく変形実施形態の場合であれば、エネルギーハーベスティングを、振動エネルギーハーベスティングモジュールを用いて達成することができ、このモジュールはたとえば、振動に応答して電荷を生成する圧電部品を含む。これらのケースおいて、熱電発電装置または振動エネルギーハーベスティングモジュールを、本明細書で説明した実施形態に組み込むことができ、この場合、収穫エネルギーが電荷蓄積ユニット１３０に入力される。
【００６８】
エネルギーハーベスティングＲＦＩＤ回路１１０Ａの部品は、好ましくはアナログ部品によって実装される。一般にディジタル部品は、適切に実装された場合のアナログ部品よりも比較的多くの電力を消費し、したがってディジタル部品は、受動型ＲＦＩＤの適用事例に固有の低電力要求にも適していない可能性がある。ただし、ＲＦＩＤトランスポンダチップ１２０など回路の一部分を、回路設計者の裁量により部分的にディジタルロジックで実装してもよい。同様に、昇圧器スイッチングユニット１３２および／またはレギュレータスイッチングユニット１４２など回路の他の部品が、バイナリ出力（オン／オフ）を生成してもよい。特に、昇圧器スイッチングユニット１３２および／またはレギュレータスイッチングユニット１４２を、トランジスタにより実装することができ、これによってそれらの個々の出力電圧が、オンまたはオフのいずれかの出力に対応する予め規定された２つのレベルのみに限定される。
【００６９】
これまで本発明について、上述の例示的な実施形態を参照しながら説明してきた。本明細書を読み理解すれば、他の者は修正および変更に気付くであろう。本発明の１つまたは複数の態様を包含する例示的な実施形態は、添付の特許請求の範囲内に入るかぎりにおいては、かかる修正および変更すべてを含むことを意図している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2020525928.tif 000010