特許 7508314 通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-21

(45)【発行日】2024-07-01

(54)【発明の名称】通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 5/00 20240101AFI20240624BHJP

   H01P 3/02 20060101ALI20240624BHJP

   H01Q 1/22 20060101ALI20240624BHJP

【ＦＩ】

H04B5/00

H01P3/02

H01Q1/22 Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020145920

(22)【出願日】2020-08-31

(65)【公開番号】P2022040948

(43)【公開日】2022-03-11

【審査請求日】2023-05-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 洋幸

(72)【発明者】

【氏名】横山 浩一

(72)【発明者】

【氏名】菊地 大輔

(72)【発明者】

【氏名】力久 弘昭

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－３５９５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９９１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２９３８２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ５／００

Ｈ０１Ｐ ３／０２

Ｈ０１Ｑ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１アンテナと、
前記第１アンテナに接続され、前記第１アンテナで高周波の第１電磁波を受信する通信装置と、
第２アンテナと、
前記第２アンテナに接続され、送信する情報で変調された高周波の第１電磁波を前記第２アンテナで送信するモジュールと、
ケーブルにおいて当該ケーブルの長手方向に設けられ、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナと電磁結合する導体と、
を備え、
前記第２アンテナは、前記第１電磁波を前記導体に伝搬させ、
前記第１アンテナは、前記導体で伝搬される前記第１電磁波を受信し、
前記第１アンテナと前記第２アンテナの少なくとも一方は、前記導体と非接触であり、
前記通信装置は、高周波の第２電磁波を前記第１アンテナで送信し、
前記第２アンテナは、前記導体で伝搬された前記第２電磁波を受信し、
前記モジュールは、前記第２アンテナが受信した前記第２電磁波を整流した電力で駆動する
通信システム。

【請求項2】

前記第１電磁波は、前記第２アンテナと前記導体との電磁結合により励振されて伝搬される請求項１に記載の通信システム。

【請求項3】

前記第２電磁波は、前記第１アンテナと前記導体との電磁結合により前記ケーブルの表面近傍で励振されて伝搬される
請求項２に記載の通信システム。

【請求項4】

前記導体は１層である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の通信システム。

【請求項5】

前記第１アンテナは、線状の第１導体と、前記第１導体と平行で線状の第２導体と、前記第１導体及び前記第２導体に連なる折り返し部を有し、
前記第１導体から前記折り返し部に向かって流れる電流の方向は、前記折り返し部から前記第２導体へ流れる電流の方向と逆方向である
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の通信システム。

【請求項6】

前記第１アンテナは、前記導体で伝搬される電磁波の進行方向に交差する面に沿った領域を有する請求項５に記載の通信システム。

【請求項7】

前記第１アンテナは、前記ケーブルから離れている
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の通信システム。

【請求項8】

前記第１アンテナから前記導体までの距離は前記第２電磁波の波長の１／４以下である
請求項１に記載の通信システム。

【請求項9】

前記第１アンテナは、少なくとも一部が平行な環状の形状である
請求項８に記載の通信システム。

【請求項10】

前記導体から前記第１電磁波及び前記第２電磁波の波長の１／１０以下の距離に配置され、前記第１電磁波及び前記第２電磁波が前記第１アンテナ及び前記第２アンテナを含む範囲にわたって共振するように前記導体の共振周波数を調整する調整器
を備える請求項１に記載の通信システム。

【請求項11】

前記調整器が前記第２アンテナと一体化している
請求項１０に記載の通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

離れた位置にある装置と通信を行う発明として、例えば特許文献１～３に開示された発明がある。特許文献１に開示されている発明は、ケーブルを識別するデータを記憶して非接触でデータを読み書きできる情報記憶素子をケーブルに沿って連続して複数配設し、リーダから無線で情報記憶素子へ給電し、給電された情報記憶素子のデータを読み出している。特許文献２に開示されている発明は、誘電体層を挟んで位置する帯状のストリップ導体と帯状のグランド導体で構成されたリーダアンテナにリーダを接続し、リーダアンテナ上にある物品に設けられた無線タグへリーダアンテナを介して電磁界結合による無線通信を行って無線タグから情報を読み出しており、リーダアンテナの長手方向のどの位置においても無線タグと通信が可能となっている。特許文献３に開示されている発明は、狭間領域を挟んで位置するメッシュ状の第１導体部と第１導体部に平行な平板状の第２導体部とで構成された信号伝達装置に対し、一対の電極に接続された通信機器を近接させて信号伝達装置から通信機器へ給電し、給電された通信機器が信号伝達装置を介して通信を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－１４６０６８号公報

【文献】特開２０１５－９５０６４号公報

【文献】特開２００７－８２１７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された発明では、ケーブルに沿って情報記憶素子を複数配設しなければならず、複数の情報記憶素子へのデータの書き込みや複数の情報記憶素子の配設に多大な手間がかかる。特許文献２に開示された発明では、リーダアンテナとして、誘電体層を挟んでストリップ導体とグランド導体とを設置する必要があり、アンテナの設置に手間がかかる。特許文献３に開示された発明では、信号伝達装置の設置において、狭間領域を挟んで第１導体部と第２導体部を設置する必要があり、設置に手間がかかる。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ケーブル近傍に設置されて情報を送信するモジュールから離れた位置でもモジュールから送信される情報を取得可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、第１アンテナと、前記第１アンテナに接続され、前記第１アンテナで高周波の第１電磁波を受信する通信装置と、第２アンテナと、前記第２アンテナに接続され、送信する情報で変調された高周波の第１電磁波を前記第２アンテナで送信するモジュールと、ケーブルにおいて当該ケーブルの長手方向に設けられ、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナと電磁結合する導体と、を備え、前記第２アンテナは、前記第１電磁波を前記導体に伝搬させ、前記第１アンテナは、前記導体で伝搬される前記第１電磁波を受信し、前記第１アンテナと前記第２アンテナの少なくとも一方は、前記導体と非接触であることを特徴とする。

【0007】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記第１電磁波は、前記第２アンテナと前記導体との電磁結合により励振されて伝搬されることを特徴とする。

【0008】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記通信装置は、高周波の第２電磁波を前記第１アンテナで送信し、前記第２アンテナは、前記導体で伝搬された前記第２電磁波を受信し、前記モジュールは、前記第２アンテナが受信した前記第２電磁波を整流した電力で駆動することを特徴とする。

【0009】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記第２電磁波は、前記第１アンテナと前記導体との電磁結合により前記ケーブルの表面近傍で励振されて伝搬されることを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記導体は１層であることを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記第１アンテナは、線状の第１導体と、前記第１導体と平行で線状の第２導体と、前記第１導体及び前記第２導体に連なる折り返し部を有し、前記第１導体から前記折り返し部に向かって流れる電流の方向は、前記折り返し部から前記第２導体へ流れる電流の方向と逆方向であることを特徴とする。

【0012】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記第１アンテナは、前記導体で伝搬される電磁波の進行方向に交差する面に沿った領域を有することを特徴とする。

【0013】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記第１アンテナは、前記ケーブルから離れていることを特徴とする。

【0014】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記第１アンテナから前記導体までの距離は前記第２電磁波の波長の１／４以下であることを特徴とする。

【0015】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記第１アンテナは、少なくとも一部が平行な環状の形状であることを特徴とする。

【0016】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記導体から前記第１電磁波及び前記第２電磁波の波長の１／１０以下の距離に配置され、前記第１電磁波及び前記第２電磁波が前記第１アンテナ及び前記第２アンテナを含む範囲にわたって共振するように前記導体の共振周波数を調整する調整器を備えることを特徴とする。

【0017】

本発明の一態様に係る通信システムは、前記調整器が前記第１アンテナと前記第２アンテナの少なくとも一方と一体化していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ケーブル近傍に設置されて情報を送信するモジュールから離れた位置でもモジュールから送信される情報を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、第１実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係るケーブルの断面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、実施形態に係る通信モジュールの構成を示すブロック図ある。

【図5】図５は、第２実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。

【図6】図６は、第３実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。

【図7】図７は、変形例に係るアンテナの構成を示す図である。

【図8】図８は、変形例に係るアンテナの構成を示す図である。

【図9】図９は、変形例に係るアンテナの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0021】

［第１実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る通信システム１Ａの構成を示す図である。通信システム１Ａは、例えば管路内に設置されたケーブル６０に係る情報を取得するシステムである。通信システム１Ａは、通信装置１０、アンテナ２０Ａ、通信モジュール３０、アンテナ４０及びバラン５０を含む。

【0022】

ケーブル６０は、例えば複数の光ファイバ心線を束ねたケーブルである。図２にケーブル６０の断面を示す。スペーサ６２は、可撓性を有する樹脂で形成されている。スペーサ６２の外周には、複数の溝が周方向に所定の間隔を空けてスペーサ６２の長手方向に対して例えば螺旋状に設けられている。この溝には、複数の４心テープ心線６３が収容される。４心テープ心線６３は、４本のファイバ素線を平行に並べ、樹脂で被覆した心線である。また、スペーサ６２の中心には、スペーサ６２の長手方向にテンションメンバ６１が埋設されている。テンションメンバ６１は、ケーブル６０の敷設時にかかる張力から４心テープ心線６３を守る部材である。テンションメンバ６１は、鋼線やＦＲＰ等からなり、ケーブル６０に掛かる外力から内部の４心テープ心線６３を保護する。

【0023】

スペーサ６２の外周には、押さえ巻きテープ６４が縦添えや螺旋巻などで巻き付けられており、押さえ巻きテープ６４の外周には内装シース６５が設けられている。内装シース６５は、樹脂製であり、例えば押出成形で形成される。また、内装シース６５の外周には、ステンレスで形成されたステンレステープ６６が縦添え巻きで巻き付けられている。ステンレステープ６６は、一層であるが、二層以上であってもよい。ステンレステープ６６は、ケーブル６０の引張強度を確保し、ケーブル６０に難燃性、遮水性、遮蔽性等を付与する部材である。ステンレステープ６６の外周には、外被６７が設けられている。外被６７は樹脂製であり、例えば、カーボンブラック等を添加したポリエチレンやポリオレフィンなどの樹脂が適用可能である。

【0024】

通信装置１０は、ケーブル６０の外部の状態を示す情報の取得と、通信モジュール３０へ電磁結合方式で電力供給を行う装置である。通信装置１０は、バラン５０を介してアンテナ２０Ａに接続されている。通信装置１０が供給する交流電力は、バラン５０、アンテナ２０Ａ、ケーブル６０及びアンテナ４０を介して通信モジュール３０へ供給される。また、通信装置１０は、通信モジュール３０からアンテナ４０、ケーブル６０、アンテナ２０Ａ及びバラン５０を介して送信される情報を取得する。

【0025】

図３は、通信装置１０の構成を示すブロック図である。通信装置１０は、制御部１０１、電池１０２、結合部１０３及びタッチパネル１０４を備える。電池１０２は、通信装置１０の電源であり、例えば二次電池である。なお、電池１０２は、二次電池に限定されるものではなく、一次電池であってもよい。タッチパネル１０４は、通信装置１０を操作するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）や通信モジュール３０から取得した情報等を表示する機能と、表示画面の押下に応じて各種操作のための信号を出力する機能とを兼ね備える入出力インターフェースである。詳細には、タッチパネル１０４は、制御部１０１の制御に基づいて、通信装置１０を操作するための各種ＧＵＩと、通信モジュール３０から取得した情報を表示する。また、タッチパネル１０４は、ＧＵＩや画像等を表示する表示画面に対して操作者が押下した位置及び押下した長さに応じた信号を、制御部１０１に対して出力する。制御部１０１は、タッチパネル１０４から出力された信号に応じて各種処理を行う。

【0026】

結合部１０３は、電磁結合方式による電力伝送のための回路や電磁結合方式による通信モジュール３０との通信のための復調回路を備えており、制御部１０１に接続されている。結合部１０３は、バラン５０を介してアンテナ２０Ａに接続される。結合部１０３は、例えば、電力供給のために高周波信号を出力し、電磁結合方式による給電で通信モジュール３０へ電力供給を行う。結合部１０３が出力する高周波信号は、高周波の第２電磁波の一例である。また、結合部１０３は、出力した高周波信号を変調して通信モジュール３０から送信される情報を復調回路で復調する。なお、結合部１０３が出力する高周波信号の周波数は、本実施形態では例えば１３．５６ＭＨｚであるが、１３．５６ＭＨｚ以外の周波数であってもよい。

【0027】

制御部１０１は、演算部と記憶部とを備えている。制御部１０１は、電池１０２から供給される電力で駆動される。演算部は、通信装置１０の機能の実現のための各種演算処理を行うものであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、又はＣＰＵとＦＰＧＡとの両方で構成される。記憶部は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）を備えている。このＲＯＭは、演算部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータなどを格納している。また、このＲＡＭは、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部の演算処理の結果を格納するスペースとして使用される。プログラムを実行中の制御部１０１は、タッチパネル１０４で行われるオペレータの操作に応じて結合部１０３を制御し、通信モジュール３０へ電力供給を行う。また、制御部１０１は、通信モジュール３０が送信した情報を取得し、取得した情報をタッチパネル１０４で表示する。

【0028】

図１に戻り、アンテナ２０Ａは、板状導体２１Ａ、線状導体２２Ａ、線状導体２３Ａ、コンデンサＣ１及びコイルＬ１で環状に構成されている。アンテナ２０Ａは、第１アンテナの一例である。板状の導体である板状導体２１Ａは、長手方向がケーブル６０の長手方向に沿うように配置され、線状の導体である線状導体２２Ａと線状導体２３Ａは、ケーブル６０の長手方向に直交する方向、即ち、ケーブル６０の径方向に沿って平行に配置されている。この平行に配置された線状導体２２Ａ、２３Ａで囲まれる領域は、ステンレステープ６６で伝搬される高周波信号の進行方向に交差する面に沿った領域の一例である。線状導体２２Ａと線状導体２３Ａの間隔は、結合部１０３が出力する高周波信号の波長の１／４以下であることが好ましい。コイルＬ１の一端は、板状導体２１Ａに接続されている線状導体２２Ａに接続され、コイルＬ１の他端は、バラン５０を介して通信装置１０に接続されている。コンデンサＣ１の一端は、板状導体２１Ａに接続され、コンデンサＣ１の他端は、線状導体２３Ａに接続されている。線状導体２３Ａは、バラン５０を介して通信装置１０に接続されている。なお、結合部１０３が出力する高周波信号にステンレステープ６６が共振するように、線状導体２２Ａ、２３Ａの長さ、線状導体２２Ａと線状導体２３Ａの間隔、コイルＬ１のインダクタンス、コンデンサＣ１の静電容量が設定される。なお、アンテナ２０Ａにおいては、板状導体２１Ａを線状の導体に替えた構成としてもよい。

【0029】

結合部１０３からバラン５０を介してアンテナ２０Ａに高周波信号が供給されると、アンテナ２０Ａにおいては、図１に示す矢印の方向で電流が流れる。具体的には、アンテナ２０Ａにおいては、まず、コイルＬ１から線状導体２２Ａに電流が流れる。線状導体２２Ａを流れる電流は、板状導体２１Ａで折り返し、コンデンサＣ１から線状導体２３Ａへ流れる。板状導体２１Ａにおいて、線状導体２２Ａが接続されている部分と線状導体２３Ａが接続されている部分の間は、線状導体２３Ａに流れる電流の方向を線状導体２２Ａに流れる電流の方向と逆方向にする折り返し部の一例である。

【0030】

高周波信号が供給された板状導体２１Ａは、ケーブル６０のステンレステープ６６に電磁結合し、高周波信号は、板状導体２１Ａに電磁結合したステンレステープ６６に沿って伝搬する。即ち、ステンレステープ６６は、高周波信号を伝搬する導体として機能する。ここで、板状導体２１Ａからステンレステープ６６までの距離は、結合部１０３が出力する高周波信号の波長の１／４以下であるのが好ましく、高周波信号の波長の１／１０以下であるのがより好ましい。

【0031】

アンテナ２０Ａにおいては、ケーブル６０に近接する導体を線状の導体に比べて面積が大きい板状導体２１Ａとしているため、ステンレステープ６６に近接する導体が線状の導体である場合と比較すると、ステンレステープ６６との電磁結合が強くなる。また、アンテナ２０Ａにおいては、板状導体２１Ａを跨いで線状導体２２Ａを流れる電流の方向と線状導体２３Ａを流れる電流の方向とが逆方向となるため、アンテナ２０Ａから空間への電磁波の放射を抑えることができる。

【0032】

図１に戻り、アンテナ４０は、板状の導体である板状導体４１、コンデンサＣ２及びコイルＬ２で構成されている。アンテナ４０は、第２アンテナの一例である。コイルＬ２の一端は、板状導体４１に接続され、コイルＬ２の他端は、通信モジュール３０に接続されている。コンデンサＣ２の一端は、板状導体４１に接続され、コンデンサＣ２の他端は、通信モジュール３０に接続されている。板状導体４１は、長手方向がケーブル６０の長手方向に沿うように配置される。板状導体４１からケーブル６０までの距離は、通信装置１０がアンテナ２０Ａで出力する高周波信号の波長の１／１０以下であるのが好ましい。

【0033】

通信モジュール３０は、ケーブル６０の外部の状態を検知するモジュールである。通信モジュール３０は、例えば管路内に設置されているケーブル６０の外周面に配置され、アンテナ４０に接続されている。通信モジュール３０は、アンテナ４０を介して供給される電力で駆動し、ケーブル６０の外部の状態を示す情報を、アンテナ４０を介して送信する。

【0034】

図４は、通信モジュール３０の構成を示すブロック図である。通信モジュール３０は、モジュール制御部３０１、整流部３０２、蓄電部３０３、安定化電源３０４、センサ３０５及び変調部３０６を有する。

【0035】

整流部３０２は、ステンレステープ６６からアンテナ４０を介して供給される交流電力を整流して直流電力に変換して出力する。蓄電部３０３は、例えば、二次電池、スーパキャパシタ、電解コンデンサ等によって構成され、整流部３０２から出力される脈流電流を平滑化して出力する。安定化電源３０４は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ等によって構成され、蓄電部３０３から出力される直流電力を所定の電圧に降圧または昇圧して出力する。センサ３０５は、例えば、温度を検知する温度センサである。センサ３０５は、温度を検知し、検知した温度に応じた信号をモジュール制御部３０１出力する。変調部３０６は、電磁結合方式による通信のための変調回路を備えており、モジュール制御部３０１接続されている。

【0036】

モジュール制御部３０１は、演算部と記憶部とを備えている。モジュール制御部３０１は、安定化電源３０４から供給される電力で駆動する。演算部は、通信モジュール３０の機能の実現のための各種演算処理を行うものであり、例えばＣＰＵ、ＦＰＧＡ、又はＣＰＵとＦＰＧＡとの両方で構成される。記憶部は、例えばＲＯＭとＲＡＭを備えている。このＲＯＭは、演算部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ、通信モジュール３０を一意に識別する識別子などを格納している。また、このＲＡＭは、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部の演算処理の結果を格納するスペースとして使用される。プログラムを実行中のモジュール制御部３０１は、予め記憶部に記憶されている前述の識別子を、変調部３０６を制御して送信する。また、モジュール制御部３０１は、センサ３０５から供給される信号が表す温度を示す情報を、変調部３０６を制御して送信する。

【0037】

次に通信システム１Ａの動作について説明する。オペレータは、管路内に設置されたケーブル６０の外部の温度を測定するため、例えばマンホール内においてアンテナ２０Ａをケーブル６０に近づける。通信装置１０は、オペレータがタッチパネル１０４に対して行った操作に応じて、結合部１０３から高周波信号を出力する。結合部１０３から出力された高周波信号は、バラン５０からアンテナ２０Ａを介してステンレステープ６６に伝搬し、ステンレステープ６６に沿って伝搬する。ステンレステープ６６を伝搬した高周波信号は、アンテナ４０で受信される。

【0038】

アンテナ４０で受信された高周波信号は、整流部３０２、蓄電部３０３及び安定化電源３０４により所定電圧の直流電力に変換され、この直流電力により、モジュール制御部３０１が駆動する。駆動したモジュール制御部３０１は、センサ３０５から供給される信号を取得する。モジュール制御部３０１は、センサ３０５から供給される信号を取得すると、記憶部が記憶している識別子と、センサ３０５から取得した信号が表す温度を送信する。具体的には、モジュール制御部３０１は、取得した信号が表す温度と、記憶部が記憶している識別子をデジタル化された情報に変換し、アンテナ４０に伝搬される高周波信号をデジタル化された情報に基づいて変調することにより温度と識別子を送信する。

【0039】

通信モジュール３０から送信される変調された高周波信号は、ステンレステープ６６を伝搬し、アンテナ２０Ａで受信される。通信モジュール３０から送信される変調された高周波信号は、第１電磁波の一例である。アンテナ２０Ａで受信された高周波信号は、バラン５０を介して結合部１０３で受信される。結合部１０３は、バラン５０を介して供給される高周波信号を復調し、通信モジュール３０が送信した情報を取得する。制御部１０１は、結合部１０３で復調された情報を取得し、取得した情報に含まれる識別子と温度をタッチパネル１０４で表示する。

【0040】

例えば、ステンレステープ６６を介さず、空間を介して通信装置１０と通信モジュール３０とを電磁結合方式により結合して電力伝送と情報通信を行う場合、アンテナから出力される電波は、アンテナからの距離の二乗に反比例して減衰するため、遠距離での電力供給及び情報通信を小さな電力で行うことが困難となる。

【0041】

一方、本実施形態によれば、アンテナ２０Ａにおいては、板状導体２１Ａを跨いで線状導体２２Ａを流れる電流の方向と線状導体２３Ａを流れる電流の方向とが逆方向となるため、アンテナ２０Ａから空間への高周波信号の放射を抑え、ステンレステープ６６へ高周波信号を伝搬させることができる。また、通信装置１０から出力される高周波信号がステンレステープ６６と共振することにより、ステンレステープ６６を介して高周波信号が遠距離に伝搬するため、通信装置１０から遠い位置にある通信モジュール３０と通信を行うことが可能となり、ケーブル６０においてオペレータが近づくことができない位置にある部分について、センサ３０５での測定結果を得ることができる。

【0042】

なお、図１においては、一つの通信モジュール３０と一つのアンテナ４０の組を図示しているが、通信システム１Ａに含まれる通信モジュール３０とアンテナ４０の組の数は、一組に限定されるものではなく、複数組の通信モジュール３０とアンテナ４０を、間隔を開けてケーブル６０に沿って配置してもよい。

【0043】

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係る通信システム１Ｂの構成を示す図である。通信システム１Ｂは、アンテナ２０Ａに替えてアンテナ２０Ｂを備える点で第１実施形態の通信システム１Ａと相違する。他の構成については、通信システム１Ａと同じであるため、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略し、以下の説明においては、第１実施形態との相違点について説明する。

【0044】

アンテナ２０Ｂは、線状導体２２Ｂ、線状導体２３Ｂ、コンデンサＣ３及びコイルＬ３で環状に構成されている。アンテナ２０Ｂは、第１アンテナの一例である。線状の導体である線状導体２２Ｂと、線状の導体である線状導体２３Ｂは、互いに少なくとも一部が平行となるように配置されている。線状導体２２Ｂと線状導体２３Ｂにおいて平行な部分の長さは、結合部１０３が出力する高周波信号の波長の１／２以下であるのが好ましい。また、線状導体２２Ｂと線状導体２３Ｂにおいて平行な部分の間隔は、結合部１０３が出力する高周波信号の波長の１／４以下であることが好ましい。コイルＬ３の一端は、線状導体２２Ｂに接続され、コイルＬ３の他端は、バラン５０を介して通信装置１０に接続されている。コンデンサＣ３の一端は、線状導体２２Ｂに接続され、コンデンサＣ３の他端は、線状導体２３Ｂの一端に接続されている。線状導体２３Ｂの他端は、バラン５０を介して通信装置１０に接続されている。

【0045】

通信装置１０からバラン５０を介してアンテナ２０Ｂに高周波信号が供給されると、アンテナ２０Ｂにおいては、図５に示す矢印の方向で電流が流れる。具体的には、アンテナ２０Ｂにおいては、まず、コイルＬ３から線状導体２２Ｂに電流が流れる。線状導体２２Ｂを流れる電流は、コンデンサＣ３を介して折り返し、コンデンサＣ３から線状導体２３Ｂへ流れる。図５において破線で囲まれた折り返し部２４Ｂは、線状導体２３Ｂに流れる電流の方向を線状導体２２Ｂに流れる電流の方向と逆方向にする折り返し部の一例である。

【0046】

アンテナ２０Ｂは、ケーブル６０のステンレステープ６６に電磁結合し、結合部１０３から出力された高周波信号は、アンテナ２０Ｂに電磁結合したステンレステープ６６に沿って伝搬する。ここで、アンテナ２０Ｂからステンレステープ６６までの距離は、結合部１０３が出力する高周波信号の波長以下であればよいが、線状導体２２Ｂと線状導体２３Ｂの平行部分の長さより短く、且つ結合部１０３が出力する高周波信号の波長の１／４以下であるのが好ましく、高周波信号の波長の１／１０以下であるのがより好ましい。

【0047】

また、結合部１０３が出力する高周波信号にステンレステープ６６が共振するように、線状導体２２Ｂと線状導体２３Ｂの長さ、線状導体２２Ｂと線状導体２３Ｂの間隔、コイルＬ３のインダクタンス、コンデンサＣ３の静電容量を設定するのが好ましい。なお、図５においては、線状導体２２Ｂと線状導体２３Ｂにおいて互いに平行な部分について、ケーブル６０の長手方向に沿うように配置した例を示しているが、線状導体２２Ｂと線状導体２３Ｂにおいて互いに平行な部分は、ケーブル６０の長手方向に垂直な方向に沿うように配置してもよい。

【0048】

通信システム１Ｂにおいては、通信装置１０は、オペレータがタッチパネル１０４に対して行った操作に応じて、結合部１０３から高周波信号を出力する。結合部１０３から出力された高周波信号は、バラン５０からアンテナ２０Ｂを介してステンレステープ６６に伝搬し、ステンレステープ６６に沿って伝搬する。ステンレステープ６６を伝搬した高周波信号は、アンテナ４０で受信される。

【0049】

アンテナ４０で受信された高周波信号は、第１実施形態と同様に直流電力に変換され、この直流電力により、モジュール制御部３０１が駆動する。駆動したモジュール制御部３０１は、第１実施形態と同様に、センサ３０５から取得した信号が表す温度と、記憶部が記憶している識別子をデジタル化された情報に変換し、アンテナ４０に伝搬される高周波信号をデジタル化された情報に基づいて変調することにより温度と識別子を送信する。

【0050】

通信モジュール３０から送信される変調された高周波信号は、ステンレステープ６６を伝搬し、アンテナ２０Ｂで受信される。アンテナ２０Ｂで受信された高周波信号は、バラン５０を介して結合部１０３で受信される。結合部１０３は、バラン５０を介して供給される高周波信号を復調し、通信モジュール３０が送信した情報を取得する。制御部１０１は、結合部１０３で復調された情報を取得し、取得した情報に含まれる識別子と温度をタッチパネル１０４で表示する。

【0051】

本実施形態によれば、通信装置１０からアンテナ２０Ｂを介して出力される高周波信号がステンレステープ６６と共振することにより、ステンレステープ６６を介して高周波信号が遠距離に伝搬するため、通信装置１０から遠い位置にある通信モジュール３０と通信を行うことが可能となり、ケーブル６０においてオペレータが近づくことができない位置にある部分について、センサ３０５での測定結果を得ることができる。

【0052】

なお、ケーブル６０は、光ファイバ心線を束ねたケーブルではなく、例えば導体を束ねて電力を伝送するケーブルであってもよい。ケーブル６０が電力を伝送するケーブルである場合、通信装置１０からアンテナ２０Ｂを介して出力される高周波信号は、ケーブル６０において電力を伝送する導体と共振し、ケーブル６０の導体を介して高周波信号が遠距離に伝搬する。また、ケーブル６０が電力を伝送するケーブルであり、伝送する電力が高電圧である場合、アンテナ２０Ｂをケーブル６０が配設されている設備の壁面に設置してもよい。

【0053】

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係る通信システム１Ｃの構成を示す図である。通信システム１Ｃは、アンテナ７０Ａを備える点で第２実施形態の通信システム１Ｂと相違する。他の構成については、通信システム１Ｂと同じであるため、第２実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略し、以下の説明においては、第２実施形態との相違点について説明する。

【0054】

アンテナ７０Ａは、ステンレステープ６６の共振周波数を調整するためのアンテナである。アンテナ７０Ａは、板状導体７１Ａ、線状導体７２Ａ、抵抗Ｒ１及びコイルＬ４を有する。アンテナ７０Ａは、調整器の一例である。板状の導体である板状導体７１Ａは、長手方向がケーブル６０の長手方向に沿うように配置され、線状の導体である線状導体７２Ａは、長手方向がケーブル６０の長手方向に沿うように配置されている。抵抗Ｒ１の一端は、板状導体７１Ａに接続され、抵抗Ｒ１の他端は、コイルＬ４に接続されている。コイルＬ４の一端は、抵抗Ｒ１に接続され、コイルＬ４の他端は、線状導体７２Ａに接続されている。板状導体７１Ａとステンレステープ６６との間隔は、結合部１０３が出力する高周波信号の波長の１／１０以下であることが好ましい。アンテナ７０Ａにおいては、結合部１０３が出力する高周波信号にステンレステープ６６が共振するように、線状導体７２Ａの長さ、コイルＬ４のインダクタンス、抵抗Ｒ１の抵抗値を設定する。

【0055】

アンテナ７０Ａは、結合部１０３から出力されてステンレステープ６６を伝搬する高周波信号について、反射した高周波信号の位相を調整する。位相が調整された高周波信号は、ステンレステープ６６を共振させるため、結合部１０３から出力された高周波信号が遠距離に伝搬し、通信装置１０から遠い位置にある通信モジュール３０と通信を行うことが可能となる。

【0056】

なお、通信システム１Ｃは、アンテナ７０Ａに替えて、図７に示すアンテナ７０Ｂ又は図８に示すアンテナ７０Ｃを備える構成であってもよい。

【0057】

図７に示すアンテナ７０Ｂは、板状導体７１Ｂ、線状導体７２Ｂ、線状導体７３Ｂ、抵抗Ｒ２及びコイルＬ５を有する。アンテナ７０Ｂは、調整器の一例である。板状の導体である板状導体７１Ｂは、長手方向がケーブル６０の長手方向に沿うように配置され、線状の導体である線状導体７２Ｂ、７３Ｂは、長手方向がケーブル６０の長手方向に沿うように配置されている。抵抗Ｒ２の一端は、板状導体７１Ｂに接続され、抵抗Ｒ２の他端は、線状導体７３Ｂに接続されている。コイルＬ５の一端は、板状導体７１Ｂに接続され、コイルＬ５の他端は、線状導体７２Ｂに接続されている。線状導体７２Ｂ、７３Ｂは、例えば、線状の導体をコイル状に巻いたものや、プリント基板に形成されたミアンダ配線の導電パターンである。板状導体７１Ｂとステンレステープ６６との間隔は、結合部１０３が出力する高周波信号の波長の１／１０以下であることが好ましい。アンテナ７０Ｂにおいては、結合部１０３が出力する高周波信号にステンレステープ６６が共振するように、線状導体７２Ｂ、７３Ｂの長さ、コイルＬ５のインダクタンス、抵抗Ｒ２の抵抗値を設定する。

【0058】

図８に示すアンテナ７０Ｃは、板状導体７１Ｃ、線状導体７２Ｃ、線状導体７３Ｃ、抵抗Ｒ３及び遅延回路７４Ｃを有する。アンテナ７０Ｃは、調整器の一例である。板状の導体である板状導体７１Ｃは、長手方向がケーブル６０の長手方向に沿うように配置され、線状の導体である線状導体７２Ｃ、７３Ｃは、長手方向がケーブル６０の長手方向に沿うように配置されている。抵抗Ｒ３の一端は、板状導体７１Ｃに接続され、抵抗Ｒ１の他端は、線状導体７３Ｃに接続されている。遅延回路７４は、板状導体７１Ｂと線状導体７２Ｃに接続されている。遅延回路７４は、例えば、線状の導体をコイル状に巻いたものや、プリント基板に形成されたミアンダ配線の導電パターン、又はコイル、コンデンサ、抵抗の組み合わせで形成された回路である。板状導体７１Ｃとステンレステープ６６との間隔は、結合部１０３が出力する高周波信号の波長の１／１０以下であることが好ましい。アンテナ７０Ｃにおいては、結合部１０３が出力する高周波信号にステンレステープ６６が共振するように、遅延回路７４の遅延時間を調整する。

【0059】

なお、アンテナ７０Ａ～７０Ｃは、ケーブル６０のいずれの位置に配置してもよく、例えば、ケーブル６０の端部に配置してもよい。

【0060】

また、図９に示すように、抵抗Ｒ３に替えて通信モジュール３０を板状導体７１Ｃと線状導体７３Ｃに接続する構成としてもよい。図９に示す構成においては、板状導体７１Ｃ、線状導体７２Ｃ、線状導体７３Ｃ及び遅延回路７４Ｃは、アンテナ７０Ｄを構成する。図９に示す構成によれば、アンテナ７０Ｄは、通信モジュール３０に対して高周波信号の受信と、通信モジュール３０から情報の送信を行うアンテナとして機能するとともに、結合部１０３が出力する高周波信号とステンレステープ６６を共振させる調整器として機能する。

【0061】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態及び各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【0062】

上述した実施形態においては、センサ３０５は温度センサであるが、温度センサ以外のセンサであってもよく、例えば、水を検知するセンサ、湿度を検知するセンサ、気圧を検知するセンサなどであってもよい。また、通信モジュール３０は、センサ３０５を備えていない構成とし、電力が供給されると記憶している識別子のみを送信する構成としてもよい。

【0063】

上述した実施形態においては、ケーブル６０は、管路内に設置されるケーブルであるが、ケーブル６０は架空線であってもよい。

【0064】

上述した実施形態においては、結合部１０３に変調回路を設け、結合部１０３が出力する高周波信号を情報やコマンドに応じて変調回路で変調し、通信装置１０から通信モジュール３０へ情報やコマンドを送信する構成としてもよい。また、このように通信装置１０から情報やコマンドを送信する構成においては、通信モジュール３０は、送信された情報やコマンドに応じた応答を行うようにしてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 通信システム
１０ 通信装置
２０Ａ、２０Ｂ アンテナ
２１Ａ 板状導体
２２Ａ、２３Ａ、２２Ｂ、２３Ｂ 線状導体
２４Ｂ 折り返し部
３０ 通信モジュール
４０ アンテナ
４１ 板状導体
５０ バラン
６０ ケーブル
６１ テンションメンバ
６２ スペーサ
６３ ４心テープ心線
６４ 押さえ巻きテープ
６５ 内装シース
６６ ステンレステープ
６７ 外被
７０Ａ～７０Ｄ アンテナ
７１Ａ～７１Ｃ 板状導体
７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７３Ｂ、７３Ｃ 線状導体
７４Ｃ 遅延回路
１０１ 制御部
１０２ 電池
１０３ 結合部
１０４ タッチパネル
３０１ モジュール制御部
３０２ 整流部
３０３ 蓄電部
３０４ 安定化電源
３０５ センサ
３０６ 変調部
Ｃ１～Ｃ３ コンデンサ
Ｌ１～Ｌ５ コイル
Ｒ１～Ｒ３ 抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】