特許 7657030 無線識別に基づくスマートファスナ

(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】2025-03-27

(45)【発行日】2025-04-04

(54)【発明の名称】無線識別に基づくスマートファスナ

(51)【国際特許分類】

   G06K 19/07 20060101AFI20250328BHJP

【ＦＩ】

G06K19/07 260

G06K19/07 160

G06K19/07 230

【請求項の数】 17

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020132329

(22)【出願日】2020-08-04

(65)【公開番号】P2021047849

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2023-08-02

(31)【優先権主張番号】16/536,026

(32)【優先日】2019-08-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ソレンセン， アダム イー．

(72)【発明者】

【氏名】コフランド， ドナルド ダブリュ．

(72)【発明者】

【氏名】ソン， ヒョク ジェー．

(72)【発明者】

【氏名】チャン， チアミン

【審査官】小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２００９０４３２６７（ＤＥ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１２９１５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１１－５２７７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０００８００８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１０－０６２２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００５６３７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１１３７１８２３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２０１９－５１８２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０１９９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－７８４８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｋ １９／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ファスナ（１０２）、
前記ファスナ（１０２）に接続された、第１の磁気弾性構成要素（１０４）及び第２の磁気弾性構成要素（４０４）であって、前記第１の磁気弾性構成要素（１０４）に加わる第１の歪みレベル（５２０）が、前記ファスナ（１０２）の締まり状態の範囲内の締まりレベル（５１０）の関数（５０６）であり、前記第２の磁気弾性構成要素（４０４）に加わる第２の歪みレベル（１１２０）が、前記ファスナの締まり状態の範囲内の締まりレベルの関数（１２０６）である、第１の磁気弾性構成要素（１０４）及び前記第２の磁気弾性構成要素（４０４）、
第１の無線識別（ＲＦＩＤ）回路（１０８）及び第２のＲＦＩＤ回路（４０８）、
前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）に電気的に接続された第１のアンテナ（１１０、２１０）、及び前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）に電気的に接続された第２のアンテナ（４１０）、
前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）と前記第１のアンテナ（１１０）に電気的に接続された第１の可変インダクタ回路（１０６）、並びに
前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）と前記第２のアンテナ（４１０）に電気的に接続された第２の可変インダクタ回路（４０６）、を備え、
前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数が、前記ファスナ（１０２）が前記締まり状態の範囲内において締まっている状態にあることに応答して、ＲＦＩＤリーダに関連付けられた指定ＲＦＩＤ帯内にあり、前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の共振応答周波数が、前記ファスナ（１０２）が前記締まり状態の範囲内において締まっていない状態にあることに応答して、前記ＲＦＩＤリーダに関連付けられた前記指定ＲＦＩＤ帯内にあり、
前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数と前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の共振応答周波数は両方とも、前記ファスナ（１０２）が前記締まり状態の範囲内において前記締まっている状態と締まっていない状態との間の状態であることに応答して、前記指定ＲＦＩＤ帯内の励起信号に応答するための前記指定ＲＦＩＤ帯の範囲外にある、
システム。

【請求項2】

前記ファスナ（１０２）の前記締まりレベルの範囲（５０２）が、前記ファスナ（１０２）の締まっている状態と前記ファスナ（１０２）の締まっていない状態にそれぞれ対応する締まりレベルの重なり合わない第１のサブレンジと第２のサブレンジ（５１６、５１８）を含み、前記ファスナ（１０２）の前記締まっている状態と前記ファスナ（１０２）の前記締まっていない状態が、重なり合わない第１の共振応答周波数帯と第２の共振応答周波数帯（７２６、７２８）にそれぞれ対応する、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記重なり合わない第１の共振応答周波数帯（７２６）が指定ＲＦＩＤ帯に対応するか、又は前記重なり合わない第２の共振応答周波数帯（７２８）が前記指定ＲＦＩＤ帯に対応する、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記第１の磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベルの第１の範囲（８１６、９１６）に応答して、前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の共振を可能にし且つ前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）を作動させ、前記第２の磁気弾性構成要素（４０４）に加わる歪みレベルの第２の範囲（８１８、９１８）に応答して、前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の共振を可能にし前記第２のＲＦＩＤ回路を作動させる、指定ＲＦＩＤ帯域内の所定の周波数（８３０）における励起信号を送信するように構成されたＲＦＩＤリーダ（１１２）
を更に備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記歪みレベルの第１の範囲（８１６）が、締まっている状態にある前記ファスナ（１０２）に関連付けられ、前記歪みレベルの第２の範囲（８１８）が、締まっていない状態にある前記ファスナ（１０２）に関連付けられる、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の前記共振応答周波数（７２０）を決定し、前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の前記共振応答周波数（７２０）を前記第１の磁気弾性構成要素（１０４）に加わる前記第１の歪みレベル（５２０）にマッピングするために、一定の周波数の範囲（１０１６）にわたって励起信号（１１４）を送信するように構成されたＲＦＩＤリーダ（１１２）を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

追加のＲＦＩＤ回路（３０８）と追加の可変インダクタ回路（３０６）に関連付けられる追加のファスナ（３０２）、及び
締まっていない状態にある前記ファスナ（１０２）に対応する前記磁気弾性構成要素（１０４）に加わる前記歪みレベル（５２４）に応答して、前記ＲＦＩＤ回路（１０８）の前記共振応答周波数（７２４）と一致する所定の周波数（７３０）を有する励起信号（１１４）を送信し、それにより締まっている状態にある前記追加のファスナに応答して、前記追加のファスナ（３０２）の中から前記ファスナ（１０２）を見つけることを可能にするように構成されたＲＦＩＤリーダ（１１２）
を更に備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項8】

前記ＲＦＩＤ回路（１０８）が、前記ＲＦＩＤ回路（１０８）の前記共振応答周波数（６２０）と一致する前記所定の周波数（７３０）に応答して、前記ファスナ（１０２）を見つけるために使用可能な識別子（１１８）を送信するように構成されている、請求項７に記載の前記システム。

【請求項9】

前記第１の可変インダクタ回路（１０６）が呈するインダクタンス（６２０）が、前記第１の磁気弾性構成要素（１０４）に加わる前記第１の歪みレベル（５２０）の関数（６０６）であり、前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数（７２０）が、前記第１の可変インダクタ回路（１０６）が呈する前記インダクタンス（６２０）の関数（７０６）であり、且つ前記第１の歪みレベル（５２２）の変化が前記共振応答周波数（７２０）のシフト（７２２）をもたらし、
前記第２の可変インダクタ回路（４０６）が呈する第２のインダクタンスレベル（１２２０）が、前記第２の磁気弾性構成要素（４０４）に加わる第２の歪みレベル（１１２０）の関数（１２０６）であり、前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の第２の共振応答周波数（１３２０）が、前記第２の可変インダクタ回路（４０６）が呈する第２のインダクタンス（１２２０）の関数（１３０６）であり、前記第２の歪みレベル（１１２０）の変化が前記第２の共振応答周波数（１３２０）のシフトをもたらす、前記第２の可変インダクタ回路（４０６）である、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項10】

前記第１のアンテナが双極子型アンテナ（１１０）またはループアンテナである、請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

第１の無線識別（ＲＦＩＤ）回路（１０８）、
前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）に電気的に接続された第１のアンテナ（１１０、２１０）、
前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）と前記第１のアンテナ（１１０、２１０）に電気的に連結されるとともにファスナに接続され、且つ第１の磁気弾性構成要素（１０４）を有する第１の可変インダクタ回路（１０６）であって、前記第１の可変インダクタ回路（１０６）が呈するインダクタンスが、前記ファスナの締まり状態の範囲内の状態に関連付けられた締まりレベルに対応する、前記第１の磁気弾性構成要素（１０４）に加わる第１の歪みレベルの関数であり、前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数が、前記第１の可変インダクタ回路（１０６）が呈する前記インダクタンスの関数であり、前記第１の歪みレベルの変化が、前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の前記共振応答周波数のシフトをもたらし、前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の第１の所定の歪みレベルの範囲が、リーダに関連付けられた所定の共振応答周波数帯をもたらし、且つ前記第１の所定の歪みレベルの範囲がファスナが締まった状態にあることに関連付けられる、前記第１の可変インダクタ回路（１０６）、
第２の無線識別（ＲＦＩＤ）回路（４０８）、
前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）に電気的に接続された第２のアンテナ（４１０）、及び、
前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）と前記第２のアンテナ（４１０）に電気的に連結されるとともに前記ファスナに接続され、且つ第２の磁気弾性構成要素（４０４）を有する第２の可変インダクタ回路（４０６）であって、前記第２の可変インダクタ回路（４０６）が呈するインダクタンスが、前記ファスナの前記締まり状態の範囲内の状態に関連付けられた締まりレベルに対応する、前記第２の磁気弾性構成要素（４０４）に加わる第２の歪みレベルの関数であり、前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の共振応答周波数が、前記第２の可変インダクタ回路（４０６）が呈する前記インダクタンスの関数であり、前記第２の歪みレベルの変化が、前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の前記共振応答周波数のシフトをもたらし、前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の第２の所定の歪みレベルの範囲が、前記リーダに関連付けられた前記所定の共振応答周波数帯をもたらし、且つ前記第２の所定の歪みレベルの範囲が、前記ファスナが締まっていない状態にあることに関連付けられる、前記第２の可変インダクタ回路（４０６）を備え、
前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の前記共振応答周波数と前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の前記共振応答周波数は両方とも、前記ファスナが前記締まっている状態と締まっていない状態との間にある状態であることに応答して、前記所定の共振応答周波数帯域内の励起信号に応答するための前記リーダの前記所定の共振周波数帯域の範囲外となる、装置。

【請求項12】

前記第１のアンテナが双極子型アンテナ（１１０）であり、前記所定の共振応答周波数帯が極超高周波（ＵＨＦ）帯である、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記第１のアンテナがループアンテナ（２１０）であり、前記所定の共振応答周波数帯が高周波（ＨＦ）帯又は低周波（ＬＦ）帯である、請求項１１に記載の装置。

【請求項14】

前記第１の可変インダクタ回路（１０６）が前記ループアンテナ（２１０）のループに組み込まれている、請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

前記第１の可変インダクタ回路（１０６）が、前記第１の磁気弾性構成要素（１０４）を取り囲むインダクタコイルである、請求項１１に記載の装置。

【請求項16】

前記第１の磁気弾性構成要素（１０４）がマルチフェロイック材料のコアを含む、請求項１１に記載の装置。

【請求項17】

第１の無線識別（ＲＦＩＤ）回路（１０８）を提供すること、
第１のアンテナ（１１０、２１０）を前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）に電気的に接続すること、
第１の磁気弾性構成要素（１０４）を有する第１の可変インダクタ回路（１０６）を前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）と前記第１のアンテナ（１１０、２１０）に電気的に接続することであって、前記第１の可変インダクタ回路（１０６）が呈するインダクタンスが、ファスナの締まり状態の範囲内の状態に関連付けられた締まりレベルに対応する、前記第１の磁気弾性構成要素（１０４）に加わる第１の歪みレベルの関数であり、前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数が、前記第１の可変インダクタ回路（１０６）が呈する前記インダクタンスの関数であり、前記第１の歪みレベルの変化が前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の前記共振応答周波数のシフトをもたらし、前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の所定の第１の歪みレベル範囲は、ＲＦＩＤリーダに関連付けられた指定ＲＦＩＤ帯をもたらし、前記第１の所定の第１の歪みレベル範囲は、前記ファスナが締まった状態にあることと関連づけられる、第１の可変インダクタ回路（１０６）を前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）と前記第１のアンテナ（１１０、２１０）に電気的に接続すること、
前記第１の磁気弾性構成要素を前記ファスナに接続することであって、前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数は、前記ファスナが締まっている状態にあることに応じて前記ＲＦＩＤリーダに関連付けられた所定のＲＦＩＤ帯内にある、前記第１の磁気弾性部品を前記ファスナに接続すること、
第２の無線識別（ＲＦＩＤ）回路（４０８）を提供すること、
第２のアンテナ（４１０）を前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）に電気的に接続すること、
第２の磁気弾性構成要素（４０４）を有する第２の可変インダクタ回路（４０６）を前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）と前記第２のアンテナ（４１０）に電気的に接続することであって、前記第２の可変インダクタ回路（４０６）が呈するインダクタンスが、ファスナの締まり状態の範囲内の状態に関連付けられた締まりレベルに対応する、前記第２の磁気弾性構成要素（４０４）に加わる第２の歪みレベルの関数であり、前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の共振応答周波数が、前記第２の可変インダクタ回路（４０６）が呈する前記インダクタンスの関数であり、前記第２の歪みレベルの変化が前記共振応答周波数のシフトをもたらし、前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の第２の所定の歪みレベル範囲は、ＲＦＩＤリーダに関連付けられた所定のＲＦＩＤ帯をもたらし、第２の歪みレベル範囲は、ファスナが締まっていない状態であることと関連づけられる、第２の磁気弾性構成要素（４０４）を有する第２の可変インダクタ回路（４０６）を前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）と前記第２のアンテナ（４１０）に電気的に接続すること、
前記第２の磁気弾性構成要素をファスナに接続し、前記ファスナが締まっていない状態にあることに応答して、第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の共振応答周波数が、前記ＲＦＩＤリーダに関連付けられた指定ＲＦＩＤ帯域内にあること、及び
前記第１のＲＦＩＤ回路（１０８）の応答共振周波数と前記第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の共振応答周波数は両方とも、前記ファスナが前記締まった状態と前記締まっていない状態との間の状態にあることに応じて、前記指定ＲＦＩＤ帯内の励起信号に応答するための前記ＲＦＩＤリーダの前記指定ＲＦＩＤ帯の範囲外にあること、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概してファスナの分野に関し、特に無線自動識別に基づくスマートファスナに関する。

【背景技術】

【0002】

無線識別（ＲＦＩＤ）システムは、対象のアセットを追跡及び識別するためのユビキタスとなった。ＲＦＩＤタグは、タグの電源に基づいてパッシブ又はアクティブに分類することができる。最も一般的な形態のＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤチップがリーダから放射される衝突フィールドにより電力供給されるパッシブタグを使用する。典型的な極超高周波（ＵＨＦ）帯ＲＦＩＤタグは、双極子型のアンテナとＲＦＩＤ集積回路（ＩＣ）チップとを含み得る。ＲＦＩＤチップは、多数の製造者より既製品を入手することができる。ＬＦ、ＨＦ、及びＵＨＦ帯における大多数のＲＦＩＤチップは、ある程度の耐性と共にある程度の容量リアクタンスを呈する。ＲＦＩＤチップの複素インピーダンスは、アンテナの一部として電磁誘導式ループを加えることにより、最大電力転送のためのアンテナの複素インピーダンスと共役整合させることができる。典型的な用途における電磁誘導式ループは、ＲＦＩＤタグを特定の所定ＲＦＩＤ周波数において確実にリーダと通信可能にするために、固定インダクタンスを呈する。

【0003】

ＲＦＩＤシステムはまた、センサと統合されて無線センサシステムを可能にし得る。例えば、ＲＦＩＤセンサシステムは、歪みセンサと、歪みセンサによって測定されたデータを処理するマイクロプロセッサとを含み、ＲＦＩＤタグを介してリーダと通信する。典型的なセンサ統合型ＲＦＩＤタグは、センサ、マイクロプロセッサ、ＲＦＩＤ回路、アンテナ、及び専用電源を含み得る。しかしながら、これらすべてのシステムの組み合わせは、典型的なＲＦＩＤシステムのサイズ、重量、電力（ＳＷＡＰ）要件を、多くの展開シナリオにとって望ましくないものにする。さらなる不利益が存在し得る。

【発明の概要】

【0004】

ここに開示されるのは、典型的なＲＦＩＤ感知システムの欠点うちの少なくとも一つを克服するスマートファスナ（例えば、センサ）システムである。センサシステムは、ファスナ（例えば、ボルト）が緩んでいるか又は締まっているかを決定することを含む、種々の用途のために使用することができる。一実施形態において、システムは、ファスナに取り付けられた磁気弾性材料に基づく歪みセンサを含む。磁気弾性材料は、ファスナ上に生じた歪みの関数として変化するインダクタンスを有する可変インダクタの一部である。可変インダクタは、ＲＦＩＤ回路が指定ＲＦＩＤ動作帯内部で共振するように、設計された「正常な」歪み状態について、アンテナをＲＦＩＤ回路に共役整合させるように設計されている。いくつかの実施形態では、正常な歪み状態は、締まっている状態のファスナに関連付けられる。いくつかの実施形態では、正常な歪み状態は、緩んだ状態のファスナに関連付けられる。

【0005】

本開示の態様によるシステムのいくつかの実施形態では、システムは、ファスナとファスナに接続された磁気弾性構成要素とを含み、ここで磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルは、ファスナの締まりレベルの範囲内の締まりレベルの関数である。システムは、ＲＦＩＤ回路と、ＲＦＩＤ回路に電気的に接続されたアンテナとを更に含む。システムは、ＲＦＩＤ回路及びアンテナに電気的に接続された可変インダクタ回路を含み、ここで、可変インダクタ回路が呈するインダクタンスは、磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルの関数であり、ＲＦＩＤ回路の共振応答周波数は、可変インダクタ回路が呈するインダクタンスの関数であり、歪みレベルの変化は共振応答周波数にシフトをもたらす。

【0006】

このような実施形態のいくつかでは、ファスナの締まりレベルの範囲は、ファスナの締まっている状態とファスナの締まっていない状態とにそれぞれ対応する、重なり合わない締まりレベルの第１のサブレンジと第２のサブレンジとを含み、ここでファスナの締まっている状態とファスナの締まっていない状態とは、重なり合わない第１の共振応答周波数帯と第２の共振応答周波数帯とにそれぞれ対応する。このような実施形態のいくつかでは、重なり合わない第１の共振応答周波数帯が指定ＲＦＩＤ帯に対応するか、又は重なり合わない第２の共振応答周波数帯が指定ＲＦＩＤ帯に対応する。

【0007】

このような実施形態のいくつかでは、システムは、磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルの第１の範囲に応答してＲＦＩＤ回路の共振を可能にし且つＲＦＩＤ回路を作動させ、磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルの第２の範囲に応答して共振を可能にせず且つＲＦＩＤ回路を作動させない所定の周波数で励起信号を送信するように構成されたＲＦＩＤリーダも含む。いくつかの実施形態では、歪みレベルの第１の範囲が締まっている状態にあるファスナに関連付けられており且つ歪みレベルの第２の範囲が締まっていない状態にあるファスナに関連付けられているか、又は歪みレベルの第１の範囲が締まっていない状態にあるファスナに関連付けられており且つ歪みレベルの第２の範囲が締まっている状態にあるファスナに関連付けられている。

【0008】

ＲＦＩＤリーダを含むいくつかの実施形態では、ＲＦＩＤリーダは、周波数のある範囲にわたって励起信号を送信し、ＲＦＩＤ回路の共振応答周波数を決定し、ＲＦＩＤ回路の共振応答周波数を磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルにマッピングするように構成される。

【0009】

いくつかの実施形態では、システムは、追加のＲＦＩＤ回路と追加の可変インダクタ回路に関連付けられる追加のファスナと、締まっていない状態にあるファスナに対応する磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルに応答してＲＦＩＤ回路の共振応答周波数と一致する所定の周波数を有する励起信号を送信し、それにより、締まっている状態にある追加のファスナに応答して追加のファスナの中から前記ファスナを見つけることを可能にするように構成されたＲＦＩＤリーダも含む。いくつかの実施形態では、ＲＦＩＤ回路は、ＲＦＩＤ回路の共振応答周波数と一致する所定の周波数に応答して前記ファスナを見つける識別子を送信するように構成される。

【0010】

いくつかの実施形態では、システムは、ファスナに接続される第２の磁気弾性構成要素、第２のＲＦＩＤ回路、ＲＦＩＤ回路に電気的に接続される第２のアンテナ、及び第２のＲＦＩＤ回路と第２のアンテナに電気的に連結される第２の可変インダクタ回路も含み、ここで第２の可変インダクタ回路が呈する第２のインダクタンスレベルは、第２の磁気弾性構成要素に加わる第２の歪みレベルの関数であり、第２のＲＦＩＤ回路の第２の共振応答周波数は第２の可変インダクタ回路が呈する第２のインダクタンスの関数であり、第２の歪みレベルの変化は、第２の共振応答周波数のシフトをもたらす。いくつかの実施形態では、ＲＦＩＤ回路の共振応答周波数は、締まっている状態にあるファスナに対応する磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルに応答して指定ＲＦＩＤ帯内にあり、第２のＲＦＩＤ回路の第２の共振応答周波数は、締まっていない状態にあるファスナに対応する第２の磁気弾性構成要素に加わる第２の歪みレベルに応答して指定ＲＦＩＤ帯内にある。

【0011】

本開示の態様による装置のいくつかの実施形態では、装置は、ＲＦＩＤ回路と、ＲＦＩＤ回路に電気的に接続されたアンテナとを含む。装置は、ＲＦＩＤ回路とアンテナに電気的に連結された可変インダクタ回路も含み、可変インダクタ回路は磁気弾性構成要素を有し、ここで可変インダクタ回路が呈するインダクタンスは、磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルの関数であり、ＲＦＩＤ回路の共振応答周波数は、可変インダクタ回路が呈するインダクタンスの関数であり、歪みレベルの変化は共振応答周波数のシフトをもたらし、所定の歪みレベル範囲は所定の共振応答周波数帯をもたらす。

【0012】

このような実施形態のいくつかでは、アンテナは双極子型のアンテナであり、所定の共振応答周波数帯はＵＨＦ帯である。いくつかの実施形態では、アンテナはループ型のアンテナであり、所定の共振応答周波数帯は高周波（ＨＦ）帯又は低周波（ＬＦ）帯である。いくつかの実施形態では、可変インダクタ回路は、ループ型のアンテナのループに組み込まれている。いくつかの実施形態では、可変インダクタ回路は、磁気弾性構成要素を取り囲むインダクタコイルを含む。いくつかの実施形態では、磁気弾性構成要素は、マルチフェロイック材料のコアを含む。

【0013】

本開示の態様による方法のいくつかの実施形態では、方法は、ＲＦＩＤ回路を提供することを含む。方法は、アンテナをＲＦＩＤ回路に電気的に接続することを更に含む。方法は、磁気弾性構成要素を有する可変インダクタ回路をＲＦＩＤ回路と可変インダクタ回路に電気的に接続することも含み、ここで可変インダクタ回路が呈するインダクタンスは、磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルの関数であり、ＲＦＩＤ回路の共振応答周波数は、可変インダクタ回路が呈するインダクタンスの関数であり、歪みレベルの変化は共振応答周波数のシフトをもたらす。

【0014】

いくつかの実施形態では、方法は、磁気弾性構成要素をファスナに接続することを含み、ここで共振応答周波数は、締まっている状態にあるファスナに対応する磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルに応答して指定ＲＦＩＤ帯内にある。いくつかの実施形態では、方法は、磁気弾性構成要素をファスナに接続することを含み、ここで共振応答周波数は、締まっていない状態にあるファスナに対応する磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルに応答して指定ＲＦＩＤ帯内にある。いくつかの実施形態では、方法は、磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルを変更し、それにより、ＲＦＩＤ回路の共振応答周波数をシフトさせることを含む。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の態様による、双極子型アンテナを組み込んだＲＦＩＤに基づくスマートファスナシステムの例示的実施形態を示している。

【図2】本開示の態様による、ループ型アンテナを組み込んだＲＦＩＤに基づくスマートファスナシステムの例示的実施形態を示している。

【図3】本開示の態様による、多重ファスナを有するＲＦＩＤに基づくスマートファスナシステムの例示的実施形態を示している。

【図4】本開示の態様による、ファスナ上に多重ＲＦＩＤ回路を有するＲＦＩＤに基づくスマートファスナシステムの例示的実施形態を示している。

【図5】締まりレベルの範囲の関数として歪みを示すグラフである。

【図6】磁気弾性構成要素における歪みの関数として可変インダクタ回路のインダクタンスを示すグラフである。

【図7】可変インダクタ回路におけるインダクタンスの関数としてＲＦＩＤ回路の共振応答周波数を示すグラフである。

【図8】磁気弾性構成要素に加わる歪みの関数としてＲＦＩＤ回路の共振応答周波数を示すグラフである。

【図9】磁気弾性構成要素に加わる歪みの関数としてＲＦＩＤ回路の共振応答周波数を示すグラフである。

【図10】磁気弾性構成要素に加わる歪みの関数としてＲＦＩＤ回路の共振応答周波数を示すグラフである。

【図11】ファスナの締まりレベルの範囲の関数として磁気弾性構成要素における歪みを示すグラフである。

【図12】磁気弾性構成要素における歪みの関数として可変インダクタ回路のインダクタンスを示すグラフである。

【図13】可変インダクタ回路におけるインダクタンスの関数としてＲＦＩＤ回路の共振応答周波数を示すグラフである。

【図14】周波数の関数としてＲＦＩＤ回路の受信信号レベルを示すグラフである。

【図15】可変インダクタンスを呈するスマートファスナの実施形態を示している。

【図16】磁気弾性材料に加わる機械的応力／歪みの関数として磁気弾性構成要素に誘導される透磁率の変化を示すグラフである。

【図17】ＲＦＩＤスマート感知のための方法の実施形態のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本開示には種々の修正形態及び代替形態が可能であるが、説明のための例示的実施形態が、例として図示され、ここで詳細に記載される。しかしながら、本開示は開示される特定の形態に限定されず、本開示の範囲に含まれるすべての修正例、等価物及び代替例を網羅する。

【0017】

図１－４を参照すると、ＲＦＩＤに基づくスマートファスナシステムの複数の例示的実施形態が概略的に示されている。ここで詳細に説明されるように、その構成はいくらか異なっている。これら様々な構成において同じ参照番号は同じ部品、構成要素、及び／又は概念を指し、様々な構成の中のその変形例は、異なる参照番号により表される。

【0018】

図１を参照すると、ＲＦＩＤに基づくスマートファスナシステム１００の例示的実施形態が示されている。システム１００は、ＲＦＩＤ回路１０８、アンテナ１１０、及び可変インダクタ回路１０６を含んでいる。アンテナ１１０は、双極子型アンテナとして示されている。ＲＦＩＤ回路１０８は、ＵＨＦ帯に容量リアクタンス及び抵抗を呈するパッシブＲＦＩＤ回路を含む。ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数は、可変インダクタ回路１０６のインダクタンスに依存している。可変インダクタ回路１０６を使用して、ＲＦＩＤ回路１０８の複素インピーダンスがアンテナ１１０の複素インピーダンスと共役整合されるとき、大きな電力転送を達成することができる。可変インダクタ回路１０６のインダクタンスを調節することにより、ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数を変更することができる。

【0019】

システム１００は、ファスナ１０２に取り付けられた磁気弾性構成要素１０４を含む。磁気弾性構成要素１０４は、可変インダクタ回路１０６の一部を形成し得る。例えば、いくつかの実施形態では、可変インダクタ回路１０６は、図１に示されるように、磁気弾性構成要素１０４に巻き付けられたコイルである。しかしながら、他の構成も可能である。

【0020】

例えばファスナ１０２を締め付けることにより磁気弾性構成要素１０４に加わる歪みは、磁気弾性構成要素１０４の透磁率を変化させ、これは更に可変インダクタ回路が呈するインダクタンス１０６に変化をもたらす。インダクタンスの変化はＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数を変化させる。このようにして、ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数は、最終的にファスナ１０２の締まり具合に依存する。このような関係について以下で更に記載する。

【0021】

ＲＦＩＤ回路１０８、アンテナ１１０、可変インダクタ回路１０６、及び磁気弾性構成要素１０４は、装置１８０としてまとめてパッケージ化される。システム１００は、装置１８０に対する追加の構成要素を更に含むことができる。

【0022】

システム１００は、ＲＦＩＤリーダ１１２を更に含む。ＲＦＩＤリーダ１１２は、ＬＦモード、ＨＦモード、ＵＨＦモード、又はこれらのいずれかの組み合わせで動作し得る。ここで使用されるＬＦは、標準化団体によるＲＦＩＤ使用のために割り当てられた数百キロヘルツの範囲内の所定の周波数帯を意味する。例えば、ＬＦは、１２０ｋＨｚと１５０ｋＨｚの間である。ＨＦは、ＲＦＩＤの使用のために割り当てられた数十メガヘルツの範囲内の所定の周波数帯を意味する。例えば、ＨＦは、約１３．５６ＭＨｚである。ＵＨＦは、ＲＦＩＤ使用のために割り当てられた数百メガヘルツの範囲内の所定の周波数帯を意味する。例えば、ＵＨＦは、欧州では８６５－８６８ＭＨｚであり、北米では９０２－９２８ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、ＲＦＩＤリーダ１１２は、ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数を決定するために周波数掃引を実施することができる。

【0023】

動作の間に、ＲＦＩＤリーダ１１２は、励起信号１１４をＲＦＩＤ回路１０８に送信する。ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数が励起信号１１４の周波数に対応するとき、ＲＦＩＤ回路１０８が作動される。作動すると、ＲＦＩＤ回路１０８は応答信号１１６をＲＦＩＤリーダ１１２に送信する。応答信号１１６は、ＲＦＩＤ回路１０８を一意的に識別する識別子１１８を含む。ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数はファスナ１０２の締まり度合いに最終的に依存するため、ＲＦＩＤリーダ１１２を使用してファスナ１０２が締まっているか又は緩んでいるかを決定することができる。いくつかの事例では、ＲＦＩＤ回路１０８は、ファスナ１０２が締まっているときに作動するように構成することができる。そのような場合、ＲＦＩＤリーダ１１２は、受信される応答信号１１６がないときファスナ１０２が緩んでいると決定することができる。いくつかの事例では、ＲＦＩＤ回路１０８は、ファスナ１０２が緩んでいるときに作動するように構成することができる。そのような場合、ＲＦＩＤリーダ１１２は、受信される応答信号１１６がないときファスナ１０２が締まっていると決定することができる。いくつかの事例では、ＲＦＩＤリーダ１１２は、ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数を決定するために掃引を実施するように構成され、この周波数は次いで、ファスナ１０２の締まりレベルに相関付けられる。このような構成について、ここで更に記載される。

【0024】

図２を参照すると、ＲＦＩＤに基づくスマートファスナシステム２００の別の例示的実施形態が示されている。システム１００のアンテナ１１０などの双極子型アンテナの代わりに、システム２００はループアンテナ２１０を含む。可変インダクタ回路１０６は、図２に示されるように、ループアンテナ２１０のループの一部を形成する。例えば、可変インダクタ回路１０６は、磁気弾性構成要素１０４に巻き付けられ且つループアンテナ２１０に電気的に直列に連結されたコイルとすることができる。他の構成も可能である。更に、図１及び２はそれぞれ双極子型及びループアンテナを示しているが、他の種類のアンテナをシステム１００、２００に使用してもよい。双極子型アンテナは、極超高周波（ＵＨＦ）帯においてより有効であり、ループアンテナは高周波（ＨＦ）帯又は低周波（ＬＦ）帯においてより有効であり得る。

【0025】

システム１００、２００の恩恵は、ファスナ１０２に取り付けられる歪みセンサが、典型的なパッシブＲＦＩＤ回路構成に類似の形状因子で実装され得ることである。しかしながら、固定インダクタの代わりに、インピーダンス整合のために可変インダクタ回路１０６を使用することにより、ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数をファスナ１０２における歪みに相関付けてもよい。更に、システム１００、２００は、更にマイクロプロセッサ及び専用電源に依存し得る典型的なファスナ歪みセンサと比較して有益なサイズ、重量及び電力を有し得る。

【0026】

図１及び２に示されるシステム１００及び２００を参照して上述した概念は、例えば一又は複数の緩んだファスナを締まっているファスナの中から見つけることを可能にするために、複数のファスナを含むシステムに用いることができる。図３を参照すると、ＲＦＩＤに基づくスマートファスナシステム３００の別の例示的実施形態が示されている。システム３００は、追加のファスナ３０２の締まりが追加の磁気弾性構成要素３０４の透磁率に影響するように、追加のファスナ３０２と、それぞれの追加のファスナ３０２に固定された追加の磁気弾性構成要素３０４とを含む。追加の可変インダクタ回路３０６は、追加の磁気弾性構成要素３０４に加わる歪みレベルが追加の可変インダクタ回路３０６のインダクタンスに影響するように、追加の磁気弾性構成要素３０４の近位に位置決めされる。追加のＲＦＩＤ回路３０８及びアンテナ３１０も、それぞれ追加のファスナ３０２の各々に関連付けられる。

【0027】

システム３００の動作の間、可変インダクタ回路１０６、及び追加の可変インダクタ回路３０６の各々は、ＲＦＩＤ回路１０８及び追加のＲＦＩＤ回路３０８とインピーダンス整合させることができ、それらそれぞれの共振応答周波数は、ファスナ１０２及び追加のファスナ３０２が締まっていない状態にあるとき、ＲＦＩＤリーダ１１２が発する励起信号１１４に対応する。例えば、ファスナ１０２が締まっていない（即ち、緩んだ又は緩められた）状態にあり、追加のファスナ３０２の各々が締まっている状態にある場合には、追加のＲＦＩＤ回路３０８は、励起信号１１４に応答して作動することを控えることができる。しかしながら、ＲＦＩＤ回路１０８は、作動して応答信号１１６をＲＦＩＤリーダ１１２に送ってもよい。そのようにして、ＲＦＩＤリーダ１１２は、追加のファスナ３０２（例えば、締まっているファスナ）の中からファスナ１０２（例えば、緩められたファスナ）を見つけることができる。いくつかの事例では、ＲＦＩＤリーダ１１２は、あるとすればどれが緩められているかを発見するために、ファスナ１０２及び追加のファスナ３０２全体にわたって掃引され得る。いくつかの実施形態では、ＲＦＩＤ回路１０８は、緩められたとき、ファスナ１０２を見つけるために使用することのできる識別子１１８を送信する。

【0028】

システム（例えばシステム３００）の一の例示的使用では、技術者は、各ファスナを物理的に試験することなく、迅速に且つ効率的に、一群のファスナが締まっていると決定することができるか、又は締まっているファスナの中から一又は複数の緩められたファスナを見つけることができる。他の利点も存在し得る。

【0029】

図４を参照すると、ＲＦＩＤに基づくスマートファスナシステム４００の別の例示的実施形態が示されている。システム４００は、ファスナ１０２に取り付けられた第２の磁気弾性構成要素４０４、第２の可変インダクタ回路４０６、第２のＲＦＩＤ回路４０８、及び第２のアンテナ４１０を含む。システム４００は、ファスナ１０２が第１の状態（例えば、緩められた状態）にあるとき、応答信号１１６及び識別子１１８の受信を可能にするか、又はファスナ１０２が第２の状態（例えば、締まっている状態）にあるとき、第２の応答信号４１６及び第２の識別子４１８の受信を可能にする。

【0030】

例えば、可変インダクタ回路１０６は、ファスナ１０２が緩められているときにＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数が励起信号１１４の所定の周波数に対応するようにＲＦＩＤ回路１０８とインピーダンス整合させることができる。第２の可変インダクタ回路４０６は、ファスナ１０２が締まっているときに第２のＲＦＩＤ回路４０８の共振応答周波数が励起信号１１４の所定の周波数に対応するように、第２のＲＦＩＤ回路４０８とインピーダンス整合させることができる。したがって、ファスナ１０２が緩められているとき、識別子１１８を含み、ＲＦＩＤリーダ１１２に対してファスナ１０２が緩んでいることを示す応答信号１１６を受信することができる。ファスナ１０２が締まっているとき、第２の識別子４１８を含み、ＲＦＩＤリーダ１１２に対してファスナ１０２が締まっていることを示す第２の応答信号４１６を受信することができる。

【0031】

システム（例えばシステム４００）の一の例示的使用では、ファスナ１０２が締まっているか又は緩んでいるかの信号を受信することができ、それにより技術者は、リーダの誤作動の可能性が生じているかどうかを見定めることができる。他の利点も存在し得る。

【0032】

図５－１３は、一連のグラフの形態で、ファスナの締まりレベル、ファスナに取り付けられた磁気弾性構成要素にかかる歪み、磁気弾性構成要素に連結され得るか又は同構成要素を含み得る可変インダクタ回路が呈するインダクタンス、及び可変インダクタ回路に電気的に接続されたＲＦＩＤ回路の共振応答周波数の間にあり得る、様々な関数関係を示す。図５－１０は、図１及び２に示される構成に対応する。図１１－１３は、図４に示される構成に対応する。

【0033】

図５のグラフは、締まりレベル５０２（例えば、磁気弾性構成要素１０４における）の範囲の関数５０６として（例えば、ファスナ１０２の）歪み５０４を示す。関数５０６は線形でも非線形でもよいことに注意されたい。説明を簡単にするために、関数５０６は線形で示されている。

【0034】

締まりレベル５０２の範囲は、第１のサブレンジ５１６及び第２のサブレンジ５１８を含むことができる。第１のサブレンジ５１６は、締まっている状態にあるファスナ１０２に対応し得る。第２のサブレンジ５１８は、締まっていない状態にあるファスナ１０２に対応し得る。この状況において、締まり度合いは通常、ファスナの接触面（例えば、ねじ山、ファスナヘッド面、及び／又はファスナナット面）と構造との間の表面摩擦とたわみとの組み合わせに起因する接触力の量を指す。締まり度合いは、典型的には、ファスナに加わるトルクの形態で現れ、いずれかの適切な単位を用いて表される。締まりレベル５０２の範囲は、ファスナの種類およびその特定の用途に伴って変動する。サブレンジ５１６、５１８の幅も、システム１００、２００の特定の用途に依存する。例えば、いくつかの用途では、図５に示されるように、第１のサブレンジ５１６と第２のサブレンジ５１８との間にギャップが存在する。ギャップは、締まっている状態とも締まっていない状態とも考慮されない締まりレベルを示すことができる。例えば、ギャップは、「完全に」締まっている状態又は「完全に」緩められた状態でない、締まっている状態又は締まっていない状態の一定の許容誤差内の範囲を表す。換言すれば、ギャップ内に含まれるファスナは、完全に締まっている状態にない可能性があるが、心配するほど緩んでいない可能性がある。他の用途では、ファスナは、完全に緩められていないかもしれないが、締まっている状態であるという信号を出すために十分には締まっている状態にないかもしれない。いくつかの用途では、サブレンジ５１６、５１８は互いに接し、ファスナは、締まっている状態にあると考慮されない場合には、締まっていない。これは、ファスナが二つの状態の一方にあるときに信号を出すようにしかリーダが構成されていない用途において有用であり得る。

【0035】

第１のサブレンジ５１６が歪みレベルの第１の範囲５２６に対応し、第２のサブレンジ５１８が歪みレベルの第２の範囲５２８に対応し得る。第１のサブレンジ５１６に含まれるファスナ１０２の第１の締まりレベル５１０は、歪みレベルの第１の範囲５２６に含まれる磁気弾性構成要素１０４に加わる第１の歪みレベル５２０をもたらす。同様に、第２のサブレンジ５１８に含まれるファスナ１０２の第２の締まりレベル５１４は、歪みレベルの第２の範囲５２８に含まれる磁気弾性構成要素１０４に加わる第２の歪みレベル５２４をもたらす。ファスナ１０２の締まり度合い５１２が第１の締まりレベル５１０（例えば、締まっている状態）から第２の締まりレベル（例えば、締まっていない状態）に変化すると、磁気弾性構成要素１０４における歪みレベル５０４の変化５２２をもたらす。歪みレベル５０４におけるこのような変化５２２は、最終的に、ここに記載されるようにＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数にシフトをもたらす。

【0036】

図６のグラフは、磁気弾性構成要素１０４における歪み５０４の関数６０６として可変インダクタ回路１０６のインダクタンス６０４を示す。関数６０６は線形でも非線形でもよいことに注意されたい。説明を簡単にするために、関数６０６はやや湾曲しているが、どのような形状をとってもよい。

【0037】

図５を参照して記載される歪みレベルの第１の範囲５２６は、図６に示されるインダクタンスの第１の範囲６２６に対応し、歪みレベルの第２の範囲５２８はインダクタンスの第２の範囲６２８に対応する。インダクタンス６０４は歪み５０４と相関し、歪み５０４は次に締まりレベル５０２の範囲と相関するため、インダクタンスの第１の範囲６２６は締まっている状態にあるファスナ１０２に対応し、インダクタンスの第２の範囲６２８は締まっていない状態にあるファスナ１０２に対応する。図６に示されるように、第１の歪みレベル５２０は第１のインダクタンスレベル６２０をもたらし、第２の歪みレベル５２４は第２のインダクタンスレベル６２４をもたらす。歪みレベル５０４の変化５２２は、インダクタンス６０４の変化６２２をもたらす。

【0038】

図７のグラフは、可変インダクタ回路１０６におけるインダクタンス６０４の関数７０６としてＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数７０４を示す。関数７０６は線形でも非線形でもよいことに注意されたい。説明を簡単にするために、図の関数７０６は線形であるが、どのような形状をとってもよい。

【0039】

図６を参照して記載されるインダクタンスの第１の範囲６２６は、図７に示される第１の共振応答周波数帯７２６に対応し、インダクタンスの第２の範囲６２８は第２の共振応答周波数帯７２８に対応する。共振応答周波数７０４はインダクタンス６０４と相関し、インダクタンス６０４は次に歪み５０４と相関するため、歪み５０４は締まりレベル５０２の範囲と相関し、第１の共振応答周波数帯７２６は締まっている状態にあるファスナ１０２に対応し、第２の共振応答周波数帯７２８は締まっていない状態にあるファスナ１０２に対応する。図７に示されるように、第１のインダクタンスレベル６２０は、第１の共振応答周波数帯７２６内にある第１の共振応答周波数７２０をもたらし、第２のインダクタンスレベル６２４は、第２の共振応答周波数帯７２８にある第２の共振応答周波数７２４をもたらす。したがって、歪みレベル５２０の変化５２２は、インダクタンス６０４の変化６２２をもたらし、これは更に共振応答周波数７２０のシフト７２２をもたらし得る。

【0040】

共振応答周波数帯７２６、７２８のうちの一方を、ＲＦＩＤリーダ１１２によって使用され得る指定ＲＦＩＤ帯に対応させることができる。第１の共振応答周波数帯７２６が指定ＲＦＩＤ帯に対応する場合、ファスナ１０２が締まっている状態にあるとき、ＲＦＩＤ回路１０８は作動してＲＦＩＤリーダ１１２によって検出可能となり得る。第２の共振応答周波数帯７２８が指定ＲＦＩＤ帯に対応する場合、ファスナ１０２が締められていない状態にあるとき、ＲＦＩＤ回路１０８は作動してＲＦＩＤリーダ１１２によって検出可能となり得る。したがって、いくつかの実施形態では、ＲＦＩＤリーダ１１２を使用して、ファスナ１０２が締まっているときを検出することができ、他の実施形態では、ＲＦＩＤリーダ１１２を使用して、ファスナ１０２が締まっていない状態にあるときを検出することができる。

【0041】

図８及び９に示すように、可変インダクタ回路１０６は、例えば、可変インダクタ回路１０６に付属するコイルの数を調節することにより調整することができる。図８に示すように、関数８０６に対応するように可変インダクタ回路１０６を調整することにより、ＲＦＩＤリーダ１１２は、ファスナ１０２が締まっている状態にあるときを検出するように構成することができる。図９に示すように、関数９０６に対応するように可変インダクタ回路１０６を調整することにより、ＲＦＩＤリーダ１１２は、ファスナ１０２が締まっていない状態にあるときを検出するように構成することができる。

【0042】

図８のグラフは、磁気弾性構成要素１０４に加わる歪み５０４の関数８０６としてＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数７０４を示す。関数８０６は線形でも非線形でもよいことに注意されたい。説明を簡単にするために、図の関数８０６は湾曲しているが、どのような形状をとってもよい。

【0043】

図８では、第１の歪みレベル５２０（例えば、締まっている状態にあるファスナ１０２に関連付けられる）は、第１の共振応答周波数７２０をもたらす。第１の歪みレベル５２０は歪みレベルの第１の範囲８１６に含まれ、第１の共振応答周波数７２０は第１の共振応答周波数帯８２６に含まれる。ＲＦＩＤ回路１０８が第１の共振応答周波数７２０を呈するとき、所定の周波数８３０はＲＦＩＤ回路１０８の共振を可能にし、ＲＦＩＤ回路１０８を作動させる。したがって、歪みレベルの第１の範囲８１６が磁気弾性構成要素１０４に加わることに応答して、所定の周波数８３０はＲＦＩＤ回路１０８の共振を可能にし、ＲＦＩＤ回路１０８を作動させる。歪みレベルの第１の範囲８１６は、締まっている状態にあるファスナ１０２に関連付けることができる。

【0044】

第２の歪みレベル５２４（例えば、締まっていない状態にあるファスナ１０２に関連付けられる）は、第２の共振応答周波数７２４をもたらす。第２の歪みレベル５２４は歪みレベルの第２の範囲８１８に含まれ、第２の共振応答周波数７２４は第２の共振応答周波数帯８２８に含まれる。所定の周波数８３０は、ＲＦＩＤ回路１０８が第２の共振応答周波数７２４を呈するとき、共振を可能にせず、ＲＦＩＤ回路を作動させない。したがって、歪みレベルの第２の範囲８１８が磁気弾性構成要素１０４に加わることに応答して、所定の周波数８３０はＲＦＩＤ回路１０８の共振を可能にせず、ＲＦＩＤ回路１０８を作動させない。歪みレベルの第２の範囲８１８は、締まっていない状態にあるファスナ１０２に関連付けることができる。

【0045】

図９のグラフは、磁気弾性構成要素１０４に加わる歪み５０４の関数９０６としてＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数７０４を示す。関数９０６は線形でも非線形でもよいことに注意されたい。説明を簡単にするために、図の関数９０６は湾曲しているが、どのような形状をとってもよい。

【0046】

図９では、第２の歪みレベル５２４（例えば、締まっていない状態にあるファスナ１０２に関連付けられる）は、第１の共振応答周波数７２０をもたらす。第２の歪みレベル５２４は歪みレベルの第１の範囲９１６に含まれ、第１の共振応答周波数７２０は第１の共振応答周波数帯９２６に含まれる。ＲＦＩＤ回路１０８が第１の共振応答周波数７２０を呈するとき、所定の周波数８３０はＲＦＩＤ回路１０８の共振を可能にし、ＲＦＩＤ回路１０８を作動させる。したがって、歪みレベルの第１の範囲９１６が磁気弾性構成要素１０４に加わることに応答して、所定の周波数８３０はＲＦＩＤ回路１０８の共振を可能にし、ＲＦＩＤ回路１０８を作動させる。歪みレベルの第１の範囲９１６は、締まっていない状態にあるファスナ１０２に関連付けられる。

【0047】

第１の歪みレベル５２０（例えば、締まっている状態にあるファスナ１０２に関連付けられる）は、第２の共振応答周波数９２４をもたらす。第１の歪みレベル５２０は歪みレベルの第２の範囲９１８に含まれ、第２の共振応答周波数９２４は第２の共振応答周波数帯９２８に含まれる。所定の周波数８３０は、ＲＦＩＤ回路１０８が第２の共振応答周波数９２４を呈するとき、共振を可能にせず、ＲＦＩＤ回路を作動させない。したがって、歪みレベルの第２の範囲９１８が磁気弾性構成要素１０４に加わることに応答して、所定の周波数８３０はＲＦＩＤ回路１０８の共振を可能にせず、ＲＦＩＤ回路１０８を作動させない。歪みレベルの第２の範囲９１８は、締まっている状態にあるファスナ１０２に関連付けることができる。

【0048】

図１０のグラフは、磁気弾性構成要素１０４に加わる歪み５０４の関数１００６としてＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数７０４を示す。関数１００６は線形でも非線形でもよいことに注意されたい。説明を簡単にするために、図の関数１００６は湾曲しているが、どのような形状をとってもよい。

【0049】

ＲＦＩＤリーダ１１２は、周波数の範囲１０２６にわたって励起信号１１４を送信するように構成することができる。ＲＦＩＤリーダ１１２は次いで、ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数７２０を決定し、歪みレベルの範囲１０１６内で磁気弾性構成要素１０４に加わる第１の歪みレベル５２０に共振応答周波数７２０をマッピングすることができる。これにより、システム１００、２００を使用して、読み取り値を締まり度合いの別個の状態に限定する代わりに、ファスナ１０２に関連付けられる歪みのレベルを決定することができる。

【0050】

図１１のグラフは、ファスナ１０２の締まりレベル５０２の範囲の関数５０６として、磁気弾性構成要素１０４及び磁気弾性構成要素４０４の両方における歪み５０４を示す。

【0051】

図５のように、図１１の締まりレベル５０２の範囲は、第１のサブレンジ５１６及び第２のサブレンジ５１８を含むことができる。第１のサブレンジ５１６は、締まっている状態にあるファスナ１０２に対応し得る。第２のサブレンジ５１８は、締まっていない状態にあるファスナ１０２に対応し得る。第１のサブレンジは５１６歪みレベルの第１の範囲５２６に対応し、第２のサブレンジ５１８は歪みレベルの第２の範囲５２８に対応する。ファスナ１０２が締まっているとき、第１のサブレンジ５１６に含まれるファスナ１０２の第１の締まりレベル５１０は、歪みレベルの第１の範囲５２６に含まれる磁気弾性構成要素１０４に加わる第１の歪みレベル５２０をもたらす。ファスナ１０２が緩んでいるとき、第２のサブレンジ５１８に含まれるファスナ１０２の第２の締まりレベル１１１０は、歪みレベルの第２の範囲５２８に含まれる第２の磁気弾性構成要素４０４に加わる第２の歪みレベル１１２０をもたらす。

【0052】

図５のように，サブレンジ５１６、５１８の幅は、システム１００－４００の特定の用途に依存する。例えば、システム４００の場合、第１のサブレンジ５１６と第２のサブレンジ５１８との間のギャップは、締まっているとも締まっていないとも考慮されない締まりレベルを示す。図５を参照して記載されるように、ギャップは、「完全に」締まっている状態又は「完全に」緩められた状態でない、締まっている状態又は締まっていない状態の一定の許容誤差内の範囲を表すことができる。これは、リーダが、ファスナが締まっている状態にあるとき又は緩められた状態にあるときに信号を出すように構成されているが、ファスナがこれら状態のいずれにもない場合にはリーダは信号を出さない用途において有用であり得る。

【0053】

図１２のグラフは、可変インダクタ回路１０６のインダクタンス６０４及び第２の可変インダクタ回路４０６を、それぞれ、磁気弾性構成要素１０４における歪み５０４の関数６０６として、及び第２の磁気弾性構成要素４０４における歪み５０４の関数１２０６として示す。関数６０６と関数１２０６との間の差は、磁気弾性構成要素１０４、４０４の寸法により、及び可変インダクタ回路１０６、４０６において磁気弾性構成要素１０４、４０４に巻き付けられたループの数により、制御することができる。

【0054】

図１１を参照して記載される歪みレベルの第１の範囲５２６は、図１２に示されるインダクタンスの第１の範囲６２６に対応し、歪みレベルの第２の範囲５２８はインダクタンスの第２の範囲６２８に対応する。インダクタンス６０４は歪み５０４と相関し、歪み５０４は次に締まりレベル５０２の範囲と相関するため、インダクタンスの第１の範囲６２６は締まっている状態にあるファスナ１０２に対応し、インダクタンスの第２の範囲６２８は締まっていない状態にあるファスナ１０２に対応し得る。図１２に示されるように、磁気弾性構成要素１０４における第１の歪みレベル５２０は可変インダクタ回路１０６に第１のインダクタンスレベル６２０をもたらし、第２の磁気弾性構成要素４０４における第２の歪みレベル１１２０は第２の可変インダクタ回路４０６に第２のインダクタンスレベル１２２０をもたらす。可変インダクタ回路１０６、４０６の互いに異なる構成により、第１のインダクタンスレベル６２０及び第２のインダクタンスレベル１２２０の両方は、インダクタンスの第１の範囲６２６に含まれる。

【0055】

図１３のグラフは、可変インダクタ回路１０６及び第２の可変インダクタ回路４０６におけるインダクタンス６０４の関数７０６としてＲＦＩＤ回路１０８及び第２のＲＦＩＤ回路４０８の共振応答周波数７０４を示す。

【0056】

図６を参照して記載されるインダクタンスの第１の範囲６２６は、図１３に示される共振応答周波数帯７２６に対応し得る。共振応答周波数７０４はインダクタンス６０４と相関し、インダクタンス６０４は次に歪み５０４と相関し、歪み５０４は締まりレベル５０２の範囲と相関するため、共振応答周波数帯７２６は、ＲＦＩＤ回路１０８の締まっている状態にあるファスナ１０２に対応し、且つ第２のＲＦＩＤ回路４０８の締まっていない状態にあるファスナ１０２に対応する。したがって、ファスナ１０２が締まっている状態にあるとき、ＲＦＩＤ回路１０８に関連付けられる第１のインダクタンスレベル６２０は、共振応答周波数帯７２６に含まれる第１の共振応答周波数７２０をもたらす。ファスナ１０２が締まっていない状態にあるとき、ＲＦＩＤ回路４０８に関連付けられる第２のインダクタンスレベル１２２０は、共振応答周波数帯７２６に含まれる第２の共振応答周波数１３２０をもたらす。

【0057】

したがって、図４に示したように、共振応答周波数帯７２６内で動作しているＲＦＩＤリーダ１１２は、ファスナ１０２が締まっているときＲＦＩＤ回路１０８から応答信号１１６を受信し、ファスナ１０２が締まっていないときとき第２のＲＦＩＤ回路４０８から第２の応答信号４１６を受信することができる。

【0058】

図１４のグラフは、周波数１４０２の関数としてＲＦＩＤ回路１０８の受信信号レベル１４０４を示す。図１４は、ここに記載される概念を別の方法で可視化している。ファスナ１０２が第１の状態（例えば、締まっている状態又は締まっていない状態）にある間、ＲＦＩＤ回路１０８の共振応答周波数１４０６は指定ＲＦＩＤ帯１４１０（例えば、ＲＦＩＤリーダ１１２によって使用される）に含まれる。ファスナ１０２の締まり度合いの変化は、シフトした曲線１４１６を有するシフトした共振応答周波数１４１４への、共振応答周波数１４０６のシフト１４１２をもたらす。指定ＲＦＩＤ帯１４１０内では、曲線１４０８の信号レベルとシフトした曲線１４１６の信号レベルとの間の差１４１８によって、ＲＦＩＤリーダ１１２はＲＦＩＤ回路１０８を検出することができなくなる。

【0059】

図１５を参照すると、可変インダクタンスを呈するスマートファスナ１５００の実施例が示されている。他の構成も可能であるが、本開示により構築される実施形態の形態に示されるスマートファスナ１５００は、まず、磁気弾性材料（例えば、Ｇａｌｆｅｎｏｌ－ＦｅＧａ）を、並行に配置された磁気弾性ドメインを有するストリップ１５０２に切り分けることにより製作された。モータ巻き線から作製されたコイル１５０４を、中央部の周りに配置された複数の巻き線を有するストリップ１５０２の周りに形成した。磁気弾性ストリップ１５０２の両端を、パイプ係合ファスナとして使用されるＢナット１５０６へと機械加工されるトレンチ１５０８を横切るように取り付けた。トレンチ１５０８は、ナット１５０６が適当なトルクで固定されるときにトレンチの幅方向に歪みを誘発するような方法で製作された。アンテナ（図示しない）を含むＲＦＩＤシステムへの統合を可能にするために、コネクタ１５１０をコイル１５０４に取り付けた。実際には、ＲＦＩＤシステムは、コネクタなしで直接統合されるであろう。

【0060】

ネットワークアナライザを使用して、記載されるスマートファスナ１５００の、歪みにより誘導された透磁率の変化と、スマートファスナ１５００の複素インピーダンスを測定した。固定をシミュレーションした後、インピーダンスは、現在使用されている典型的な歪みセンサの数倍にあたる＞１５％変化した。ナットを緩めると、複素インピーダンスがその開始値に戻ることが分かった。したがって、スマートファスナ１５００は再利用可能である。

【0061】

図１６のグラフは、磁気弾性材料に加わる機械的応力／歪み１６０２の関数１６０６として、磁気弾性構成要素に誘導された透磁率の変化１６０４を示している。図１５に示される、開示されるスマートファスナの用途では、加わった応力／歪み１６０２は、材料変形のプロセスの間の磁気性材料の磁気比透磁率を変化させる。加わる機械的負荷に起因する材料の磁化の変動は、その飽和値に到達するまで、磁歪性の歪みを変化させる。内部では、磁気性材料は、局所磁気ドメインを発生する結晶構造を有し、各々が均一な磁気分極の領域である。機械的負荷が加わるとき、ドメイン間の境界はシフトし、ドメインは回転する。これら影響は共に、材料の磁化に変化を生じさせる。

【0062】

図１７には、ＲＦＩＤスマート感知のための方法１７００が示されている。方法１７００は、１７０２において、ＲＦＩＤ回路を提供することを含む。例えば、ＲＦＩＤ回路１０８は、システム１００、２００、３００、４００の一部として提供される。

【0063】

方法１７００は、１７０４において、ＲＦＩＤ回路に電気的に接続するアンテナを提供することを更に含む。例えば、アンテナ１１０、２１０、３１０、４１０は、システム１００、２００の一部として提供される。

【0064】

方法１７００は、１７０６において、磁気弾性構成要素を有する可変インダクタ回路を提供することも含む。例えば、可変インダクタ回路１０６は、システム１００、２００の一部として提供され、磁気弾性構成要素１０４を含み得る。更に、可変インダクタ回路が呈するインダクタンスは、磁気弾性構成要素に加わる歪みレベルの関数であり、ＲＦＩＤ回路の共振応答周波数は、可変インダクタ回路が呈するインダクタンスの関数であり、歪みレベルの変化は共振応答周波数にシフトをもたらし得る。

【0065】

方法１７００は、１７０８において、磁気弾性構成要素をファスナに接続することを含む。例えば、磁気弾性構成要素１０４は、ファスナ１０２に取り付けられる。

【0066】

本開示は以下の条項による実施形態を含む。

【0067】

条項１．
ファスナ（１０２）；
ファスナ（１０２）に接続された磁気弾性構成要素（１０４）であって、磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベル（５２０）が、ファスナ（１０２）の締まりレベルの範囲（５０２）内で締まりレベル（５１０）の関数（５０６）である、磁気弾性構成要素；
無線識別（ＲＦＩＤ）回路（１０８）；
ＲＦＩＤ回路（１０８）に電気的に接続されたアンテナ（１１０、２１０）；及び
ＲＦＩＤ回路（１０８）とアンテナ（１１０）に電気的に接続された可変インダクタ回路（１０６）であって、可変インダクタ回路（１０６）が呈するインダクタンス（６２０）が、磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベル（５２０）の関数（６０６）であり、ＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数（７２０）が、可変インダクタ回路（１０６）が呈するインダクタンス（６２０）の関数（７０６）であり、歪みレベル（５２２）の変化が共振応答周波数（７２０）のシフト（７２２）をもたらす、可変インダクタ回路（１０６）
を備えるシステム。

【0068】

条項２．ファスナ（１０２）の締まりレベルの範囲（５０２）が、ファスナ（１０２）の締まっている状態とファスナ（１０２）の締まっていない状態にそれぞれ対応する、重なり合わない締まりレベルの第１のサブレンジと第２のサブレンジ（５１６、５１８）を含み、ファスナ（１０２）の締まっている状態とファスナ（１０２）の締まっていない状態が、重なり合わない第１の共振応答周波数帯と第２の共振応答周波数帯（７２６、７２８）にそれぞれ対応する、条項１のシステム。

【0069】

条項３．重なり合わない第１の共振応答周波数帯（７２６）が指定ＲＦＩＤ帯に対応するか、又は重なり合わない第２の共振応答周波数帯（７２８）が指定ＲＦＩＤ帯に対応する、条項２のシステム。

【0070】

条項４．
磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベルの第１の範囲（８１６、９１６）に応答してＲＦＩＤ回路（１０８）の共振を可能にし且つＲＦＩＤ回路（１０８）を作動させ、磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベルの第２の範囲（８１８、９１８）に応答して共振を可能にせず且つＲＦＩＤ回路（１０８）を作動させない、所定の周波数（８３０）で励起信号（１１４）を送信するように構成されたＲＦＩＤリーダ（１１２）
を更に備える、条項１－３のいずれかのシステム。

【0071】

条項５．歪みレベルの第１の範囲（８１６）が締まっている状態にあるファスナ（１０２）に関連付けられており、歪みレベルの第２の範囲（８１８）が締まっていない状態にあるファスナ（１０２）に関連付けられているか、又は歪みレベルの第１の範囲（９１６）が締まっていない状態にあるファスナ（１０２）に関連付けられており、歪みレベルの第２の範囲（９１８）が締まっている状態にあるファスナ（１０２）に関連付けられている、条項４のシステム。

【0072】

条項６．
周波数のある範囲（１０１６）にわたって励起信号（１１４）を送信し、ＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数（７２０）を決定し、ＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数（７２０）を磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベル（５２０）にマッピングするように構成されたＲＦＩＤリーダ（１１２）
を更に備える、条項１－５のいずれかのシステム。

【0073】

条項７．
追加のＲＦＩＤ回路（３０８）と追加の可変インダクタ回路（３０６）に関連付けられる追加のファスナ（３０２）；及び
締まっていない状態にあるファスナ（１０２）に対応する磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベル（５２４）に応答してＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数（７２４）と一致する所定の周波数（７３０）を有する励起信号（１１４）を送信し、それにより、締まっている状態にある追加のファスナに応答して追加のファスナ（３０２）の中からファスナ（１０２）を見つけることを可能にするように構成されたＲＦＩＤリーダ（１１２）
を更に備える、条項１－６のいずれかのシステム。

【0074】

条項８．ＲＦＩＤ回路（１０８）が、ＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数（６２０）と一致する所定の周波数（７３０）に応答してファスナ（１０２）を見つけるために使用可能な識別子（１１８）を送信するように構成されている、条項７のシステム。

【0075】

条項９．
ファスナ（１０２）に接続される第２の磁気弾性構成要素（４０４）；
第２のＲＦＩＤ回路（４０８）；
ＲＦＩＤ回路（４０８）に電気的に接続される第２のアンテナ（４１０）；及び
第２のＲＦＩＤ回路（４０８）と第２のアンテナ（４１０）に電気的に連結される第２の可変インダクタ回路（４０６）であって、第２の可変インダクタ回路（４０６）が呈する第２のインダクタンスレベル（１２２０）が、第２の磁気弾性構成要素（４０４）に加わる第２の歪みレベル（１１２０）の関数（１２０６）であり、第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の第２の共振応答周波数（１３２０）が、第２の可変インダクタ回路（４０６）が呈する第２のインダクタンス（１２２０）の関数（１３０６）であり、第２の歪みレベル（１１２０）の変化が第２の共振応答周波数（１３２０）のシフトをもたらす、第２の可変インダクタ回路（４０６）
を更に備える、条項１－８のいずれかのシステム。

【0076】

条項１０．ＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数（６２０）が、締まっている状態にあるファスナ（１０２）に対応する磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベル（５２０）に応答して指定ＲＦＩＤ帯内にあり、第２のＲＦＩＤ回路（４０８）の第２の共振応答周波数（１３２０）が、締まっていない状態にあるファスナ（１０２）に対応する第２の磁気弾性構成要素（４０４）に加わる第２の歪みレベル（１１２０）に応答して指定ＲＦＩＤ帯内にある、条項９のシステム。

【0077】

条項１１．
無線識別（ＲＦＩＤ）回路（１０８）、
ＲＦＩＤ回路（１０８）に電気的に接続されたアンテナ（１１０、２１０）、及び
ＲＦＩＤ回路（１０８）とアンテナ（１１０、２１０）に電気的に連結された、磁気弾性構成要素（１０４）を有する可変インダクタ回路（１０６）であって、可変インダクタ回路（１０６）が呈するインダクタンスが、磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベルの関数であり、ＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数が、可変インダクタ回路（１０６）が呈するインダクタンスの関数であり、歪みレベルの変化が、共振応答周波数にシフトをもたらし、且つ所定の歪みレベルの範囲が、所定の共振応答周波数帯をもたらす、可変インダクタ回路（１０６）
を備えた装置。

【0078】

条項１２．アンテナが双極子型アンテナ（１１０）であり、所定の共振応答周波数帯が極超高周波（ＵＨＦ）帯である、条項１１の装置。

【0079】

条項１３．アンテナがループアンテナ（２１０）であり、所定の共振応答周波数帯が高周波（ＨＦ）帯又は低周波（ＬＦ）帯である、条項１１又は１２の装置。

【0080】

条項１４．可変インダクタ回路（１０６）がループアンテナ（２１０）のループに組み込まれている、条項１３の装置。

【0081】

条項１５．可変インダクタ回路（１０６）が磁気弾性構成要素（１０４）を取り囲むインダクタコイルを含む、条項１１－１４のいずれかの装置。

【0082】

条項１６．磁気弾性構成要素（１０４）がマルチフェロイック材料のコアを含む、条項１１－１５のいずれかの装置。

【0083】

条項１７．
無線識別（ＲＦＩＤ）回路（１０８）を提供すること、
アンテナ（１１０、２１０）をＲＦＩＤ回路（１０８）に電気的に接続すること；及び
磁気弾性構成要素（１０４）を有する可変インダクタ回路（１０６）をＲＦＩＤ回路とアンテナに電気的に接続することであって、可変インダクタ回路（１０６）が呈するインダクタンスが、磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベルの関数であり、
ＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数が、可変インダクタ回路（１０６）が呈するインダクタンスの関数であり、且つ歪みレベルの変化が、共振応答周波数のシフトをもたらす、可変インダクタ回路（１０６）を接続すること
を含む方法。

【0084】

条項１８．
磁気弾性構成要素（１０４）をファスナ（１０２）に接続することであって、共振応答周波数が、締まっている状態のファスナ（１０２）に対応する磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベルに応答して指定ＲＦＩＤ帯内にある、磁気弾性構成要素（１０４）を接続すること
を更に含む、条項１７の方法。

【0085】

条項１９．
磁気弾性構成要素（１０４）をファスナ（１０２）に接続することであって、共振応答周波数が、締まっていない状態にあるファスナ（１０２）に対応する磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベルに応答して指定ＲＦＩＤ帯内にある、磁気弾性構成要素（１０４）を接続すること
を更に含む、条項１７又は１８の方法。

【0086】

条項２０．
磁気弾性構成要素（１０４）に加わる歪みレベルを変更し、それによりＲＦＩＤ回路（１０８）の共振応答周波数をシフトさせること
を更に含む、条項１７－１９のいずれかの方法。

【0087】

種々の実施形態を図示し、説明したが、本発明はそれらに限定されず、当業者に自明であろう修正例及び変形例をすべて含むと理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】