JP6745241B2 - チップレス無線周波数識別（ｒｆｉｄ）アーキテクチャに基づく化学センサ - Google Patents

Description

本教示は、一般にチップレス無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ、より詳細にはチップレスＲＦＩＤアーキテクチャに基づく化学センサに関する。

無線周波数識別（ＲＦＩＤ）技術は、在庫追跡、損失防止での使用ならびに他の使用にますます一般的になっている。ＲＦＩＤシステムは、物体に配置されるトランスポンダまたはタグならびにこのタグによって送信される情報をワイヤレスで受信する質問機またはリーダを含んでいてもよい。ＲＦＩＤタグは、バッテリのようなローカル電源を含むアクティブタグ、またはタグ内のアンテナに電流を誘導するリーダが発生させた電磁波によって活性化されるパッシブタグとして広く分類され得る。

ＲＦＩＤタグは、チップまたは集積回路（ＩＣ）の形態であってもよい電子回路を含むことができる。チップは、リーダに通信されるデータを記憶し得る。対照的に、チップレスＲＦＩＤタグは、集積回路も個別のアクティブ電子構成要素も有さず、基材上に直接印刷されてもよく、結果としてチップＲＦＩＤタグよりも低コストになる。

チップレスＲＦＩＤタグは、質問機アウトプットを捉える受信アンテナ、質問機によって受信されたデータを送る送信アンテナ、および受信アンテナと送信アンテナとの間で電気的に接続された複数のまたはアレイの共振器（すなわち多重共振器）を含んでいてもよい。使用の間、リーダは、広帯域または無線周波数スペクトルをアウトプットしてもよい。多重共振器の構成に依存して、１つ以上の無線周波数は、受信アンテナによって捉えられ、多重共振器を共振させる周波数依存アンテナ負荷を含んでいてもよい。共振はシグナルを変調し、このシグナルが、送信アンテナによって送信され、質問機によって受信され得る。各ＲＦＩＤタグは、伝導性フィルムをエッチングし、多重共振器を形成するパターニングされた特定の共振構造セットをもたらすことによって符号化されてもよい。タグセットからの特定のタグに特有の識別のためには、各トランスポンダは、特有の多重共振器設計を含むように製造されなければならず、これは高価なプロセスである。

受信アンテナ、送信アンテナおよび共振器は伝導性層、例えば金属層をパターニングするための１つ以上のパターニング技術を用いて調製され得る。種々のパターニング技術、例えばスタンプ加工、化学エッチング、機械的エッチング、レーザエッチング、金属層の直接配線、蒸着などが使用されてもよい。

実際問題として、ＲＦＩＤ技術は、光シグナルの場合よりも材料に対して相当良好な貫通特徴を有する無線周波数を使用し、バーコードラベルよりも不利な環境条件下で作動する。故に、ＲＦＩＤタグは、塗料、水、土砂、塵埃、紙、人体、コンクリート、またはタグ付けアイテム自体を通って読み取られ得る。ＲＦＩＤタグは、在庫管理、有料道路の車の自動識別、セキュリティシステム、電子アクセスカード、キーレスエントリーなどに使用され得る。

種々の環境条件、例えば温度、相対湿度、水素イオン濃度（ｐＨ）、種々の化学物質の存在ならびに他の条件を検出するためのセンサは周知であり、種々の異なる技術に基づく。これらのセンサは、手動の組立を必要とし得る相当数の電子構成要素を含み得るので、コストがかかる。多くの場合、遠隔環境または容易に検査できない環境（例えば包装の内部）の状態を知らせることが所望される。

従来のセンサよりも安価である種々の環境条件を検出するためのセンサは、当該技術分野において所望される。

以下には、本教示の１つ以上の実施形態の一部の態様を基本的に理解するために、簡略化した要約を提示する。この要約は、広範囲の概要ではなく、本教示の鍵もしくは重要な要素を同定することを意図するものでなく、本開示の範囲を表そうとするものでもない。むしろ、その主要な目的は、後に提示される詳細な説明の導入部として簡略化形態で１つ以上の概念を単に示すことである。

実施形態において、本教示の実施形態に従う無線周波数識別（ＲＦＩＤ）デバイスは、受信アンテナ、送信アンテナ、複数の共振器を含む多重共振器（ここで多重共振器は、受信アンテナと送信アンテナとの間で電気的に接続される）、ならびにＲＦＩＤデバイスの２つ以上の電気伝導性構造をつなぐセンサ材料（このセンサ材料は、センサ材料が曝露される環境条件に依存して変化するように構成された変動電気伝導率を有する）を含んでいてもよい。

別の実施形態において、本教示の実施形態に従うＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤリーダと、ＲＦＩＤリーダからの質問を受信し、質問の受信時にＲＦＩＤリーダへの応答をアウトプットするように構成されたＲＦＩＤセンサデバイスとを含んでいてもよい。ＲＦＩＤセンサデバイスは、受信アンテナ、送信アンテナ、複数の共振器を含む多重共振器を含んでいてもよく、ここでこの多重共振器は、受信アンテナと送信アンテナとの間で電気的に接続され、センサ材料は、ＲＦＩＤデバイスの２つ以上の電気伝導性構造をつなぐ。センサ材料は、センサ材料が曝露される環境条件に依存して変化するように構成される変動電気伝導率を含んでいてもよい。

別の実施形態において、環境条件をセンシングするための方法は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダから第１の質問をＲＦＩＤセンサを用いて受信する工程を含んでもよく、このＲＦＩＤセンサが、受信アンテナ、送信アンテナ、複数の共振器を含む多重共振器（ここで多重共振器は、受信アンテナと送信アンテナとの間で電気的に接続される）、ならびにＲＦＩＤセンサの２つ以上の電気伝導性構造をつなぐセンサ材料（このセンサ材料は、センサ材料が曝露される環境条件に依存して変化するように構成された変動電気伝導率を有する）を含む。この方法はさらに、ＲＦＩＤセンサからの第１の振幅を有する第１の応答をアウトプットする工程であって、この第１の振幅が環境条件の第１の状態に依存する工程、ＲＦＩＤセンサを用いてＲＦＩＤリーダからの第２の質問を受信する工程、およびＲＦＩＤセンサから第２の振幅を有する第２の応答をアウトプットする工程であって、この第２の振幅は第１の振幅とは異なり、環境条件の第２の状態に依存する工程を含んでいてもよい。

本明細書の一部に組み込まれ、これらを構成する添付の図面は、本教示の実施形態を示し、説明と共に、本開示の原理を説明することに役立つ。

図１は、本教示の実施形態に従うインプロセスの無線周波数識別（ＲＦＩＤ）デバイスの平面図である。 図２は、図１の構造の２−２に沿った断面である。 図３は、本教示の実施形態に従うインプロセスの多重共振器の断面である。 図４は、本教示の実施形態に従うインプロセスの多重共振器の断面である。 図５は、本教示の実施形態に従うインプロセスの多重共振器の断面である。 図６は、本教示の実施形態に従うインプロセスの多重共振器の断面である。 図７は、１つの例示的な使用における物品に結合したＲＦＩＤセンサシステムの概略図である。 図８は、本教示の実施形態に従うＲＦＩＤデバイスを用いる環境条件をセンシングするための方法のフローダイアグラムである。

図の一部の詳細は簡略化されており、厳密な構造上の正確性、詳細およびスケールを維持するよりもむしろ本教示の理解を促すために描かれていることに留意すべきである。

ここで本教示の例示的な実施形態を詳細に参照し、これらの例が添付の図面に示される。可能な限り、同じ参照番号が同じまたは同様の部品を指すために図面全体を通して使用される。

本明細書で使用される場合、特に断らない限り：「チップレス」という用語は、集積回路も区別可能な電子構成要素、例えばトランジスタまたはコイルも有していない無線周波数識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダを説明する；用語「共振器」または「共振構造」は、特性周波数に対応する関連共振を有する構造を指す；用語「スペクトルシグネチャ」は、適用された励起周波数と関連する少なくとも１つの識別共振を指す；用語「タグ」は、トランスポンダまたはトランスポンダとトランスポンダがその上に配設されるキャリアおよびトランスポンダがその中に配設されるデバイスパッケージを含んでいてもよい他の構造との組み合わせを指す。タグは物品に取り付けられてもよい；用語「トランスポンダ」は、質問機によって送信されるようなシグナルを受信し、受信したシグナルに応答する１つ以上の応答シグナルを送信するタグのようなデバイスを指す；用語「エッチングされた」は、材料の一部が除去されるプロセス、例えば化学エッチング、機械的エッチング、レーザエッチングまたはアブレーションなどを指す；用語「安全被覆層」は、干渉を受ける場合に、安全被覆層が配設された構造を損傷、破壊またはそうでなければ変更する層を指す；用語「汎用ＲＦＩＤトランスポンダ」は、質問機のような送信機によって適用される各周波数ドメインについて関連する共振構造を有するＲＦＩＤトランスポンダを意味する。

図１は平面図であり、図２は、ＲＦＩＤタグの一部であるトランスポンダ１００の一部を示す、図１の２−２に沿って拡大された断面である。トランスポンダ１００は、受信アンテナ１０２、複数の共振器１０４Ａ〜１０４Ｄを含む多重共振器１０４、および送信アンテナ１０６を含むことができる。図１に示されるように、各共振器１０４Ａ〜１０４Ｄは、各共振器を異なる周波数で共振させる特有のスパイラルパターンを有する。実施形態において、共振器内のスパイラルの隣接アーム間の間隙空間、エリアまたは領域１１０は幅「Ｗ」（図２に示されるように）を有していてもよく、これは多重共振器スパイラルのアームを形成または提供する伝導性ラインの線幅の約０．５倍である。多重共振器、より詳細には各共振器スパイラルおよび間隙空間は、間隙空間１１０が予期せぬ共振を生じないように設計される。ＲＦＩＤタグは、種々の示される構造が除去されまたは変更されてもよいが、簡略化のために示されない他の構造を含むことができることが理解される。

使用に際して、質問機は、受信アンテナ１０２によって受信されることができ、および１つ以上の共振器１０４Ａ〜１０４Ｄを共振させることができる周波数の広いスペクトルをアウトプットする。共振する共振器１０４Ａ〜１０４Ｄの数およびそれらが共振する振幅（例えば大きさおよび／または位相）はアウトプット周波数をもたらし、これがアナログシグナルに変換され、送信アンテナ１０６によって応答シグナルとして質問機に送信される。例えば、特定される周波数に限定されないが、共振器１０４Ａは２．９７ギガヘルツ（ＧＨｚ）で共振してもよく、共振器１０４Ｂは２．６６ＧＨｚで共振してもよく、共振器１０４Ｃは２４ＧＨｚで共振してもよく、共振器１０４Ｄは２４．３ＧＨｚで共振してもよい。質問の間に生じ、送信アンテナ１０６によって送信されるアナログシグナルが、共振器１０４Ａ〜１０４Ｄの特有のパターンの結果として複数のタグからの特定のタグに特有であるので、質問機は複数のタグから特定のタグを識別できる。トランスポンダ１００は、キャリア１０８に、例えば物品に直接または物品に結合させるための中間接着剤バッキングに配設されてもよい。キャリア１０８は、ＲＦＩＤトランスポンダが初期に製作される基材であってもよく、または製造された後に、ＲＦＩＤトランスポンダが移されるキャリアであってもよい。接着剤バッキングを有するキャリア１０８により、ＲＦＩＤトランスポンダは物品上に容易に結合できる（タグ付けできる）。

本教示の実施形態は、１つ以上の環境条件を検出するためのセンサとして使用されてもよいＲＦＩＤデバイスならびにＲＦＩＤデバイスを形成するための方法を含むことができる。

図３に示されるように、図２の多重共振器１０４を形成した後、知覚またはセンサ材料３００は、各共振器１０４Ａ〜１０４Ｄの隣接アームの間の間隙空間１１０内に少なくとも配設される。センサ材料３００は、測定される環境条件の変化に応じて電気伝導率を変化させる材料である。種々の十分な材料および形成方法を以下に議論する。

１つの実施形態において、センサ材料３００は、図３に示されるように、堆積されてもよく、またはそうでなければ多重共振器１０４にわたって分配されてもよい。図３はさらに、センサ材料３００が形成されるべき第１の領域を露呈し、センサ材料３００が排除されるべき第２の領域をカバーする、キャリア１０８にわたって形成され得るパターニングされたマスク３０２を示す。１つの実施形態において、センサ材料３００は、マスク３０２にわたって、および多重共振器１０４にわたって配設され、次いでマスクされる領域から除去されてもよい粉末またはゲルのような固体であってもよい。マスクされた領域からの除去は、例えばブレード、例えばシリコーンのようなポリマーまたは他の好適な材料から製造されるブレードのようなブレードを用いて、行われてもよい。

別の実施形態において、センサ材料３００は、溶媒内に懸濁された溶質を含む液体溶液として分配されてもよい。この実施形態において、溶液は、多重共振器１０４の領域に溶液を含有させるように、マスク３０２を用いて共振器１０４Ａ〜１０４Ｄにわたって配設されてもよい。次いで溶媒が、適切な硬化プロセスを用いて除去されてもよく、固体として溶質を残す。

これらのプロセスのいずれかにおいて、センサ材料３００を分配し、これらのあらゆる必要とされる硬化を行った後、マスク３０２は除去されて、図４に示される構造と同様の構造をもたらしてもよい。

図４の構造について、共振器１０４Ａ〜１０４Ｄは、キャリア１０８と接触する下方表面から、キャリア１０８と実質的に平行な頂部表面まで延びる第１の厚さを有することが理解される。さらに、センサ材料３００は、間隙空間１１０にてキャリア１０８と接触する下方表面から延びる第２の厚さを有し、ここで第２の厚さは第１の厚さより大きい。これにより、センサ材料３００が間隙空間１１０のみに限られないように、センサ材料３００が多重共振器１０４の頂部にわたって形成される。多重共振器１０４の種々の設計特徴およびセンサ材料３００（このセンサ材料３００は、頂部表面にわたって形成される）の化学組成、密度および可撓性または硬度に依存して、共振器１０４Ａ〜１０４Ｄは、質問（すなわち質問シグナルまたは「チップ」）に応答した多重共振器１０４の共振に対して相対的に大きな緩和効果（ｄａｍｐｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）を有し得る。一部の使用および／またはＲＦＩＤ設計において、この緩和は所望されるか、または許容可能であってもよい。他の使用および／またはＲＦＩＤ設計において、この緩和は過剰な場合があり、または所望されない場合がある。故に、一部の使用において、センサ材料３００の厚さが低減され得る。厚さの低減は、図４の構造を形成した後に、例えば垂直平坦化またはバッフィングプロセスを行うことによって行われ、図５の構造をもたらしてもよい。別の実施形態において、少量のセンサ材料３００は、センサ材料が共振器１０４Ａ〜１０４Ｄの頂部表面にわたって分配されないように、図３にて分配されてもよい。しかし、分配されるセンサ材料３００の量は、間隙空間１１０をつなぎ、いずれかの硬化プロセスに続いて図５に示されるような間隙空間１１０の両側に共振器１０４Ａ〜１０４Ｄのアームと物理的に接触するのに十分であるべきである。

別の実施形態において、センサ材料３００は、マスクを必要としないように、間隙空間１１０にのみ直接分配されてもよい。例えば、センサ材料３００は、図６に示されるように、センサ材料供給機６０２と流体連通した分配チップ６００を用いて分配されてもよい。センサ材料供給機６０２からのある量のセンサ材料６０４は、示されるような分配チップ６００において開口部６０６から分配されてもよい。センサ材料６０４は、固体、例えば粉末、液体またはゲルとして分配されてもよい。キャリアガスは、センサ材料６０４が粉末として分配される場合特に、センサ材料６０４の分配を改善するために使用されてもよい。センサ材料６０４は、多重共振器１０４にわたる分配チップ６００の所定速度に関して所望の流量にてセンサ材料６０４を排出するのに十分な圧力下で開口部から分配されてもよい。

センサ材料を分配した後、間隙空間１１０内のセンサ材料３００は、適切な硬化プロセスを用いて硬化される。例えば、センサ材料３００は、センサ材料３００が間隙空間内で物理的に安定になり、後続の加工処理または使用中に材料が取り除かれるのを防止するように、溶媒を除去するために、または粉末を流動および固化させるために加熱されてもよい。

センサ材料３００を形成した後に、ＲＦＩＤデバイスのいずれかの追加加工処理は、使用するのに好適である最終的なＲＦＩＤデバイスを形成するように想定されてもよい。

上記で議論されるように、センサ材料３００は、変動電気伝導率を有する材料である。センサ材料３００の電気伝導率は、測定されている環境条件、例えば相対湿度（ＲＨ）、ｐＨ、温度、特定ガス構成成分の存在などの関数である。これらのフィルムの電気伝導率が増大するにつれて、アンテナによって受信される広帯域質問シグナルの減衰は、共振構造の周波数を増大させる。換言すれば、質問に応答する共振器の共振振幅は、センサ材料３００の電気伝導率に反比例する。従って、減衰の強度は、タグが置かれた環境条件（ＲＨ、ｐＨなど）と相関し得る。

ＲＨを検出するためのセンサは、相対湿度の変化に応じて電気伝導率を変化させるセンサ材料３００により間隙空間１１０を埋めることによって形成されてもよい。例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の電気伝導率は相対湿度に比例し、周囲空気からの湿分の吸収からＰＶＡが湿潤するにつれて、電気伝導率は増大し、湿度が低減することでＰＶＡが乾燥（ｄｒｙ）または脱水（ｄｅｓｃｉｃｃａｔｅ）するにつれて低下する。この場合、質問に応答する多重共振器１０４の共振は、湿度が増大するにつれて低下する。

ＰＶＡを用いるＲＨセンサとして製造されたＲＦＩＤデバイス設計は、試験中に相関されてもよい。例えば、質問に応答した共振振幅（応答振幅）とＲＨパーセンテージとの相関に関するデータは試験の間に決定されてもよく、ここで応答振幅は使用中にセンサが遭遇し得る一連の既知のＲＨパーセンテージにわたって測定される。

同様のデバイスは、ｐＨ、他の化学物質の存在、温度、露光、放射線曝露、または別の環境条件に対して感受性であるフィルムを含む他のフィルムを用いて構築されてもよい。環境センサとして使用するのに好適な種々の材料は、以下に議論される。

例えば、ポリアクリル酸は、ｐＨのフラックスにより電気伝導率を変化させることは既知である。媒体のｐＨがより酸性になるにつれて、フィルムの電気伝導率は増大または低減する。同様に、ポリビニルアルコールのような材料およびこれらの充填化合物は、ＲＨ、歪、温度および有害材料の存在の測定のために使用できる。センサ材料は、温度をモニターまたは測定するためにポリピロールを含んでいてもよい。センサ材料は、ポリアリーレン、充填ポリアリーレン複合体、ポリビニルアルコール、充填ポリビニルアルコール複合体、ポリアクリル酸、充填ポリアクリル酸複合体、半導体フィルム、スパッタリングされた半導体フィルム、蒸着半導体フィルム、ポリピロール、ポリアニリン、ポリエチレンアミン、ポリ（エチレン−ｃｏ−アクリル酸）、ポリ（ビニルアルコール）−ポリピロール−塩化鉄（ＰＶＡ−ＰＰｙ−ＦｅＣｌ_３）複合体フィルム、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）／ポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）、ポリカプロラクタム、ナイロン−６，６、ポリオキシメチレン、高密度ポリエチレン、の少なくとも１つ、およびこれら２つ以上の組み合わせを挙げることができる。センサは、１〜１２のｐＨをもたらす水素濃度を測定またはモニターしてもよい。

ＲＦＩＤセンサデバイスによる質問に対する応答振幅は、測定される条件に対してセンサ材料の飽和量に依存して、変化する（増大または減少する）。一部の場合には、電気伝導率は飽和に比例し、他の場合には電気伝導率は飽和に反比例し得る。

図７は、物品７０２に結合したＲＦＩＤセンサシステム７００の概略図である。ＲＦＩＤセンサシステム７００は、ＲＦＩＤセンサ７０４、例えば上記で記載されるようなＲＦＩＤセンサの使用を組み込む。ＲＦＩＤセンサシステム７００は、ＲＦＩＤセンサシステム７００のためのベースを提供する基材７０６を含んでいてもよい。ＲＦＩＤセンサ７０４およびＲＦＩＤコントローラ７０８は、基材７０６に上に形成されてもよく、またはそうでなければ基材７０６に結合されてもよい。ＲＦＩＤコントローラ７０８は、データバス７１４を通してメモリ７１２と電気連通したＲＦＩＤリーダ７１０を含んでいてもよい。

物品７０２の輸送、貯蔵または使用の間、ＲＦＩＤセンサ７０４によってモニターされる環境条件は変化する可能性が高く、故に条件の連続モニタリングが必要とされる場合があることが理解される。ＲＦＩＤコントローラ７０８は、連続的にまたはプレプログラム化インターバルにてチャープ７１６を介してＲＦＩＤセンサ７０４に質問するようにプログラムされてもよい。ＲＦＩＤセンサ７０４からＲＦＩＤコントローラ７０８への応答７１８の振幅は、ＲＦＩＤセンサ７０４、より詳細にはＲＦＩＤセンサ７０４のセンサ材料３００（図３）の飽和に依存する。

使用中、ＲＦＩＤコントローラ７０８は、チャープ７１６を介してＲＦＩＤセンサ７０４に質問を送信する。ＲＦＩＤセンサ７０４は、ＲＦＩＤコントローラ７０８によって受信される応答７１８を発する。ＲＦＩＤコントローラ７０８によって受信される応答７１８の振幅に対応するデータは、例えばＲＦＩＤリーダ７１０によってデータバス７１４を通してメモリ７１２に書き込まれる。続いてモニタリングデータは、分析のためにワイヤレスで、またはＲＦＩＤセンサシステム７００のワイヤコネクタ７２０を通してメモリからダウンロードされ得る。

図８は、上記で記載されるＲＦＩＤデバイスの使用を利用し得る環境条件をセンシングするための方法のフローチャートである。実施形態において、ＲＦＩＤリーダは、第１の質問シグナルを、８０２に示されるようにセンサ材料を含むＲＦＩＤデバイスにアウトプットする。上記で記載されるように、ＲＦＩＤセンサは、受信アンテナ、送信アンテナ、および複数の共振器を含む多重共振器を含むことができ、多重共振器は、受信アンテナと送信アンテナとの間で電気的に接続される。ＲＦＩＤセンサはさらに、ＲＦＩＤデバイスの２つ以上の電気伝導性構造をつなぐセンサ材料を含んでいてもよく、ここでこのセンサ材料は、センサ材料が曝露される環境条件に依存して変化するように構成された変動電気伝導率を有する。

８０４では、ＲＦＩＤセンサは、ＲＦＩＤリーダからの第１の質問を受信する。８０６において、第１の応答が、ＲＦＩＤセンサからＲＦＩＤリーダへアウトプットし、これが８０８にてＲＦＩＤリーダによって受信される。第１の応答は、環境条件の第１の状態に依存して第１の振幅を有する。例えば多重共振器、送信アンテナ、受信アンテナ、または別のＲＦＩＤセンサ構造の共振振幅は、第１の応答を与えるセンサ材料の第１の電気伝導率に依存して、第１の応答の間に第１の量によって減衰されてもよい。

第１の応答の第１の振幅に対応するデータは、８１０にてメモリに記憶されてもよい。続いて、ＲＦＩＤリーダは、８１４にてＲＦＩＤセンサによって受信される８１２での第２の質問をアウトプットし、第２の応答が、８１８にてＲＦＩＤリーダによって受信される８１６でのＲＦＩＤデバイスからアウトプットされてもよい。例えば多重共振器、送信アンテナ、受信アンテナ、または別のＲＦＩＤセンサ構造の共振振幅は、第２の応答を与えるセンサ材料の第２の電気伝導率に依存して、第２の応答の間に第２の量によって減衰されてもよい。

第２の応答の第２の振幅に対応するデータは、８２０にてメモリに記憶されてもよい。第２の振幅は、ＲＦＩＤセンサを囲む環境条件が荷電されている場合に、第１の振幅とは異なっていてもよいことが理解される。

故に応答の振幅は変動性であり、ＲＦＩＤセンサを囲む環境条件の状態に依存し、第２の応答の間は第２の量によって第２の応答を提供するセンサ材料の第２の電気伝導率に依存する。

故に本教示は、ＲＦＩＤデバイス技術を用いて設計される環境センサを可能にする。環境条件のモニタリングを可能にするＲＦＩＤタグは、自動化製造技術を用いて加工処理されてもよく、低コストで製造されてもよい。これらの遠隔環境センサは、環境条件、例えばＲＨ、温度などをモニターするために包装に使用されてもよい。１つの技術において、環境条件に応答して伝導率を変化させる材料の層は、マイクロ波、アンテナ、共振器、受信アンテナ、送信アンテナなどにおいてエッチングされた共振構造の間隙領域に配置されてもよい。１つの実施形態において、蛇行アンテナの間隙領域は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）で満たされてもよく、これは伝導率のＲＨによる変動が知られている。

センサ材料３００は、単一の共振器、または２つ以上の共振器に位置してもよいが、ＲＦＩＤ多重共振器を構成する複数の共振器のうち、共振器の一部または共振器のすべてに位置してもよいことが理解される。加えて、センサ材料は、多重共振器以外またはそれらに加えたＲＦＩＤ位置、例えば送信アンテナ、受信アンテナまたは別の位置に位置してもよく、これが質問に応答してフラックスを提供し、ここで応答は、測定されている環境変化と相関する。

広範囲の本開示を示す数値範囲およびパラメータが近似値であるにも拘わらず、具体的な例に示される数値は可能な限り正確に報告される。しかしながら、いずれの数値も固有に、それらそれぞれの試験測定において見出される標準偏差から必ず生じる特定誤差を含んでいる。さらに、本明細書に開示されるすべての範囲は、その範囲に含まれるいずれかおよびすべてのサブ範囲を包含するように理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、０の最小値から１０の最大値まで（それらを含む）のいずれかおよびすべてのサブ範囲を含むことができ、すなわち０以上の最小値および１０以下の最大値を有するいずれかおよびすべてのサブ範囲、例えば１〜５を含むことができる。特定の場合において、パラメータに関して記述されるような数値は負の値となることもある。この場合、「１０未満」として記述される範囲の例の値は、負の値、例えば−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０などを想定できる。

本願で使用されるような相対位置の用語は、ワークピースの配向に拘わらず、ワークピースの従来の面または作動面に平行な面に基づいて規定される。本願で使用される場合に「水平」または「側部」の用語は、ワークピースの配向に拘わらず、ワークピースの従来の面または作動面に平行な面として規定される。用語「垂直」は、水平に対して垂直な方向を指す。「上に」、「側部」（「側壁」のように）、「より高い」、「より低い」、「の上に」、「頂部」、および「下」は、ワークピースの配向に拘わらず、ワークピースの頂部表面にある従来の面または作動面に対して規定される。

Claims (18)

1. 無線周波数識別（ＲＦＩＤ）デバイスであって：
   受信アンテナ；
   送信アンテナ；
   複数の共振器を含む多重共振器であって、前記多重共振器は、前記受信アンテナと前記送信アンテナとの間で電気的に接続される共振器；ならびに
   前記ＲＦＩＤデバイスの２つ以上の電気伝導性構造をつなぐセンサ材料であって、前記センサ材料は、前記センサ材料が曝露される環境条件に依存して変化するように構成された変動電気伝導率を有するセンサ材料
   を含み、
   前記多重共振器の共振振幅は、前記センサ材料の第１の電気伝導率に依存する第１の量により減衰して、第１の応答を提供し、前記ＲＦＩＤセンサから第１の振幅を有する第１の応答を出力するように構成され、前記第１の振幅は、環境条件の第１の状態に依存し、
   前記多重共振器の共振振幅は、前記センサ材料の第２の電気伝導率に依存する第２の量により減衰して、第２の応答を提供し、前記ＲＦＩＤセンサから第２の振幅を有する第２の応答を出力するように構成され、前記第２の振幅は、環境条件の第２の状態に依存する、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）デバイス。
2. 前記多重共振器の第１のアーム；および
   間隙空間によって前記第１のアームから間隔をあけた前記多重共振器の第２のアームをさらに含む、請求項１に記載のＲＦＩＤデバイスであって、
   前記センサ材料が、間隙空間内に位置付けられ、前記第１のアームと前記第２のアームとの間の間隙空間の幅をつなぐ、ＲＦＩＤデバイス。
3. 前記センサ材料が、ポリビニルアルコール、充填ポリビニルアルコール複合体、ポリアクリル酸、半導体フィルム、スパッタリングされた半導体フィルム、蒸着半導体フィルム、ポリピロール、ポリアニリン、ポリエチレンアミン、ポリ（エチレン−ｃｏ−アクリル酸）、ポリ（ビニルアルコール）−ポリピロール−塩化鉄（ＰＶＡ−ＰＰｙ−ＦｅＣｌ３）複合体フィルム、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）／ポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）、ポリカプロラクタム、ナイロン−６，６、ポリオキシメチレン、高密度ポリエチレン、およびこれら２つ以上の組み合わせの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のＲＦＩＤデバイス。
4. 前記センサ材料がポリビニルアルコールを含み、前記ＲＦＩＤデバイスがさらに、相対湿度をモニターまたは測定するように構成される、請求項２に記載のＲＦＩＤデバイス。
5. 前記センサ材料はポリアクリル酸を含み、前記ＲＦＩＤデバイスがさらにｐＨ１〜１２をもたらす水素イオン濃度をモニターまたは測定するように構成される、請求項２に記載のＲＦＩＤデバイス。
6. 前記センサ材料はポリピロールを含み、前記ＲＦＩＤデバイスがさらに温度をモニターまたは測定するように構成される、請求項２に記載のＲＦＩＤデバイス。
7. 無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムであって：
   ＲＦＩＤリーダ；および
   前記ＲＦＩＤリーダからの質問を受信し、前記質問の受信時にＲＦＩＤリーダに対する応答をアウトプットするように構成されたＲＦＩＤセンサデバイスであって、前記ＲＦＩＤセンサデバイスが、
   受信アンテナ；
   送信アンテナ；
   複数の共振器を含む多重共振器であって、前記受信アンテナと前記送信アンテナとの間で電気的に接続される多重共振器；および
   前記ＲＦＩＤデバイスの２つ以上の電気伝導性構造をつなぐセンサ材料であって、前記センサ材料が曝露される環境条件に依存して変化するように構成された変動電気伝導率を有するセンサ材料、
   を含み、
   前記多重共振器の共振振幅は、前記センサ材料の第１の電気伝導率に依存する第１の量により減衰して、第１の応答を提供し、前記ＲＦＩＤセンサから第１の振幅を有する第１の応答を出力するように構成され、前記第１の振幅は、環境条件の第１の状態に依存し、
   前記多重共振器の共振振幅は、前記センサ材料の第２の電気伝導率に依存する第２の量により減衰して、第２の応答を提供し、前記ＲＦＩＤセンサから第２の振幅を有する第２の応答を出力するように構成され、前記第２の振幅は、環境条件の第２の状態に依存するＲＦＩＤセンサデバイス
   を含む無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システム。
8. 前記ＲＦＩＤリーダを含むＲＦＩＤコントローラをさらに含み、前記ＲＦＩＤリーダによって受信された応答の振幅に応答するデータを記憶するように構成されたメモリをさらに含む、請求項７に記載のＲＦＩＤシステム。
9. 前記多重共振器の第１のアーム；および
   間隙空間によって前記第１のアームから間隔をあけた多重共振器の第２のアームをさらに含む、請求項８に記載のＲＦＩＤシステムであって、
   前記センサ材料が、前記間隙空間内に位置付けられ、前記第１のアームと前記第２のアームとの間の間隙空間の幅をつなぐ、ＲＦＩＤシステム。
10. 前記センサ材料はポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、満ポリアクリル酸コンポジット、ポリアリレン、満ポリアリレンコンポジットのうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載のＲＦＩＤシステム。
11. 前記センサ材料はポリビニルアルコールを含み、前記ＲＦＩＤデバイスがさらに、相対湿度をモニターまたは測定するように構成される、請求項９に記載のＲＦＩＤデバイス。
12. 前記センサ材料はポリアクリル酸を含み、前記ＲＦＩＤデバイスがさらに水素イオン濃度をモニターまたは測定するように構成される、請求項９に記載のＲＦＩＤデバイス。
13. 前記センサ材料はポリピロールを含み、前記ＲＦＩＤデバイスがさらに温度をモニターまたは測定するように構成される、請求項２に記載のＲＦＩＤデバイス。
14. 環境条件をセンシングする方法であって：
    ＲＦＩＤセンサを用いる無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダからの第１の質問を受信する工程であって、前記ＲＦＩＤセンサが：
    受信アンテナ；
    送信アンテナ；
    複数の共振器を含む多重共振器であって、前記多重共振器の第１のアーム、および間隙空間によって前記第１のアームから間隔をあけた多重共振器の第２のアームを含み、前記受信アンテナと前記送信アンテナとの間で電気的に接続される多重共振器；および
    間隙空間内で、前記第１のアームと前記第２のアームとの間の前記間隙空間の幅をつなぐセンサ材料であって、前記センサ材料が曝される環境条件に依存して変化するように構成される変動電気伝導率を有するセンサ材料を含む、工程；
    前記センサ材料の第１の電気伝導率に依存する第１の量によって前記多重共振器の共振振幅を減衰し、第1の応答を提供する工程；
    前記ＲＦＩＤセンサからの第１の振幅を有する第１の応答をアウトプットする工程であって、前記第１の振幅は前記環境条件の第１の状態に依存する工程；
    前記ＲＦＩＤセンサを用いて前記ＲＦＩＤリーダからの第２の質問を受信する工程；
    前記センサ材料の第２の電気伝導率に依存する第２の量によって前記多重共振器の共振振幅を減衰し、第２の応答を提供する工程であって、前記第１の量は前記第２の量と異なる、工程；
    前記ＲＦＩＤセンサから第２の振幅を有する第２の応答をアウトプットする工程であって、前記第２の振幅が第１の振幅とは異なり、前記環境条件の第２の状態に依存する工程
    を含む、方法。
15. 前記センサ材料が、ポリビニルアルコール、充填ポリビニルアルコール複合体、ポリアクリル酸、半導体フィルム、スパッタリングされた半導体フィルム、蒸着半導体フィルム、ポリピロール、ポリアニリン、ポリエチレンアミン、ポリ（エチレン−ｃｏ−アクリル酸）、ポリ（ビニルアルコール）−ポリピロール−塩化鉄（ＰＶＡ−ＰＰｙ−ＦｅＣｌ３）複合体フィルム、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）／ポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）、ポリカプロラクタム、ナイロン−６，６、ポリオキシメチレン、高密度ポリエチレン、およびこれら２つ以上の組み合わせの少なくとも１つを含み、前記方法が、相対湿度、水素イオン濃度および温度の少なくとも１つをモニターするまたは測定する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記センサ材料はポリビニルアルコールを含み、前記方法は、相対湿度をモニターまたは測定することを含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記センサ材料はポリビニルアルコールを含み、前記方法はさらに水素イオン濃度をモニターまたは測定することを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記センサ材料はポリアクリル酸を含み、前記方法はさらに相対湿度をモニターまたは測定することを含む、請求項１４に記載の方法。

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