(57)【要約】  省電力であり、振動が微小であっても振動の検出が可能であり、かつ、一つのセンサで、装置の起動と振動情報データの収集とが可能な、振動検出装置および振動検出方法を提供する。  振動検出手段（１１）と、半導体スイッチ（１２）と、制御手段（１３）と、電源手段（１４）とを含み、半導体スイッチ（１２）および制御手段（１３）は、電源手段（１４）と接続されており、振動検出手段（１１）は、振動を検出して振動電圧を発生し、半導体スイッチ（１２）は、内部にバイアス電圧を生成するための分圧手段を有し、半導体スイッチ（１２）は、振動検出手段（１１）から出力された振動電圧に前記バイアス電圧を重畳した電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流が流れるスイッチであり、制御手段（１３）は、半導体スイッチ（１２）の前記電流をトリガ信号として起動する。
2013190727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動検出手段と、半導体スイッチと、制御手段と、電源手段とを含み、
前記半導体スイッチおよび前記制御手段は、前記電源手段と接続されており、
前記振動検出手段は、振動を検出して振動電圧を発生し、
前記半導体スイッチは、内部にバイアス電圧を生成するための分圧手段を有し、
前記半導体スイッチは、前記振動検出手段から出力された振動電圧に前記バイアス電圧を重畳した電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流が流れるスイッチであり、
前記制御手段は、前記半導体スイッチの前記電流をトリガ信号として起動する振動検出装置。
【請求項２】
前記半導体スイッチは、内部に倍圧回路を有している請求項１記載の振動検出装置。
【請求項３】
前記分圧手段が、分圧抵抗を含む、請求項１または２記載の振動検出装置。
【請求項４】
前記半導体スイッチは、チャネルＦＥＴと、バイポーラトランジスタとを有し、
前記分圧抵抗は、第１および第２の抵抗を有し、
前記第１および第２の抵抗は、それぞれ第１および第２の端子を有し、
前記振動検出手段は、第１および第２の端子を有し、
前記第１の抵抗の前記第１の端子が、前記電源手段に電気的に接続され、
前記第１の抵抗の前記第２の端子が、前記第２の抵抗の前記第１の端子および前記振動検出手段の前記第２の端子に、それぞれ電気的に接続され、
前記第２の抵抗の前記第２の端子が接地され、
前記振動検出手段の前記第１の端子が前記チャネルＦＥＴのゲートに電気的に接続され、
前記チャネルＦＥＴのソースが接地され、
前記チャネルＦＥＴのドレインが前記バイポーラトランジスタのベースに電気的に接続され、
前記バイポーラトランジスタのエミッタが前記電源手段に電気的に接続され、
前記バイポーラトランジスタのコレクタが前記制御手段に電気的に接続される、
請求項３記載の振動検出装置。
【請求項５】
前記分圧手段が、分圧用コンデンサを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動検出装置。
【請求項６】
前記分圧用コンデンサは、第１および第２の端子を有し、
前記分圧用コンデンサの前記第１の端子が、前記第２の抵抗の前記第１の端子に電気的に接続され、
前記分圧用コンデンサの前記第２の端子が接地される、請求項５記載の振動検出装置。
【請求項７】
前記半導体スイッチは、チャネルＦＥＴと、バイポーラトランジスタとを有し、
前記分圧抵抗は、第１および第２の抵抗を有し、
前記第１および第２の抵抗は、それぞれ第１および第２の端子を有し、
前記振動検出手段は、第１および第２の端子を有し、
前記第１の抵抗の前記第１の端子が、前記電源手段に電気的に接続され、
前記第１の抵抗の前記第２の端子が、前記第２の抵抗の前記第１の端子および前記振動検出手段の前記第１の端子に、それぞれ電気的に接続され、
前記第２の抵抗の前記第２の端子が接地され、
前記振動検出手段の前記第２の端子が前記チャネルＦＥＴのゲートに電気的に接続され、
前記チャネルＦＥＴのドレインが前記電源手段に電気的に接続され、
前記チャネルＦＥＴのソースが前記バイポーラトランジスタのベースに電気的に接続され、
前記バイポーラトランジスタのエミッタが前記制御手段に電気的に接続され、
前記バイポーラトランジスタのコレクタが前記電源手段に電気的に接続される、
請求項３記載の振動検出装置。
【請求項８】
前記分圧手段が、分圧用コンデンサを含む、請求項１、２、３、７のいずれか一項に記載の振動検出装置。
【請求項９】
前記分圧用コンデンサは第１および第２の端子を有し、
前記分圧用コンデンサの前記第１の端子が、前記電源手段に電気的に接続され、
前記分圧用コンデンサの前記第２の端子が、前記第１の抵抗の前記第２の端子に電気的に接続される、請求項８記載の振動検出装置。
【請求項１０】
さらに、電圧増幅手段を含み、
前記電圧増幅手段は、前記振動検出手段が発生する振動電圧を増幅し、前記増幅した振動電圧の情報を、前記制御手段に伝送する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の振動検出装置。
【請求項１１】
前記振動検出手段が、圧電センサである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の振動検出装置。
【請求項１２】
さらに、電荷−電圧変換手段を含み、
前記電荷−電圧変換手段は、前記振動検出手段と前記電圧増幅手段との間に配置されている、請求項１１記載の振動検出装置。
【請求項１３】
振動の検出により電圧を発生する電圧発生工程と、
前記電圧発生工程により発生した電圧にバイアス電圧を重畳するバイアス電圧重畳工程と、
前記バイアス電圧重畳工程により前記バイアス電圧を重畳した電圧が一定値以上の場合、トリガ信号を伝送するトリガ信号伝送工程と、
前記トリガ信号伝送工程により伝送したトリガ信号により、振動の検出の有無を判断する振動検出判断工程と、を含む振動検出方法。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の振動検出装置を含み、前記振動検出手段による振動検出により、異常を検出する、異常検出装置。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の振動検出装置を含み、前記振動検出手段による振動検出により、侵入を検出する、侵入検出装置。
【請求項１６】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の振動検出装置を含み、前記振動検出手段による振動検出により、漏洩を検出する、漏洩検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動検出装置および振動検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、屋内外の様々な場所にセンサ装置を設置し、気温、湿度、明るさ、人の動きを観測し、そこで得られたデータを元に、照明や空調の制御を行うことが提案され、一部で実施されている。また、前記得られたデータを送受信して、前記センサ装置と親機との間で通信を行い、親機において前記制御を行うことも提案されている。しかし、時間的に不規則に発生する事象に対応する場合には、常時、センサ（事象検知センサ）や送受信手段を起動しておく必要があり、事象検知センサや送受信手段自身の電力消費が問題となっていた。そこで、振動センサの信号をトリガ信号として半導体スイッチを起動させ、前記半導体スイッチの起動によって送受信回路を起動させるセンサシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の技術では、振動が感知されない場合には待機状態となっていることで、常時起動している場合に比べて消費電力は抑えられる。また、振動センサをトリガ信号手段とし、機械装置の稼働開始時の振動によって電源スイッチの投入および切断を行う圧電式振動センサが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の技術では、振動センサは、圧電セラミクス板と剛球と剛球が転がる支持部材から構成されており、剛球が圧電セラミクス板に衝突して発生する電圧を検出信号として利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４６１０７号公報
【特許文献２】特開２００８−１８６３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１の技術では、振動センサを含むトリガ回路には、常に電力が供給されており、消費電力の削減は十分であるとは言えず、微小な振動を検知することは困難であった。前記特許文献２の技術では、微小な振動を捉えることは困難であり、機械装置の状態測定のためには、圧電式振動センサとは別に機械装置の状態測定用センサが必要になる。【０００５】
本発明の目的は、省電力であり、振動が微小であっても振動の検出が可能であり、かつ、一つのセンサで、装置の起動と振動情報データの収集とが可能な、振動検出装置および振動検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の振動検出装置は、
振動検出手段と、半導体スイッチと、制御手段と、電源手段とを含み、
前記半導体スイッチおよび前記制御手段は、前記電源手段と接続されており、
前記振動検出手段は、振動を検出して振動電圧を発生し、
前記半導体スイッチは、内部にバイアス電圧を生成するための分圧手段を有し、
前記半導体スイッチは、前記振動検出手段から出力された振動電圧に前記バイアス電圧を重畳した電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流が流れるスイッチであり、
前記制御手段は、前記半導体スイッチの前記電流をトリガ信号として起動する。【０００７】
本発明の振動検出方法は、振動の検出により電圧を発生する電圧発生工程と、
前記電圧発生工程により発生した電圧にバイアス電圧を重畳するバイアス電圧重畳工程と、
前記バイアス電圧重畳工程により前記バイアス電圧を重畳した電圧が一定値以上の場合、トリガ信号を伝送するトリガ信号伝送工程と、
前記トリガ信号伝送工程により伝送したトリガ信号により、振動の検出の有無を判断する振動検出判断工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の振動検出装置および振動検出方法によれば、省電力であり、振動が微小であっても振動の検出が可能であり、かつ、一つのセンサで、装置の起動と振動情報データの収集とが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の振動検出装置の一例（実施形態１）の概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態１における半導体スイッチの構造の一例の概略図である。
【図３】図３は、実施形態１における半導体スイッチの構造の他の例の概略図である。
【図４】図４は、実施形態１におけるＮ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のゲート電圧波形である。
【図５】図５は、実施形態１の変形例における半導体スイッチの構造の一例の概略図である。
【図６】図６は、実施形態１の変形例におけるＰ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のゲート電圧波形である。
【図７】図７は、実施形態２における半導体スイッチの構造の一例の概略図である。
【図８】図８は、実施形態２の変形例における半導体スイッチの構造の一例の概略図である。
【図９】図９は、実施形態３の振動検出装置の一例の概略構成図である。
【図１０】図１０は、実施形態４の振動検出装置の一例の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の振動検出装置および振動検出方法について、図面を参照し、例をあげて詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定されない。なお、以下の図１から図１０において、同一部分には、同一符号を付している。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なり、模式的に示す場合がある。
【００１１】
（実施形態１）
図１に、実施形態１の振動検出装置の概略構成図を示す。図１に示すように、本実施形態の振動検出装置１００は、振動検出手段１１と、半導体スイッチ１２と、制御手段１３と、電源手段１４とを主要な構成要素として含む。半導体スイッチ１２および制御手段１３は、電源手段１４に接続されている。振動検出手段１１は、半導体スイッチ１２に接続されている。半導体スイッチ１２は、制御手段１３に接続されている。同図の構成において、電源手段１４は、電源１４１と電源回路１４２とから構成されており、制御手段１３は、処理部１３１と出力部１３２（送受信部）とから構成されている。
【００１２】
振動検出手段１１は、例えば、振動センサであり、構造物の振動を検出し、前記構造物から振動波形データを取得し、振動電圧に変換する。前記振動電圧は、半導体スイッチ１２に伝送される。前記振動センサは、特に制限されず、公知の振動センサを使用できる。具体的には、例えば、加速度センサ、速度センサ、変位センサ等があげられる。前記加速度センサは、圧電型であり、信号増幅回路が内蔵されたものが好ましい。振動検出手段１１（振動センサ）は、感度が高く、広い周波数帯域の信号を検知できるものであることが好ましい。振動検出手段１１は、例えば、構造物に設置する接触型振動検出手段を用いることができる。前記構造物への設置箇所は、特に制限されず、振動検出装置１００の用途に応じて、前記構造物の適切な箇所に設置される。
【００１３】
本実施形態における半導体スイッチ１２の構造を、図２に示す。図２において、半導体スイッチ１２は、振動検出手段１１との接続状態を含めて図示している。本発明において、半導体スイッチ１２は、内部にバイアス電圧を生成するための分圧手段を有しており、振動検出手段１１から出力された振動電圧に前記バイアス電圧を重畳した電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流が流れるスイッチである。半導体スイッチ１２は振動電圧を、電圧値の大きさに従い二値のトリガ信号に変換し、制御手段１３に伝送する。図２において、分圧手段１２１としては、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２を用いているが、本発明はこれに限定されず、分圧手段１２１は、例えば、分圧コンデンサ、コンバータ等を用いることもできる。分圧手段１２１として、分圧抵抗を用いる場合、電力の消費はあるが、電圧のゆらぎがない。分圧コンデンサを用いる場合、消費電力は少ないが、電圧のゆらぎが生じやすい。分圧手段１２１としてどのような手段を用いるかは、振動検出装置の用途に応じて、適宜選択することができる。半導体スイッチ１２は、半導体素子を含むスイッチであり、半導体スイッチ１２は、前記電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流を流す作用を有する。前記半導体素子は、例えば、トランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等である。前記半導体スイッチが、例えば、ＦＥＴである場合、前記電圧をゲート電圧として検知し、前記電圧が一定値以上となるとドレイン電流が流れる。
【００１４】
図２において、半導体スイッチ１２は、チャネルＦＥＴ（Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１））と、バイポーラトランジスタ（ＰＮＰトランジスタ（Ｑ２））とを含む。前記分圧抵抗は、第１および第２の抵抗（Ｒ１およびＲ２）を有しており、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ第１および第２の端子を有している。振動検出手段１１は、第１および第２の端子を有している。そして、Ｒ１の前記第１の端子が、電源手段１４に電気的に接続され、Ｒ１の前記第２の端子が、Ｒ２の前記第１の端子および振動検出手段１１の前記第２の端子に、それぞれ電気的に接続され、Ｒ２の前記第２の端子が接地されている。さらに、振動検出手段１１の前記第１の端子が前記チャネルＦＥＴのゲートに電気的に接続され、前記チャネルＦＥＴのソースが接地され、前記チャネルＦＥＴのドレインが前記バイポーラトランジスタのベースに電気的に接続され、前記バイポーラトランジスタのエミッタが電源手段１４に電気的に接続され、前記バイポーラトランジスタのコレクタが制御手段１３に電気的に接続されている。
【００１５】
すなわち、振動検出手段１１の片側電極は、半導体スイッチ１２の分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の中点に接続されており、もう片方の電極は、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のゲートＧに接続されている。また、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のドレインＤは、ＰＮＰトランジスタ（Ｑ２）のベースＢに接続されている。ここで、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のドレインＤは、図３に示すように、制限抵抗Ｒ３を介してＰＮＰトランジスタ（Ｑ２）のベースＢに接続されてもよい。ＰＮＰトランジスタ（Ｑ２）のエミッタＥは、電源手段１４に接続され、コレクタＣは、トリガ信号の出力となっている。ここで、振動がないときは、振動検出手段１１の両電極間の電圧差がゼロなので、半導体スイッチ１２の分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の中点電位とＮ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のゲートＧとは同電位となる。分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の値は、Ｒ１、Ｒ２の中点電位がＮ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）の閾値電圧Ｖｔｈをわずかに超えない値になるよう設定する。振動がない場合は、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）およびＰＮＰトランジスタ（Ｑ２）は、両方ＯＦＦを継続する。振動があった場合は、振動検出手段１１は加速度に伴う振動電圧を発生する。さらにＮ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のゲートＧ−ソースＳ間電位が固有の閾値電圧Ｖｔｈを超えると、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）はＯＮになる。図４に、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）がＯＦＦ→ＯＮ→ＯＦＦとなるときのＮ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のゲート電圧波形を示す。一般に、振動電圧の最大振幅は、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）の閾値電圧Ｖｔｈに比べ小さいが、半導体スイッチ１２の分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２によってあらかじめかさ上げされているので、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）はＯＮになることが可能となる。なお、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の両端には常に電源手段１４により電圧が印加されているので、低消費電力とするためには、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は誤動作しない範囲でなるべく大きくすることが好ましい。例えば、消費電流を、マイクロアンペアレベルに抑えるために、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は数百キロオーム以上とするのがよい。なお、図２において、ＰＮＰトランジスタ（Ｑ２）は、任意の構成部材であるが、ＰＮＰトランジスタ（Ｑ２）を含んでいると、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のゲートＧ電圧変動が小さい、すなわち、振動検出手段１１の出力特性が微小であっても、ＰＮＰトランジスタ（Ｑ２）で増幅された信号を出力することができるため、好ましい。また、図３に示すように、電源電圧の変動による脈流や、ノイズによる誤動作を防止するために、平滑用コンデンサＣ１を設けてもよい。平滑用コンデンサＣ１（分圧用コンデンサ）は、第１および第２の端子を有し、平滑用コンデンサＣ１の前記第１の端子が、第２の抵抗Ｒ２の前記第１の端子に電気的に接続され、平滑用コンデンサＣ１の前記第２の端子が接地されるように設けることができる。
【００１６】
制御手段１３は、半導体スイッチ１２の前記電流をトリガ信号として起動する。起動した制御手段１３は、処理を開始する。制御手段１３の処理部１３１は、振動検出手段１１から出力される出力信号を、処理して検出する手段であり、例えば、マイクロコンピュータ等である。図２において、トリガ信号が半導体スイッチ１２から制御手段１３に伝送されると、処理部１３１は、省電力モードである待機状態から起動状態に移行する。処理部１３１は、起動と同時に電源回路１４２に制御信号を伝送する。電源回路１４２は前記制御信号を元に、出力部１３２に電源を供給する。また、振動電圧は、振動情報として処理部１３１に伝送される。処理部１３１では、前記振動情報を、例えば、サンプリング周波数に基づいた周波数でフィルタリングを行ったのちデジタル信号に演算処理し、出力部１３２に伝送する。制御手段１３の出力部１３２は、例えば、前記デジタル信号を、送信可能な信号波形に変調して、送信する。出力部１３２は、アンテナを備えていてもよく、前記出力信号は、無線信号として送信することもできる。前記振動情報の分析は、処理部１３１で行ってもよいし、出力部１３２で行ってもよいし、出力部１３２から送信された先の、他の分析手段等で行ってもよい。処理部１３１は、ある一定期間の振動情報を演算処理したのち、再び省電力モードである待機状態に移行し、次の振動に備える。前記においては、振動電圧が振動情報として処理部１３１に伝送され、処理される態様を示したが、本発明においては、これに限られず、例えば、前記トリガ信号そのものを振動情報として用いてもよい。
【００１７】
このように、本実施形態１の振動検出装置は、分圧手段によって振動電圧にバイアス電圧が重畳されるので、省電力であるにもかかわらず、微小信号を検出可能である。また前記振動検出装置は、一つの振動検出手段で、装置の起動および振動情報（データ）の収集も可能である。
【００１８】
本実施形態１の変形例における半導体スイッチ１２Ａの構造を、図５に示す。図５において、半導体スイッチ１２Ａは、振動検出手段１１との接続状態を含めて図示している。図５において、半導体スイッチ１２Ａは、チャネルＦＥＴ（Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３））と、バイポーラトランジスタ（ＮＰＮトランジスタ（Ｑ４））とを含む。前記分圧抵抗は、第１および第２の抵抗（Ｒ４およびＲ５）を有しており、Ｒ４およびＲ５は、それぞれ第１および第２の端子を有している。振動検出手段１１は、第１および第２の端子を有している。そして、Ｒ４の前記第１の端子が、電源手段１４に電気的に接続され、Ｒ４の前記第２の端子が、Ｒ５の前記第１の端子および振動検出手段１１の前記第１の端子に、それぞれ電気的に接続され、Ｒ５の前記第２の端子が接地されている。さらに、振動検出手段１１の前記第２の端子が前記チャネルＦＥＴのゲートに電気的に接続され、前記チャネルＦＥＴのドレインが電源手段１４に電気的に接続され、前記チャネルＦＥＴのソースが前記バイポーラトランジスタのベースに電気的に接続され、前記バイポーラトランジスタのエミッタが制御手段１３に電気的に接続され、前記バイポーラトランジスタのコレクタが電源手段１４に電気的に接続されている。
【００１９】
すなわち、振動検出手段１１の片側電極は、半導体スイッチ１２Ａの分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５の中点に接続されており、もう片方の電極は、Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のゲートＧに接続されている。また、Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のソースＳは、制限抵抗Ｒ６を介してＮＰＮトランジスタ（Ｑ４）のベースＢに接続されている。ＮＰＮトランジスタ（Ｑ４）のコレクタＣは、電源手段１４に接続され、エミッタＥはトリガ信号の出力となっている。ここで、振動がないときは、振動検出手段１１の両電極間の電圧差がゼロなので、半導体スイッチ１２Ａの分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５の中点電位とＰ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のゲートＧとは同電位となる。分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５の値は、Ｒ４、Ｒ５の中点電位がＰ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）の閾値電圧Ｖｔｈをわずかに超えない値になるように設定する。振動がない場合は、Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）およびＮＰＮトランジスタ（Ｑ４）は、両方ＯＦＦを継続する。振動があった場合は、振動検出手段１１は加速度に伴う振動電圧を発生する。さらにＰ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のゲートＧ−ソースＳ間電位が固有の閾値電圧Ｖｔｈを超えると、Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）はＯＮになる。図６に、Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）がＯＦＦ→ＯＮ→ＯＦＦとなるときのＰ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のゲート電圧波形を示す。一般に、振動電圧の最大振幅は、Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）の閾値電圧Ｖｔｈに比べ小さいが、半導体スイッチ１２Ａの分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５によってあらかじめかさ上げされているので、Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）はＯＮになることが可能となる。なお、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５の両端には常に電源手段１４により電圧が印加されているので、低消費電力とするためには、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５の抵抗値は誤動作しない範囲でなるべく大きくすることが好ましい。例えば、消費電流を、マイクロアンペアレベルに抑えるために、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５の抵抗値は数百キロオーム以上とするのがよい。なお、図５において、ＮＰＮトランジスタ（Ｑ４）は、任意の構成部材であるが、ＮＰＮトランジスタ（Ｑ４）を含んでいると、Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のゲートＧ電圧変動が小さい、すなわち、振動検出手段１１の出力特性が微小であっても、ＮＰＮトランジスタ（Ｑ４）で増幅された信号を出力することができるため、好ましい。
【００２０】
また、図５に示すように、電源電圧の変動による脈流や、ノイズによる誤動作を防止するために、平滑用コンデンサＣ２を設けてもよい。平滑用コンデンサＣ２（分圧用コンデンサ）は、第１および第２の端子を有し、平滑用コンデンサＣ２の前記第１の端子が、電源手段１４に電気的に接続され、平滑用コンデンサＣ２の前記第２の端子が、第１の抵抗Ｒ４の前記第２の端子に電気的に接続されるように設けることができる。図５において、半導体スイッチ１２Ａは、平滑用コンデンサＣ２を有しているが、本発明はこれに限られず、平滑用コンデンサＣ２を有していなくてもよい。さらにまた、電源電圧を分圧するために、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５に代えて、分圧用コンデンサを用いてもよい。
【００２１】
（実施形態２）
本実施形態では、半導体スイッチが、倍圧回路を有している。この点を除いて、本実施形態の振動検出装置および振動検出方法は、実施形態１の振動検出装置および振動検出方法と同様である。
【００２２】
本実施形態における半導体スイッチ２２の構造を、図７に示す。半導体スイッチ２２は、振動検出手段１１と、Ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）の中間に、コンデンサＣ３、Ｃ４およびダイオードＤ１、Ｄ２による半波倍圧整流回路（倍圧回路）２５が付加されているほかは、図３の半導体スイッチ１２と同様である。倍圧回路２５で振動電圧を倍圧にすることにより、振動電圧がより微小であっても、半導体スイッチ２２からトリガ信号を伝送することができる。
【００２３】
本実施形態２の変形例における半導体スイッチ２２Ａの構造を、図８に示す。図８において、半導体スイッチ２２Ａは、振動検出手段１１と、Ｐ型チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）の中間に、コンデンサＣ５、Ｃ６およびダイオードＤ３、Ｄ４による半波倍圧整流回路（倍圧回路）２５Ａが付加されているほかは、図５の半導体スイッチ１２Ａと同様である。倍圧回路２５Ａで振動電圧を倍圧にすることにより、振動電圧がより微小であっても、半導体スイッチ２２Ａからトリガ信号を伝送することができる。
【００２４】
このように、本実施形態２の振動検出装置は、半導体スイッチが倍圧回路を有しており、前記倍圧回路で振動電圧を倍圧にすることができるので、振動電圧がより微小であっても、半導体スイッチからトリガ信号を伝送することができる。
【００２５】
（実施形態３）
本実施形態では、振動検出装置が、さらに電圧増幅手段を含んでいる。この点を除いて、本実施形態の振動検出装置および振動検出方法は、実施形態１の振動検出装置および振動検出方法と同様である。
【００２６】
図９に、実施形態３の振動検出装置の概略構成図を示す。本実施形態の振動検出装置３００は、振動検出手段１１に、半導体スイッチ１２および電圧増幅手段３６が、信号線で接続され、半導体スイッチ１２および電圧増幅手段３６が、制御手段１３と信号線で接続されているほかは、図１の振動検出装置１００と同様である。図９において、トリガ信号が半導体スイッチ１２から制御手段１３に伝送されると、処理部１３１は、省電力モードである待機状態から起動状態に移行する。処理部１３１は、起動と同時に電源回路１４２に制御信号を伝送する。電源回路１４２は前記制御信号を元に、電圧増幅手段３６および出力部１３２に電源を供給する。また、振動電圧は、電圧増幅手段３６に伝送される。前記振動電圧は、電圧増幅手段３６で増幅され、振動情報として処理部１３１に伝送される。前記振動電圧は、電圧増幅手段３６によって、分析可能なレベルの振動情報とすることができる。
【００２７】
このように、本実施形態３の振動検出装置は、さらに電圧増幅手段を含んでいるので、振動電圧がより微小な場合であっても、分析可能なレベルの振動情報を得ることができる。
【００２８】
本実施形態３において、振動検出手段１１として、圧電センサを用いてもよい。前記圧電センサは、圧電セラミクスで構成される。前記圧電センサは、センサ自体が発電源となるので、外部電源が不要で、さらに省電力とすることができる。また、振動検出手段を圧電センサとすることで、比較的構造が単純で、自由な形状に作ることができるので、振動検出装置を小型化することができる。
【００２９】
また、本実施形態３において、振動検出手段１１として、半導体型センサを用いることもできる。前記半導体型センサを用いると、シリコンチップ内の静電容量の変化によって、加速度の大きさに比例した電圧が出力されるので、加速度が交流のように変化しなくとも加速度を測定できる。
【００３０】
（実施形態４）
本実施形態では、振動検出装置が、さらに電荷−電圧変換手段（チャージアンプ）を含んでいる。この点を除いて、本実施形態の振動検出装置および振動検出方法は、実施形態３の振動検出装置および振動検出方法と同様である。
【００３１】
図１０に、実施形態４の振動検出装置の概略構成図を示す。本実施形態の振動検出装置４００は、振動検出手段１１と、電圧増幅手段３６との間に、チャージアンプ４７が配置されているほかは、図９の振動検出装置３００と同様である。図１０において、トリガ信号が半導体スイッチ１２から制御手段１３に伝送されると、処理部１３１は、省電力モードである待機状態から起動状態に移行する。処理部１３１は、起動と同時に電源回路１４２に制御信号を伝送する。電源回路１４２は前記制御信号を元に、チャージアンプ４７、電圧増幅手段３６および出力部１３２に電源を供給する。また、振動電圧は、チャージアンプ４７を介して電圧増幅手段３６に伝送される。チャージアンプ４７を付加すると、振動検出手段１１と電圧増幅手段３６との間の容量の変化、例えば、各手段間を結ぶケーブルの長さ、ケーブルの変形および温度変化に伴う容量の変化等によって、同じ振動であっても発生する振動電圧が異なることを防止できる。
【００３２】
このように、本実施形態４の振動検出装置は、さらにチャージアンプを含んでいるので、振動検出手段と電圧増幅手段との間の容量の変化に伴う振動電圧の変動を防止することができ、より正確に振動検出を行うことができる。
【００３３】
（実施形態５）
本発明の振動検出装置および振動検出方法は、例えば、漏水検出装置および漏水検出方法に適用することができる。漏水検出に適用する場合、前記振動検出装置の振動検出手段の設置箇所は、例えば、取水管、導水管、配水管、給水管等の水道管、マンホール、消火栓、止水弁等とすればよい。例えば、導水管に異常が発生し、漏水による異常振動や異常音が発生する場合、前記振動検出手段において、異常振動や異常音に起因する振動が検出され、振動電圧が発生する。前記半導体スイッチにおいて、前記振動電圧に、前記分圧手段によって生成されたバイアス電圧が重畳され、前記重畳した電圧が検知され、前記電圧が一定値以上となるとトリガ信号が伝送される。そして、前記トリガ信号により、前記制御手段が起動される。起動した前記制御手段は、制御処理を開始する。前記処理としては、例えば、導水管の異常特定のための振動波形分析、アラームによる漏水の通知等があげられる。漏水検出の場合、前記半導体スイッチにおける分圧手段としては、分圧抵抗を好適に用いることができる。分圧抵抗は、電圧のバラつきが小さく、温度変化による電圧の変化量が小さいという特性を有しているので、好ましく用いることができる。このように、本発明の振動検出装置および振動検出方法は、漏水検出装置および漏水検出方法に適用することができる。
【００３４】
（実施形態６）
本発明の振動検出装置および振動検出方法は、侵入検出装置および侵入検出方法に適用することができる。侵入検出に適用する場合、前記振動検出装置の振動検出手段の設置箇所は、例えば、窓枠、ガラス、ドア、床面、地表等とすればよい。前記振動検出手段により、侵入行為に伴う異常振動や異常音に起因する振動を検知し、実施形態５と同様に、制御手段を起動する。起動した前記制御手段は、制御処理を開始する。前記処理としては、例えば、侵入行為特定のための振動波形分析、監視カメラの作動、防犯ブザーの起動等があげられる。このように、本発明の振動検出装置および振動検出方法は、侵入検出装置および侵入検出方法に適用することができる。
【００３５】
（実施形態７）
本発明の振動検出装置および振動検出方法は、例えば、製品の工場出荷時の検品における異常検出装置および異常検出方法に適用することができる。検品時の異常検出に適用する場合、前記振動検出装置の振動検出手段の設置箇所は、例えば、製品が搬送されるベルトコンベア等の搬送手段上等とすればよい。例えば、前記製品に異常がある場合、搬送時に、正常品とは異なる異常振動や異常音が発生する。前記振動検出手段により、前記異常振動や異常音に起因する振動を検知し、実施形態５と同様に、制御手段を起動する。起動した前記制御手段は、制御処理を開始する。前記処理としては、例えば、前記製品の異常特定のための振動波形分析、アラームによる製品の異常の通知等があげられる。このように、本発明の振動検出装置および振動検出方法は、前記異常検出装置および異常検出方法に適用することができる。
【００３６】
（実施形態８）
本発明の振動検出装置および振動検出方法は、例えば、モーター等の装置の劣化検知装置および劣化検知方法に適用することができる。装置の劣化検知に適用する場合、前記振動検出装置の振動検出手段の設置箇所は、例えば、モーター等の筐体、モーター等を設置した台上等とすればよい。例えば、前記装置に劣化が発生した場合、劣化に起因する異常振動や異常音が発生する。前記振動検出手段により、前記異常振動や異常音に起因する振動を検知し、実施形態５と同様に、制御手段を起動する。起動した前記制御手段は、制御処理を開始する。前記処理としては、例えば、前記装置の劣化特定のための振動波形分析、アラームによる構造物の劣化の通知等があげられる。このように、本発明の振動検出装置および振動検出方法は、装置の劣化検知装置および劣化検知方法に適用することができる。
【００３７】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【００３８】
この出願は、２０１２年６月１８日に出願された日本出願特願２０１２−１３７３３９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の振動検出装置および振動検出方法は、例えば、侵入検出等の防犯用途、社会インフラ事業の水道管システムにおける水漏れもしくは水道管の破壊検知、ビルもしくは住居等の構造物の劣化検知、石油パイプラインシステムにおける石油漏れもしくはパイプラインの破壊検知、ガスパイプラインにおけるガス漏れもしくはパイプラインの破壊検知、モーター等の装置一般の異常検出、製品出荷時の検品等に応用でき、その用途は制限されず、広い。
【符号の説明】
【００４０】
１００、３００、４００    振動検出装置
１１    振動検出手段
１２、１２Ａ、２２、２２Ａ    半導体スイッチ
１３    制御手段
１３１    処理部
１３２    出力部（送受信部）
１４    電源手段
１４１    電源
１４２    電源回路
２５、２５Ａ    半波倍圧整流回路（倍圧回路）
３６    電圧増幅手段
４７    電荷−電圧変換手段（チャージアンプ）
【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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【国際調査報告】
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