(57)【要約】  【課題】  衝撃の強さを多値あるいはアナログ的に判断し、さらにセンサノードの消費電力を低減する衝撃検知用センサノードの技術を提供する  【解決手段】  外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニット１０５と、発生した電荷を整流および充電を行う蓄電回路１０６と、蓄電した電力で動作し蓄電電圧が予め設定した電圧になると外部に信号を出力する電圧検知回路１０７とで構成される衝撃検知センサ１０２と、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部１０３と、前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源１０４とを具備し、前記圧電素子ユニット１０５により検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部１０３が動作するよう構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷を整流および充電を行う蓄電回路と、蓄電した電力で動作し蓄電電圧が予め設定した電圧になると外部に信号を出力する電圧検知回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項２】
請求項１に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットにより衝撃を検知するまで、前記衝撃検知センサおよび前記スタンバイ制御の対象部は、スタンバイ状態にあることを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項３】
請求項１に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、
前記衝撃検知センサから出力される信号の時間的長さを測定することにより、衝撃の強さの測定を行なうことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項４】
請求項１に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットは、平板状の圧電素子部材と、前記圧電素子部材の一方の端部を固定する台座と、前記圧電素子部材他方の端部を自由端とし、前記自由端の端部に設置された錘とを具備してなり、前記台座に衝撃が加わることにより前記圧電素子部材が変形し電荷を発生することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項５】
請求項１に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして、環境に偏在する周囲情報をセンシングし、センシング情報を処理して、無線通信を行なう手段を有することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項６】
外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷を整流および充電する蓄電回路と、前記蓄電回路の蓄電電圧と基準電圧とを比較し基準電圧を越えると外部に信号を出力する電圧比較回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記電圧比較回路および前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項７】
請求項６に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットにより衝撃を検知するまで、前記衝撃検知センサおよび前記スタンバイ制御の対象部は、スタンバイ状態にあることを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項８】
請求項６に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、
前記衝撃検知センサから出力される信号の時間的長さを測定することにより、衝撃の強さの測定を行なうことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項９】
請求項６に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットは、平板状の圧電素子部材と、前記圧電素子部材の一方の端部を固定する台座と、前記圧電素子部材他方の端部を自由端とし、前記自由端の端部に設置された錘とを具備してなり、前記台座に衝撃が加わることにより前記圧電素子部材が変形し電荷を発生することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項１０】
請求項６に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして、環境に偏在する周囲情報をセンシングし、センシング情報を処理して、無線通信を行なう手段を有することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項１１】
外部の衝撃に対応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷に対応する電圧と予め設定した基準電圧とを比較し、前記基準電圧を越えると外部に信号を出力する電圧比較回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記電圧比較回路および前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項１２】
請求項１１に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットにより衝撃を検知するまで、前記衝撃検知センサおよび前記スタンバイ制御の対象部は、スタンバイ状態にあることを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項１３】
請求項１１に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記衝撃検知センサから出力される信号の回数を測定することにより、衝撃の強さの測定を行なうことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項１４】
請求項１１に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットは、平板状の圧電素子部材と、前記圧電素子部材の一方の端部を固定する台座と、前記圧電素子部材他方の端部を自由端とし、前記自由端の端部に設置された錘とを具備してなり、前記台座に衝撃が加わることにより前記圧電素子部材が変形し電荷を発生することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【請求項１５】
請求項１１に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして、環境に偏在する周囲情報をセンシングし、センシング情報を処理して、無線通信を行なう手段を有することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサノード技術に係り、特に、衝撃を検知するセンサノードに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサノードは、環境に偏在する情報を指定した時間間隔でセンシングし、その値を無線通信にて送信する。環境に偏在する情報をセンシングし無線通信を行うといった特徴から、センサノードは電池により長時間動作する必要がある。
【０００３】
従来、センサノードに関し、時間的に不規則に発生する衝撃を検知する装置としては、機械的スイッチ、電磁誘導や圧電素子により発生した電力を用いたスイッチによる衝撃の検知、あるいは加速度センサを常時動作させ加速度の変化を測定することにより、衝撃を検知していた。
【０００４】
従来の圧電素子を用いた衝撃検知センサは、装置動作時に生じる振動を用い、異常時にその振動が大きくなることを利用し、振動が一定振幅を超えた場合に生じる信号を検出している(例えば、特許文献１、２参照)。
【０００５】
また、圧電素子に加わった加速度が一定以上の場合に、ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに電圧が加わりＭＯＳ−ＦＥＴがオンし信号を検出しており、オン時間は抵抗により調節することが可能になっているものもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１４５７８３号公報
【特許文献２】特開平０９−２６４７７８号公報
【特許文献３】特開平１０−２６０２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の衝撃を検知する装置を用いたセンサノードでは、前述のようなスイッチを用いた場合には衝撃の強さの判断がしきい値を超えたかどうかの２値判断しか出来ず、衝撃の強さを多値あるいはアナログ値による判断が出来ないという課題を有していた。
【０００８】
また、前述した加速度センサを用いた場合には、アナログ値を判断することは可能であるが、常時センサを動作させて加速度を測定するため、消費電力が増大し、センサノードの長時間使用が出来なくなるという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、衝撃の強さを多値あるいはアナログ的に判断し、さらにセンサノードの消費電力を低減する衝撃検知用センサノードの技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、外部衝撃により圧電素子を歪ませることで電荷を発生し、これをトリガーとして待機状態にあるセンサノードを復帰させる。発生した電荷に相当する電力の大きさをセンサノードで測定することにより、衝撃の強さを多値あるいはアナログ値による判断が可能となる。
【００１１】
これにより、センサノードの待機状態において電力消費を非常に少なくすることができるため、低消費電力の衝撃検知用センサノードの実現が可能となる。
【００１２】
以下、本発明による衝撃検知用センサノードの代表的な構成例を列挙する。
【００１３】
（１）外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷を整流および充電を行う蓄電回路と、蓄電した電力で動作し蓄電電圧が予め設定した電圧になると外部に信号を出力する電圧検知回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする。
【００１４】
（２）外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷を整流および充電する蓄電回路と、前記蓄電回路の蓄電電圧と基準電圧とを比較し基準電圧を越えると外部に信号を出力する電圧比較回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記電圧比較回路および前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする。
【００１５】
（３）外部の衝撃に対応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷に対応する電圧と予め設定した基準電圧とを比較し、前記基準電圧を越えると外部に信号を出力する電圧比較回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記電圧比較回路および前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする。
【００１６】
（４）前記構成の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットにより衝撃を検知するまで、前記衝撃検知センサおよび前記スタンバイ制御の対象部は、スタンバイ状態にあることを特徴とする。
【００１７】
（５）前記構成の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、
前記衝撃検知センサから出力される信号の時間的長さを測定することにより、衝撃の強さの測定を行なうことを特徴とする。
【００１８】
（６）前記構成の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットは、平板状の圧電素子部材と、前記圧電素子部材の一方の端部を固定する台座と、前記圧電素子部材他方の端部を自由端とし、前記自由端の端部に設置された錘とを具備してなり、前記台座に衝撃が加わることにより前記圧電素子部材が変形し電荷を発生することを特徴とする。
【００１９】
（７）前記構成の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして、環境に偏在する周囲情報をセンシングし、センシング情報を処理して、無線通信を行なう手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、衝撃の強さを多値あるいはアナログ値による検知を実現し、さらにセンサノードの消費電力を低減する衝撃検知用センサノードの技術を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。
【００２２】
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例である衝撃検知用センサノードの構成を説明するブロック図である。
【００２３】
センサノード１０１は、圧電素子ユニット１０５、蓄電回路１０６、電圧検知回路１０７で構成された衝撃検知センサ１０２と、起動信号生成回路１０８、衝撃量検知回路１１３、マイコン１０９、無線回路１１０、Ａ／Ｄコンバータ１１１、センサ１１２などで構成されたスタンバイ制御の対象部１０３と、電源１０４とにより構成される。
【００２４】
図１において、衝撃検知センサ１０２は、電源が必要なく、スタンバイ制御の対象部１０３は、電源１０４により電力が供給される。衝撃を検知するまでは、無線１１０、Ａ／Ｄコンバータ１１１、およびセンサ１１２は、電源がオフまたは待機状態、マイコン１０９は待機状態、起動信号生成回路１０８および衝撃量検知回路１１３は衝撃検知センサ１０３の信号待ちの動作状態とし、これをセンサノードのスタンバイ状態とする。マイコン１０９は、待機状態では数μＷ程度の低消費電力であり、起動信号生成回路１０８および衝撃量検知回路１１３は、動作状態にあっても数μＷ以下の低消費電力であるため、センサノードはスタンバイ時に低消費電力を実現する。
【００２５】
次に、衝撃の検知方法について、以下に説明する。
【００２６】
センサノード１０１に衝撃が加わると、圧電素子ユニット１０５内の圧電素子が歪み、電荷を発生する。圧電素子ユニット１０５から発生した電荷は、交流電荷であるため蓄電回路１０６によって整流と充電を行い、一定の電圧に蓄電されると電圧検知回路１０７により衝撃検知センサ１０２の衝撃検知信号としてスタンバイ制御の対象部１０３に伝達される。衝撃検知センサ１０２から伝達された信号は、起動信号生成回路１０８と衝撃量検知回路１１３に入力され、起動信号生成回路１０８の起動信号はマイコン１０９に信号を伝達し、マイコン１０９はスタンバイ状態から動作状態になる。マイコン１０９は、動作状態になると衝撃量検知回路１１３の信号を取り込み、衝撃の強さの測定と、あらかじめ決められた制御を行う。あらかじめ決められた制御としては、Ａ／Ｄコンバータ１１１、センサ１１２により周囲情報をセンシングし、センシング情報をマイコン１０９によって処理し、無線回路１１０によって通信を行う。決められた処理が終了すると、センサノード１０１はスタンバイ状態になる。
【００２７】
（実施例２）
図２は、本発明の別の実施例に係る衝撃検知用センサノードの構成を説明するブロック図である。
【００２８】
センサノード２０１は、圧電素子ユニット２０５、蓄電回路２０６、電圧比較回路２０７で構成された衝撃検知センサ２０２と、起動信号生成回路２０８、衝撃量検知回路２１３、マイコン２０９、無線回路２１０、Ａ／Ｄコンバータ２１１、センサ２１２などで構成されたスタンバイ制御の対象部２０３と、電源２０４とにより構成される。また、後述するが、衝撃検知センサ２０２中にある蓄電回路２０６は、衝撃の検知方法によっては必要としない場合がある。
【００２９】
本例では、衝撃検知センサ２０２内の電圧比較回路２０７、スタンバイ制御の対象部２０３、に電源２０４から電力が供給される。衝撃検知センサ２０２内の圧電素子ユニット２０５、蓄電回路２０６は電源を必要としない。衝撃を検知するまでは、無線２１０、Ａ／Ｄコンバータ２１１、センサ２１２は、電源がオフまたは待機状態、マイコン２０９は待機状態、起動信号生成回路２０８および衝撃量検知回路２１３と電圧比較回路２０７は衝撃検知センサ２０３の信号待ちの動作状態とし、これをセンサノードのスタンバイ状態とする。マイコン２０９は、待機状態で数μＷ程度の低消費電力であり、起動信号生成回路２０８および衝撃量検知回路２１３と比較回路２０７は動作状態にあっても数μＷ以下の低消費電力であるため、センサノードはスタンバイ時に低消費電力を実現する。
【００３０】
次に、本例における衝撃の検知方法を、以下に示す。センサノード２０１に衝撃が加わると圧電素子ユニット２０５内の圧電素子が歪み電荷を発生する。圧電素子ユニット２０５に発生した電荷は、交流電荷であるため蓄電回路２０６によって整流と充電を行い、一定の電圧に蓄電されると、電圧比較回路２０７により衝撃検知センサ２０５の衝撃検知信号としてスタンバイ制御の対象部２０３に伝達される。
【００３１】
また、先述した蓄電回路２０６を用いない場合、圧電素子ユニット２０５が電荷の発生量に比例した交流電圧を発生するため、圧電素子ユニット２０５の交流電圧を直接電圧比較回路２０７に入力し、圧電素子ユニット２０５の電圧が一定電圧に達すると、電圧比較回路２０７によって衝撃検知センサ２０２の衝撃検知信号としてスタンバイ制御の対象部２０３に伝達される。衝撃検知センサ２０２から伝達された信号は起動信号生成回路２０８と衝撃量検知回路２１３に入力され、起動信号生成回路２０８の起動信号はマイコン２０９に信号を伝達し、マイコン２０９はスタンバイ状態から動作状態になる。マイコン２０９は、動作状態になると衝撃検知センサ２０２の信号を取り込み、衝撃の強さの測定と、あらかじめ決められた制御とを行う。あらかじめ決められた制御としては、Ａ／Ｄコンバータ２１１、センサ２１２により周囲情報をセンシングし、センシング情報をマイコン２０９によって処理し、無線回路２１０によって通信を行う。決められた処理が終わると、センサノード２０１はスタンバイ状態になる。
【００３２】
図３は、本発明に用いる圧電素子ユニットの一例を説明する側面図である。図３（ａ）は、圧電素子３０１、金属板３０２、錘３０３、固定台座３０４、固定面３０５、電極３０６a、３０６bで構成される。
【００３３】
図３（ｂ）は、図３（ａ）から錘３０３を除いた場合の圧電素子ユニットである。圧電素子３０１の材料としては、チタンジルコン酸鉛、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などの圧電性を有する材料を用いる。金属板３０２は、圧電素子３０１で挟み込むバイモルフ形状をとり、このことにより圧電素子３０１の耐久性を向上させることや、外力による圧電素子３０１の歪みを増加させるとために用いるが、金属板３０２は無くても良い。錘３０３は、圧電素子３０１、金属板３０２の材料およびサイズと測定する外部衝撃の強さによって最適なサイズにする。また、外部衝撃の強さによっては、錘３０３を必要としない図３（ｂ）のような形状をとる。外部から衝撃が加わると、電極３０６a、３０６b間には交流電荷が発生する。後述するが、この交流電荷を用いて衝撃の強さの測定と、センサノードのスタンバイ状態からの復帰を行う。
【００３４】
図４は、図１、図２において用いる蓄電回路の一例を示す。蓄電回路４０１は、整流用ダイオード４０２〜４０５、充電用容量４０６、放電用抵抗４０７、耐圧保護用ツェナーダイオード４０８、および出力端子４０９a、４０９bで構成される。整流用ダイオードには、図３で説明したような圧電素子ユニット４０１が接続されている。図１、図２の例でも説明したように、圧電素子ユニット４０１は、外部からの衝撃で交流電荷を発生するためダイオード４０２〜４０５で整流し、充電用容量４０６に蓄電する。抵抗４０７は、後述するが放電時間を調整する抵抗であり、耐圧保護用ツェナーダイオード４０８は、充電容量４０６の耐圧、および出力端子４０９aと０９bとの間に接続される付加回路の耐圧を越えないようにするためのものである。
【００３５】
図５は、図１における衝撃検知センサの一例を示す。本例の衝撃検知センサは、圧電素子ユニット５００、蓄電回路５０１、電圧検知回路５０２、蓄電回路５０１と電圧検知回路５０２とを接続する端子５０３a、５０３b、および図１に示したスタンバイ制御の対象部に信号を伝達する端子５０４a、５０４bで構成される。電圧検知回路５０２は、蓄電回路５０１の電圧が検知電圧を超えた場合に端子５０４a、５０４bより電圧（入力電圧と同じか、あるいは検知電圧と同じ電圧）を出力する。
【００３６】
電圧検知回路５０３を動作させるに必要な電流は数μＷ程度であるため、図４で述べたような圧電素子ユニット（図４中の４０１）のサイズ、容量（図４中の４０６）は、衝撃の強さと電圧検知回路５０２の動作電力に合わせて最適なサイズに設計する。本例による衝撃検知センサは、先述の説明でも明らかなように待機時に消費電力は生じなく、動作時も圧電素子ユニットの発電により動作するため無電力となる。
【００３７】
図６は、図２における衝撃検知センサの一例を示す。圧電素子ユニット６００、蓄電回路６０１、電圧比較回路６０２、図３に示した圧電素子ユニットの出力端子（３０６a、３０７b）あるいは図４に示した蓄電回路４１０の出力端子（４０９a、４０９b）と電圧比較回路６０２とを接続する端子６０３a、６０３b、図１に示したスタンバイ制御の対象部に信号を伝達する端子６０４a、６０４b、基準電圧発生回路６０７、電源６０５、および電源６０６（図２で示した電源２０４に相当）により構成される。電圧比較回路６０２は、蓄電回路６０１より出力された電圧が基準電圧発生回路６０７の基準電圧を超えた場合に、端子６０４aおよび６０４bより一定電圧を出力する。
【００３８】
また、図２の実施例で述べたように、蓄電回路を用いない場合、圧電素子ユニット６００が電荷の発生量に比例した交流電圧を発生するため、圧電素子ユニット６００の交流電圧は、直接電圧比較回路６０２に入力され、圧電素子ユニット６００の電圧が基準電圧に達すると、電圧比較回路６０２は、端子６０４aおよび６０４bより一定電圧を出力する。
【００３９】
電圧比較回路６０２は外部より電圧を供給しているため、蓄電回路６０１から、あるいは蓄電回路用いない場合には圧電素子ユニット６００からは、衝撃検知のための電圧が出力されるだけでよい。このため、圧電素子ユニットの圧電素子のサイズ、図４に示した容量（図４中の４０６）は、図５で示した場合に比べて小型化を実現できる。
【００４０】
図７は、図１、図２のセンサノードに蓄電回路２０６を用い、センサノードに衝撃が与えられた場合における衝撃検知の波形とタイムチャートである。以下、文中および図中において、括弧内は、図２のセンサノードに蓄電回路２０６を用いた場合に相当する。
【００４１】
図１のセンサノード１０１(２０１)にインパルス状の衝撃７０１が加わると、圧電素子ユニット１０５(２０５)から出力される圧電信号１１４(２１４)は、７０２に示す繰り返しの減衰波形となる。ここで、ｔ0は、図３および後述する図９の圧電素子ユニットのサイズによって一意に決まる。７０２の波形は、蓄電回路１０６(２０６)により蓄電信号１１５(２１５)として７０３に示す波形となり出力される。７０３に示す波形は、電圧検知回路１０７(電圧比較回路２０７)によって電圧検知信号１１６(電圧比較信号２１６)となり、７０４の示す波形となる。ここで、７０４の波形は、７０３の波形を検知電圧(比較電圧)Ｖrefにより生成する。７０４のｔdは、検知したい衝撃の強さによって圧電素子ユニット１０５(２０５)のサイズ、蓄電回路１０６(２０６)の抵抗および充電容量を適当に定めることにより決定できる。このｔdの長さを測定することで振動の強さをアナログ値として検知できる。
【００４２】
電圧検知信号１１６(２１６)が検知電圧(比較電圧)であるＶrefを超えると、起動信号生成回路により起動信号１１７(２１７)は７０５に示すタイムチャートに従いマイコン１０９(２０９)に伝達される。この起動信号により、マイコン１０９(２０９)は起動状態になる。また、先述してように、電圧検知信号１１６(電圧比較信号２１６)、衝撃量検知回路１１３(２１３)により、衝撃検知信号１１９(２１９)は７０７に示すタイムチャートとなる。この衝撃量検知回路１１３(２１３)の一例として、カウンタ回路を用いる方法があり、電圧検知信号がオンの間、スタンバイ制御の対象部１０３(２０３)のクロックがカウンタに入力され、時間ｔdの間に発生するパルスをカウントし衝撃の強さを検知する。
【００４３】
マイコン１０９(２０９)は、衝撃の強さを衝撃量検知回路１１３(２１３)より取り込み、あらかじめ決められた他の処理を終了すると、７０６のタイムチャートに従いリセット信号１１８および１２０(２１８および２２０)を伝達し、起動信号生成回路１０８(２０８)、衝撃量検知回路１１３(２１３)をリセット状態にした後にスタンバイ状態となる。マイコン１０９(２０９)の動作状態に関するタイムチャートを７０８に示す。
【００４４】
以上、図７に示した衝撃の強さをアナログ的に検知する方法は一例であり、これ以外の方法を用いてもかまわない。
【００４５】
図８は、図２のセンサノードに蓄電回路２０６、衝撃量検知回路２１３を用いないで、センサノードに衝撃が与えられた場合における衝撃検知の波形とタイムチャートである。
【００４６】
外部から８０１に示すインパルス状の衝撃８０１が加わると、図２の圧電素子ユニット２０５から出力される圧電信号２１４は、８０２に示す繰り返しの減衰波形となる。ここで、ｔ0は、図３および後述する図９の圧電素子ユニットのサイズによって一意に決まる。８０２に示す波形は、図２の電圧比較回路２０７内部では８０３に示す波形となり、電圧比較信号２１６は８０４に示すパルス状の波形を出力する。ここで、８０４の波形は、８０２の波形を比較電圧Ｖrefにより生成する。電圧検知信号２１６が比較電圧Ｖrefを超えると、起動信号生成回路により起動信号２１７は８０５に示すタイムチャートに従ってマイコン２０９に伝達される。この起動信号により、マイコン２０９は起動状態になる。
【００４７】
また、先述したように、電圧比較信号２１６は直接マイコン２０９に入力され、マイコン２０９によってパルス数をカウントし衝撃の強さを検知する。マイコン２０９による電圧検知信号２１６の終了判断は、タイムチャート８０６に示すように、波形８０４にパルスが発生しなくなってから一定時間ｔ＞ｔ0以上経過したことにより終了判断を行う。マイコン２０９は、衝撃の強さの検知と、あらかじめ決められた他の処理とを終了すると、リセット信号２２０を伝達し起動信号生成回路２０８をリセット状態にした後にスタンバイ状態となる。マイコン２０９の動作状態に関するタイムチャートを８０７に示す。
【００４８】
以上、図８に示した衝撃の強さをアナログ的に検知する方法は一例であり、これ以外の方法を用いてもかまわない。
【００４９】
図９は、本発明における衝撃検知センサノードの別の構成例を示す。本例の圧電素子ユニットは、圧電素子９０１、金属板９０２、錘９０３、固定台座９０４、固定面９０５、電極９０６a、９０６bで構成されており、錘９０３の形状が、図３（ａ）に示した圧電素子ユニットの構成とは異なる。
【００５０】
図３（ａ）の例では、錘のサイズは、外部振動と圧電素子のサイズに合わせ適切なサイズにすると述べたが、条件によっては錘のサイズが大きくなり、固定台座９０４と逆の端に錘９０３が圧電素子９０１のサイズを超えて大きくはみ出す場合や、錘９０４が固定台座９０４、固定面９０５の方向に延びるため、圧電素子ユニットを保護するケースが大きくなる場合がある。本実施例では、このような場合、錘９０３を固定台座９０４の方向に折り返すよう構成することにより、圧電素子ユニットの保護ケースを小さくすることができる。
【００５１】
（実施例３）
図１０は、図１、図２で示したセンサノードを用いた衝撃検知センサネットワークシステムの一実施例である。本実施例は、センサノード１００４〜１００６、センサノードより無線で各種情報を受信する基地局端末１００７〜１００９、基地局端末が接続されているネットワーク１０１０、ネットワーク１０１０を介して各基地局端末の情報を受信し所望のデータに加工するシステム制御装置１０１１、およびシステム制御装置１０１１により加工されたデータを格納する制御情報データベース１０１２で構成されている。本実施例では、センサノード１００４〜１００６は、それぞれ、衝撃を検知したい対象物、例えば、ドア１００１、荷物１００２、蓋１００３に設置している。先述の衝撃を検知したい対象物は一例であり、これ以外の対象物であっても構わない。
【００５２】
センサノード１００４〜１００６は、外部衝撃を検知するとノードを動作させあらかじめ決められた制御を行い、衝撃の強さ、衝撃測定時刻、センサ測定値センサノード端末識別情報等を送信する。
【００５３】
基地局端末１００７〜１００９は、センサノードより先述の各種情報を受信した際に、衝撃の強さ、測定時刻、センサ測定値、センサノード端末識別情報等に加え、無線パケット受信時刻、無線パケットを受信した基地局端末の識別情報等の情報を付加してネットワーク１０１０に送信する。これらの情報をシステム制御装置１０１１によって処理し、制御データベース１１１２に格納する。センサノードは、衝撃を検知した場合にだけ動作する場合もあるが、通常時は間欠的に動作し種々の情報をセンシングし、外部衝撃があった場合に間欠動作以外にノード動作を行ってもよい。
【００５４】
（実施例４）
図１１は、図１、図２で示したセンサノードを用いた電源レス衝撃検知無線ノードに関する一実施例である。本実施例は、圧電素子ユニット１１０２、蓄電回路１１０３、無線回路１１０４で構成される衝撃検知無線ノード１１０１、衝撃検知無線ノードより無線で各種情報を受信する基地局端末１００５、基地局端末の情報を受信し状態を表示する表示装置１１０６により構成されている。本実施例では、外部衝撃による圧電素子システム１１０２の発電量だけで無線回路は動作するため、電源を必要としない衝撃検知無線ノードを実現する。
【００５５】
以上、詳述したように、本発明によれば、外部衝撃による圧電素子の歪みによって発生する電力の大きさにより衝撃の大きさを多値あるいはアナログ値として測定し、発生した電力により待機状態にあるセンサノードを動作状態にすることで消費電力の削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例に係る衝撃検知用センサノードの構成を説明するブロック図。
【図２】本発明の別の実施例に係る衝撃検知用センサノードの構成を説明するブロック図。
【図３】本発明に用いる圧電素子ユニットの一例を説明する側面図。
【図４】図１、図２において用いる蓄電回路の一例を示す図。
【図５】図１における衝撃検知センサの一例を示す図。
【図６】図２における衝撃検知センサの一例を示す図。
【図７】図１、図２のセンサノードに蓄電回路を用い、センサノードに衝撃が与えられた場合における衝撃検知の波形とタイムチャートを示す図。
【図８】図２のセンサノードに蓄電回路、衝撃量検知回路を用いないで、センサノードに衝撃が与えられた場合における衝撃検知の波形とタイムチャートを示す図。
【図９】本発明における衝撃検知センサノードの別の構成例を示す図。
【図１０】図１、図２で示したセンサノードを用いた衝撃検知センサネットワークシステムの一構成例を説明する図。
【図１１】図１、図２で示したセンサノードを用いた電源レス衝撃検知無線ノードに関する一構成例を説明する図。
【符号の説明】
【００５７】
１０１、２０１、１００４、１００５、１００６…センサノード、１０２、２０２…衝撃検知センサ、１０３、２０３…スタンバイ制御の対象部、１０４、２０４、６０５、６０６…電源、１０５、２０５、４０１…圧電素子ユニット、１０６、２０６、４１０、１１０３…蓄電回路、１０７、５０２…電圧検知回路、２０７、６０２…電圧比較回路、１０８、２０８…起動信号生成回路、１０９、２０９…マイコン、１１０、２１０、１１０４…無線回路、１１１、２１１…Ａ／Ｄコンバータ、１１２、２１２…センサ、１１３、２１３…衝撃量検知回路、１１４、２１４…圧電信号、１１５、２１５…蓄電信号、１１６…電圧検知信号、２１６…電圧比較信号、１１７、２１７…起動信号、１１８、１２０、２１８、２２０…リセット信号、１１９、２１９…衝撃検知信号、３０１、９０１…圧電素子、３０２、９０２…金属板、３０３、９０３…錘、３０４、９０４…固定台座、３０５、９０５…支持面、３０６a、３０６b、４０９a、４０９b、５０３a、５０３b、５０４a、５０４b、６０３a、６０３b、６０４a、６０４b、９０６a、９０６b…端子、４０２、４０３、４０４、４０５…ダイオード、４０６…充電用容量、４０７…抵抗、４０８…ツェナーダイオード、５００、６００…圧電素子ユニット、６００、６０１…蓄電回路、６０７…基準電圧発生回路、１００１…ドア、１００２…荷物、１００３…蓋、１００７、１００８、１００９、１１０５…親機、１０１０…ネットワーク、１０１１…システム制御装置、１０１２…制御情報データベース、１１０１…衝撃検知無線ノード、１１０６…表示装置。
【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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【図１１】
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