(57)【要約】【課題】暗所においても精度よく展示物等の物体の異常を検知できる異常検知センサを提供する。【解決手段】検知対象となる物体が載せられる第１電極１０と、第１電極１０と絶縁体３０を挟んで対向する位置に配置され、第１電極１０よりも平面積が大きい第２電極２０と、振幅と周波数が一定の大きさの基準信号を生成する信号源４０と、基準信号が入力され、第１電極１０の端子電圧が最大になる共振用リアクタンスを生成する共振用リアクタンス生成部５０と、第１電極１０の端子電圧と基準信号の同相成分を検出する位相モニタ部６０と、同相成分の振幅の変化を判定して求めた判定値を出力する判定部７０とを備える。【選択図】図１
2019095399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象となる物体が載せられる第１電極と、
前記第１電極と絶縁体を挟んで対向する位置に配置され、前記第１電極よりも平面積が大きい第２電極と、
振幅と周波数が一定の大きさの基準信号を生成する信号源と、
前記基準信号が入力され、前記第１電極の端子電圧が最大になる共振用リアクタンスを生成する共振用リアクタンス生成部と、
前記第１電極の端子電圧と前記基準信号の同相成分を検出する位相モニタ部と、
前記同相成分の振幅の変化を判定して求めた判定値を出力する判定部と
を備えることを特徴とする異常検知センサ。
【請求項２】
請求項１に記載した異常検知センサにおいて、
前記共振用リアクタンス生成部は、
入力端子に第１コンデンサを介して一端を接続し、他端を前記第１電極に接続するインダクタと、
前記インダクタの他端に一端を接続する第２コンデンサと、
前記インダクタの一端にカソード電極、前記第２コンデンサの他端にアノード電極を接続する可変容量ダイオードと、
前記可変容量ダイオードのカソード電極に第１抵抗を介して所定の電圧を印加する固定電圧源と、
前記可変容量ダイオードのアノード電極と第３コンデンサを介して接続され、前記第１電極の端子電圧の振幅に対応する振幅信号を生成する振幅モニタ部と、
前記共振用リアクタンスを生成する場合に、前記振幅信号が最大になるまで制御信号の大きさを一方向に変化させて出力する調整部と、
前記制御信号の大きさに対応する調整電圧を生成し、該調整電圧を第２抵抗を介して前記可変容量ダイオードのアノード電極に印加する調整信号出力部と
を備えることを特徴とする異常検知センサ。
【請求項３】
請求項２に記載した異常検知センサにおいて、
前記共振用リアクタンス生成部は、
前記共振用リアクタンスの生成を開始する前に、前記可変容量ダイオードに並列に第３抵抗を接続する第１スイッチと、
前記第１スイッチが導通時に前記可変容量ダイオードのアノード電極の電圧を電圧モニタ部に入力し、前記第１スイッチが非導通時に、前記可変容量ダイオードのアノード電極に第２抵抗を介して前記調整電圧を印加させる第２スイッチと、
前記第１スイッチが導通時の前記可変容量ダイオードのアノード電極の電圧を入力電圧とし、該入力電圧に対応する電圧モニタ信号を生成する前記電圧モニタ部と
を備え、
前記調整部は、前記電圧モニタ信号に対応する電圧値を前記調整電圧の初期値とする
ことを特徴とする異常検知センサ。
【請求項４】
センサノード、ネットワーク、及びサーバとで構成される異常検知システムであって、
前記センサノードは、
請求項１乃至３の何れかに記載した異常検知センサと、
前記異常検知センサに、前記共振用リアクタンスの生成の開始を指示する切替信号を送信し、前記共振用リアクタンスが生成されたことを表す調整完了信号と前記判定値とを受信するセンサ制御部と、
前記センサ制御部を、前記ネットワークを介して前記サーバに接続する送受信部と
を備えることを特徴とする異常検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知対象の物体の異常を検知する異常検知センサ及び異常検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
異常検知センサは、例えば博物館等で貴重な展示物を展示する際に、展示物の盗難や異常を検知する目的で用いられるカメラや接触センサ等のことである。異常検知センサにカメラを用いた異常検知システムは、例えば非特許文献１に開示されている。また、接触センサを用いた異常検知システムは、例えば非特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】［平成２９年１１月１５日検索］、インターネット＜URL: http://www.sony.jp/snc/products/NSR-1100_01/alarm.html＞
【非特許文献２】［平成２９年１１月１５日検索］、インターネット＜URL: http://www.securityhouse.net/~shs-mk/jisya.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１に示された技術では、異常検知センサにカメラを用いるため光が必要である。よって、暗所において展示物等の物体の異常を検知することができないという課題がある。また、非特許文献２に示された技術では、接触センサを用いるため、監視対象の物体が盗難に遭ったのか、又は、例えば地震等の激しい揺れによって移動したのか等の切り分けができない。つまり、検知の精度が良くないという課題がある。
【０００５】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、暗所においても精度よく展示物等の物体の異常を検知できる異常検知センサ及び異常検知システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の一態様に係る異常検知センサは、検知対象となる物体が載せられる第１電極と、前記第１電極と絶縁体を挟んで対向する位置に配置され、前記第１電極よりも平面積が大きい第２電極と、振幅と周波数が一定の大きさの基準信号を生成する信号源と、前記基準信号が入力され、第１電極の端子電圧が最大になる共振用リアクタンスを生成する共振用リアクタンス生成部と、前記第１電極の端子電圧と前記基準信号の同相成分を検出する位相モニタ部と、前記同相成分の振幅の変化を判定して求めた判定値を出力する判定部とを備えることを要旨とする。
【０００７】
また、本実施形態の一態様に係る異常検知システムは、センサノード、ネットワーク、及びサーバとで構成される異常検知システムであって、前記センサノードは、上記の異常検知センサと、前記異常検知センサに、共振用リアクタンスの生成の開始を指示する切替信号を送信し、前記共振用リアクタンスが生成されたことを表す調整完了信号と前記判定値とを受信するセンサ制御部と、前記センサ制御部を、前記ネットワークを介して前記サーバに接続する送受信部とを備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、暗所においても精度よく展示物等の物体の異常を検知できる異常検知センサ及び異常検知システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る異常検知センサの機能構成例を示す図である。
【図２】図１に示す異常検知センサの検知原理を説明するための図である。
【図３】図１に示す異常検知センサが検知する物体の状態を示す図であり、（ａ）は基準の状態、（ｂ）は物体が消失した状態、（ｃ）は物体が転倒した状態を示す図である。
【図４】図１に示す異常検知センサの共振用リアクタンス生成部の構成例の第１実施形態を示す図である。
【図５】図４に示す共振用リアクタンス生成部の各部の信号波形を模式的に示す図である。
【図６】図１に示す異常検知センサの位相モニタ部の構成例を示す図である。
【図７】図１に示す異常検知センサの共振用リアクタンス生成部の構成例の第２実施形態を示す図である。
【図８】図７に示す共振用リアクタンス生成部の動作を説明する模式図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る異常検知システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものに
は同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る異常検知センサの機能構成例を示す図である。図１に示す異常検知センサ１は、暗所においても検知対象となる物体の消失・転倒等を検知できるセンサである。
【００１２】
異常検知センサ１は、第１電極１０、第２電極２０、絶縁体３０、信号源４０、共振用リアクタンス生成部５０、位相モニタ部６０、及び判定部７０を備える。
【００１３】
第１電極１０は、検知対象となる物体が載せられる平板の電極である。第１電極１０の平面形状は、例えば矩形状である。なお、第１電極１０の平面形状は、検知対象となる物体を載せることができる形状であれば矩形状に限られない。また、第１電極１０の表面は、導電体、絶縁体のどちらで有ってもよい。
【００１４】
第２電極２０は、第１電極１０と絶縁体３０を挟んで対向する位置に配置され、第１電極１０よりも平面積が大きい。第２電極２０は接地され、第２電極２０と第１電極１０の間に静電容量が形成される。第２電極２０の平面形状は、検知対象の物体が例えば転倒した場合に、転倒した物体と絶縁体３０を介して対向する範囲の大きさであると好ましい。
【００１５】
信号源４０は、振幅と周波数が一定の大きさの基準信号を生成する。基準信号は、一定の振幅と周波数からなる交流信号である。
【００１６】
共振用リアクタンス生成部５０は、信号源４０が生成する基準信号が入力され、第１電極１０の端子電圧が最大になる共振用リアクタンスを生成する。共振用リアクタンスを生成するのは、外部から入力される切替信号が例えば正電源電位の場合である。以降において、共振用リアクタンスを生成する場合を、基準探索状態と称する。
【００１７】
一方、切替信号が負電源電位の場合は、物体検知状態と称する。物体検知状態の場合の共振用リアクタンス生成部５０の例えば容量リアクタンスの値は、基準探索状態で生成された共振用リアクタンスの値である。
【００１８】
位相モニタ部６０は、第１電極の端子電圧と信号源４０が生成する基準信号の同相成分を検出する。同相成分の変化によって物体の消失・転倒等を検知することができる。検知する原理については後述する。
【００１９】
判定部７０は、位相モニタ部６０で検出した同相成分の振幅の変化を判定して求めた判定値を出力する。同相成分の振幅は、物体の消失・転倒によって変化する。よって、同相成分の振幅の変化を判定することで物体の状態を検知することができる。
【００２０】
以上説明したように本実施形態に係る異常検知センサ１によれば、位相モニタ部６０で検出した同相成分の振幅の変化に基づいて物体の状態を検知するので、暗所においても精度よく展示物等の物体の異常を検知することができる。
【００２１】
次に、図２と図３を参照して異常検知センサ１の検知原理について説明する。
【００２２】
〔検知原理〕
図２は、信号源４０と共振用リアクタンス生成部５０と、第１電極１０と第２電極２０の間に形成される静電容量Ｃｅ、及び検知対象の物体Ａと第２電極２０の間に形成される浮遊容量Ｃｂとの関係を模式的に示す図である。
【００２３】
信号源４０は、基準信号Ｖｓを生成する発振器４１で構成され、基準信号Ｖｓと出力抵抗Ｒｓで表せる。信号源４０は、一般的な発振器で構成できる。
【００２４】
物体Ａの素材は、導体、誘電体のどちらで有ってもよい。第１電極１０の上に物体Ａが載せられると、物体Ａと第２電極２０との間に浮遊容量Ｃｂが形成される。なお、物体Ａが誘電体の場合は、物体Ａと第１電極１０との間にも浮遊容量が形成されるが、説明を簡単にする目的でその浮遊容量は省略して説明する。
【００２５】
第１電極１０と第２電極２０の間には静電容量Ｃｅが形成される。図２において、共振用リアクタンス生成部５０のリアクタンス成分をＸｖで表記している。
【００２６】
位相モニタ部６０に入力される第１電極１０の端子電圧Ｖｏは、図２に示す回路モデルから、次式で表される。
【００２７】
【数１】
2019095399.tif 000003
【００２８】
ここで、ｊは虚数単位、ｆは信号源４０が生成する基準信号Ｖｓの周波数である。式（１）の分子を1にするために、分母と分子にj(2πf)(Ce+Cb)を乗ずると式（１）は次式のように変形できる。
【００２９】
【数２】
2019095399.tif 000004
【００３０】
実部をａ、虚部をｂとするとＶｏは式（５）で表せる。
【００３１】
【数３】
2019095399.tif 000005
【００３２】
式（５）のａの絶対値は、信号源Ｖｓの交流信号と同相の第１電極１０の端子電圧Ｖｏの大きさを表す。また、ｂの絶対値は、信号源Ｖｓから位相が90°遅れた端子電圧Ｖｏの大きさを表す。
【００３３】
同相成分のみに着目すると、式（６）を満たすＣｂを基準に、Ｃｂが小さくなるとａが正となり、Ｃｂが大きくなるとａが負となることが分かる。
【００３４】
【数４】
2019095399.tif 000006
【００３５】
図３は、物体Ａと第２電極２０との間の浮遊容量Ｃｂの大きさが変化する状態を模式的に示す図である。図３（ａ）に示すＣｂ０は、物体Ａが第１電極１０に載せられた状態の浮遊容量を表す。図３（ｂ）に示すＣｂ１は、物体Ａが第１電極１０から離れた状態の浮遊容量を表す。図３（ｃ）に示すＣｂ２は、物体Ａが転倒した状態の浮遊容量を表す。
【００３６】
浮遊容量Ｃｂ０（巣３（ａ））を基準にすると、物体Ａが第１電極１０から離れた状態の浮遊容量Ｃｂ１は、Ｃｂ０より小さい（Ｃｂ１＜Ｃｂ０）。一方、物体Ａが転倒した状態の浮遊容量Ｃｂ２は、Ｃｂ０より大きい（Ｃｂ２＞Ｃｂ０）。
【００３７】
そこで、所定の周波数ｆで式（６）の条件が満たされるように共振用リアクタンスＸｖの値を探索しておく。その後、物体Ａが第１電極１０から離れると同相成分は正、物体Ａが転倒すると同相成分は負になる。したがって、同相成分の符号を評価することで物体Ａが第１電極１０の上から消失したか、または物体Ａが転倒したかを検知することができる。
【００３８】
なお、物体Ａの第１電極１０上の状態は、同相成分の符号の変化によらなくても検知することが可能である。同相成分の振幅の変化を判定するようにしてもよい。つまり、物体Ａの第１電極１０上の状態の変化は、同相成分の振幅の変化を判定することで検知することができる。同相成分の振幅を、閾値と比較することで物体Ａの状態の変化を検知してもよい。
【００３９】
以上、異常検知センサ１の検知原理について説明した。次に、共振用リアクタンスＸｖを生成する共振用リアクタンス生成部５０について詳しく説明する。
【００４０】
〔第１実施形態〕
図４は、本発明の第１実施形態に係る共振用リアクタンス生成部５０の機能構成例を示す図である。
【００４１】
共振用リアクタンス生成部５０は、第１コンデンサＣ１、インダクタＬ、第２コンデンサＣ２、可変容量ダイオードＤ、固定電圧源５１、第２抵抗Ｒ２、第３コンデンサＣ３、振幅モニタ部５２、調整部５３、及び調整信号出力部５４を備える。
【００４２】
インダクタＬの一端は、第１コンデンサＣ１を介して入力端子に接続される。入力端子には、信号源４０が接続され、基準信号Ｖｓが入力される。インダクタＬの他端は、出力端子に接続され、出力端子は第１電極１０に接続される。
【００４３】
可変容量ダイオードＤのカソード電極は、インダクタＬの一端に接続される。可変容量ダイオードＤのアノード電極は、第２コンデンサＣ２を介してインダクタＬの他端に接続される。第２コンデンサＣ２は、ＤＣカットコンデンサである。第２コンデンサＣ２は、インダクタＬの他端と可変容量ダイオードＤアノード電極を交流的に短絡させる。インダクタＬと可変容量ダイオードＤの並列接続は、共振用リアクタンスＸｖを構成する。
【００４４】
可変容量ダイオードＤのカソード電極には、第１抵抗Ｒ１を介して固定電圧原５１が接続される。固定電圧原５１は一定の電圧を出力する。第１抵抗Ｒ１は、入力端子（信号源４０）から見たインピーダンスが固定電圧原５１によって低下しないように作用する。
【００４５】
可変容量ダイオードＤのアノード電極は、第３コンデンサＣ３を介して振幅モニタ部５２に接続される。振幅モニタ部５２の入力は、第３コンデンサＣ３と第２コンデンサＣ２を介してインダクタＬの他端（第１電極１０）に接続される。
【００４６】
振幅モニタ部５２は、第１電極１０の端子電圧Ｖｏを入力とし、該端子電圧Ｖｏの振幅を表す振幅信号を生成する。振幅モニタ部５２は、第１電極１０の端子電圧Ｖｏを、例えばディジタル信号に変換するＡ/Ｄコンバータで構成される。
【００４７】
第２コンデンサＣ２と第３コンデンサＣ３は、ＤＣカットコンデンサである。第３コンデンサＣ３は、調整信号出力部５４の出力する調整電圧が、振幅モニタ部５２に入力されないように作用する。
【００４８】
調整部５３は、振幅モニタ部５２が生成する振幅信号を入力とし、基準探索状態（切替信号＝正電源電位）の場合に、振幅信号が最大になる制御信号を得るために、制御信号の値を一方向に掃引して生成し、振幅信号が最大になる制御信号の値に固定する。制御信号の値は、例えば複数ビットで表されるディジタル値である。
【００４９】
制御信号を、振幅信号が最大になる値に固定する際、調整部５３は調整完了信号を出力する。調整完了信号は、パルス信号、又は固定電圧信号のどちらであってもよい。
【００５０】
振幅信号が最大になる状態は、式（６）の条件が成立する状態である。物体検知状態（切替信号＝負電源電位）の場合は、振幅信号が最大になる制御信号を維持する。
【００５１】
調整信号出力部５４は、調整部５３が出力する制御信号の値に一対一に対応する調整電圧を生成し、該調整電圧を第２抵抗Ｒ２を介して可変容量ダイオードＤのアノード電極に印加する。調整信号出力部５４は、例えば、ディジタル信号である制御信号を、アナログ信号に変換するＤ/Ａコンバータで構成することができる。
【００５２】
第２抵抗Ｒ２は、調整信号出力部５４によって、出力端子から見たインピーダンスが低下しないように作用する。また、第２コンデンサＣ２は、インダクタＬと可変容量ダイオードＤを交流的に短絡すると共に、調整信号出力部５４が出力する調整電圧がインダクタＬを介して固定電圧原５１に漏洩することを防止する。
【００５３】
以上説明した共振用リアクタンス生成部５０を含む異常検知センサ１の動作を、図５を参照して説明する。図５は、共振用リアクタンス生成部５０の各部の動作を説明する模式図である。
【００５４】
図５（ａ）は制御電圧と調整電圧の関係、図５（ｂ）は調整電圧と可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤの関係、図５（ｃ）は可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤと第１電極１０の端子電圧｜Ｖｏ｜の関係を示す。
【００５５】
異常検知センサ１の利用者は、物体Ａを第１電極１０に載せた後、異常検知センサ１を起動させる起動ボタン（図示せず）を押下する。起動ボタンが押下されると、切替信号は基準探索状態（切替信号＝正電源電位）になる。切替信号は、センサ制御部（図示せず）によって生成される。センサ制御部については後述する。
【００５６】
なお、起動ボタンを押下することで生成される起動信号（又はリセット信号、初期化信号）は、異常検知センサ１の各機能構成部に入力するようにしてもよい。図１及び図４では、起動信号の表記は省略している。
【００５７】
信号源４０は、基準信号Ｖｓを生成する。該基準信号Ｖｓは、共振用リアクタンス生成部５０を介して第１電極１０に供給される。
【００５８】
切替信号が基準探索状態（切替信号＝正電源電位）の場合の調整部５３は、第１電極１０の端子電圧Ｖｏが最大になるまで制御信号を一定間隔毎に順次変化させる。制御信号は、低い電圧から高い電圧に例えばステップ状に変化させられる。
【００５９】
調整信号出力部５４は、そのステップ状に変化する制御信号の値に一対一に対応させて、図５（ａ）に示すように調整電圧をステップ状に増加させる。図５（ａ）の横軸は例えば時間、縦軸は調整電圧である。横軸は制御信号の値としてもよい。
【００６０】
調整部５３は、調整電圧が一定となる１ステップの時間幅の間に、振幅モニタ部５２が出力する第１電極１０の端子電圧Ｖｏの振幅電圧を記憶する。
【００６１】
調整電圧が低い電圧から高い電圧に変化すると、可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤは、調整電圧に反比例して、図５（ｂ）に示すように減少する。調整電圧は、可変容量ダイオードＤに対して逆バイアス電圧として作用する。なお、調整電圧は、高い電圧から低い電圧に変化させてもよい。また、調整電圧はランダムに変化させてもよい。調整電圧に対する可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤの値は変わらないため、端子電圧Ｖｏの振幅が最大となる調整電圧に対応する制御信号を探索することが可能である。
【００６２】
図５（ｂ）の横軸は調整電圧、縦軸は静電容量ＣＤである。調整電圧がステップ状に変化する場合は、静電容量ＣＤもステップ状に変化するが、図５（ｂ）においては変化する方向を明記する目的でなだらかに変化する形で記載している。
【００６３】
図５（ｃ）は、静電容量ＣＤと端子電圧Ｖｏの関係を示す。図５（ｃ）の横軸は静電容量ＣＤ、縦軸は第１電極１０の端子電圧Ｖｏである。このように可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤを変化させることで、第１電極１０の端子電圧Ｖｏが最大になる静電容量ＣＤの値を探索することができる。
【００６４】
調整部５３は、全ての制御信号に対応する振幅信号を記憶した後に、振幅信号が最大になる制御信号を記憶し、調整完了信号を出力する。調整完了信号は、センサ制御部（図示せず）に入力され、切替信号を物体検知状態（切替信号＝負電源電位）に変化させる。
【００６５】
物体検知状態（切替信号＝負電源電位）における調整部５３は、振幅信号が最大になる制御信号を維持する。よって、インダクタＬと可変容量ダイオードＤの並列接続で構成される共振用リアクタンスＸｖは、制御信号→調整電圧→静電容量ＣＤの順播で、第１電極１０の端子電圧Ｖｏが最大になる値に調整される。
【００６６】
切替信号が物体検知状態（切替信号＝負電源電位）に変化した後の異常検知センサ１は、検知対象となる物体の消失・転倒を検知する動作を開始する。
【００６７】
次に、物体検知状態における位相モニタ部６０の動作を説明する。
【００６８】
〔位相モニタ部〕
図６は、位相モニタ部６０の機能構成例を示す図である。位相モニタ部６０は、乗算器６１と低域通過フィルタ６２を備える。位相モニタ部６０の構成は、一般的なロックインアンプと同じである。
【００６９】
乗算器６１は、第１電極１０の端子電圧Ｖｏの交流信号と、基準信号Ｖｓの交流信号を乗算する。その結果、第１電極１０の端子電圧Ｖｏの交流信号に含まれる基準信号Ｖｓと等しい（同相の信号）成分は、直流信号に変換される。
【００７０】
低域通過フィルタ６２は、直流信号を通過させる。よって、位相モニタ部６０は、端子電圧Ｖｏの交流信号から、基準信号Ｖｓと同相の信号成分を抽出できる。
【００７１】
第１電極１０の端子電圧Ｖｏは次式で表せる。
【００７２】
【数５】
2019095399.tif 000007
【００７３】
式（７）において、共振用リアクタンスＸｖのみを変数とし、他のパラメータ（静電容量Ｃｅ、浮遊容量Ｃｂ、信号源の出力抵抗Ｒｓ）を一定と仮定する。その仮定において、共振用リアクタンスＸｖと、静電容量Ｃｅ及び浮遊容量Ｃｂが共振すると、端子電圧Ｖｏの交流信号の振幅は最大となる。
【００７４】
物体検知状態においては、既に基準探索状態において端子電圧Ｖｏの交流信号の振幅が最大になる共振用リアクタンスＸｖの値に調整されている。よって、位相モニタ部６０は、振幅が最大の端子電圧Ｖｏの交流信号から、基準信号Ｖｓと同相の信号成分を抽出し、同相成分の符号と振幅を表す位相状態信号を出力する。
【００７５】
検知対象の物体Ａが、第１電極１０に載せられた状態から変化しなければ、式（６）の条件が満たされているので位相状態信号の振幅は小さい。この場合の位相状態信号の振幅は、理論的には0である（式（６））。
【００７６】
物体Ａが第１電極１０の上から消失すると、物体Ａと第２電極２０との間の浮遊容量Ｃｂが小さくなる。浮遊容量Ｃｂが小さくなると、位相状態信号の振幅は正方向に大きくなる。
【００７７】
一方、物体Ａが第１電極１０の上で転倒すると、物体Ａと第２電極２０との間の浮遊容量Ｃｂが大きくなる。浮遊容量Ｃｂが大きくなると、位相状態信号の振幅は負方向に大きくなる。
【００７８】
この位相状態信号の変化を検出することで、物体Ａの消失・転倒等を検知することができる。
【００７９】
判定部７０は、信号源４０が生成する基準信号Ｖｓの揺らぎや、位相モニタ部６０を構成する部品の揺らぎ等を考慮して、位相モニタ部６０が出力する位相状態信号の振幅の変化を判定して求めた判定値を出力する。
【００８０】
この例の判定値は、「物体Ａの状態が変化なし」、「物体Ａが消失」、「物体Ａが転倒」の３種類である。判定部７０は、従来技術で容易に実現できる。よって、判定部７０の具体例を示した説明は省略する。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態に係る異常検知センサ１によれば、浮遊容量の変化によって検知対象の物体の消失・転倒等を検知するので、暗所においても精度よく展示物等の物体の異常を監視することができる。
【００８２】
次に、本発明の第２実施形態に係る共振用リアクタンス生成部５２について説明する。
【００８３】
〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態に係る共振用リアクタンス生成部５５の機能構成例を示す図である。共振用リアクタンス生成部５５は、異常検知センサ２を構成する。異常検知センサ２は、図１に示す異常検知センサ１の共振用リアクタンス生成部５０を、共振用リアクタンス生成部５５に置き代えたものである。
【００８４】
共振用リアクタンス生成部５５は、共振用リアクタンス生成部５０（図４）に対して、第１スイッチＳＷ１、第３抵抗Ｒ３、第２スイッチＳＷ２、電圧モニタ部５６、及び調整部５７を備える点で異なる。
【００８５】
共振用リアクタンス生成部５５は、静電容量Ｃｅ及び浮遊容量Ｃｂと共振する共振用リアクタンスＸｖを探索する調整電圧の初期値を取得するようにしたものである。以降、「静電容量Ｃｅ及び浮遊容量Ｃｂと共振する」の文言は省略し、単に共振用リアクタンスＸｖと称する。
【００８６】
第１スイッチＳＷ１は、共振用リアクタンスＸｖを探索する前に、可変容量ダイオードＤに並列に第３抵抗Ｒ３を接続する。ここで、共振用リアクタンスＸｖを構成する静電容量ＣＤの値を探索する前とは、起動ボタンが押下され、切替信号が基準探索状態（切替信号＝正電源電位）になり、調整部５７が最初の制御信号を出力するまでの間のことである。この間、センサ制御部（図示せず）から調整電圧開始信号が、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び調整部５７に入力される。
【００８７】
第１スイッチＳＷ１は、共振用リアクタンスＸｖの探索を開始する前、調整電圧開始信号が例えば正電源電位の場合に導通（開成）される。この状態において、信号源４０から基準信号Ｖｓが入力されると、可変容量ダイオードＤの整流特性によって第３抵抗Ｒ３に直流電流が流れ、第３抵抗Ｒ３に電圧降下Ｖｄｃが生じる。電圧降下Ｖｄｃは、可変容量ダイオードＤに対して逆バイアス電圧Ｖｄｃとして作用する。
【００８８】
第２スイッチＳＷ２は、第１スイッチＳＷ１が導通時に可変容量ダイオードＤのアノード電極の電圧を電圧モニタ部５６に入力する。第１スイッチＳＷ１が非導通時は、可変容量ダイオードＤのアノード電極に、第２抵抗Ｒ２を介して調整信号出力部５４が出力する調整電圧を印加する。
【００８９】
電圧モニタ部５６は、第１スイッチＳＷ１が導通時の可変容量ダイオードＤのアノード電極の電圧を入力信号とし、該入力信号に対応する電圧モニタ信号を生成して調整部５７に入力する。第１スイッチＳＷ１が導通時の可変容量ダイオードＤのアノード電極の電圧は、基準信号Ｖｓを可変容量ダイオードＤで整流して流れる直流電流Ｉｄによって第３抵抗Ｒ３に生じる電圧降下Ｖｄｃと固定電圧源５１の出力電圧を加算した電圧である。
【００９０】
以上説明した構成によれば、調整部５７は、共振用リアクタンスＸｖを探索する前に、可変容量ダイオードＤのアノード電極の電圧を表す電圧モニタ信号を取得することができる。
【００９１】
調整部５７は、電圧モニタ信号と同じ値の制御信号を調整信号出力部５４に入力する。調整信号出力部５４は、共振用リアクタンスＸｖを構成する静電容量ＣＤの探索開始時に、電圧モニタ部５５が取得した可変容量ダイオードＤのアノード電極の電圧と同じ電圧の調整電圧を出力する。
【００９２】
これにより、本実施形態の共振用リアクタンス生成部５５は、調整電圧を変化させる範囲を共振用リアクタンス生成部５０（図４）よりも狭くできる。その結果、共振用リアクタンスＸｖを探索する時間を短縮することができる。
【００９３】
図８を参照して共振用リアクタンス生成部５５が、共振状態となる制御信号を見つける動作を説明する。図８は、共振用リアクタンス生成部５５の動作を説明する模式図である。
【００９４】
図８（ａ）は、可変容量ダイオードＤの両端電圧｜Ｖａｃ｜（横軸）と可変容量ダイオードＤに流れる直流電流Ｉｄ（縦軸）の関係を示す図である。図８（ａ）中に示すα〜δについては後述する。
【００９５】
直流電圧が印加されていない可変容量ダイオードＤにその閾値（順方向電圧Ｖｆ）よりも大きな振幅の交流信号が印加された場合、交流信号の１周期のうち可変容量ダイオードＤにその閾値よりも大きな順方向電圧が印加されている期間、すなわち可変容量ダイオードＤが短絡となっている期間に可変容量ダイオードＤの整流特性により直流電流Ｉｄが生じる。
【００９６】
逆バイアス電圧Ｖｄｃ（第３抵抗Ｒ３の電圧降下Ｖｄｃ）が可変容量ダイオードＤの両端に生じると、順方向電圧が印加されている期間、すなわち可変容量ダイオードＤが短絡となっている期間が短くなるため、同じ交流電圧｜Ｖａｃ｜に対して直流電流Ｉｄは小さくなる。
【００９７】
図８（ｂ）は、直流電流Ｉｄ（横軸）と、第３抵抗Ｒ３に生じる電圧降下Ｖｄｃ（縦軸）の関係を示す図である。このように直流電流Ｉｄが流れることによって、可変容量ダイオードＤの逆バイアス電圧Ｖｄｃは変化する。
【００９８】
図８（ｃ）は、逆バイアス電圧Ｖｄｃ（第３抵抗Ｒ３の電圧降下Ｖｄｃ）（横軸）と可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤの関係を示す図である。図８（ｃ）は図５（ｂ）と同じ図である。このように、逆バイアス電圧Ｖｄｃによって可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤの値は変化する。
【００９９】
図８（ｄ）は、可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤ（横軸）と第１電極１０の端子電圧Ｖｏの関係を示す図である。図８（ｄ）は図５（ｃ）と同じである。
【０１００】
図８中のα〜δは、共振用リアクタンス生成部５２に、信号源４０から基準信号Ｖｓを入力し始めてからのそれぞれの電流電圧の変化を示している。可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤは、逆バイアス電圧Ｖｄｃ＝0の時の値をＣ０としている。また、可変容量ダイオードＤの両端電圧｜Ｖａｃ｜は第１電極１０の端子電圧｜Ｖｏ｜に比例する。
【０１０１】
第１スイッチＳＷ１が導通した状態で、信号源４０から基準信号Ｖｓが入力されると、基準信号Ｖｓは可変容量ダイオードＤで整流され、直流電流Ｉｄが流れる（図８（ａ
）のα）。
【０１０２】
直流電流Ｉｄが流れることにより、第３抵抗Ｒ３に電圧降下Ｖｄｃを発生させ、これと同じ電圧が逆バイアス電圧となって可変容量ダイオードＤに印加される。これにより可変容量ダイオードＤの静電容量ＣＤは減少し（図８（ｃ）のα）、共振が生じる静電容量ＣＤに近づき第１電極１０の端子電圧｜Ｖｏ｜は大きくなる（図８（ｄ）のα）。
【０１０３】
基準信号Ｖｓの振幅｜Ｖａｃ｜が大きくなると共に逆バイアス電圧Ｖｄｃも大きくなるため基準信号Ｖｓの振幅｜Ｖａｃ｜と直流電流Ｉｄの関係は、図８（ａ）のβに移動する。
【０１０４】
この後も同じように静電容量ＣＤが減少して基準信号Ｖｓの振幅｜Ｖａｃ｜は大きくなると共に電圧降下Ｖｄｃも大きくなるため、直流電流Ｉｄの変化量は、徐々に小さくなりゼロに収束する。直流電流Ｉｄの変化量がゼロになると、可変容量ダイオードＤの両端電圧｜Ｖａｃ｜は一定（図８（ａ）のδ）となり、第１電極１０の端子電圧｜Ｖｏ｜は共振時の振幅に近づく（図８（ｄ）のδ）。
【０１０５】
以上説明したα〜δの過程を経て、第１スイッチＳＷ１が導通している状態の共振用リアクタンス生成部５２は、図８（ｄ）のδに相当する逆バイアス電圧Ｖｄｃ（図８（ａ）のδ）を取得する。この逆バイアス電圧Ｖｄｃを取得するまでの間、調整電圧開始信号は第１スイッチＳＷ１が導通する正電源電位を維持する。
【０１０６】
以上説明したように、本実施形態に係る共振用リアクタンス生成部５５は、起動ボタンが押下された直後に、共振時の共振用リアクタンスＸｖの値に近い共振用リアクタンスを生成する調整電圧を取得する。したがって、共振用リアクタンスＸｖの探索を、図８（ｄ）のδから開始することができる。そのため、逆バイアス電圧Ｖｄｃ＝0V時の可変容量ダイオードＤの静電容量Ｃ０から探索を開始する共振リアクタンス生成部５０よりも探索時間を短縮することができる。
【０１０７】
〔異常検知システム〕
図９は、本発明の実施の形態に係る異常検知システムの構成例を示す図である。図９に示す異常検知システム１０１は、センサノード８０、ネットワーク９０、及びサーバ１０００を備える。
【０１０８】
センサノード８０は、上記した異常検知センサ１（図１）、センサ制御部８２、及び送受信部８１を備える。なお、異常検知センサ１は共振用リアクタンス生成部５２を備える異常検知センサ２に置き代えてもよい。
【０１０９】
センサ制御部８２は、異常検知センサ１に、共振用リアクタンスＸｖを構成する静電容量ＣＤの探索の開始を指示する切替信号を送信し、静電容量ＣＤの探索のは終了したことを表す調整完了信号と上記した判定値を異常検知センサ１から受信する。
【０１１０】
送受信部８１は、センサ制御部８２を、ネットワーク９０を介してサーバ１００に接続される。
【０１１１】
このように構成される異常検知システム１０１によれば、サーバ１００で、「物体Ａの状態が変化なし」、「物体Ａが消失」、及び「物体Ａが転倒」の３種類の判定値を検知することができる。また、異常検知センサ１に、起動ボタンを押下することで生成される起動信号（切替信号）をサーバ１００から入力することも可能である。
【０１１２】
以上説明したように本実施形態に係る異常検知センサ１、及び異常検知システム１０１によれば、浮遊容量の変化によって検知対象の物体の消失・転倒等を検知するので、暗所においても精度よく展示物等の物体の異常を監視することができる。
【０１１３】
上記した実施形態の共振用リアクタンスＸｖは、インダクタＬと可変容量ダイオードＤを並列に接続した例で説明を行ったが、本発明はこの例に限定されない。可変容量ダイオードＤに代えて他の可変容量素子を用いてもよい。また、インダクタＬの誘導性リアクタンスを可変するようにしてもよい。
【０１１４】
また、調整電圧をステップ状に可変する例で説明したが、調整電圧は一方向に一様に変化させてもよい。また、調整部５３は、全ての制御信号に対応する振幅信号を記憶した後に、振幅信号が最大になる制御信号を出力する例で説明したが、制御信号を一方向に変化させ、振幅信号が最大になったら制御信号の出力を停止するように構成してもよい。
【０１１５】
また、調整部は、振幅信号、及び制御信号を、ディジタル回路で構成する例で説明したが、調整部はアナログ回路で構成してもよい。なお、調整部５３,５５をアナログ回路で構成した場合は、振幅モニタ部２１、及び電圧モニタ部５４はなくてよい。
【０１１６】
このように、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で変形が可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１、２：異常検知センサ
１０：第１電極
２０：第２電極
３０：絶縁体
４０：信号源
５０、５５：共振用リアクタンス生成部
５１：固定電圧源
５２：振幅モニタ部
５３、５７：調整部
５４：調整信号出力部
５６：電圧モニタ部
６０：位相モニタ部
６１：乗算器
６２：低域通過フィルタ
７０：判定部
８０：センサノード
８１：送受信部
８２：センサ制御部
９０：ネットワーク
１００：サーバ
１０１：異常検知システム
【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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