(57)【要約】【課題】センサーをプレヒートする際の電力消費をさらに低減できる測定装置を提供する。【解決手段】センサー５を、センサー５により測定されたデータを処理する機能を含むデータロガー５０に接続する接続モジュール１０であって、センサー５が着脱される第１の端子１５ｃと、センサー５の専用電源となる電池６が着脱される第２の端子１５ｄと、データロガー５０の側から操作される第１のスイッチング素子２１であって、第１の端子１５ｃと第２の端子１５ｄとの接続をオンオフする第１のスイッチング素子２１とを有する接続モジュール１０を提供する。【選択図】図４
2012237672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサーを、前記センサーにより測定されたデータを処理する機能を含む本体に接続する接続モジュールであって、
前記センサーが着脱される第１の端子と、
前記センサーの専用電源となる電池が着脱される第２の端子と、
ドレイン側が前記第１の端子に接続され、ソース側が前記第２の端子に接続されたＰチャンネル電界効果トランジスタと、
前記Ｐチャンネル電界効果トランジスタのゲートおよび前記第２の端子を接続する抵抗要素と、
前記ゲートを接地するＮチャンネル電界効果トランジスタであって、前記本体側から操作される前記Ｎチャンネル電界効果トランジスタとを有する、接続モジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の端子および前記第２の端子を含む第１のコネクタをさらに有する、接続モジュール。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記本体に着脱される第２のコネクタを有する、接続モジュール。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の接続モジュールと、
前記接続モジュールを介してセンサーが接続される本体とを有する測定装置。
【請求項５】
センサーが接続される測定装置であって、
前記センサーが着脱される第１の端子と、
前記センサーの専用電源となる電池が着脱される第２の端子と、
前記センサーのオンオフを制御する機能を含む制御ユニットと、
ドレイン側が前記第１の端子に接続され、ソース側が前記第２の端子に接続されたＰチャンネル電界効果トランジスタと、
前記Ｐチャンネル電界効果トランジスタのゲートおよび前記第２の端子を接続する抵抗要素と、
前記ゲートを接地するＮチャンネル電界効果トランジスタであって、前記制御ユニットにより操作されるＮチャンネル電界効果トランジスタとを有する測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーを接続する測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電池電源を用いて測定する測定装置であって、センサーより測定する都度、そのタイミングに合わせてセンサーに電力を供給し、測定が終了すると電力を遮断する機能を有する測定装置を提供することが記載されている。センサー自体が電力を消費するタイプのものであるときに、測定を指示するタイミングに合わせてセンサーに電力を供給し、その都度、センサーをアクティブにする。したがって、測定するタイミングに合わせて電力を供給し、測定が終了すると電力を遮断することによりセンサーの電力消費を大幅に低減することができる。このため、電池電源を用いて測定する測定装置において、記録可能な期間を大幅に延長することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０１３２２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池で動作するデータロガーにおいてセンサーの出力信号を長時間記録しなければならないケースがある。そのときは、センサーも含めて長時間動作しなければならない。温度センサー、圧力センサー、水分センサー、照度センサーをはじめとする数多くのセンサーの中には専用コントローラを内蔵し測定結果を電圧信号で出力するものがあり、それらのセンサーを動作させるために電源が必要なものがある。ＡＣ電源などのバックアップ電源がない場合はセンサーも電池で動作させなければならず、データロガーが測定して記録するタイミングに合わせてセンサーに電源を供給して電源の寿命を延ばす技術が知られており、プレヒートと称されている。
【０００５】
図５に、センサーの電源をオンするタイミングの一例を示している。センサーは電源が供給されても瞬時に出力が安定しないことが多い。したがって、測定および／または記録するタイミング（時刻ｔ１、ｔ３およびｔ５）に対して必要な時間（プレヒート時間ＴＷ）だけ前（時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４）にセンサー電源をオンにして、測定が終了すると同時にオフにする。計測記録するタイミング（時刻ｔ１、ｔ３およびｔ５）より早めにセンサー電源をオンすることでセンサーの動作が安定した状態で物理量、たとえば、温度、圧力、水分などを測定できる。プレヒート時間はセンサーの種別などにより異なるが０．５秒から１０秒程度であり、その間に限定して電力を供給できるので測定に要する電力消費を削減できる。
【０００６】
しかしながら、プレヒートすることにより本体側の電池の電力は消費されるので本体であるデータロガーの稼働時間は短くなる。したがって、プレヒートを要するセンサーを用いながら、さらに長時間にわたり測定できるシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、センサーを、センサーにより測定されたデータを処理する機能を含む本体に接続する接続モジュールである。この接続モジュールは、センサーが着脱される第１の端子と、センサーの専用電源となる電池が着脱される第２の端子と、ドレイン側が第１の端子に接続され、ソース側が第２の端子に接続されたＰチャンネル電界効果トランジスタと、Ｐチャンネル電界効果トランジスタのゲートと第２の端子とを接続する抵抗要素と、ゲートを接地するＮチャンネル電界効果トランジスタであって、本体側から操作されるＮチャンネル電界効果トランジスタとを有する。この接続モジュールを用いてセンサーを本体、たとえば、データロガーに接続することにより、専用電源からセンサーに対する電力供給を本体側から制御でき、さらに、本体側の電力を基本的には消費しないでセンサーをプレヒートできる。このため、センサーのプレヒートによる本体側の電力消費を大幅に低減でき、本体の稼働時間が短くなることを抑制できる。
【０００８】
さらに、専用電源をオンオフするスイッチング素子であるＰチャンネル電界効果トランジスタを作動させる電力をセンサーの専用電源を用いて供給できるので、本体側の電力消費をさらに低減できる。また、抵抗要素を高抵抗にすることにより、スイッチング素子であるＰチャンネル電界効果トランジスタを操作する電流がセンサーの信号回路（接地側）に流れ込むことを抑制できる。したがって、本体側の電力消費を抑制でき、さらに、スイッチング素子をオンする際の電流が計測側に流れ込むことを抑制できるので、精度の高いデータが得られる。
【０００９】
この接続モジュールは、第１の端子および第２の端子を含む第１のコネクタをさらに有することが望ましい。センサーおよびセンサーの作動電源となる電池を１つのモジュールとして接続できる。
【００１０】
この接続モジュールは、本体と一体になっていてもよく、本体に着脱される第２のコネクタを有するものであってもよい。
【００１１】
本発明の異なる態様の１つは、上記の接続モジュールと、接続モジュールを介してセンサーが接続される本体とを有する測定装置である。センサーが接続される測定装置は、センサーが着脱される第１の端子と、センサーの専用電源となる電池が着脱される第２の端子と、センサーのオンオフを制御する機能を含む制御ユニットと、ドレイン側が第１の端子に接続され、ソース側が第２の端子に接続されたＰチャンネル電界効果トランジスタと、Ｐチャンネル電界効果トランジスタのゲートと第２の端子とを接続する抵抗要素と、ゲートを接地するＮチャンネル電界効果トランジスタであって、制御ユニットにより操作されるＮチャンネル電界効果トランジスタとを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】測定装置の概略を示す図。
【図２】接続モジュールの概略構成を示す図。
【図３】第１のコネクタにセンサーおよび電池を接続する方法を示す図。
【図４】測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図５】プレヒートを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態について説明する。図１に、測定装置の一例を示している。この測定装置１は、温度、湿度、圧力、水分などの測定対象の物理量を取得するセンサー５と、センサー５により測定されたデータを処理する機能を含む本体、本例ではデータロガー５０と、センサー５とデータロガー５０とを接続する接続モジュール１０とを有する。データロガー５０は、センサー５から定期的に測定データを取得して記録し、適当な方法で処理して外部に出力する機能を含む。このデータロガー５０は、測定データを表示するディスプレイ５１と、記録されたデータを赤外線で出力する赤外線ポート５５と、記録されたデータを光通信で出力する光通信部５６と、測定データをプリセットされた値と比較してアラームを出力する警報出力部５７とを含む。
【００１４】
センサー５の一例は本出願人が特開２００８−０３２５５０号公報で開示している水分センサーであり、土中の水分の変動を電極５ｅの間の静電容量変化として捉え、水分の変動を電圧信号で出力するようになっている。このセンサー５においては、電極５ｅの間に電場を形成したり、センサー５に内蔵されている信号生成回路を動作させたりするために電力が必要となる。この測定装置１においては、センサー５を作動させる専用の電池６が接続モジュール１０の第１のコネクタ１１にセンサー５とともに接続されている。プレヒートを要するセンサーとしては、ＰＨ計、溶存酸素計、白金測温抵抗体温度計、熱電対温度計などが挙げられる。
【００１５】
図２に、接続モジュール１０の概要を示している。この接続モジュール１０は、センサー５および電池６を接続するための第１のコネクタ１１と、接続モジュール１０を本体であるデータロガー５０のコネクタ５２に接続するための第２のコネクタ１２と、第１のコネクタ１１と第２のコネクタ１２とを接続する接続コード１３とを有する。第１のコネクタ１１には、後述するように、センサー５のアナログ出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ回路およびＡ／Ｄ変換された信号を所定のフォーマットのデータにパッケージングし、所定のプロトコルにしたがってデータロガー５０に伝送するＣＰＵなどが内蔵されている。第１のコネクタ１１は、さらに、４つの接続用の端子１５ａ〜１５ｄを含む。
【００１６】
図３に、第１のコネクタ１１の４つの接続用の端子１５ａ〜１５ｄにセンサー５および電池（バッテリー、電池電源）６を接続した様子を示している。接続端子１５ａおよび１５ｂはセンサー５の信号出力端子５ａおよび５ｂに接続される。接続端子１５ｃは、センサー５の電源端子（電力入力端子（電源端子の＋側））５ｃが接続される第１の端子である。接続端子１５ｄは、電池６の電力出力端子（＋電極）６ａが接続される第２の端子である。さらに、センサー５の接地端子５ｄおよび電池６の接地端子６ｂとが接続される。
【００１７】
図４は測定装置１の概略の内部構成を示すブロック図である。データロガー５０は、ＣＰＵ６１と、メモリ６２と、接続モジュール１０との通信を行う通信モジュール６３と、外部機器との通信を行う通信インターフェイス６４と、ディスプレイ５１と、アラームユニット５７とを含み、これらが内部バス６９により接続されている。通信インターフェイス６４は、赤外線インターフェイス５５、光通信インターフェイス５６および無線通信インターフェイス５９を含み、メモリ６２に格納された測定データを所定のデータフォーマットおよびプロトコルで外部に出力するとともに、測定条件を設定するための情報などを外部から受信しメモリ６２に格納する。データロガー５０は、さらに、データロガー５０に含まれる機器を作動させるための電源となる本体側のバッテリー７０を含む。本体側のバッテリー７０の電力は通信モジュール６３およびコネクタ５２および１２を介して接続モジュール１０に供給され、接続モジュール１０の回路を稼働させる。
【００１８】
接続モジュール１０の第１のコネクタ１１は、端子ユニット１５と、データロガー５０と通信する通信モジュール１６と、ＣＰＵ１７と、メモリ１９と、Ａ／Ｄ回路１８と、スイッチングユニット２０とを含む。Ａ／Ｄ回路１８は、ＣＰＵ１７からの制御により、端子ユニット１５の端子１５ａおよび１５ｂに接続されたセンサー５から定期的に、あるいは所定のタイミングでデータ（測定データ）を取得し、Ａ／Ｄ変換してＣＰＵ１７に供給する。
【００１９】
ＣＰＵ１７は、端子ユニット１５に接続されているセンサー５のタイプあるいはセンサー５から得られるデータ種別などをメモリ１９に予め格納されているデータより判断する機能１７ａと、センサー５から得られたデータをメモリ１９に格納されている情報に基づいて所定のフォーマットに変換して通信モジュール１６に供給し所定のプロトコルにしたがってデータロガー５０に送信する機能１７ｂと、通信モジュール１６を介してデータロガー５０から受信するコマンドによりスイッチングユニット２０を制御してセンサー５をプレヒートする機能１７ｃとを含む。これらの機能は、メモリ１９に格納されたプログラムを適当なタイミングでＣＰＵ１７がダウンロードすることにより実現される。
【００２０】
スイッチングユニット２０は、センサー５に対する電源供給をオンオフするｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｐチャンネル電界効果トランジスタ、ｐ−ＦＥＴ、ＳＷ１、第１のスイッチング素子）２１と、第１のスイッチング素子２１を制御するｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｎチャンネル電界効果トランジスタ、ｎ−ＦＥＴ、ＳＷ２、第２のスイッチング素子）２２と、第１のスイッチング素子２１の作動電流が流れ込む抵抗（Ｒ１）２３と、電源電圧の変動を抑制するコンデンサ（Ｃ１）２４と、電源の接続間違いによる逆電流の流れ込みを防止するダイオード２５とを含む。ｐ−ＦＥＴ２１は、ドレイン側２１ｄがセンサー５の電源５ｃに接続される第１の端子１５ｃに接続され、ソース側２１ｓが電池６の＋側６ａに接続される第２の端子１５ｄに接続されている。抵抗２３は、ｐ−ＦＥＴ２１のゲート２１ｇと第２の端子１５ｄとを接続している。
【００２１】
また、ｎ−ＦＥＴ２２は、ｐ−ＦＥＴ２１のゲート２１ｇを接地するように接続されている。このｎ−ＦＥＴ２２のゲート２２ｇは、制御ユニットであるＣＰＵ１７がデータロガー５０からの指示に基づいてｎ−ＦＥＴ２２を操作するように接続されている。具体的にはｎ−ＦＥＴ２２は、ドレイン側２２ｄがｐ−ＦＥＴ２１のゲート２１ｇに接続され、ソース側２２ｓが接地されており、ＣＰＵ１７がｎ−ＦＥＴ２２のゲート２２ｇを操作してｎ−ＦＥＴ２２をオンすると、抵抗２３に電流が流れてｐ−ＦＥＴ２１がオンし、センサー５の専用電源である電池６からプレヒート用および測定用の電力がセンサー５に供給される。
【００２２】
この接続モジュール１０のスイッチングユニット２０においては、ｐ−ＦＥＴ（ＳＷ１）２１のドレイン側（端子）２１ｄとソース側（端子）２１ｓを端子１５ｃおよび１５ｄとしてそれぞれ外に出し、接続モジュール１０の外部からソース側２１ｓにセンサー電源となる電池電源６を入力し、ドレイン側２１ｄに出力するようにしている。センサー５にはドレイン側２１ｄから出力された電源を接続する。さらに、ＣＰＵ１７がｐ−ＦＥＴ２１のゲート２１ｇをｎ−ＦＥＴ（ＳＷ２）を経由してコントロールする。この場合ｐ−ＦＥＴ２１を制御する電流は抵抗（Ｒ１）２３を流れ、センサー５の接地側（ＧＮＤ）に流れ込み、信号端子１５ｂを介して接続される信号の接地側に流れ込む可能性がある。しかしながら、抵抗２３を高抵抗、たとえば、１００ｋΩまたはそれ以上にすることでその影響をほぼ無視できる程度に抑えることができる。
【００２３】
したがって、このスイッチングユニット２０を備えた接続モジュール１０の利点は、まず、センサー５の専用の電池６を第１のコネクタ１１に接続するようにしているので、センサー５をプレヒートするためにデータロガー５０の電池７０を消費しなくてよいことである。センサー５がプレヒートを要するタイプのセンサーである場合は、第１のコネクタ１１に専用の電池６を接続すればよく、センサー５がプレヒートを要するか否かに関わらず、データロガー５０の電池７０の寿命を確保できる。したがって、データロガー５０に接続されるセンサー５がプレヒートを要するか否かに関わらず、データロガー５０の稼働時間を確保でき、長期間にわたり測定を継続できる。また、プレヒート用の電池６が消費された場合は、接続モジュールの第１のコネクタ１１に接続された電池６を交換すればよく、データロガー５０の機能に影響を与えずに電池６を交換できる。このため、データロガー５０の設定や、データロガー５０に記録された測定データが変更されたり、消去されたりする危険を冒さずにセンサー５を用いて測定を継続できる。
【００２４】
さらに、このスイッチングユニット２０においては、スイッチするためにデータロガー５０側の電池７０を使用せずに大きな電流を制御でき、さらに、信号接続用の端子５ｂの接地側に電源電流を流し込まなくて済むことにある。この方式は、センサー電源（電池）６の接地側と、信号（端子５ｂ）の接地側が同一電位でなくても動作する。すなわち、上記の例では、センサー電源６の接地側と信号の接地側とを同一電位になるようにしているが、分離することも可能である。ｐ−ＦＥＴ２１のソース側２１ｓの電位とゲート側２１ｇの電位がｐ−ＦＥＴ２１をオンする電圧(通常２Ｖ程度)があればよく、その条件を保てばセンサー電源の接地側と信号の接地側に多少の電位差があってもｐ−ＦＥＴ２１は動作する。プレヒートを要する大半のセンサーはこの条件を満たしており、多種多様なセンサー５を、この接続モジュール１０を介してデータロガー５０に接続できる。
【００２５】
なお、この方式では専用電源６の電圧が大きく瞬間的に変動した場合、ｐ−ＦＥＴ２１のオンオフが勝手に行われてしまう場合がある。このスイッチングユニット２０においては、バイパスコンデンサ（Ｃ１）２４を設けることによりソース・ゲート間の電位を安定的に保持し、そのようなオンオフが発生するのを防止している。
【００２６】
スイッチングユニット２０にホトカプラ・ホトモスリレー出力（ホトカプラ方式）を用いてセンサー専用の電源６をオンオフすることも考えられる。ホトカプラ方式は、電源制御系とセンサーが絶縁されるので使い方が簡単である。しかしながら、ホトカプラ・ホトモスリレーを駆動するために比較的多くの電力を消費する。したがって、データロガー５０の電池７０の寿命が短くなる。さらに、センサー５に流す電流が多くなると駆動電流も比例して多くなり、ホトカプラ・ホトモスリレーにより消費される電力が増大する。したがって、コストおよび消費電力を低減できる点で上記のｐ−ＦＥＴ２１およびｎ−ＦＥＴ２２を用いることが有効である。
【００２７】
また、スイッチングユニット２０に、オープンドレインまたはオープンコレクタ出力（オープンドレン方式）を用いてセンサー専用の電源６をオンオフすることも考えられる。ｎ−ＦＥＴを用いたオープンドレイン方式であってもデータロガー５０の側から電流を流さずにすみ、センサー５に流す電流を大きくできる。しかしながら、センサー専用の電源６の電流が信号の接地側に流れ込むことになり測定誤差につながる。そのような電流の流れ込みを防止するためにリレーなどを配置するとその操作に電力が消費されることになりデータロガー５０の電池７０の電力を消費し、電池寿命が短くなる。したがって、測定誤差を低減でき、さらに、データロガー５０の電力消費を低減できる点で上記のｐ−ＦＥＴ２１およびｎ−ＦＥＴ２２を用いることが有効である。
【００２８】
また、この測定装置１においては、データロガー５０に着脱可能な接続モジュール１０を介してセンサー５をデータロガー５０に接続しているが、接続モジュール１０がデータロガー５０と一体になった測定装置であってもよい。データロガー５０に着脱可能な接続モジュール１０を採用した測定装置１においては、電圧信号を出力するセンサー５以外のタイプのセンサーをデータロガー５０に接続する場合は、それらのセンサーに適した接続モジュールを使用することにより、共通のデータロガー５０に様々なタイプのセンサーを接続でき、様々な物理量を測定できる。たとえば、他の接続モジュールとしては、電流信号を出力するセンサーを接続するモジュール、熱電対を接続するモジュール、パルスを出力するセンサーを接続するモジュールなどがある。
【符号の説明】
【００２９】
１    測定装置、  ５    センサー、  ６    センサー用電池
１０    接続モジュール、  １１  第１のコネクタ、  １２  第２のコネクタ
５０    データロガー（本体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012237672.tif 000005
【図４】
2012237672.tif 000006
【図５】
2012237672.tif 000007