CN101981456B

CN101981456B - 加速度传感器装置及传感器网络系统

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Publication number: CN101981456B
Application number: CN2009801123699A
Authority: CN
Inventors: 滨谷芳树; 森泽义富; 矢之下哲也; 井川耕司
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: TWI453416B; KR101467017B1; CN101981456A; WO2009123022A1; JP5541155B2; TW201003074A; EP2278342A4; JPWO2009123022A1; US20110016973A1; US8763461B2; EP2278342B1; EP2278342A1; KR20100131451A

Abstract

本发明提供使所消耗的耗电量下降且不使用上述压电传感器或双压电晶片的可使传感器自身小型化的结构的加速度传感器和传感器网络系统。本发明的加速度传感器装置是具备由导体和相对于该导体运动的驻极体形成的作为进行电能和动能的转换的静电感应型转换元件的加速度传感器的加速度传感器装置，其特征在于，包括：加速度检测部，所述加速度检测部从加速度传感器输出的交流电压中检出与加速度对应的信号；整流部，所述整流部对交流电压进行整流；电源电路，所述电源电路具有使装置内的电路工作的蓄电池，将整流后的直流电压转换成电能对该蓄电池进行充电。

Description

加速度传感器装置及传感器网络系统

技术领域

本发明涉及使用作为进行动能和电能的转换的静电感应型元件的具备相对于导体位移的驻极体的静电感应型加速度传感器的加速度传感器装置及利用该加速度传感器装置的传感器网络系统。

背景技术

目前，作为检测加速度的加速度传感器，有如下的传感器：将承载有重锤的压电元件安装于金属制外壳的底部，通过从外部施加的加速度而使重锤产生惯性力；藉此，由于重锤的惯性力而对压电元件给予应力，根据压电元件对应于该所给予的应力而产生的电压值，将电压值换算成加速度，从而测定加速度(参照例如专利文献1)。

此外，也制成有如下的多轴加速度传感器：将上述加速度传感器中的承载有重锤的压电元件以分别与所检测的加速度方向正交的方式配置，从而可以检测三维方向x、y、z的所有方向的加速度(参照例如专利文献2)。

上述加速度传感器采用所谓的双压电晶片，所述双压电晶片是将使两面附着具有导电性的金属膜而包覆金属的矩形的压电陶瓷板以各自的平面相向的方式直接或介以金属板粘合而成。

将该双压电晶片的长边方向的端部中的任一端固定于框架等，使另一端为自由端。

如果在该状态下向双压电晶片的厚度方向(相对于作为压电陶瓷板的主面的平面垂直的方向)施加加速度，则双压电晶片挠曲，在双压电晶片两侧的电极产生对应于该挠曲量的电压。并且，根据该电压的电压值的大小，检测出施加于双压电晶片的加速度。

采用上述双压电晶片的主面方向朝正交的2个方向安装的结构(参照例如专利文献3)，或者将单一的双压电晶片等传感器元件以朝向任意方向的方式装载于电路基板，从而制成加速度传感器。也有通过组合多个该加速度传感器，从而实现各个方向的加速度的检测的结构(参照例如专利文献4)。

另外，还有如下的结构：使用与对置电极的位置关系根据所施加的加速度而发生相对变化的惯性质量板，对应于该惯性质量板的位置变化，即基于对置电极与惯性质量板之间的静电电容的变化，检测施加于惯性质量板的加速度(参照例如专利文献5)。

另一方面，近年来，通过无线通信技术将分散配置于多个地方的传感器相互连接而成的所谓的无线传感器网络受到注目。

上述无线网路系统中，组合有将各个传感器检出的物理量转换为电信号的传感器电路和具有数据的存储、诊断、收发的功能的无线电路的传感器节点通过无线的方式网络化。

通过该无线网络所提供的拓扑结构和网络控制功能、安全机能，可以容易地构筑极大规模、大范围的传感系统。

并且，上述的无线网络系统可以用于大规模的化学工厂的设备监控，道路、桥梁、大坝等结构物的保全，悬崖塌陷的预测等。

无线传感器网络利用了作为无线方式的特质，例如其便利性、扩张性、对网络铺设困难的场所的易铺设性等。

因此，对于上述各传感器节点，无法从外部以有线的方式供给电源。因此，一般各传感器节点都需要各自内置电池，作为使内部电路等的机能运作的电源。

此外，考虑到其用途，传感器节点的设置场所大多为电池更换困难的场所，延长电池的寿命是一项课题。

因此，作为低耗电化的一种手段，提出了通过无线通信的同步化等来控制通信时序(参照例如非专利文献1的第4章)。

此外，作为另一种低耗电化的策略，还有对于基于传感器电路的传感检测和无线通信的时序等进行弹性的间歇动作控制的方法(参照例如专利文献6)。

专利文献1：日本专利特开昭64-41865号公报

专利文献2：日本专利实开平1-112468号公报

专利文献3：日本专利特开平3-156375号公报

专利文献4：日本专利特开平08-15302号公报

专利文献5：日本专利特开2007-333618号公报

专利文献6：日本专利特开2008-28499号公报

非专利文献1：《面向无处不在的传感器网络的实现的最终报告(ユビキタスセンサ一ネツトワ一クの実現に向けて最終報告)》中的第3章“无处不在的传感器网络的未来景象(ユビキタスセンサ一ネツトワ一クの将来ビジヨン)”，http://www.soumu.go.jp/s-news/2004/040806_4_b2.html，总务省，2004年7月，(2008年3月6日访问)

发明的揭示

然而，为了可靠且迅速地检测异常振动，必须将检测由该异常振动所施加的加速度的传感器始终维持在活动状态。因此，上述的无线传感器网络中的各传感器节点的内部电路平时消耗的电量使用的是内置的电池的电力。该电力的消耗抑制了以延长内置于传感器节点的电池的寿命为目的的低耗电化。

此外，对于上述的加速度传感器本身，使用压电传感器、双压电晶片的传感器为了以惯性力的形式检测加速度而需要重锤，也存在无法使传感器小型化的缺点。

另外，对于上述的采用惯性质量板的传感器，需要预先对惯性质量板和对置电极间施加电位，致使传感器结构变得复杂。

本发明是鉴于这样的情况而完成的发明，其目的在于提供使所消耗的耗电量下降且不使用上述压电传感器或双压电晶片的可使传感器自身小型化的结构的加速度传感器和传感器网络系统。

本发明的加速度传感器装置是具备由导体(例如实施方式中的电极12、13)和相对运动的驻极体(例如实施方式中的驻极体11)形成的作为进行电能和动能的转换的静电感应型转换元件的加速度传感器(例如实施方式中的加速度传感器1)的加速度传感器装置，其特征在于，包括：加速度检测部(例如实施方式中的比较电路5和检测部7)，所述加速度检测部从所述加速度传感器输出的交流电压中检出与加速度对应的信号；整流部(例如本实施方式中的整流部2)，所述整流部对所述交流电压进行整流；电源电路，所述电源电路具有使装置内的电路工作的蓄电池(例如本实施方式中的电源部3)，将整流后的直流电压转换成电能对该蓄电池进行充电。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述加速度检测部具有异常振动检测电路(例如实施方式中的比较电路5)，所述异常振动检测电路对预先设定的阈值电压与从所述加速度传感器输出的整流后的电压的电压值进行比较，若所述整流后的电压超过所述阈值电压，则输出通知异常的异常信号。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，还具有记录电路，所述加速度检测部根据以异常振动为触发信号从所述异常振动检测电路输出的所述异常信号而启动后，所述记录电路开始与所述加速度对应的信号的记录，并以预先设定的时序结束记录。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，还具有记录电路，所述加速度检测部根据以异常振动为触发信号从所述异常振动检测电路输出的所述异常信号而启动后，所述记录电路开始与所述加速度对应的信号的记录，所述异常振动检测电路检出异常振动的终止并输出异常振动终止信号后，所述记录电路根据所述异常振动终止信号而停止与所述加速度对应的信号的记录。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，还具有判定部，所述判定部判定所述异常振动是否是应记录的振动，对由频率及频率所对应的图谱强度构成的预先设定的参照振动图形和由与所述加速度对应的信号的频率所对应的图谱强度构成的对象振动图形进行比较，根据该比较结果判定是否进行与所述加速度对应的信号的记录。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述判定部具有由所述参照振动图形的各频率和各频率的图谱强度求得的对于各频率分别存在图谱强度的上限值和下限值的设定范围，根据所述对象振动图形的对应于各频率的图谱强度是否包含在所述设定范围内的比较结果，判定是否进行与所述加速度对应的信号的记录。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述判定部针对每段预先设定的时间长度分别进行求出与所述加速度对应的信号的电压的频率和该频率所对应的图谱强度的傅立叶变换。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述加速度检测部将从异常信号开始至异常信号结束为止的与所述加速度对应的信号的电压的电压值存储于内部，所述判定部进行针对每段所述时间长度分别依次在每个与所述时间长度对应的时刻范围内读取与所述加速度对应的信号的电压的电压值，进行傅立叶变换而生成对象振动图形。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述判定部中预先设定的设定范围由在预先设定的时间内获得的因环境中的扰动的振动所产生的参照振动图形生成。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述异常振动检测电路检出异常振动的终止并输出异常振动终止信号，所述记录电路因所述异常振动终止信号而停止与所述加速度对应的信号的记录。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述加速度传感器中的所述驻极体的材料由有机材料形成。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述加速度传感器中的所述驻极体的材料包含至少1种环烯烃聚合物。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述加速度传感器中的所述驻极体的材料由氟类聚合物形成。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述加速度传感器中的所述驻极体的材料由主链中具有含氟脂肪族环结构的聚合物构成。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述记录电路还具有检测所述加速度的数值的数值检测用加速度传感器。

本发明的加速度传感器装置的特征在于，所述数值检测用加速度传感器的精度比所述加速度传感器高。

本发明的无线传感器网络是包括多个传感器节点和收集该传感器节点所检出的数据的数据收集服务器的无线传感器网络，其特征在于，包含至少一个在上述任一种所述加速度传感器装置中加入无线通信功能而得的传感器节点。

本发明的广域异常振动记录系统的特征在于，使用上述无线传感器网络，所述传感器节点采用上述任一种所述加速度传感器装置，记录多个地点的异常振动。

如上所述，如果采用本发明，则通过使用作为进行动能和电能的转换的静电感应型转换元件的具备相对于导体运动的驻极体的加速度传感器，能够以单纯的结构实现各个方向的加速度的检测。

此外，如果采用本发明，则通过由上述加速度传感器对应于所施加的加速度而输出的电信号来检测该加速度，并且通过该电信号进行发电，将所得的电能充入蓄电池，用作自身的各电路的驱动电力，从而可以使电池寿命比以往更长。

此外，如果采用本发明，则由于是仅在通过由驻极体构成的加速度传感器检出异常振动时、即需要检测加速度值时启动记录电路的结构，因此不用追加影响电池寿命的电路模块，可以进行消耗蓄电池电力的进行加速度的数值检测的记录电路和控制内部电路的控制部(CPU等)的间歇动作控制，可以在始终维持传感检测状态的同时使蓄电池的寿命比以往例更长。

附图的简单说明

图1是表示采用本发明的实施方式1的加速度传感器装置的结构例的框图。

图2是用于说明本发明的实施方式1和2的加速度传感器1的结构的从侧面观察加速度传感器1的概念图。

图3是表示图1中的整流部2的电路结构例的概念图。

图4是表示图1中的转换电路4的电路结构例的概念图。

图5是表示加速度传感器1输出的输出电压波形的波形图。

图6是表示转换电路4输出的输出电压波形的波形图。

图7是表示比较电路5输出的输出电压波形的波形图。

图8是表示采用实施方式1的加速度传感器装置的动作例的流程图。

图9是表示采用本发明的实施方式2的加速度传感器装置的结构例的框图。

图10是表示图9中的限制电路9的电路结构例的概念图。

图11是表示限制电路9输出的输出电压波形的波形图。

图12是表示比较电路5输出的输出电压波形的波形图。

图13是表示基于控制部6分别在常态振动和异常振动期间内的耗电量控制的耗电量的状态的波形图。

图14是表示采用图9的实施方式的加速度传感器装置的变更例的框图。

图15是用于说明图14的加速度传感器装置的动作的概念图。

图16是表示图14所示的加速度传感器装置的动作例的流程图。

图17是表示通过采用实施方式1和2的加速度传感器装置测量二维的振动时的加速度传感器的配置的概念图。

图18是表示通过采用实施方式1和2的加速度传感器装置测量二维的振动时的加速度传感器的配置的概念图。

图19是表示通过采用实施方式1和2的加速度传感器装置测量三维的振动时的加速度传感器的配置的概念图。

图20是表示使用基于实施方式1和2的加速度传感器装置的无线传感器网络系统的结构例的概念图。

符号的说明

1…加速度传感器

2…整流部

3…电源部

4…转换电路

5…比较电路

6…控制部

7…检测部

8…记录部

9…限制电路

11…驻极体

12、13…电极板

14、R1、R2、901、902、903…电阻

909、910、911、915、916…电阻

906、912、OP1…运算放大器

904、905、907、908、D1、D2、D3、D4…二极管

913、914…齐纳二极管

917…电容器

实施发明的最佳方式

<实施方式1>

以下，参照附图对采用本发明的实施方式1的加速度传感器装置进行说明。图1是表示采用该实施方式的加速度传感器装置的结构例的框图。

该图中，采用本实施方式的加速度传感器装置包括加速度传感器1、整流部2、电源部3、转换电路4、比较电路5、控制部6、检测部7和记录部8。在这里，从电源部3向各部分供给动作电源Vdd。

图2是从侧面观察加速度传感器1的概念图。上述加速度传感器1是将动能转换为电能的静电感应型转换元件，作为导电体的电极板12和13以板的平面平行且相向的方式空开间隔配置。此外，该相向的空间中，板状的驻极体11同样以分别相对于电极板12和13的板的平面平行的方式配置。

在这里，呈如下的结构：以与驻极体11相向的至少一方的电极板、即电极板12或13中的任一方可沿箭头R方向(电极板的平面部相对于驻极体11的平面部平行移动的方向)相对于驻极体11运动的方式，电极板12和13中的任一方相对于未图示的平行运动机构固定。这时，驻极体11可以固定于任一方的电极板。

图2中，例如驻极体11以通过下部平面11b固定于电极板12上部平面12a、上部平面11a与电极板13的下部平面13b相向的方式配置。在这里，电极板12和13介以电阻14连接。

该电阻14是指与加速度传感器1的下一级以后的结构连接的负载电阻。

此外，驻极体11通过对绝缘材料注入电荷(图2中为负电荷)而形成。向驻极体11的电荷注入可以采用液体接触、电晕放电、电子束、背光闸流管(back lighted thyratron)等公知的方法。

通过上述的结构，可以使电极板13相对于驻极体11沿箭头R方向运动。在这里，以电极板13可移动的方式构成，使得电极板13和驻极体11的相向的面都可平行移动。并且，通过利用该相对运动而注入驻极体11的电荷(图2中为负电荷)，对于电极板13，发生静电感应而产生极性与注入驻极体11的电荷相反的电荷(图2中为正电荷)。其结果是，在电阻14流过与电极板13和驻极体11的相对运动的距离成正比的电流。由于在电阻14流过电流，因而在电阻14的端子间由该电阻14的电阻值和流过的电流的电流值产生电压。藉此，本实施方式中的加速度传感器起到将与加速度对应的平行移动的动能转换为电能、即电压值，将该电压值作为检测结果输出的作为静电感应型转换元件的传感器的作用。

其次，如图3所示，图1的整流部2由二极管电桥及设于该二极管电桥的输出端子T5和T6间的平滑用电容器Ch构成，所述二极管电桥由二极管D1～D4构成。

整流部2的输入端子T3和T4分别与加速度传感器1的输出端子T1、T2连接。

藉此，整流部2对从加速度传感器1输入的与电极板13相对于驻极体11的相对运动的距离对应、即与施加于电极板13的加速度对应的交流电压进行整流并平滑后，作为直流电压输出至电源部3。

回到图1，电源部3在内部具有蓄电池(二次电池)，向转换电路4、比较电路5、控制部6、检测部7和记录部8供给在各电路中消耗的驱动电力。此外，电源部3具有充电电路，将从整流部2供给的直流电压转换为适合于对蓄电池进行充电的电压，作为电能对上述蓄电池进行充电。因此，加速度传感器1中的驻极体11按照判定为正常的加速度下产生的交流电压的电压值被作为可获得足以对通常的蓄电池进行充电的直流电压的数值输出的条件进行调整。

如图4所示，转换电路4通过电阻R1(电阻值r1)和电阻R2(电阻值r2)，将从整流部2输入的直流电压的电压Va分压，分压电压Vs设为

Vs＝Va×{r2/(r1+r2)}，

通过由运算放大器OP1构成的电压输出器电路进行阻抗转换而输出。此外，电阻R1和R2相对于加速度传感器1的输出阻抗设定为高电阻，可以将加速度传感器1中产生的交流电压转换为高电压输出，因此可以高效地作为用于充电的电能供给至电源电路3。

比较电路5对从转换电路4输入的分压电压Vs与预先设定的设定电压Vt(阈值)进行比较。该比较结果中，比较电路5在分压电压Vs在设定电压Vt以下时以“L”电平(正常范围的加速度)输出异常信号，在分压电压Vs高于设定电压Vt时以“H”电平(异常范围的加速度)输出异常信号。上述设定电压Vt可以通过由采用可变电阻的分压电路等构成的设定电压生成电路(未图示)在改变视作异常的加速度的大小时或根据转换电路4中的分压比的调整来任意地进行变更。

在从比较电路5输出的异常信号从“L”电平过渡到“H”电平时，即检出异常的加速度(例如因异常的变化速度快的振动而施加于电极板13的加速度)时，控制部6使检测部7和记录部8启动。另一方面，异常信号从“H”电平过渡到“L”电平时，即检出正常的加速度时，控制部6输出记录终止信号，使检测部7和记录部8停止。

或者，可以如下构成：异常信号从“L”电平过渡到“H”电平，使各电路呈驱动状态后，控制部6在经过预先设定的测定时间后输出记录终止信号，使检测部7和记录部8停止。

在这里，控制部6采用MPU等，上述异常信号被输入IRQ(中断请求)端子。此外，控制部6如下构成：在以“L”电平输入异常信号后，自身也变成停止状态(输入至内部的IRQ端子后，除启动MPU的功能以外处于停止状态)，不消耗上述蓄电池的电力，达到“H”电平后启动。“H”电平的信号输入上述IRQ端子后，开始中继处理，即控制部6变成启动状态。

检测部7由模数转换器构成，将作为模拟信号的分压电压Vs的电压值转换为数字值，将作为转换结果的数字数据输出至记录部8。

此外，检测部7如下构成：在从控制部6输入启动控制的信号之前，不进行自电源部3的电力供给。即，检测部7通常呈通过开关单元切断对模数转换器的电力供给的状态，输入启动控制的信号后，接通开关单元，进行电力供给。另一方面，检测部7在输入记录终止信号后，使该开关单元变为切断状态，停止对模数转换器的电力供给。

记录部8如下构成：与上述检测部7同样，通过开关单元切断或接通向内部电路供给电力的路径，控制内部电路的驱动。此外，记录部8具有由非易失性存储器构成的存储部，启动后将从检测部7以时间序列输入的数字数据依次与时刻信息一起写入上述非易失性存储器，记录加速度数据。

即，记录部8通常呈通过开关单元切断对内部电路的电力供给的状态。此外，输入启动控制的信号后，记录部8接通开关单元，进行电力供给。另一方面，在输入记录终止信号后，记录部8使该开关单元变为切断状态，停止对模数转换器的电力供给。

上述检测部7和记录部8中，使各开关单元动作的控制电路呈驱动状态。

如上所述，如果采用本实施方式，则能够以由驻极体11形成的加速度传感器1检出的异常振动为触发信号，启动处于停止状态的检测部7和记录部8。另一方面，如果采用本实施方式，则异常振动终止后，可以停止启动了的检测部7和记录部8。因此，如果采用本实施方式，则可以仅在需要获得加速度的数据的期间内驱动检测部7和记录部8，与以一定间隔进行的间歇动作相比，可以进一步减少检测部7和记录部8的动作时间的比例，使蓄电池的寿命延长。控制部6可以使用模数转换器、内置有具有足以记录异常信号的存储容量的存储器的MPU，藉此可以简化电路。

下面，使用图5、图6、图7和图8对采用实施方式1的加速度传感器装置的动作进行说明。图5表示加速度传感器1对应于所施加的加速度而输出的交流电压，横轴表示时刻，纵轴表示加速度传感器1输出的电压值。图6表示整流部2输出的直流电压，横轴表示时刻，纵轴表示直流电压的电压值。图7表示比较电路5的输出(异常信号)，横轴表示时刻，纵轴表示输出电压的电压值。图8是表示采用本实施方式的加速度传感器装置的动作例的流程图。

对于自然环境所施加的振动(图5中的常态振动的范围)，也从加速度传感器1输出足以发电的电压。

图5所示的常态振动的时间范围内，从转换电路4输出的分压电压Vs没有超过常态振动的情况下预先设定的设定电压Vt(阈值)，因此比较电路5如图7所示以表示为常态振动而非异常的“L”电平输出异常信号(步骤S1)。

因此，控制部6不进行自身的启动，因此检测部7和记录部8也维持停止状态，处于电力消耗受到抑制的状态。

另外，如图7所示，比较电路5对异常信号进行是否是异常振动且施加有比常态振动大的加速度的判定(步骤S2)。

接着，如果达到图5所示的异常振动的状态的范围内，则从转换电路4输出的分压电压Vs超过预先设定的设定电压Vt(阈值)。因此，比较电路5如图7所示以表示为异常振动且施加有比常态振动大的加速度的“H”电平输出异常信号，使处理推进至步骤S3。

异常信号变成“H”电平，因而控制部6进行自身的启动，输出进行启动控制的信号，启动检测部7和记录部8(步骤S3和步骤S4)。

接着，检测部7对从转换电路4输入的将整流部2输入的直流电压的电压Va分压而得的分压电压Vs进行模数转换，将转换得到的数字数据输出至记录部8。

藉此，记录部8使所输入的数字数据对应于每个时刻存储于内部的由非易失性存储器等构成的存储部(步骤S5)。

在这里，控制部8进行从比较电路5输入的异常信号是“H”电平还是“L”电平的判定(步骤S6)。

接着，如图5所示，振动的模式从异常振动变为常态振动，转换电路4输出的分压电压Vs达到设定电压Vt以下，因而比较电路5如图7所示使异常信号从异常振动的常态下的“H”电平变为表示为常态振动而非异常的“L”电平。

因此，异常信号从“H”电平变为“L”电平，因而控制部6输出记录终止信号，使检测部7和记录部8呈停止状态(步骤S7和步骤S8)，也使自身呈休止状态，达到电力消耗受到抑制的状态。

另一方面，异常信号为“H”电平时，控制部6使处理回到步骤S5。

此外，控制部6对自异常信号变为“H”电平、即自身启动后的时间进行计数。并且，可以在该计数结果经过设定好的测定时间后，控制部6输出记录终止信号，使检测部7和记录部8停止。

<实施方式2>

以下，参照附图对采用本发明的实施方式2的加速度传感器装置进行说明。图9是表示采用该实施方式的加速度传感器装置的结构例的框图。

该图中，采用本实施方式的加速度传感器装置包括加速度传感器1、整流部2、电源部3、转换电路4、比较电路5、控制部6、检测部7、记录部8和限制电路9。图9中，对于与实施方式1同样的结构标记同一符号，略去说明。以下，对与实施方式1不同的结构和动作进行说明。此外，由电源部3供给动作电压Vdd和-Vdd至比较电路5和限制电路9，用于内部的运算放大器电路的动作。

限制电路9将从加速度传感器1输出的交流电压va分压至检测范围内，作为正的信号脉冲输出至比较电路5。

即，上述限制电路9如图10所示由分压电路、电压限制器电路、半波整流电路和限幅电路构成。

上述分压电路由电阻901(电阻值r901)、电阻902(电阻值r902)构成，将从加速度传感器1输入的交流电压va分压，生成分压电压vs。

vs＝va×{r902/(r901+r902)}

在这里，电阻901和902相对于加速度传感器1的输出阻抗设定为高电阻，高精度地将交流电压va分压。此外，电阻901、902相对于加速度传感器1的输出阻抗设定为高电阻，加速度传感器1中产生的电能被高效地供给至电源电路3。

电压限制器电路由二极管904和905构成，将上述交流电压vs的电压值限制在二极管的正向压降电压的幅度的范围内。

半波整流电路由运算放大器906、二极管907及908、电容器917和电阻903(电阻值r903)、909(电阻值r909)、910、916构成，交流电压vs被半波整流的同时，电阻916和电容器917起到低通滤波器的作用，去除不需要的噪声，转换为具有r909/r903的放大率的脉冲形状的直流电压Va’并输出。

限幅电路由电阻911及915、运算放大器912和齐纳二极管913、914构成，将上述直流电压Va以由电阻值911及915设定的放大率放大，在与齐纳二极管913、914的击穿电压对应的最大值和最小值的范围内，对经放大的直流电压Va’的电压值进行限幅而得到电压Vb，向比较电路5输出。

此外，检测部7为与实施方式1的检测部7同样的结构，但追加了如下的功能：将来自加速度传感器1的交流电压va分压后，将分压得到的交流电压vs转换为直流电压，再进行模数转换。此外，关于其他结构和动作，该检测部7与实施方式1的检测部7同样。

下面，使用图5、图6、图11、图12和图13对采用实施方式2的加速度传感器装置的动作进行说明。图11表示限制电路9的输出，横轴表示时刻，纵轴表示输出电压的电压值。图12表示比较电路5的输出(异常信号)，横轴表示时刻，纵轴表示输出电压的电压值。图13是表示加速度传感器装置整体的耗电量的图，横轴表示时刻，纵轴表示耗电量的功率值。

图5所示的常态振动的时间范围内，从限制电路9输出的经半波整流的脉冲形状的直流电压Vb没有超过常态振动的情况下预先设定的设定电压Vt(阈值)，因此比较电路5如图12所示以表示为常态振动而非异常的“L”电平输出异常信号。

因此，控制部6不进行自身的启动，因此检测部7和记录部8也维持停止状态，如图13所示，处于加速度传感器装置的电力消耗受到抑制的状态。

接着，在时刻t1，如果达到图5所示的异常振动的状态的范围内，则从限制电路9输出的经半波整流的脉冲形状的直流电压Vb超过预先设定的设定电压Vt(阈值)，因此比较电路5以表示为异常振动且施加有比常态振动大的加速度的“H”电平输出异常信号。

异常信号变成“H”电平，因而控制部6进行自身的启动，输出进行启动控制的信号，启动检测部7和记录部8。

藉此，记录部8使所输入的数字数据对应于每个时刻存储于内部的由非易失性存储器等构成的存储部。这时，如图13所示，加速度传感器装置的耗电量增加，直至工作状态下的电力消耗量。

另外，控制部6对自常态振动变为异常信号时、即从比较电路5输出的异常信号从“L”电平变为“H”电平时的时刻t1起的时间进行计数，判定计数的时间是否超过预先设定的测定时间。

接着，在时刻t2，计数的时间超过预先设定的测定时间的情况下，控制部6输出终止信号，使检测部7和记录部8的动作停止，也使自身呈休止状态，达到电力消耗受到抑制的状态。藉此，如图13所示，加速度传感器装置的耗电量下降。

此外，与上述的计数的测定时间无关，振动的模式从所输入的图5所示的异常振动变为常态振动，由此限制电路9输出的经半波整流的脉冲形状的直流电压Vb达到设定电压Vt以下，因而比较电路5如图12所示使异常信号从异常振动的状态下的“H”电平变为表示为常态振动而非异常的“L”电平。

<对于实施方式1和2的追加功能>

如上所述，实施方式1和2的加速度传感器装置中，比较电路5对加速度传感器1对应于所施加的加速度而输出的电压值(实际上为通过转换电路4进行了分压而使其可进行比较的电压值)与预先作为阈值设定的设定电压Vt进行比较，若加速度传感器1输出的电压值超过设定电压Vt，则输出异常信号。

接着，控制部6从停止状态变为启动状态，从电源部3向检测部7和记录部8的电源供给开始。藉此，检测部7将来自加速度传感器1的与加速度对应的电压值转换为数字值并输出至记录部8。记录部8将所输出的数字数据(也包括记录异常振动的日期和时间的信息在内)对应于输入该数据的时刻记录于内部的存储部。如果从加速度传感器1输出的电压值达到设定电压Vt以下，则控制部6从启动状态变为停止状态，该数字数据的记录处理终止。

然而，异常振动的性质根据使用环境而不同，无法明确地判断施加于加速度传感器1的加速度是由异常振动导致，还是正常状态下突发的振动、周围环境引起的扰动的振动或者由设置加速度传感器1的装置的正常振动(常态振动)导致，因此认为会记录扰动等不需要的振动数据。即，如果仅根据从加速度传感器1输出的作为瞬时值的电压值来判定施加于加速度传感器1的加速度异常，则有时将引发该加速度的振动判定为异常振动的精度低。

因此，可以如图14所示采用设置判定部20的结构，从加速度传感器1输出的电压值超过设定电压Vt时，该判定部20进行下述判定：这时的由振动导致的加速度传感器1输出的交流电压的振动是异常振动，还是振动强度超过阈值但并非异常的振动(存在于外部环境的振动，后述)。通过设置该判定部20，可以仅记录基于除预先设定的振动图形以外的振动的数字数据。此外，也可以相反地采用仅记录基于预先设定的振动图形的数字数据的结构。图14是图9所示的实施方式2的结构例中设置上述判定部20的例子。对于进行与图9同样的动作的结构标记同一符号，以下对不同的动作进行说明。

在这里，图14的检测部7为与实施方式2的图9的检测部7同样的结构，如图4所示，将来自加速度传感器1的交流电压Va分压后，获得分压后的交流电压Vs，与由运算放大器OP1构成的电压输出器电路连接，还具有模数转换的功能。为了使这些功能有效，向检测部7供给动作电源Vdd和-Vdd。以下，对判定部20进行的振动图形的一致或类似的判定处理进行说明。如上所述，在是否记录于记录部8的判定中，使用将通过加速度传感器1检出的异常振动转换而得的数字数据进行傅立叶变换而得的振动图形。

例如，监视异常振动的地点的环境中，对于需要分析振动原因的对象振动图形，如图15所示，存在成为扰动的扰动振动图形的情况下，扰动振动图形超过比较电路5的阈值，因而实施方式2中，控制部6启动并启动检测部7和记录部8，被记录于记录部8。在扰动振动图形非常多的地点，需要在以后调取检测对象振动图形时何时记录的数字数据由对象振动图形引起的信息。

此外，由于要记录大量的与扰动振动图形对应的数字数据，因而白白耗费记录部8的存储容量，使用用于记录的耗电量。

例如，将工厂内使用的电动机的异常振动(由安装用五金件的松动、转轴的歪斜等引起)作为对象振动进行检测时，周围的装置的振动引起的扰动振动多的情况下，需要使得该周围的装置的振动引起的扰动振动的数字数据不被记录。

大多数情况下，检出对象振动的电动机的异常状态的固有振动和设置电动机的周围环境引起的扰动(包括突发的振动在内)的固有振动各自不同。因此，刚设置加速度传感器1后，立即预先使用加速度传感器1检出周围环境引起的扰动的固有振动，对常态的固有振动的常态振动图形和扰动的扰动振动图形进行傅立叶变换。藉此，生成表示扰动的固有振动的包括频率和对应于各频率的图谱强度在内的范围的参照振动图形。并且，求出该参照振动图形中包括对应于各频率的图谱强度的上限值和下限值的设定范围(图15中的基于扰动的振动的包括频率和频率的图谱强度的正常区域)，预先将该设定范围存储于判定部20内的存储部。

另外，实际的检测过程中，判定部20对比较电路5判定为异常振动的振动的数字数据进行傅立叶变换，生成对象振动图形。

生成对象振动图形后，判定部20进行对象振动图形的各频率的图谱强度是否包含在存储于内部的设定范围中的判定。

该判定中，对象振动图形中的各频率的图谱强度包含在根据参照振动图形预先设定的上述设定范围中时，判定部20判定它们为一致或类似的图形。

另一方面，对象振动图形中的上述图谱强度不包含在根据参照振动图形预先设定的设定范围中时，判定部20判定它们为不一致或不类似的振动图形。

此外，上述判定中，可以采用判定部20检测参照振动图形和对象振动图形的形状的类似性的结构。

即，可以对于对象振动图形和每次扰动的频率及频率的图谱强度的参照振动图形(这时为由频率及该频率下的各扰动的图谱强度的平均值形成的图形)，求出每组同一频率下的图谱强度的差分，该差分的总和落入预先设定的范围内时判定为类似。

如上所述，判定部20与检测部7同样，从控制部6输入启动控制的信号后，接通开关单元，从电源部3接受电力供给而变为启动状态，从控制部6输入停止控制的信号后，使开关单元变为切断状态，变为不接受自电源部3的电力供给的状态、即停止状态。

并且，判定部20将与作为判定对象的数字数据经傅立叶变换而得的对象振动图形进行比较的设定范围(包括对应于各频率的图谱强度的上限值和下限值在内)存储于自身内部的存储部。

此外，判定部20读取暂时存储于检测部7的临时存储电路的振动的数字数据，进行该读取的数字数据的傅立叶变换，生成由各频率和对应于该频率的图谱强度构成的对象振动图形。

另外，判定部20进行上述对象振动图形是否包含在设定范围内的比较，一致或类似的情况下，为了使各部分处于停止状态，对控制部6输出终止信号(图15的时间区域A)。

另一方面，判定部20进行上述对象振动图形是否包含在设定范围内的比较，不一致或不类似的情况下，为了使与该比较振动图形对应的数字数据记录于记录部8，输出使暂时存储于检测部7的临时存储电路的振动的数字数据输出至记录部8的写入信号，启动记录部8来进行写入处理(记录)(图15的时间区域B)。

下面，使用图14和图16对加入了上述判定部20的加速度传感器装置的动作进行说明。图16是表示加入了判定部20的加速度传感器装置的动作例的流程图。

图5所示的常态振动的时间范围内，从限制电路9输出的分压电压Vs未超过常态振动时预先设定的设定电压Vt(阈值)，因此比较电路5如图12所示以表示为常态振动而非异常的“L”电平输出异常信号(步骤S1)。

因此，控制部6不进行自身的启动，所以检测部7和记录部8也维持停止状态，处于电力消耗受到抑制的状态。

另外，如图12所示，比较电路5对异常信号进行是否是异常振动且施加有比常态振动大的加速度的判定(步骤S2)。

其次，如果达到图5所示的异常振动的状态的范围内，则从限制电路9输出的分压电压Vs超过预先设定的设定电压Vt。因此，比较电路5如图12所示以表示为异常振动且施加有比常态振动大的加速度的“H”电平输出异常信号，使处理推进至步骤S3。

异常信号变成“H”电平，因而控制部6进行自身的启动，输出进行启动控制的信号，启动检测部7和判定部20(步骤S3、步骤S14)。

接着，检测部7变为启动状态后，对从加速度传感器1输入的交流电压的分压va进行模数转换，向判定部20输出判定委托信号，并且输出模数转换而得的数字数据。

从检测部7输入判定委托信号后，判定部20将所输入的数字数据暂时存储于内部的临时存储部，以预先设定的时间长度单位读取，对该时间长度的数字数据所表示的波形进行傅立叶变换，生成表示频率和该频率的图谱强度的对应关系的对象振动图形，存储于自身内部的存储部。该时间长度设定为存储于记录部8的作为对象的振动的周期的n倍且足以获得频率和频率的图谱强度的时间长度。

接着，判定部20对预先存储于内部的设定范围和生成的对象振动图形进行比较(步骤S15)，一致或类似的情况下，不需要获取数字数据，因此向控制部6输出终止信号。

藉此，控制部6向检测部7输出变为停止状态的控制信号，使检测部7变为停止状态(步骤S18)。

此外，控制部6向判定部20输出变为停止状态的控制信号，使判定部20变为停止状态(步骤S19)。

此外，控制部6向记录部8输出变为停止状态的控制信号，使记录部8变为停止状态(步骤S20)，使处理推进至步骤S1，也使自身呈休止状态，达到电力消耗受到抑制的状态。

另一方面，既不一致也不类似的情况下，判定部20不需要存储数字数据，因此输出将暂时存储于内部的包括对象振动图形的时刻范围在内的控制信号与存储于检测内部的时刻范围一起输出至记录部8的控制信号。

藉此，检测部7向记录部8输出写入信号，使记录部8变为启动状态(步骤S16)，向记录部8输出与上述时刻范围对应的范围内的数字数据。

通过输入写入信号，记录部8使所输入的时刻范围的数字数据存储于内部的存储部(步骤S17)，数字数据的存储终止后，使处理推进至步骤S15。

藉此，判定部20对于输出至检测部7的时刻范围从检测部8读取下一时间长度的时刻范围的数字数据，进行傅立叶变换而生成对象振动图形，根据是否包含在设定范围内来进行是否一致或类似的判定(步骤S15)。

通过上述的处理，不将大量的对应于扰动振动图形的数字数据记录于记录部8，而仅记录需要的振动图形，因此可以有效地利用记录部8的存储容量，且减少记录扰动振动图形的时间，从而可以减少消耗电流。

此外，可以如下构成判定部20：将加速度传感器1设置于检测对象时，在正常动作的一定时间内(例如1周～1个月期间)，判定部20进行因常态下的振动和扰动引发的振动而产生的参照振动图形的获取处理(训练期)，作为数字数据存储于存储部。

并且，判定部20在一定时间后对存储于存储部的多组振动产生的数字数据进行傅立叶变换，求出所得的频率和频率的图谱强度。求出图谱强度后，判定部20对于所得的上述图谱强度进行对应于各频率的图谱强度的平均值、偏差、最大值和最小值等的计算处理或者与在初期设定的包括上限值和下限值的设定范围的比较。藉此，可以高精度地获得常态下的振动和设置场所特有的非异常的振动的频率的图谱强度。即，基于新获得的上限值和下限值的设定范围与初期的状态不同的情况下，判定部20在新获得的上限值和下限值的基础上考虑偏差进行初期的设定范围的校正，作为新的设定范围设定于内部。

另外，还可以如下构成：环境发生了变化等情况下，新设置训练期，判定部20检出所设定的训练期的周期(内部的时钟)后，提取因常态下的振动和扰动引发的振动而产生的参照振动图形，通过上述处理设定由对应于各频率的图谱强度的上限值和下限值形成的设定范围，存储于内部的存储部来进行设定。

此外，上述构成中，采用比较电路5的异常信号为“H”电平期间暂时使转换而得的数字数据存储于检测部8的结构，但也可以采用如下的结构：如下所示对所输入的数字数据在时间长度的时刻范围内依次采样，对于该采样的时刻范围内的数字数据分别判定是否记录。

因此，判定部20通过对上述采样得到的时刻范围内的对象振动图形和设定范围进行比较，从而进行是否使该时刻范围内的数字数据存储于记录部8的判定。

该比较处理和比较处理后的动作与上述的以图16说明了的步骤S15之后的各步骤的处理相同。该情况下，判定期间的数字数据不存储，而异常振动达到“H”电平后，仅在上述时间长度内进行判定，因此可以进一步减少检测部7、记录部8和判定部20所消耗的电力。

上述的判定部20的附加对于实施方式2也可以与实施方式1同样地进行。

<实施方式1和2的其他形态>

如上所述，本发明的加速度传感器具有利用振动的发电和异常振动的传感检测这2项功能。

然而，并不是一定可以兼顾这2项功能的优化。例如，通过平时的常态振动(作为异常振动检出的强度以下的振动)进行发电，通过发出的电能对蓄电池进行充电，同时检测振动(加速度)的变化，检出异常时的振动后，记录该异常振动的加速度的情况。

常态振动和异常振动具有不同的振幅和图谱，必须优化驻极体的振动机构，从而提高异常振动的加速度的测量和记录的精度。然而，有时可能会由振动产生的交流电压的电压值减小，常态振动的发电效率下降。

如上所述的情况下，将发电和异常振动的检测以及检出异常振动后的异常振动的加速度的检测分成2个过程，关于分成这2个过程的技术思想，实施方式1和2中是共通的概念，采用分别分配适合于各过程的加速度传感器的结构。

过程1是仅加速度传感器1在进行发电的同时检测异常振动的过程，可以将加速度传感器1中的驻极体11和导体13的相对运动调整为重视发电效率的机构。

过程2是检测到异常振动后进行异常振动中的振动的加速度测量并记录测量结果的过程，基于下述理由，不需要发电功能。因此，作为加速度传感器，为了测定作为测定对象的检测范围内的加速度，设定作为测定对象的异常振动的加速度和与该加速度对应的输出电压，进行并不是以发电电压为主而是重视加速度的测定精度的优化即可。

即，不采用为了发电将大的交流电压通过高阻抗的电阻分压而使精度变差的加速度传感器，而是采用对应于加速度产生不分压也可直接测定的电压值的加速度传感器。其结果是，通过过程2中的加速度传感器，可以抑制噪声叠加等误差，高精度地测定异常振动的加速度。

即，除了进行发电功能和异常振动检测的加速度传感器之外还设置准确地测定异常振动的加速度的加速度传感器的情况下，与处于常态振动的时间相比，处于异常振动的时间极短，因此不需要进行该异常状态下的发电。因此，即使测定该异常振动的加速度的加速度传感器不具有发电功能，由于仅在异常振动时使该加速度传感器动作，因而也可以使蓄电池的消耗非常少。

在这里，检出异常振动后的过程2中，实际测定异常振动的加速度的加速度传感器可以由采用设定为加速度和与该加速度对应的电压的驻极体的加速度传感器构成。此外，加速度传感器可以是半导体应变式、伺服式、压电式等不是由驻极体构成的通常所用的加速度传感器。

即，本发明的加速度传感器装置中，除了进行发电和异常振动的检测的加速度传感器1之外使用测定异常振动的加速度的加速度传感器的情况下，控制部6在过程1的动作中将过程2中使用的加速度传感器(设于检测部7)与蓄电池断开，通过加速度传感器1检测到超过规定阈值的异常振动而输出异常信号来启动过程2。

该过程2中，通过设于检测部7的上述其他加速度传感器进行加速度的高精度测量和记录。

并且，控制部6检测到回到规定阈值以下的常态振动的加速度(基于来自加速度传感器1的检测信息)或者经过了规定时间后，通过切断基于其他加速度传感器的加速度测量的电源而使其停止，自身也过渡到休止状态。

如上所述，本发明的实施方式1和2的加速度传感器装置包括设置进行异常信号的测量的其他加速度传感器的情况，在尽量限制电路规模较大且消耗电流也较大的控制部6、进行加速度传感器的加速度测量的检测部7和进行测量结果的记录的记录部8等电路模块的动作时间的同时，可以维持加速度测量和记录功能的性能。

<本发明的实施方式1和2的加速度传感器1的配置例>

下面，图17示出例如基于实施方式1和2的加速度传感器1a和1b的配置例。加速度传感器1a和1b分别以对应于各自的振动方向、即分别对应于方向a和与方向a正交的方向b的方式配置。即，加速度传感器1a在导体13相对于驻极体11移动的方向与方向a平行的轴上。此外，加速度传感器1b在导体13相对于驻极体11移动的方向与方向b平行的轴上。上述相对移动是指与相向配置的驻极体11和导体13的面平行的状态下的相对运动、即平行移动。

如上所述，通过配置于正交的2个方向a(x轴方向)、方向b(y轴方向)，可以检测2个方向的加速度。

此外，上述的加速度传感器1a和1b中，驻极体11配置于2个导体12和13之间，驻极体11固定于导体12。虽然对该驻极体11相对于相向的导体13平行移动的结构进行了说明，但也可以相反地采用驻极体11固定于导体13而相对于相向的导体12平行移动的结构。在这里，如果以驻极体11可相对于相向的一方的导体平行移动的方式配置，则加速度传感器可纵向配置也可横向配置。在这里，纵向和横向是指驻极体11和导体13相对地平行移动的方向只要是与测定对象的振动的加速度方向平行，则在与该方向平行的平面上可以任意地配置。

此外，如图18所示，示出例如基于实施方式1和2的加速度传感器1c和1d的配置例。加速度传感器1c和1d分别以对应于各自的振动方向、即分别对应于方向c和与方向c正交的方向d的方式配置。即，加速度传感器1c在导体13相对于驻极体11移动的方向与方向c平行的轴上。此外，加速度传感器1d在导体13相对于驻极体11移动的方向与方向d平行的轴上。

如上所述，通过配置于正交的2个方向c(x轴方向)、方向d(z轴方向)，可以检测2个方向的加速度。

此外，上述的加速度传感器1c和1d中，驻极体11配置于2个导体12和13之间，驻极体11固定于导体12。对相对于相向的导体13平行移动的结构进行了说明。然而，作为其他结构，可以相反地采用驻极体11固定于导体13而相对于相向的导体12平行移动的结构。在这里，如果以驻极体11可相对于相向的一方的导体平行移动的方式配置，则加速度传感器可纵向配置也可横向配置。

此外，如图19所示，示出例如基于实施方式1和2的加速度传感器1g、1f和1e的配置例。加速度传感器1g、1f和1e分别以对应于各自的振动方向、即分别对应于方向g、与该方向g正交的方向f、与由方向g和方向f所成的平面正交的方向e的方式配置。即，加速度传感器1g在导体13相对于驻极体11移动的方向与方向g平行的轴上。此外，加速度传感器1f在导体13相对于驻极体11移动的方向与方向f平行的轴上。此外，加速度传感器1e在导体13相对于驻极体11移动的方向与方向e平行的轴上。

如上所述，通过配置于正交的3个方向g(x轴方向)、方向f(y轴方向)、方向e(z轴方向)，可以检测3个方向的加速度。

此外，对如下的结构进行了说明：上述的加速度传感器1g、1f和1e中，驻极体11配置于2个导体12和13之间，驻极体11固定于导体12，相对于相向的导体13平行移动。然而，也可以相反地采用驻极体11固定于导体13而相对于相向的导体12平行移动的结构。

例如，通过对准正交的南北、东西、上下的各方向设置，可以掌握地面的三维的移动，能够用作地震计。地震的摇晃从振幅为微米水平的摇晃到长周期大振幅的摇晃，有各种各样。即，从像微小地震那样振幅为数纳米、频率为数十赫兹的摇晃到像大地震那样振幅为数米、周期为数十秒的摇晃都有，通过改变使驻极体和相向的导体相对地平行移动的机构，可以应对各种频率。在这里，如果以驻极体11可相对于相向的一方的导体平行移动的方式配置，则加速度传感器可纵向配置也可横向配置。

此外，图17、图18和图19中的加速度传感器分别构成加速度传感器装置。即，对于加速度传感器1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g，分别构成图1或图9的加速度传感器装置。

<本发明的实施方式1和2中使用的驻极体的说明>

下面，对加速度传感器1所用的驻极体进行说明。

作为本实施方式中形成驻极体11的材料，可以例举各种树脂。

作为树脂的具体例子，可以例举氟类聚合物，环烯烃聚合物、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类，乙烯·乙酸乙烯基酯共聚物、乙烯·(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯·衣康酸共聚物、乙烯·马来酸酐共聚物、乙烯·乙烯醇共聚物等乙烯共聚物类，聚丙烯腈、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯酸-苯乙烯共聚物(AS)类树脂、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)类树脂、聚氨酯树脂、聚氯乙烯、聚苯醚、聚缩醛、聚砜、聚酮、聚酰亚胺、纤维素酯等。

采用上述与不饱和羧酸的共聚物的情况下，可以使用以碱土金属离子中和了的共聚物。作为碱土金属离子，较好是镁、钙等。

作为环烯烃聚合物，是主链中包含具有脂肪族环结构的重复单元的环烯烃，可以例举降冰片烯类与烯烃的加成共聚物、降冰片烯类的开环易位聚合物的氢化聚合物、亚烷基降冰片烯的跨环聚合物、降冰片烯类的加成聚合物、环戊二烯的1，2-和1，4-加成聚合物的氢化聚合物、环己二烯的1，2-和1，4-加成聚合物的氢化聚合物、共轭二烯的环化聚合物等。

作为氟类聚合物，可以例举聚四氟乙烯(PTFE)、改性聚四氟乙烯(改性PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(VDF-TrFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯共聚物-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚四氟乙烯-丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟(烷基乙烯基醚)共聚物(PFA)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙酸三氟乙烯基酯均聚物、乙酸三氟乙烯基酯-乙烯性不饱和化合物共聚物等，它们可以单独使用，也可以2种以上组合使用。

作为氟类聚合物，较好是具有含氟脂肪族环结构的聚合物。作为具有含氟脂肪族环结构的聚合物，更好是将具有2个以上的聚合性双键的含氟单体环化聚合而得的主链中具有含氟脂肪族环结构的聚合物。

主链中具有含氟脂肪族环结构是指构成脂肪族环的碳原子的1个以上是构成主链的碳链中的碳原子，且具备构成脂肪族环的碳原子的至少一部分结合有氟原子或含氟原子的基团的结构。还有，含氟脂肪族环结构可以包含1个以上的醚性氧原子。

作为具有含氟脂肪族环结构的聚合物的具体例子，可以例举全氟(2，2-二甲基-1，3-间二氧杂环戊烯)、全氟(1，3-间二氧杂环戊烯)、全氟(4-甲氧基-1，3-间二氧杂环戊烯)等全氟(1，3-间二氧杂环戊烯)类或全氟(2-亚甲基-4-甲基-1，3-二氧戊环)、全氟(2-亚甲基-4-丙基-1，3-二氧戊环)等全氟(2-亚甲基-1，3-二氧戊环)类等具有含氟脂肪族环结构的单体的均聚物以及具有含氟脂肪族环结构的单体与其他含氟单体的共聚物。在这里，作为其他含氟单体，可以例举四氟乙烯、氯三氟乙烯、六氟丙烯、偏氟乙烯等氟代烯烃类，全氟(甲基乙烯基醚)等全氟(烷基乙烯基醚)类等。

作为将具有2个以上的聚合性双键的含氟单体环化聚合而得的主链中具有含氟脂肪族环结构的聚合物，由日本专利特开昭63-238111号公报和日本专利特开昭63-238115号公报等已知。即，可以例举全氟(烯丙基乙烯基醚)或全氟(丁烯基乙烯基醚)等具有2个以上的聚合性双键的含氟单体的环化聚合物，或者具有2个以上的聚合性双键的含氟单体与四氟乙烯等自由基聚合性单体的共聚物。或者，可以是将全氟(2，2-二甲基-1，3-间二氧杂环戊烯)等具有含氟脂肪族环结构的单体与全氟(烯丙基乙烯基醚)或全氟(丁烯基乙烯基醚)等具有2个以上的聚合性双键的含氟单体共聚而得的聚合物。

具有含氟脂肪族环结构的聚合物优选主链中具有含氟脂肪族环结构的聚合物，从机械特性等方面来看，较好是具有含氟脂肪族环结构的单体单元的含量占形成聚合物的单体单元中的20摩尔％以上。

作为上述主链中具有含氟脂肪族环结构的聚合物，较好是CYTOP(注册商标，旭硝子株式会社(旭硝子社)制)，本发明中可以使用这样的公知的含氟聚合物。

上述聚合物中可以含有适当的电荷调节剂或者适当的电荷调节剂的混合物。作为电荷调节剂，可以例举三苯甲烷及其衍生物、铵化合物、高分子铵化合物、亚铵化合物、芳基硫醚化合物、铬偶氮配合物、二烯丙基铵化合物等。

如果使用如上所述的具有含氟脂肪族环结构的聚合物通过旋涂等方法形成驻极体11，则可以使驻极体11的厚度达到10μm以上。

此外，将本实施方式的静电感应型转换元件用作发电机的情况下，最大发电功率Pmax以下式表示。

Pmax＝[σ2·n·A·2πf]/[(εε0/d)·((εg/d)+1)]

在这里，σ为驻极体11的表面电荷密度，n为极数、即驻极体11的数量，A为电极板13的面积，f为导体12的往复运动的频率，d为驻极体11的厚度，g为驻极体11与电极板13的距离，ε为相对介电常数。

由上式可知，驻极体11的厚度d越大，则发电功率也越大。以往用于驻极体的材料中，可加工成1mm以下的细片状的材料的情况下，驻极体11的厚度d仅能达到数微米～10微米左右，使用上述具有含氟脂肪族环结构的聚合物的情况下，如上所述可以使驻极体的厚度d达到10μm以上，适合作为驻极体11的材料。

此外，作为上述具有含氟脂肪族环结构的聚合物的CYTOP(注册商标)的绝缘破坏强度为11kV/0.1mm，比作为以往采用的材料的特富龙(注册商标)AF的绝缘破坏强度5kV/0.1mm高。如果可以提高绝缘破坏强度，则可以增加向驻极体11的电荷注入量，能够使将驻极体11用于传感器时的传感器的灵敏度提高。

如上所述，驻极体11的高发电能力对加速度传感器的灵敏度提高是有效的，与此同时，也可以用作加速度传感器的周边电路的辅助电源。感应电荷因驻极体11与电极板13的相对运动而变化，产生非常高的交流电压。该交流电压的大小取决于施加于驻极体11的加速度，因此将该交流电压的一部分通过电阻R1和R2(旁漏电阻)分压而取出，作为输出至检测部7的传感器信号。

另一方面，为了提高转换电路4的输入阻抗，加大电阻R1和R2的电阻值，并加大由运算放大器OP1构成的电压输出器的输入阻抗，因而由驻极体11构成的加速度传感器1所发出的电力几乎未被消耗。

于是，可以将加速度传感器1所发出的交流电压经整流部2用于蓄电池(二次电池)的充电。在这里，蓄电池可以是锂离子二次电池、镍氢电池等化学二次电池，也可以是电双层电容器等电源用电容。还可以并用化学二次电池和电源用电容。

<采用本发明的实施方式1和2的加速度传感器装置的应用>

根据设置实施方式1和2的加速度传感器装置的场所或用途的不同，有时始终有机械振动施加于传感器。例如，可以试想用于电动机的异常检测等。也可以如下使用：通过正常工作时的电动机的振动(常态振动)进行发电，用该发电而得的电能进行蓄电池的充电；另一方面，轴变形或产生负载变化的情况下电动机产生异常振动时进行检测。

在这里，如果可以抑制加速度传感器装置的各电路的耗电量而使其低于采用驻极体的加速度传感器1所产生的发电电力，则不需要设置蓄电池，可以实现装置的小型化和低价格化。

此外，通过采用驻极体的加速度传感器1无法期待超过加速度传感器装置中的各电路的耗电量的发电电力的情况下，也可以利用作为用于对蓄电池充电的辅助电源的功能，与以往的从蓄电池进行电源供给而动作的传感器装置相比，对于延长蓄电池的寿命具有效果。

例如，如图20所示，有如下的无线传感器网络系统：对于加速度传感器装置设置以无线方式进行数据的收发的无线收发两用机而作为传感器节点，通过中继节点形成多个传感器网，通过网关对于互联网上的服务器发送异常振动的数据。在这里，服务器对应于各传感器节点的配置位置(或传感器的识别编号)将从各传感器节点接收的异常振动的发生时刻和异常振动的大小记录于数据库，进行广域的地震检测，或者检测多个对象物(例如上述的电动机等)的状态。

如果考虑到将采用实施方式1和2的加速度传感器装置应用于上述的无线传感器网络，则可以预想由于基于无线方式的信息收发和装置内的各电路的规模扩大，测量振动期间达到峰值的耗电量相当大。

然而，通过将采用加速度传感器的发电用于辅助电源功能，可以期待蓄电池寿命的延长。

在这里，当然通信的协议和微型机的控制程序、传感检测和通信的频率、时序等所有系统动作条件为利用该辅助电源功能延长电池寿命而进行优化。

还有，可以将用于实现图1、图9的加速度传感器装置中的控制部6和记录部8(除记录数据的存储器以外的功能)和图14的控制部6、记录部8(除记录数据的存储器以外的功能)及判定部20的功能的程序记录于计算机可读取的记录介质，使计算机系统读入记录于该记录介质的程序并执行，从而进行加速度传感器的动作控制的处理。还有，这里所说的“计算机系统”包括OS和周边设备等硬件。此外，“计算机系统”还包括具备主页提供环境(或者显示环境)的万维网系统。此外，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、光磁盘、ROM、CD-ROM等移动介质或内置于计算机系统中的硬件等存储装置。另外，“计算机可读取的记录介质”还包括像通过互联网等网络或电话线等通信线路发送程序时的服务器或作为客户端的计算机系统内部的易失性存储器(RAM)那样保持程序一定时间的介质。

此外，所述程序可以从将该程序存储于存储装置等的计算机系统通过传输介质或通过传输介质中的传输波传输至其他计算机系统。在这里，传输程序的“传输介质”是指像互联网等网络(通信网)或电话线等通信线路(通信线)那样具有传输信息的功能的介质。此外，所述程序可以用于实现所述功能的一部分。另外，可以通过与已记录于计算机系统内的程序的组合来实现所述功能，即所谓的差分文件(差分程序)。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体的构成并不局限于该实施方式，也包括不超出本发明的技术思想的范围内的设计等。

产业上利用的可能性

本发明的加速度传感器装置可以用作地震计。此外，采用该装置的传感器网络系统可以用于大规模的化学工厂的设备监控，道路、桥梁、大坝等结构物的保全，悬崖塌陷的预测等。

在这里引用2008年3月31日提出申请的日本专利申请2008-093278号的说明书、权利要求书、附图和摘要的所有内容，作为本发明说明书的揭示采用。

Claims

1.一种加速度传感器装置，它是具备由导体和相对于该导体运动的驻极体形成的作为进行电能和动能的转换的静电感应型转换元件的加速度传感器的加速度传感器装置，其特征在于，包括：

加速度检测部，所述加速度检测部从所述加速度传感器输出的交流电压中检出与加速度对应的检测信号；

整流部，所述整流部对所述交流电压进行整流；

电源电路，所述电源电路具有使装置内的电路工作的蓄电池，将所述整流部输出的整流后的电压转换成电能对该蓄电池进行充电；

记录电路，所述记录电路记录与所述加速度对应的所述检测信号；

异常振动检测电路，所述异常振动检测电路对预先设定的阈值电压与所述整流后的电压的电压值进行比较，若所述整流后的电压超过所述阈值电压，则作为异常振动，并输出通知异常的异常信号；以及

判定部，所述判定部根据所述异常信号而启动，判定作为所述异常振动的所述检测信号是否是应记录的振动，对由频率及频率所对应的图谱强度构成的预先设定的表示常态的参照振动图形、和由与所述加速度对应的信号的频率及作为异常振动的振动下的所述检测信号的图谱强度构成的对象振动图形进行比较，在该对象振动图形与所述参照振动图形不一致或不类似的情况下，将所述检测信号记录到所述记录电路中。

2.如权利要求1所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述判定部具有由所述参照振动图形的各频率和各频率的图谱强度求得的对于各频率分别存在图谱强度的上限值和下限值的设定范围，根据所述对象振动图形的对应于各频率的图谱强度是否包含在所述设定范围内的比较结果，判定是否进行与所述加速度对应的信号的记录。

3.如权利要求1所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述判定部针对每段预先设定的时间长度分别进行求出与所述加速度对应的振动的频率和该频率所对应的图谱强度的傅立叶变换。

4.如权利要求3所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述检测部将从异常信号开始至异常信号结束为止的与所述加速度对应的振动的电压值存储于内部，所述判定部针对每段所述时间长度分别依次在每个与所述时间长度对应的时刻范围内读取与所述加速度对应的振动的电压的电压值，进行傅立叶变换而生成对象振动图形。

5.如权利要求2所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述判定部中预先设定的设定范围由在预先设定的时间内获得的因环境中的扰动的振动所产生的参照振动图形生成。

6.如权利要求1～4中的任一项所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述加速度传感器中的所述驻极体的材料由有机材料形成。

7.如权利要求1～4中的任一项所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述加速度传感器中的所述驻极体的材料包含至少1种环烯烃聚合物。

8.如权利要求1～4中的任一项所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述加速度传感器中的所述驻极体的材料由氟类聚合物形成。

9.如权利要求1～4中的任一项所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述加速度传感器中的所述驻极体的材料由主链中具有含氟脂肪族环结构的聚合物构成。

10.如权利要求1～4中的任一项所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述记录电路还具有检测所述加速度的数值的数值检测用加速度传感器。

11.如权利要求10所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述数值检测用加速度传感器的精度比所述加速度传感器高。

12.一种无线传感器网络，它是包括多个传感器节点和收集该传感器节点所检出的数据的数据收集服务器的无线传感器网络，其特征在于，

包含至少一个在权利要求1～11中的任一项所述加速度传感器装置中加入无线通信功能而得的传感器节点。

13.一种广域异常振动记录系统，其特征在于，使用权利要求12所述的无线传感器网络，所述传感器节点采用权利要求1～11中的任一项所述的加速度传感器装置，记录多个地点的异常振动。