CN104364623B - 驻极体型振动检测系统、外部振动信息的生成方法、关于外部振动的传递函数信息的生成方法、外部振动信息的生成程序以及关于外部振动的传递函数信息的生成程序 - Google Patents

Abstract

从通过基于外部振动使驻极体组和电极组相对位移而执行振动激励发电的振动发电装置获得预定时间段中的、与输出发电电压有关的推移信息。执行对与输出发电电压有关的推移信息的傅里叶变换，以计算与输出发电电压有关的输出频谱信息。而且，通过考虑规定外部振动中包括的预定频率范围的外部振动的振动速度与振动发电装置的输出发电电压之间的相关性的传递函数信息，针对计算得到的输出频谱信息生成与预定时间段内的外部振动有关的振动速度信息，该传递函数信息含有对应于属于预定频率范围的多个频率中的每一个的、使外部振动的振动速度与振动发电装置的输出发电电压成为预定比例关系而设定的传递系数。因此，可以使用驻极体容易且精确地检测外部振动信息。

Description

驻极体型振动检测系统、外部振动信息的生成方法、关于外部 振动的传递函数信息的生成方法、外部振动信息的生成程序 以及关于外部振动的传递函数信息的生成程序

技术领域

本发明涉及一种使用振动发电装置(该振动发电装置利用驻极体从外部振动发电)生成关于外部振动的信息的技术。

背景技术

近来，在维护诸如桥梁或道路等的建筑结构时使用通过检测该建筑结构中产生的外部振动而获得的电的要求明显增加。例如，施加于建筑结构的外部振动的振动位移大大影响建筑结构的强度变化，并且对其检测的要求也比较高。关于这一点，在现有技术中，使用激光位移传感器或电磁能来检测振动位移(例如，参照专利文献1)。在专利文献1讨论的技术中，通过使用线圈或服务电源(service power supply)控制响应于外部振动的振子的响应，检测关于外部振动的位移的信息。

同时，开发了一种使用驻极体的、能够从外部振动产生电的振动发电装置(例如，参照专利文献1)。在非专利文献1讨论的技术中，使用驻极体从振幅为1mm且频率为10Hz的外部振动产生6μW的电力。然而，该技术未公开使用具有驻极体且从外部振动执行振动激励发电的振动发电装置适当检测关于外部振动的速度或位移的信息的配置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2010-48751号公报

专利文献2：日本专利第H9-79900号公报

专利文献3：日本专利第H11-148815号公报

非专利文献

非专利文献1：Y.Arakawa,Y.Suzuki和N.Kasagi，“Micro Seismic PowerGenerator Using Electret Polymer Film”，Power MEMS 2004年11月，2004，第187-190页

发明内容

本发明要解决的问题

在现有技术中，当诸如激光位移传感器等的光学装置用于检测关于施加于诸如建筑结构等的检查对象的外部振动的信息时，使用具有较大尺寸的装置。因此，其操作性不令人满意，并且须要单独的电源来驱动该装置。因此，难以测量关于检查对象的大量振动信息。同时，当采用从外部振动执行振动激励发电的振动发电装置时，来自装置的输出电力可以用作电源。然而，现有技术的技术未公开将振动发电装置的输出电力适当的与振动信息相联系的配置。

用于解决问题的手段

鉴于上述问题，本发明提供了一种使用驻极体容易且精确地检测外部振动信息的技术。

根据本发明，为了解决上述问题，通过以规定了施加于具有驻极体的振动发电装置的外部振动的振动速度(下文中，还称为“外部振动速度”)与振动发电装置的输出发电电压之间的相关性的传递函数信息为重点，申请人认识到：针对输入到振动发电装置的外部振动的各个频率，在外部振动速度与输出发电电压之间存在预定比例关系。另外，通过使用与预定比例关系对应的传递系数来准备依据外部振动的频率的传递函数信息，从由外部振动造成的振动发电装置的输出发电电压的推移，可以容易且精确地生成与外部振动有关的速度信息或位移信息。

更具体地，根据本发明，提供了一种驻极体型振动检测系统，该驻极体型振动检测系统包括：振动发电装置，该振动发电装置通过基于外部振动使由多个驻极体形成的驻极体组和具有多个电极对的电极组在相对移动方向上的位移而执行振动激励发电，以在所述电极对的电极之间输出振动激励电压；传递函数存储部，该传递函数存储部存储传递函数信息，该传递函数信息规定所述外部振动中包括的、预定频率的范围内的、所述外部振动的振动速度与所述振动发电装置的输出发电电压之间的相关性，所述传递函数信息含有传递系数，该传递系数与属于所述预定频率范围的多个频率中的每一个相应地设置的、使所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压成为预定比例关系；输出频谱信息计算部，该输出频谱信息计算部对预定时间段内的、与所述振动发电装置的所述输出发电电压有关的所述推移信息执行傅里叶变换，以计算与所述输出发电电压有关的输出频谱信息；以及振动速度信息生成部，该振动速度信息生成部基于与由所述输出频谱信息计算部计算得到的所述振动发电装置的所述输出发电电压有关的所述输出频谱信息和所述传递函数存储部中存储的所述传递函数信息，生成所述预定时间段内的、与所述外部振动有关的振动速度信息。

在设置有根据本发明的振动发电装置的驻极体型振动检测系统中，所述振动发电装置利用能够非永久性地保持电荷的所述驻极体的特征，输出根据可以相对移动的电极组与驻极体组之间的外部振动的电荷容量变化，作为所述电极对的电极之间的输出发电电压。因此，振动发电装置根据施加于自身的外部振动输出输出发电电压。然而，申请人发现了施加于振动发电装置的外部振动的振动速度与输出发电电压之间的相关性，这非常有助于生成关于外部振动的信息。

即，申请人发现针对输入到振动发电装置的外部振动的各个频率，外部振动速度与输出发电电压之间的预定比例关系。对于该预定比例关系，可以导出与针对输入到振动发电装置的外部振动的各个频率确定比例关系的比例常数对应的传递系数。另外，可以形成传递函数信息，该传递函数信息基于传递系数，规定外部振动中包括的预定频率的范围内的、外部振动的振动速度与振动发电装置的输出发电电压之间的相关性。包括以这种方式形成的传递系数的传递函数信息是关于在外部振动中包括的预定频率范围内将振动发电装置的输出发电电压变换成外部振动的振动速度的函数的信息，并且形成传递函数信息的传递系数是预定比例关系中的比例常数。因此，该变换是非常有效的。因此，可以使用该变换容易且精确地计算外部振动的振动速度。

因为传递函数信息规定外部振动中包括的预定频率范围内的、外部振动的振动速度与振动发电装置的输出发电电压之间的相关性，所以驻极体型振动检测系统可以根据外部振动中包括的频率容易且精确地执行变换。通常，因为外部振动含有各种频率分量，所以可以说使用该传递函数信息的配置是实用的。因此，优选地，基于外部振动中包括的预期频率分量来设置预定频率。

因为驻极体型振动检测系统具有输出频谱信息计算部，所以通过对与振动发电装置的输出发电电压有关的推移信息执行傅里叶变换，来计算与频率分量对应的输出频谱信息。另外，因为该系统具有振动速度信息生成部，所以基于计算得到的输出频谱信息，考虑传递函数信息，生成关于外部振动的振动速度的信息。要注意的是，因为输出频谱信息计算部对与输出发电电压有关的推移信息执行傅里叶变换，所以优选的是，振动速度信息生成部执行反傅里叶变换，以生成与外部振动有关的振动速度信息。

这样，在根据本发明的驻极体型振动检测系统中，如申请人新认识到的，使用“针对输入到振动发电装置的外部振动的各个频率，在外部振动速度与输出发电电压之间存在的预定比例关系”，准备传递函数信息。因此，可以从振动发电装置的输出，容易且精确地生成关于外部振动的振动速度的信息。

这里，驻极体型振动检测系统还可以包括振动位移信息生成部，该振动位移信息生成部通过对与由所述振动速度信息生成部生成的所述预定时间段的所述外部振动有关的所述振动速度信息进行积分，生成与所述预定时间段的所述外部振动有关的振动位移信息。通过采用该配置，仅通过对与外部振动有关的振动速度信息进行一次积分，来生成与外部振动有关的位移信息。因为驻极体型振动检测系统随着积分计算次数的增加而易受噪声的影响，所以如果如本发明可以用较少次数的积分计算来生成与外部振动有关的位移信息，则在实际应用上非常有用。

在上述驻极体型振动检测系统中，振动发电装置可以包括：壳体，该壳体容纳所述驻极体组和所述电极组；固定部件，该固定部件设置有所述电极组并且固定到所述壳体侧；以及可动部件，该可动部件设置有所述驻极体组并且能够在面向所述固定部件的同时基于所述外部振动而相对移动。在这种情况下，当外部振动使可动部件振动时，在假定可能的最大振幅处，沿着相对移动方向的、驻极体组中包括的各驻极体的端部可以不横跨电极组的一个电极和与该一个电极相邻的电极之间的电极侧间隔。具有这种配置的振动发电装置称作“非横向模式振动发电装置”。

通常，在使用驻极体的振动发电装置中，当凭借外部振动使驻极体组中包括的多个驻极体多次横跨电极组中包括的电极组时，生成较高的输出发电电压。与非横向模式振动发电装置相比，具有这种配置的振动发电装置称作“横向模式振动发电装置”。在横向模式振动发电装置中，因为电极组的各个电极用预定空隙(即，电极侧间隔)分开，所以由于驻极体组相对于电极组移动，从而电极侧间隔影响振动发电装置的输出发电电压。因此，通过将影响电极侧间隔的纹波电压的推移叠加在与外部振动对应的振动激励电压的推移，生成输出发电电压。出于该原因，输出频谱信息计算部、振动速度信息生成部和振动位移信息生成部中的各个处理有可能受到波纹电压的推移的影响。

同时，在上述非横向模式振动发电装置中，因为当外部振动使设置驻极体组的可动部件振动时，在假定可能的最大振幅处，各个驻极体的端部不横跨电极侧间隔，所以由电极侧间隔造成的波纹电压不叠加在振动发电装置的输出发电电压上。出于该原因，振动发电装置的输出发电电压的推移非常适当地取决于外部振动。因此，从生成关于外部振动的信息的观点看，可以尽可能长久地防止不必要的噪声产生因素。

虽然已经描述了通过将非横向模式振动发电装置应用于根据本发明的驻极体型振动检测系统而获得的优点，但是并非旨在排除将横向模式振动发电装置应用于这种系统。本质上，横向模式振动发电装置可以应用于这种系统。

这里，本发明可以具体实施为一种生成诸如外部振动的振动速度或振动位移的外部振动信息的方法。即，根据本发明，提供了一种外部振动信息的生成方法，该方法包括以下步骤：从振动发电装置获得预定时间段内的、与输出发电电压有关的推移信息，该振动发电装置通过基于外部振动使由多个驻极体形成的驻极体组和具有多个电极对的电极组借助外部振动沿相对移动方向位移而执行振动激励发电，在所述电极对的电极之间输出振动激励电压；通过对获得的与所述输出发电电压有关的推移信息执行傅里叶变换来计算与所述输出发电电压有关的输出频谱信息；以及基于所述计算得到的输出频谱信息和传递函数信息，生成所述预定时间段内的、与外部振动有关的振动速度信息，该传递函数信息规定了所述外部振动中包括的预定频率范围内的、所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压之间的相关性，所述传递函数信息含有与属于所述预定频率范围的多个频率中的每一个相应地设置的、使所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压成为预定比例关系的传递系数。而且，本方法还可以包括通过对所生成的与所述预定时间段中的所述外部振动有关的振动速度信息进行积分，生成与所述预定时间段内的所述外部振动有关的振动位移信息。

类似于上述驻极体型振动检测系统，根据本发明的外部振动信息的生成方法通过反映“针对输入到振动发电装置的外部振动的各个频率，在外部振动速度与输出发电电压之间存在的预定比例关系”，使用“规定了外部振动中包括的预定频率范围内的、外部振动的振动速度与振动发电装置的输出发电电压之间的相关性的传递函数信息”。因此，可以从振动发电装置的输出，容易且精确地生成关于外部振动的振动速度的信息。

上述非横向模式振动发电装置可以应用于上述外部振动信息的生成方法中所使用的振动发电装置。因此，从生成关于外部振动的信息的观点看，可以尽可能长久地防止不必要的噪声产生因素。

这里，本发明可以具体实施为关于上述外部振动的传递函数信息的生成方法。即，根据本发明，提供了一种传递函数信息的生成方法，该传递函数信息规定了振动发电装置中的、外部振动中包括的预定频率范围内的输出发电电压与振动发电装置中的所述预定范围中的所述外部振动的振动速度之间的相关性，该振动发电装置通过基于所述外部振动使由多个驻极体形成的驻极体组和具有多个电极对的电极组沿相对移动方向位移而执行振动激励发电，在所述电极对的电极之间输出振动激励电压。振动发电装置具有：壳体，该壳体容纳所述驻极体组和所述电极组；固定部件，该固定部件设置有所述电极组并且固定到所述壳体侧；以及可动部件，该可动部件设置有所述驻极体组并且能够在面向所述固定部件的同时基于所述外部振动相对移动，使得当外部振动使可动部件移动时，在假定可能的最大振幅处，沿着相对移动方向的、驻极体组中包括的各个驻极体的端部可以不横跨电极组的一个电极和与该一个电极相邻的电极之间的电极侧间隔。另外，传递函数信息的生成方法包括以下步骤：将属于所述预定频率范围的多个频率的所述外部振动应用于所述振动发电装置；基于当施加所述多个频率的所述外部振动时，与所述多个频率中的每一个频率对应的、所述振动发电装置的所述输出发电电压有关的推移信息，计算与各个频率对应的、用于使所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压成为预定比例关系的传递系数；并且基于与各个所述频率对应的所述传递系数，生成规定所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压之间的相关性的传递函数信息。

即，本发明涉及一种使用非横向模式振动发电装置生成外部振动信息时所使用的传递函数信息的生成方法。从生成关于外部振动的信息的观点看，在该方法中，可以获得能够尽可能长久地防止不必要的噪声产生因素的传递函数信息。

这里，本发明可以具体实施为用于生成外部振动信息的程序，该程序使计算机生成关于施加于振动发电装置的外部振动的信息，该振动发电装置通过基于所述外部振动使由多个驻极体形成的驻极体组和具有多个电极对的电极组沿相对移动方向位移而执行振动激励发电，在所述电极对的电极之间输出振动激励电压。在这种情况下，所述程序使所述计算机执行：从所述振动发电装置获得预定时间段内的、与输出发电电压有关的推移信息；通过对与所获得的所述输出发电电压有关的推移信息执行傅里叶变换，计算与所述输出发电电压有关的输出频谱信息；以及基于所述计算得到的输出频谱信息和传递函数信息，生成所述预定时间段内的、与外部振动有关的振动速度信息，该传递函数信息规定了所述外部振动中包括的预定频率范围内的、所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压之间的相关性，该传递函数信息含有与属于所述预定频率范围的多个频率中的每一个相应地设置的、使所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压成为预定比例关系的传递系数。而且，该程序还可以使所述计算机通过对所生成的、与所述预定时间段中的所述外部振动有关的振动速度信息进行积分，来生成与所述预定时间段内的所述外部振动有关的振动位移信息。

类似于上述驻极体型振动检测系统，在根据本发明的外部振动信息的生成程序的执行中，也通过反映“针对输入到振动发电装置的外部振动的各个频率，在外部振动速度与输出发电电压之间存在的预定比例关系”，使用“规定了外部振动中包括的预定频率范围内的、外部振动的振动速度与振动发电装置的输出发电电压之间的相关性的传递函数信息”。因此，可以从振动发电装置的输出，容易且精确地生成关于外部振动的振动速度的信息。

上述非横向模式振动发电装置可以应用于作为用于生成外部振动信息的程序的对象的振动发电装置。因此，使用该程序，从生成关于外部振动的信息的观点看，可以尽可能长久地防止不必要的噪声产生因素。

这里，本发明可以具体实施为用于生成关于外部振动的传递函数信息的程序，该程序使计算机生成传递函数信息，该传递函数信息规定了振动发电装置中的、外部振动中包括的预定频率范围内的输出发电电压与所述预定范围中的所述外部振动的振动速度之间的相关性，该振动发电装置通过基于所述外部振动使由多个驻极体形成的驻极体组和具有多个电极对的电极组沿相对移动方向位移而执行振动激励发电，在所述电极对的电极之间输出振动激励电压。振动发电装置具有：壳体，该壳体容纳所述驻极体组和所述电极组；固定部件，该固定部件设置有所述电极组并且固定到所述壳体侧；以及可动部件，该可动部件设置有所述驻极体组并且能够在面向所述固定部件时基于所述外部振动相对移动，使得当外部振动使可动部件振动时，在假定可能的最大振幅处，沿着相对移动方向的、驻极体组中包括的各个驻极体端部被配置为不横跨电极组的一个电极和与该一个电极相邻的电极之间的电极侧间隔。该程序使计算机执行：将属于所述预定频率范围的多个频率的所述外部振动应用于所述振动发电装置；基于施加所述多个频率的所述外部振动时的、与所述多个频率中的每一个频率对应的所述振动发电装置的所述输出发电电压有关的推移信息，计算与各个频率对应的、用于使所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压成为预定比例关系的传递系数；并且基于与各个所述频率对应的所述传递系数，生成规定所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压之间的相关性的传递函数信息。

即，根据本发明，提供了一种使用非横向模式振动发电装置生成用于生成外部振动信息的传递函数信息的程序。通过使计算机执行该程序，可以获得从生成关于外部振动的信息的观点看，能够尽可能长久地防止不必要的噪声产生因素的传递函数信息。

发明效果

可以使用驻极体容易且精确地检测外部振动信息。

附图说明

图1是例示根据本发明的实施方式的振动发电装置的示意性配置的图。

图2是例示用于生成关于外部振动的信息的、包括图1的振动发电装置的系统的示意性配置的图。

图3是例示图2的系统的功能的功能性框图。

图4是例示用于生成图2的系统的服务器中存储的传递函数信息的过程的流程图。

图5是用于描述执行图4的传递函数信息的生成处理时的、传递函数信息的生成过程的程序。

图6是例示由图2的系统执行的、关于施加于振动发电装置的外部振动的信息的生成处理的流程图。

图7是用于描述执行图6的外部振动信息的生成处理时的、外部振动信息的生成过程的程序。

具体实施方式

下文中，将参照附图描述根据本发明的实施方式的外部振动信息生成。要注意的是，以下实施方式的配置仅仅是示例性的，并且本发明不限于这些实施方式中描述的配置。

实施方式1

图1是沿振动发电装置1的纵截面(ZX平面)截取的截面图，该图用于例示根据本发明的驻极体型振动检测系统(下文中简称为“振动检测系统”)10中使用的振动发电装置1的示意性配置，特别是从外部振动来发电的配置。要注意的是，下面将基于图2和图3描述振动检测系统10的整个配置。

振动发电装置1具有容纳在壳体(未例示)中的可动部件3和固定部件5。可动部件3和固定部件5被配置为在维持相面对的状态的同时沿着X方向相对移动。另外，根据本实施方式，固定部件5被固定到壳体，并且可动部件3的两端通过插入弹簧4连接到壳体。出于该原因，可动部件3本身被配置为凭借施加于振动发电装置1的外部振动，相对于壳体和固定部件5移动(振动)。

要注意的是，可动部件3和固定部件5被配置为在彼此面对并且维持其之间的平行状态的同时(即，在恒定维持相面对的表面之间的间隔的同时)相对移动。因此，凭借可动部件3侧中的驻极体2的动作，在固定部件5侧中的一对电极6与7之间产生振动激励电压。在现有技术中，描述了产生振动激励电压的原理，这里将不重复其描述。另外，维持可动部件3与固定部件5之间的间隔的配置(即，用于维持其之间的平滑相对移动的配置)对于提高从外部振动而发电的发电效率是重要的。然而，本配置不涉及本申请的发明，因此将不描述该配置。

这里，将描述可动部件3的结构。在可动部件3面向固定部件5的表面上，导体上所形成的多个驻极体2沿着振动方向(X-方向)以相等距离并排排布。要注意的是，为了简化振动发电装置1的结构，图1中仅例示了单个驻极体2。另外，驻极体2沿着振动方向的宽度由“W1”表示。要注意的是，根据本实施方式，驻极体2被配置为非永久地保持负电荷。然后，将描述固定部件5侧的结构。在固定部件5面向可动部件3的表面上，多个电极对6和7沿着振动方向(X-方向)以相等间隔并排排布。要注意的是，为了简化振动发电装置1的结构，图1中仅例示了一对电极6和7。另外，各个电极6和7沿着振动方向的宽度由“W2”表示，并且电极6与7之间的间隔被相等地设置为“W3”。

这里，驻极体2的宽度W1等于电极6和7的宽度W2，并且电极6与7之间的间隔W3足够小于宽度W1和W2。另外，当没有外部振动施加于振动发电装置1时(即，当可动部件3从一对弹簧4接收到的弹性力彼此相等，并且可动部件3相对于固定部件5停止(下文中称作“静止状态”)时)，驻极体2的宽度W1的中心与电极6与7之间的间隔W3的中心匹配。因此，当可动部件3处于静止状态时，驻极体2沿振动方向对称跨立在电极6与7之间。另外，当针对振动发电装置1最大程度地施加外部振动时，可动部件3的最大振幅由“A0”表示，驻极体W1和电极宽度W2满足以下关系。

W1＝W2>2×A0

出于该原因，即使当经由外部振动使可动部件3以可能的最大振幅A0振动时，可动部件2的振动方向的端部2a也未在整个振幅过程中横越电极之间的间隔W3。即，即使使可动部件3以可能的最大振幅A0振动时，驻极体2的与电极6和7交叠的各个面积改变。然而，驻极体2总是跨立于电极6与7之间。因此，图1的振动发电装置1对应于根据本发明的非横向模式振动发电装置。另外，在作为非横向模式振动发电装置的振动发电装置1中，驻极体2的端部2a不横跨电极之间的间隔W3。因此，在不将波纹电压添加于振动激励电压的情况下，振动发电装置1输出振动激励电压，该振动激励电压具有在原理上与外部振动的周期匹配的周期。

接着，将参照图2和图3描述生成并收集关于从使用如上述配置的振动发电装置1的结构产生的外部振动的信息的振动检测系统10。图2是例示振动检测系统10的示意性配置的图，并且图3是例示在振动检测系统10的振动发电装置1和服务器20中实现预定目的的功能(作为功能单元)的功能框图。

具体地，图2例示用于使用根据本发明的振动发电装置1检测用于维护桥梁50的振动信息的系统的示意性配置。因为诸如桥梁50的强度的性能随服务时间而劣化，所以必须适时地识别桥梁50的性能变化。例如，在由地震或重型车辆的反复经过而导致桥梁50劣化的过程中，关于桥梁50的振动的振动位移(振幅)或振动速度也发生变化。关于这一点，多于一个的振动发电装置1安装在桥梁50中。振动发电装置1可以安装在桥梁50的强度可能由于振动而劣化等的地方中。另外，振动发电装置1如下所述以无线方式向基站15发送与输出发电电压有关的推移信息。基站15连接到因特网16，并且将接收到的信息经由因特网16发送到服务器20。

服务器20使用获得的信息执行生成和收集关于桥梁50中产生的外部振动的信息的处理，并且确定桥梁50所具有的状态(诸如强度劣化的程度等)。另外，服务器20可以从连接到因特网16等的数据服务器17和18获得确定所需的其他信息(诸如桥梁50所在区域的天气数据或桥梁50的交通负载数据)。

这里，图3是例示作为振动检测系统10的核心的振动发电装置1和服务器20的功能的功能框图。本质上，振动发电装置1和服务器20可以具有除了图3的功能框之外的功能框。振动发电装置1包括电存储单元11和推移信息存储部12。要注意的是，振动发电装置1对应于具有中央处理单元(CPU)、存储器等的计算机，并且这种功能块通过执行内部的预定程序而形成。电存储单元11将经由外部振动在电极6与7之间产生的电力存储为振动激励电力。电存储单元11中存储的电力用于振动发电装置1中的各种信号处理等。推移信息存储部12是在振动发电装置1的存储器中存储关于经由外部振动在电极6与7之间产生的输出发电电压的推移的信息(下文中，简称为“推移信息”)的功能框。存储器中需要的电力从电存储单元11提供。另外，推移信息可以随时存储在推移信息存储部12中。另选地，考虑到存储所需的功耗的抑制或存储器的存储容量，可以以预定周期间歇地存储推移信息。

而且，振动发电装置1安装有发送器13和发送器电池14。发送器13是向基站15发送推移信息存储部12中存储的推移信息的功能块。要注意的是，因为以无线方式向基站15发送数据需要相应的电力，所以从发送器电池14提供发送电力，而不是电存储单元11中存储的电力。然而，当在电存储单元11中存储的电力中存在余裕时，用于发送信息的电力可以从电存储单元11而不是发送器电池14提供。

接着，服务器20包括推移信息获取部21、输出频谱信息计算部22、振动速度信息生成部23、振动位移信息生成部24和传递函数信息存储部25。要注意的是，服务器20对应于具有CPU、存储器等的计算机，并且这种功能块通过执行内部的预定程序而形成。首先，推移信息获取部21获得经由基站15从振动发电装置1发送的、与振动发电装置1的输出发电电压有关的推移信息。要注意的是，当振动检测系统10如图2所示包括多个振动发电装置1时，优选地，以能够确定从哪个振动检测器1发送的所获得的推移信息的状态管理推移信息获取部21。然后，输出频谱信息计算部22对由推移信息获取部21获得的推移信息执行傅里叶变换，以计算与推移信息有关的输出频谱信息。下面将描述输出频谱信息的计算。

接着，振动速度信息生成部23是基于输出频谱信息计算部22计算的输出频谱信息和下文描述的传递函数信息，生成关于施加于作为推移信息源的振动发电装置1的外部振动的信息中的、关于振动速度的信息的功能块。另外，振动位移信息生成部24是生成关于外部振动的信息中的、关于振动位移的信息的功能块。下面将描述关于外部振动的信息的生成。

接着，传递函数信息存储部25是存储由振动速度信息生成部23和振动位移信息生成部24使用以生成相应的外部振动信息的传递函数信息的功能块。相应的传递函数信息基于与输入到振动发电装置1的外部振动的频率匹配而存在的、振动发电装置1的外部振动速度(m/s)与输出发电电压(V)之间的预定比例关系形成。在预定比例关系下，可以导出传递系数，该传递系数是针对外部振动的各个频率确定外部振动速度与输出发电电压之间的比例关系的比例常数。另外，通过使传递系数与外部振动的频率之间相联系形成上述传递函数信息。

这里，将参照图4和图5描述传递函数信息的生成的流程。图4是例示生成传递函数信息的处理的流程图。生成传递函数信息的处理通过使服务器20或其他计算机(任意计算机，而不管是否包括振动检测系统10)执行预定程序来实现。由此生成的传递函数信息存储在传递函数信息存储部25中。另外，虽然执行生成传递函数信息的处理独立于生成振动检测系统10中的外部振动信息的处理(下面描述的图6的处理)，但是预先执行生成传递函数信息的处理或还是与生成外部振动信息的处理同时执行都可以。在后一种情况下，可以按顺序更新传递函数信息存储部25中存储的传递函数信息。

下文中，将详细描述图4中的生成传递函数信息的处理。在以下描述中，假定在生成振动检测系统10中的外部振动信息的处理(下面描述的图6的处理)之前执行该处理。首先，在步骤S101中，将具有特定单个频率的外部振动输入到振动发电装置1。在步骤S102中，测量此时振动发电装置1的输出发电电压与所输入的外部振动的振动速度之间的相关性。要注意的是，所输入的外部振动的频率是属于通过假定振动检测系统10检测振动发电装置1的振动而获得的外部振动的预定频率范围的频率。在该实施方式中，预定频率被设置为0Hz至20Hz，并且在步骤S101中外部振动的频率以0.5Hz的单位变化的同时，在步骤S102中测量此时外部振动速度与输出发电电压之间的相关性。

接着，在步骤S103中，基于步骤S102的测量结果计算传递系数。这里，将参照图5(a)和图5(b)描述传递系数的计算。图5(a)例示具有11Hz的频率的外部振动输入到振动发电装置1时的输出发电电压的推移。图5(b)例示规定多个测量点(本实施方式中是五个点)处的、所述输入的外部振动的振动速度与测量得的输出发电电压之间的比例关系的直线L1。要注意的是，基于诸如最小平方法等的现有方法从多个测量点获得直线L1。在该实施方式中，如以下等式1中所示，规定直线L1。

y＝3.4433x-0.0011(等式1)

(“x”表示外部振动速度，并且“y”表示输出发电电压)。

在这种情况下，在等式1中，比例常数3.4433被设置为确定外部振动速度与输出发电电压之间的比例关系的传递系数。要注意的是，虽然在等式1中给出-0.0011的截距，但是原则上，当外部振动速度被设置为零时，输出发电电压变为零。另外，因为截距值非常无关紧要，所以上述等式1可以看做表示外部振动速度与输出发电电压之间存在的预定比例关系(传递系数为3.4433规定的比例关系)。另外，在图5(a)和图5(b)中，所输入的外部振动的频率被设置为11Hz，并且如上所述，针对0Hz至20Hz的预定频率范围内的以0.5Hz为单位变化的外部振动的各个输入，如图5(b)所示，通过假定外部振动速度与输出发电电压之间的比例关系，计算传递系数。

然后，在步骤S104中，确定是否完成0Hz至20Hz的预定频率范围的测量。如果在步骤S104中确定为是YES，则处理进行到步骤S105。否则，如果在步骤S104中确定为否NO，则对于未测量的频率执行步骤S101至S103。

在步骤S105中，如图5(c)的上半部分所示，步骤S104中计算得到的传递系数和与各个传递系数对应的外部振动的频率关联地标示，使得生成包括预定频率范围内的外部振动的频率与传递系数之间的相关性的传递函数信息。基于本实施方式的传递函数信息，可以识别出当所输入的外部振动的频率在9Hz附近时，传递系数具有峰值的特性。在图5(c)的下半部分中，在所输入的外部振动的频率与输出发电电压中产生相位延迟。可见，当外部振动的频率超过大约9Hz时，相位延迟变得重要。

这样，借助生成传递函数信息的处理而生成的传递函数信息是关于用于根据输入到振动发电装置1的外部振动的频率将振动发电装置的输出发电电压变换为外部振动的振动速度的函数的信息。关于这一点，将参照图6和图7描述使用该传递函数信息，从振动检测系统10中包括的振动发电装置1的输出发电电压，生成关于施加于振动发电装置1的外部振动的信息(即，外部振动速度信息和外部振动位移信息)的处理。要注意的是，使用图3例示的振动速度信息生成部23和振动位移信息生成部24执行该处理。

这里，如上所述，图6是例示生成包括与施加于振动检测系统10中包括的振动发电装置1的外部振动有关的速度信息和位移信息的外部振动信息的处理的流程图。在步骤S201中，在来自振动发电装置1的、由推移信息获取部21获得的推移信息中，提取预定时间段的推移信息。例如，在图7(a)的推移信息中，提取虚线围绕的时间段的推移信息。考虑到用于生成外部振动信息的处理所需的服务器20的负载、输出频谱信息的计算精度等，适当设置该确定时间段。当终止步骤S201的处理时，处理进行到步骤S202。

在步骤S202中，对于步骤S201中提取的电压推移信息执行傅里叶变换，以计算用于该频率分量的输出频谱信息(参见图7(b))。可以对于上述预定频率范围执行输出频谱信息的计算。然而，在图7(b)中，例示比预定频率范围宽的频率范围0Hz至30Hz的输出频谱信息。参照图7(b)，例示预定频率范围之内的大部分输出频谱信息。当终止步骤S202的处理时，处理进行到步骤S203。

在步骤S203中，读取传递函数存储部25中存储的传递函数信息，并且该处理进行到步骤S204。在步骤S204中，基于步骤S202中计算得到的输出频谱信息(即，图7(b)的输出频谱信息中的、与预定频率范围(0Hz至20Hz)对应的输出频谱信息)和步骤S203中读取的传递函数信息，生成与外部振动有关的速度信息。具体地，通过将用于各个频率的输出频谱信息值乘以与该频率对应的传递系数的倒数，并且考虑到与该频率对应的相位延迟，执行反傅里叶变换，生成预定时间段的外部振动速度信息。

在步骤S205中，对于步骤S204中生成的外部振动速度信息执行时间积分，以生成外部振动位移信息。图7(c)例示所生成的外部振动位移信息。这样，振动检测系统10通过执行一次时间积分，计算外部振动位移信息。

生成上述外部振动信息的处理中所使用的传递函数信息是关于在外部振动中包括的预定频率范围内将振动发电装置1的输出发电电压变换成外部振动的振动速度的函数的信息，并且传递函数信息中包括的传递系数是输出发电电压与外部振动速度之间的比例关系中的比例关系常数。因此，使用传递函数信息变换到外部振动速度是非常有效的。因此，可以使用该变换容易且精确地实现外部振动速度的计算。具体地，因为振动发电装置1是图1例示的非横向模式振动发电装置，所以波纹电压所造成的噪声不含在传递函数信息中，并且预期高精度地生成外部振动速度。

通常，桥梁50中产生的振动(施加于振动发电装置1的振动)含有各种频率分量。然而，如上所述，因为传递函数信息存储部25中存储的传递函数信息规定外部振动中包括的预定频率范围处的外部振动的振动速度与振动发电装置的输出发电电压之间的相关性，所以可以基于振动发电装置1的输出发电电压适当计算实际施加于振动发电装置1的外部振动信息。

修改例1

图2的振动检测系统10包括桥梁50中安装的振动发电装置1和单独安装的服务器20。振动发电装置1和服务器20经由无线通信或因特网通信彼此电连接，以接收/发送信息。关于这一点，代替图2的振动检测系统10的配置，服务器20的功能(诸如，输出频谱信息计算部22、振动速度信息生成部23、振动位移信息生成部24和传递函数信息存储部25的功能)可以设置在振动发电装置1中，并且可以在内部形成振动检测系统。即，在桥梁50侧中设置的振动发电装置1中执行生成外部振动信息的处理。即使在这种情况下，从信息收集的观点，优选的是，振动发电装置1中生成的外部振动速度信息等经由无线通信等收集在服务器20中。

修改例2

在图6的外部振动信息生成处理中，从推移信息获取部21获得的推移信息中的、步骤S201中提取的部分推移信息，生成外部振动速度信息和外部振动位移信息。可选的，可以基于由推移信息获取部21获得的全部推移信息生成外部振动速度信息和外部振动位移信息。在这种情况下，当作为处理对象的推移信息的时间范围比较长以便在步骤S202中执行傅里叶变换时，根据傅里叶变换的条件，可能增大输出频谱信息的计算误差。

关于这一点，使用窗口函数从由推移信息获取部21获得的推移信息提取多个部分推移信息，使得多个部分推移信息彼此交叠。另外，针对各个提取的部分推移信息执行步骤S202至S205的处理，以便生成与部分推移信息对应的部分外部振动速度信息和部分外部振动位移信息。另外，与部分推移信息的交叠部分对应的、部分外部振动速度信息和部分外部振动位移信息的一部分可以针对各个部分信息交叠，使得可以生成与全部推移信息对应的全部外部振动速度信息和全部外部振动位移信息。通过这种方式生成各信息，可以减小如上所述傅里叶变换中产生的计算误差的影响。

要注意的是，关于部分外部振动速度信息的叠加和部分外部振动位移信息的叠加的处理可以使用诸如平均化信息和预定叠加函数等的各种方法来执行。

附图标记和字符的说明

1 振动发电装置

2 驻极体

3 可动部件

4 弹簧

5 固定部件

6、7： 电极

10 振动检测系统

20 服务器

Claims (7)

1.一种驻极体型振动检测系统，该驻极体型振动检测系统包括：

振动发电装置，该振动发电装置通过基于外部振动使由多个驻极体形成的驻极体组和具有多个电极对的电极组沿相对移动方向位移而进行振动激励发电，在所述电极对的电极之间输出振动激励电压；

传递函数存储部，该传递函数存储部存储传递函数信息，该传递函数信息规定了所述外部振动中包括的预定频率范围内的、所述外部振动的振动速度与所述振动发电装置的输出发电电压之间的相关性，所述传递函数信息含有与属于所述预定频率范围的多个频率中的每一个相应地设置的、使所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压成为预定比例关系的传递系数；

输出频谱信息计算部，该输出频谱信息计算部对预定时间段内的、与所述振动发电装置的所述输出发电电压有关的推移信息执行傅里叶变换，以计算与所述输出发电电压有关的输出频谱信息；以及

振动速度信息生成部，该振动速度信息生成部基于所述输出频谱信息计算部计算得到的与所述振动发电装置的所述输出发电电压有关的所述输出频谱信息和所述传递函数存储部中存储的所述传递函数信息，生成所述预定时间段内的、与所述外部振动有关的振动速度信息。

2.根据权利要求1所述的驻极体型振动检测系统，还包括振动位移信息生成部，该振动位移信息生成部通过对所述振动速度信息生成部生成的、所述预定时间段中的与所述外部振动有关的所述振动速度信息进行积分，生成所述预定时间段内的与所述外部振动有关的振动位移信息。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的驻极体型振动检测系统，其中，所述振动发电装置具有：

壳体，该壳体容纳所述驻极体组和所述电极组；

固定部件，该固定部件设置有所述电极组并且固定到所述壳体侧；以及

可动部件，该可动部件设置有所述驻极体组并且能够在面向所述固定部件的同时基于所述外部振动相对移动，并且

当所述外部振动使所述可动部件移动时，在假定可能的最大振幅处，沿着所述相对移动方向的、所述驻极体组中包括的各个驻极体的端部不横跨所述电极组的一个电极和与所述一个电极相邻的电极之间的间隔。

4.一种外部振动信息的生成方法，该方法包括以下步骤：

从振动发电装置获得预定时间段内的、与输出发电电压有关的推移信息，该振动发电装置通过基于外部振动使由多个驻极体形成的驻极体组和具有多个电极对的电极组沿相对移动方向位移而进行振动发电，在所述电极对的电极之间输出振动激励电压；

通过对获得的与所述输出发电电压有关的推移信息执行傅里叶变换，计算与所述输出发电电压有关的输出频谱信息；以及

基于计算得到的输出频谱信息和传递函数信息，生成所述预定时间段内的、与外部振动有关的振动速度信息，该传递函数信息规定了所述外部振动中包括的预定频率范围内的、所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压之间的相关性，该传递函数信息含有与属于所述预定频率范围的多个频率中的每一个相应地设置的、使所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压成为预定比例关系的传递系数。

5.根据权利要求4所述的外部振动信息的生成方法，还包括通过对所生成的所述预定时间段中的与所述外部振动有关的振动速度信息进行积分，生成与所述预定时间段内的所述外部振动有关的振动位移信息。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的外部振动信息的生成方法，其中，所述振动发电装置具有：

壳体，该壳体容纳所述驻极体组和所述电极组；

固定部件，该固定部件设置有所述电极组并且固定到所述壳体侧；以及

可动部件，该可动部件设置有所述驻极体组并且能够在面向所述固定部件的同时基于所述外部振动相对移动，并且

当基于所述外部振动使所述可动部件移动时，在假定可能的最大振幅处，沿着所述相对移动方向的、所述驻极体组中包括的各个驻极体的端部不横跨所述电极组的一个电极和与所述一个电极相邻的电极之间的间隔。

7.一种传递函数信息的生成方法，该传递函数信息规定了外部振动中包括的预定频率范围内的、所述外部振动的振动速度与振动发电装置的输出发电电压之间的相关性，其中，该振动发电装置通过基于所述外部振动使由多个驻极体形成的驻极体组和具有多个电极对的电极组沿相对移动方向位移而进行振动激励发电，在所述电极对的电极之间输出振动激励电压，

所述振动发电装置具有：

壳体，该壳体容纳所述驻极体组和所述电极组；

固定部件，该固定部件设置有所述电极组并且固定到所述壳体侧；以及

可动部件，该可动部件设置有所述驻极体组并且能够在面向所述固定部件的同时基于所述外部振动进行相对移动，并且

当所述外部振动使所述可动部件移动时，在假定可能的最大振幅处，沿着所述相对移动方向的、所述驻极体组中包括的各个驻极体的端部被配置为不横跨所述电极组的一个电极和与所述一个电极相邻的电极之间的间隔，

所述方法包括以下步骤：

对所述振动发电装置施加属于所述预定频率范围的多个频率的所述外部振动；

基于施加所述多个频率的所述外部振动时的、与所述多个频率中的每一个频率对应的所述振动发电装置的所述输出发电电压的推移信息，计算与各个频率对应的、用于使所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压成为预定比例关系的传递系数；并且

基于与各个所述频率对应的所述传递系数，生成规定所述外部振动的所述振动速度与所述振动发电装置的所述输出发电电压之间的相关性的传递函数信息。