CN107490998A - 传感器装置、传感器系统及测定方法 - Google Patents

Abstract

以往的传感器装置中存在耗电量显著增加的问题。为此，本发明提供一种传感器装置以及包括该传感器装置的传感器系统，该传感器装置包括：传感器部，该传感器部测定对象物的物理量；通信部，该通信部与外部装置进行通信；计时部，该计时部对时刻进行计时；以及控制部，该控制部控制传感器部以及计时部，控制部在时刻同步期间使通信部处于可通信的电力状态，从外部装置接收时刻信息，并基于该时刻信息来校准计时部的时刻，在观测期间，使传感器部处于可进行测定的电力状态并测定对象物的物理量，在节能期间使通信部及传感器部处于节能状态。

Description

传感器装置、传感器系统及测定方法

技术领域

本发明涉及一种传感器装置、传感器系统及测定方法。

背景技术

在用于检测结构物的振动等物理量来诊断损伤、历时老化等结构性能的结构健康监测系统等领域中，通过检测物理量的各传感器装置以无线的方式发送测量数据，计算机或中继装置收集多个传感器装置的测量数据(例如，参照专利文献1、2)。

专利文献1：国际公开第2013/099026号

专利文献2：国际公开第2015-087751号

发明内容

发明要解决的问题

然而，在以往的传感器装置中存在耗电量显著增加的问题。

解决问题的技术手段

在本发明的第一方式中提供一种传感器装置以及包括该传感器装置的传感器系统，该传感器装置包括：传感器部，该传感器部测定对象物的物理量；通信部，该通信部与外部装置进行通信；计时部，该计时部对时刻进行计时；以及控制部，该控制部控制传感器部以及计时部，控制部在时刻同步期间使通信部处于可通信的电力状态而使其从外部装置接收时刻信息，并基于该时刻信息来校准计时部的时刻，在观测期间，使传感器部处于可进行测定的电力状态并测定对象物的物理量，在节能期间使通信部及传感器部处于节能状态。

在本发明的第二方式中提供一种测定方法，该测定方法使传感器装置测定对象物的物理量，传感器装置包括：传感器部，该传感器部测定对象物的物理量；通信部，该通信部与外部装置进行通信；计时部，该计时部对时刻进行计时；以及控制部，该控制部控制传感器部以及计时部，该测定方法包括：在时刻同步期间，使通信部处于可通信的电力状态而使其从外部装置接收时刻信息，并基于该时刻信息来校准计时部的时刻的阶段；在观测期间，使传感器部处于可进行测定的电力状态并测定对象物的物理量的阶段；以及在节能期间使通信部及传感器部处于节能状态的阶段。

另外，上述的发明内容并未列举本发明的全部特征。此外，这些特征组的变形也可成为发明。

附图说明

图1是表示本实施方式的传感器系统的框图。

图2是表示本实施方式的传感器装置的工作模式的时序图。

图3是表示本实施方式的传感器系统工作的流程图。

图4是表示传感器装置的同步工作的流程图。

图5是表示传感器装置的同步工作的流程图。

图6是表示变形例(1)中的传感器系统的设置例的示意图。

图7是表示变形例(2)中的传感器系统的设置例的示意图。

具体实施方式

以下通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定权利要求书中的发明。此外，在实施方式中所说明的所有特征的组合并非全部是发明的解决方法。

[1.传感器系统的概述]

图1是表示本实施方式的传感器系统1的框图。传感器系统1是诊断多个结构物101的构造性能的、所谓的结构健康监测系统。传感器系统1具有一个或多个传感器装置2、一个或多个收集装置3、数据处理装置4、诊断服务器5、雨量计6、风向风速计7以及温度计8。另外，该诊断服务器5也可与数据处理装置4成为一体。同样，雨量计6、风向风速计7及温度计8也可设设为与传感器装置2成为一体。

[2.结构物]

多个结构物101由例如多种材料或构件等构成，且被建造为由基础结构等支承重量的结构，在本实施方式中以建筑物为例。所谓建筑物是指被用于居住、办公、店铺、工厂、仓库等各自不同的目的，固定于土地的，具有屋顶及周围墙壁的建造物。该结构物101例如面朝道路102而设。

[3.传感器装置]

一个或多个传感器装置2对对象物的结构物101的物理量，例如结构物在地震等情况下振动时的加速度以及结构物的倾斜度等进行测定。相对于多个结构物101至少分别设置一个各传感器装置2，优选为设置多个。当相对于一个结构物101设有多个传感器装置2时，这些传感器装置2设在例如低楼层(如1楼)及高楼层(如顶楼)，优选为还设在一个以上的中间楼层以及/或者地基或地下。

各传感器装置2例如具有存储器20、计时部22、传感器部24、控制部25及通信部26，优选为还具有时钟输出部21、温度传感器23及电源28。

时钟输出部21向装置内的各部分输出时钟信号，在本实施方式中具有低频时钟输出部211及高频时钟输出部212。低频时钟输出部211始终进行驱动并输出第一时钟。高频时钟输出部212输出频率高于第一时钟的第二时钟，并在下述的节能期间停止。例如，第一时钟的频率为几十kHz，第二时钟的频率为几MHz～几十MHz。时钟输出部21可将第一时钟输出到计时部22，可将第二时钟输出到传感器部24中的下述的AD转换器241、控制部25及通信部26。

另外，输出第二时钟的高频时钟输出部212也可以构成为包含可由电压控制振荡频率的电压控制振荡器(VCO)，和对电压控制振荡器施加控制电压的DA转换器。从DA转换器输出至电压控制振荡器的控制电压也可以由控制部25来设定。

计时部22用于计量时刻。例如，计时部22可为是具有钟表功能的电路，并在内部保存时刻信息。如下所述，各传感器装置2的计时部22可通过控制部25与外部的基准时刻同步，从而维持时刻信息相互同步的状态。此外，计时部22可基于从时钟输出部21输出的第一时钟(低频的时钟)来计量时刻。基于时钟计量时刻，可在时钟的时刻进行向上计数的同时进行计时。计时部22可将当前的时刻输出到控制部25等。

存储器20存储用于实现传感器装置2的各种功能的程序及数据。例如，存储器20可存储由传感器部24所测定的物理量数据。

传感器部24测定有关结构物101的上述物理量(例如加速度)。传感器部24可将测得的物理量数据供给控制部25。传感器部24可具有传感器电路240、AD转换器241以及判定电路242。

传感器电路240将结构物101的物理量的模拟值输出到AD转换器241。例如，传感器电路240可包含传感器，该传感器能检测出结构物在地震等情况下振动时的加速度及结构物的倾斜度等。作为一个例子，该传感器可为在一块硅基板、玻璃基板、有机材料等上集成的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System：微机电系统)装置，进一步来说，也可为静电电容型的传感器。

传感器电路240中，可以在用于观测结构物101的物理量的观测期间内进行供电驱动，在观测期间外则只在测定时刻进行供电驱动。所谓测定时刻是指监视是否有突发事件发生的监视测定时刻，例如可以间断地设定在观测期间外。在测定时刻，控制部25等可处于节能状态。传感器电路240可基于从时钟输出部21输出的第一时钟(低频的时钟)来工作。

AD转换器241将从传感器电路240输出的物理量的模拟值转换成数字值并提供至控制部25。该AD转换器241中，可在观测期间中进行供电驱动。此外，AD转换器241可基于从时钟输出部21输出的第二时钟(高频时钟)来工作。下文将对AD转换器241的工作时刻进行详细叙述。

判定电路242是监视是否有突发事件(例如，地震及台风等灾害以及交通事故等)发生的电路，在测定时刻进行供电驱动，对从传感器电路240输出的物理量的模拟值是否在基准范围内进行判定。

在这里，对于物理量的模拟值的基准范围可根据物理量的种类、传感器电路240的测定精度等任意地设定。基准范围也可以是表示相对于前一个所测得的物理量的变化比率的范围。

当判定电路242判定物理量的模拟值在基准范围外时，可向控制部25中的微处理器250输出通电指示信号，使控制部25从节能状态转换成通常状态。此外，判定电路242可基于从时钟输出部21输出的第一时钟(低频的时钟)来工作。下文对判定电路242的工作时刻进行详细叙述。

在这里，传感器部24可转换成通常状态与节能状态。通常状态是传感器电路240及AD转换器241的电源导通的状态。而且，判定电路242也可以处于电源导通的状态。通常状态下的传感器部24可通过传感器电路240来测定结构物101的物理量的模拟值，并通过AD转换器241将该模拟值转换成数字值并输出。

此外，节能状态是传感器电路240及判定电路242的电源导通的状态。节能状态下的传感器部24可通过传感器电路240来测定结构物的物理量的模拟值，并通过判定电路242判定该模拟值是否在基准范围内。

温度传感器23是为了计算时钟输出部21的修正值而测定温度的传感器。例如，温度传感器23可测定传感器装置2的内部的温度，优选为测定时钟输出部21的温度。温度传感器也可将测定结果输出到控制部25。

控制部25控制传感器部24及计时部22等传感器装置2的各部分。作为一个例子，控制部25可具有微处理器250。控制部25也可具有微控制器以代替微处理器250。

控制部25可基于从时钟输出部21输出的第二时钟(高频时钟)来工作。更具体而言，控制部25的微处理器250可以基于第二时钟(高频时钟)来工作。下文将对控制部25的工作进行详细叙述。

通信部26与外部装置进行通信。作为一个例子，本实施方式中的通信部26与多个收集装置3中对应的一个收集装置3进行无线通信。例如，通信部可以26从控制部25接收存储器20内的物理量数据，并发送到收集装置3。此外，通信部26可以从收集装置3接收时刻信息，并提供至控制部25。通信部26可基于从时钟输出部21输出的第二时钟(高频时钟)来工作。

以上的通信部26可通过任意通信标准的无线通信与收集装置3进行通信，优选为通过近距离无线通信来进行通信。作为近距离无线通信，能采用如下方式：使用2.5GHz频带的蓝牙(注册商标)的第1级(通信距离约100m)、第2级(通信距离约10m)或第3级(通信距离约1m)，使用2.5GHz频带或5GHz频带的Wi-fi(通信距离几十～几百m)，使用红外线波长带的红外线通信(通信距离约不到1m)，或使用27MHz频带、150MHz频带、400MHz频带、900MHz频带、920MHz频带、950MHz频带或50GHz频带的简易无线通信等。在本实施方式中，通信部26利用920MHz频带的简易无线通信与收集装置3进行通信。但通信部26也可利用有线通信与收集装置3进行通信。

电源28利用环境能源来发电，进行蓄电并且向传感器装置2的各部分供电。作为环境能源，例如能利用光能、风能及/或结构物的环境振动等。例如，电源28具有接收太阳光等自然光和/或照明装置的照明光等来发电的太阳能电池板280。该太阳能电池板280可设置为相对于传感器装置2的壳体形成一体，也可单独设置。也可以设置为相对于壳体能改变朝向，从而设置为处在一天中受光量最多的位置及朝向。作为一个例子，当结构物101本身或其外部设有人工灯时，太阳能电池板280也可以朝向它。此外，太阳能电池板280可设置于结构物101的外表面(例如屋顶面及外壁面)，也可设置于内表面(例如内壁面)。

[4.收集装置]

一个或多个收集装置3从传感器装置2收集结构物101的物理量。各收集装置3可设置为分别与至少包含一个结构物101的结构物群1000对应。例如，多个收集装置3设置为分别与仅包含一个结构物101的结构物群1000对应，即设置为分别与多个结构物101一一对应。但多个收集装置3也可设置为分别与包含中间隔着道路102的两个结构物101的结构物群1000对应。

各收集装置3设置在与对应的结构物群1000所包含的各结构物101相距100m以内，优选在50m以内。另外，在通常情况下，结构物群1000彼此间的最小距离大于设置在各个结构物群1000的各传感器装置2、与对应该结构物群1000的收集装置3的距离中的最大距离即可。即，结构物群1000彼此间的最小距离大于设置在各个结构物群1000的各传感器装置2无线发送物理量数据的最大无线发送距离即可。由此能防止在分离的结构物群1000之间共用收集装置3时，传感器装置2的无线通信距离变长使传感器装置2的耗电量增加。此外，也可避免来自设置在一个结构物群1000的传感器装置2的无线发送、与来自设置于其它结构物群1000的传感器装置2的无线发送冲突拥挤。

各收集装置3利用无线分别收集由设置在作为对象的结构物群1000所包含的各结构物101的各传感器装置2所无线发送的物理量数据，该收集装置3具有存储器30、时钟输出部31、计时部32、时刻接收部33、无线通信部34、控制部35及数据发送部36。

存储器30存储有用于实现收集装置3的各种功能的程序及数据。例如，存储器30存储有从多个传感器装置2收集到的物理量数据。

时钟输出部31将时钟信号输出到装置内的各部分。此外，计时部32基于时钟信号来计量时刻。例如，计时部32可为具有钟表功能的电路，并在内部保存时刻信息。此外，计时部32可将当前的时刻输出到控制部35。另外，如下所述，利用控制部35使计时部32内的时刻信息与外部的基准时刻同步。

时刻接收部33从外部设备接收时刻信息，并提供至控制部35。作为一个例子，时刻接收部33可通过从GPS(Global Positioning System，全球定位系统)接收GPS电波来接收包含在该电波中的时刻信息。

无线通信部34与多个传感器装置2的通信部26进行无线通信。例如，无线通信部34从多个传感器装置2收集物理量数据并提供至控制部35。此外，无线通信部34将计时部32内的时刻信息发送到多个传感器装置2。

作为一个例子，控制部35具有微控制器或微处理器，进行各部分的控制。例如，控制部35使计时部32与外部的基准时刻同步。作为一个例子，控制部35使时刻接收部33接收GPS电波，然后从时刻接收部33接收包含在该电波中的时刻信息并提供至计时部32，以该时刻信息校准计时部32内的时刻信息。

此外，控制部35使设置于收集装置3对应的结构物群1000所包含的各结构物101的各传感器装置2进行时刻同步。例如，控制部35读取计时部32内的时刻信息并经由无线通信部34发送到各传感器装置2，使使各传感器装置2的计时部22与计时部32同步。另外，下文对计时部22的同步进行详细叙述。

此外，控制部35使无线通信部34所接收到的物理量数据与用于识别发送方的传感器装置2的标识对应并存储在存储器30中。然后，控制部35从存储器30读取物理量数据并连同标识一起提供至数据发送部36。

数据发送部36利用有线或无线将由控制部35提供的物理量数据发送到与收集装置3连接的数据处理装置4。

[5.数据处理装置及诊断服务器]

数据处理装置4与多个收集装置3连接。该数据处理装置4从多个收集装置3接收利用多个收集装置3收集到的物理量的数据，对结构物101的物理量数据进行各种处理。例如，数据处理装置4以整个结构物101和传感器装置2为单位对接收到的物理量数据进行划分并提供给诊断服务器5。

诊断服务器5以整个结构物101为单位分析来自数据处理装置4的物理量数据，由此诊断结构物101的结构性能。例如，诊断服务器5可定期地分析由传感器装置2所测得的加速度数据，计算结构物101的谐振频率，通过历时变化来诊断结构物的构造性能。此外，诊断服务器5可分析加速度数据，计算分别设有多个传感器装置2的楼层的位移，通过历时变化来诊断结构物的构造性能。更具体而言，诊断服务器5可根据最大加速度、最大层间变形角(地震时的结构物的水平位移除以层高得到的值的最大值。例如加速度测定值的二次积分值)、固有振动数及模式(以固有振动数振动时的振幅形状)等的计算结果和/或其变化，来诊断结构性能(刚性的下降)。此外，诊断服务器5可显示诊断结果来催促维保人员进行维护保养，也可向结构物101的使用者进行危险报警。该诊断服务器5也可与数据处理装置4成为一体。

数据处理装置4及诊断服务器5可将数据分析结果作为历史记录进行管理，也可对传感器部24的设定及其历史记录进行管理。而且，数据处理装置4及诊断服务器5可将这些数据，以及经由网络连接的雨量计6、风向风速计7及温度计8的测定数据一并保存。

[6.雨量计、风向风速计、温度计]

雨量计6测量包含结构物群1000的地区的降水量。风向风速计7测量包含结构物群1000的地区的风向及风速。温度计8测量包含结构物群1000的地区的气温。所述的雨量计6、风向风速计7及温度计8可始终进行测量，也可与传感器装置2的观测期间同步地进行测量。此外，雨量计6、风向风速计7及温度计8可使测定数据与测定时的时刻信息对应，并发送到诊断服务器5。另外，雨量计6、风向风速计7及温度计8也可设置为与传感器装置2成为一体。

[7.传感器装置的工作模式]

图2是表示本实施方式的传感器装置2的工作模式的时序图。

如该图所示，传感器装置2可在观测模式、同步模式及节能模式下工作。传感器装置2还可以在传输模式下工作。

这里，观测模式是测定结构物101的物理量的模式。在观测模式下，至少传感器部24、时钟输出部21、计时部22、控制部25及存储器20能以通常状态工作。

观测模式可在预先设定的观测期间内持续进行。观测期间可为具有每小时三分钟等、预先设定时间间隔的间断的期间。

传输模式是指将测得的物理量对外部装置(例如收集装置3)发送的模式。在传输模式下，至少控制部25、时钟输出部21、计时部22、存储器20及通信部26能以通常状态工作。

传输模式可在预先设定的传输期间内持续进行。传送期间为将传感器装置2所测得的物理量数据发送到收集装置3的期间，例如可为观测期间之后的期间。作为一个例子，传输期间可设在各观测期间之后，也可设在多个观测期间之后。

同步模式是指从外部装置(例如收集装置3)接收时刻信息来进行计时部22的同步的模式。在同步模式下，至少控制部25、时钟输出部21、计时部22、温度传感器23及通信部26能以通常状态工作。

同步模式可在预先设定的时刻同步期间内持续进行。时刻同步期间可为每隔预先设定时间间隔的期间，优选为与观测期间不重复的期间，更优选为即将进入观测期间之前的期间。由此，在分别紧接于多个时刻同步期间的多个观测期间中，利用多个传感器部24测定结构物101的物理量，从而准确地测定结构物101的各部分的动作。因此，能提高诊断服务器5对于结构物101的耐震性、历时老化等方面的诊断可靠性。例如，当测定数据的取样频率为200Hz时，传感器装置2之间的时刻同步的误差优选在±1ms以内。

节能模式可为抑制电力消耗，并且监视是否有突发事件(例如地震及台风等灾害以及交通事故等)发生的模式。

在节能模式下，时钟输出部21中的高频时钟输出部212、存储器20及通信部26可处于节能状态(例如电源断开状态)。通过使耗电量大的高频时钟输出部212在节能模式下处于节能状态，可抑制电力消耗。

此外，在节能模式下，可通过使AD转换器241处于电源断开状态来使传感器部24处于节能状态，可通过使微处理器250处于电源断开状态来使控制部25处于节能状态。

另一方面，为了监视是否有突发事件发生，可使传感器部24中的传感器电路240及判定电路242、时钟输出部21中的低频时钟输出部211、计时部22、控制部25处于即使在节能模式下也能工作的电力状态。作为一个例子，控制部25可为耗电量少的节能状态。例如，控制部25可为使工作频率下降的状态、和/或使高速缓冲存储器等内部的存储装置在闪存之后停止的状态。判定电路242及传感器电路240可间断性地在测定时刻被驱动，来判定从传感器电路240输出的物理量的模拟值是否在基准范围内。另外，当在节能模式下检测出有突发事件发生时，传感器装置2可转换成观测模式。

节能模式可在预先设定的节能期间内持续进行。节能期间可为与所述的观测期间、传输期间及时刻同步期间不同的期间。

[8.传感器系统的工作]

接着，对传感器系统1的工作进行说明。图3是表示传感器系统1的工作的流程图。另外，在以下的处理中对在观测期间开始前传感器装置2处于停止状态进行说明。

首先，在S100中，传感器装置2的控制部25参照从计时部22输出的时刻信息来判定观测期间是否开始。作为一个例子，节能状态下的控制部25中的微处理器250将由计时部22示出的时刻为整点，即每小时的0分0秒时判定观测期间开始。

当在S100判定为观测期间开始(S100为是)时，控制部25在观测期间使传感器部24处于能测定的电力状态，从而使传感器装置2从节能模式转换成观测模式(S101)。例如，控制部25的微处理器250使控制部25从节能状态转换成通常状态，并且处于通常状态的控制部25使AD转换器241及通信部26从节能状态(例如电源断开状态)转换成通常状态(例如电源导通状态)。此外，控制部25可使存储器20及高频时钟输出部212处于通常状态。

接着，控制部25使传感器部24测定结构物101的物理量(S102)。例如，传感器部24的传感器电路240测定物理量的模拟值，AD转换器241将模拟值转换成数字值并提供至控制部25。传感器部24的测定数据的取样频率例如可为200Hz。传感器部24的物理量的测定可只在观测期间持续进行，例如可持续三分钟。

通过像这样在间断的观测期间进行物理量的测定，电源28的耗电量降低。另外，也可在传感器部24对模拟的物理量数据进行调制、解调及零点调整等之后，将物理量数据提供至控制部25。

接着，控制部25将物理量数据记录在存储器20中(S104)。例如，控制部25可使从传感器部24接收的物理量数据与从计时部22接收的时刻信息对应并存储在存储器20中。该S104可与上述的S102同时进行。通过以上的S102、S104的处理，在间断的各观测期间中所测定的物理量将被记录在存储器20中。

接着，控制部25判定电源28的蓄电量是否在基准量以上(S105)。蓄电量的基准量例如可基于以下蓄电量中的至少一个来设定：通信部26发送存储器20内的物理量数据所需的蓄电量，使计时部22同步所需的蓄电量，传感器部24测定物理量数据所需的蓄电量等。作为一个例子，该蓄电量可为传感器装置2一整天反复执行S100～S105的处理与下述的S106～S113、S204的处理时所需的蓄电量。

当蓄电量未达到基准量(S105为否)时，控制部25在不进行下述S106、S108的物理量数据发送的情况下使处理转移至下述的S109。当蓄电量在基准量以上(S105为是)时，传感器装置2在传输期间使通信部26处于可通信的电力状态，建立与收集装置3之间的通信(S106、S120)。

例如，传感器装置2的控制部25可使传感器装置2转换成传送模式，作为一个例子，可使通信部26从节能状态转换成通常状态。此外，控制部25可使传感器部24转换成节能状态。在转换成传输模式之后，控制部25参照从计时部22输出的时刻信息，在由收集装置3预先分配给该传感器装置2的时刻建立通信部26与收集装置3之间的通信。

接着，控制部25在传输期间将结构物101的物理量从通信部26发送到收集装置3(S108)。例如，控制部25从存储器20读取物理量数据和时刻信息的组合，并与该传感器装置2的标识一起提供至通信部26。然后，通信部26将提供的物理量数据等发送到收集装置3。

根据以上的S105～S108，当电源28的蓄电量未达到基准量(S105为否)时不进行物理量数据的发送，而当蓄电量在基准量以上(S105为是)时进行物理量数据的发送。由此，传感器部24在夜间所测得的物理量的至少一部分在太阳能电池板280发电的蓄电量达到基准量以上，则由通信部26进行发送。因此，可防止夜间通信过度地消耗电源28而变得无法测定物理量。另外，夜间可为从日落到日出之间，也可为太阳能电池板280的发电量在基准发电量以下的时间带。

这里，执行以上S106、108处理的传送期间可以对于每个传感器装置2不同。例如，可使从观测期间开始过了预先设定的时段之后的时刻作为各传输期间的开始时刻预先分配到与一个收集装置3对应的结构物群1000所设置的多个传感器装置2。时段可基于传感器装置的识别信息来设定。

例如，当标识(1)～(3)的三个传感器装置2对应一个收集装置3时，可将从观测期间开始经过1分钟(＝标识的编号(1)×1分钟)的时段后的时刻作为传输期间的开始时间分配到标识(1)的传感器装置2。此外，可将从观测期间开始经过2分钟(＝标识的编号(2)×1分钟)的时段后的时刻作为传输期间的开始时刻分配到标识(2)的传感器装置2。可将从观测期间开始经过3分钟(＝标识的编号(3)×1分钟)的时段后的时刻作为传输期间的开始时刻分配到标识(3)的传感器装置2。时段的长度不限于1分钟，只要设定为比从各传感器装置2到收集装置3的数据发送时间长即可。

由此，多个传感器装置2分别在从观测期间开始经过对该传感器装置2预先设定的时段之后的各传输期间，将测得的物理量的数据发送至收集装置3。因此，将避免各传感器装置2的冲突。下文将对收集装置3的物理量数据接收以后的处理进行说明。

接着，控制部25判定当前时刻为节能期间，使通信部26及传感器部24处于节能状态并使传感器装置2转换为节能模式(S109)，使处理转移至上述的S100。进一步地，控制部25也可使存储器20及高频时钟输出部212、控制部25本身转换成节能状态。

另一方面，在S100中判定为观测期间未开始(S100为否)，即当前时刻为节能期间时，为了监视是否有突发事件(例如，地震及台风等灾害以及交通事故等)发生，传感器部24的传感器电路240在测定时刻进行物理量的测定(S110)。例如，控制部25的微处理器250可在测定时刻使传感器电路240及判定电路242为电源接通状态进行驱动。传感器电路240可在一段连续时间(例如10ms)内持续测定物理量，也可瞬间地测定一次物理量。

接着，传感器部24的判定电路242判定是否有突发事件发生(S112)。例如，判定电路242可判断S110中测得的物理量的模拟值在基准范围外时表示有突发事件发生。

在所述S112中判定无突发事件发生(S112为否)的情况下，则传感器装置2返回到上述S100的处理。这样，只要观测期间不开始(S100为否)，则S110的处理就反复进行。在这种情况下，S110的处理可每隔一段基准时间(例如每隔200ms)间断地进行。

此外，在S112中判定有突发事件发生(S112为是)的情况下，传感器装置2转换成观测模式(S113)。例如，判定电路242可对控制部25输出通电指示信号，使其从节能状态转换成通常状态，通常状态下的控制部25与上述S101同样地，使传感器装置2转换成观测模式。然后，S113的处理结束后，传感器装置2移动到上述的S102。

像这样，在间断的观测期间也在间断的多个测定时刻利用S110来进行物理量的测定。并且，若在多个测定时刻中的一个测定时刻测定到基准范围外的物理量，则与此相应地，由上述的S102开始追加的观测期间。另外，在传感器装置2判定在上述S100的处理中观测期间未开始(S100为否)的情况下，则也可不进行S110、S112的处理而重复S100的处理。

这里，如果通过上述的S108的处理在传输期间从各传感器装置2发送物理量数据，则收集装置3分别接收并收集这些物理量数据(S122)。例如，收集装置3的控制部35可使无线通信部34接收到的物理量数据存储在存储器30中。此外，当物理量数据、时刻信息及传感器装置2的标识进行对应并从传感器装置2发送时，控制部35可将它们的组合存储在存储器30中。

接着，收集装置3将从多个传感器装置2收集到的物理量数据发送到数据处理装置4(S124)。例如，收集装置3的控制部35从存储器30读取物理量、时刻信息及传感器装置2的标识的组合，并提供至数据发送部36。然后，数据发送部36将提供的物理量数据等发送到数据处理装置4。

接着，数据处理装置4接收来自多个收集装置3的物理量数据(S130)。例如，数据处理装置4可将从收集装置3接收到的物理量数据存储在内部的存储装置中。此外，当物理量数据、时刻信息及传感器装置2的标识进行对应并从收集装置3发送时，数据处理装置4可将它们的组合进行存储。

然后，数据处理装置4对接收到的物理量数据进行数据处理(S132)。例如，数据处理装置4以结构物101和传感器装置2为单位对接收到的物理量数据进行划分并提供给诊断服务器5。但也可使数据处理装置4以传感器装置2为单位分析物理量数据，诊断结构物101的结构性能。

根据以上的传感器系统1，控制部25在节能期间使通信部26及传感器部24处于节能状态，因此与始终处在通常状态的情况相比，能防止耗电量显著增加。此外，使通信部26在观测期间之后的传输期间处于可通信的电力状态，因此能抑制观测期间的电力消耗。

[8-1.传感器装置的同步工作]

在本实施方式的传感器系统1中，除了传感器装置2被定期地同步之外，从电力损失中恢复时也会被同步。

图4是表示本实施方式的传感器装置2的定期同步动作的流程图。

如该图所示，为了使多个传感器装置2的各计时部22同步，首先，收集装置3的控制部35参照计时部32判定传感器装置2的时刻同步期间是否开始(S200)。在该步骤S200判定时刻同步期间为开始(S200为否)的情况下，控制部35返回到S200的处理。

在步骤S200判定时刻同步期间开始(S200为是)的情况下，控制部35在时刻同步期间读取计时部32所保存的时刻信息，并从无线通信部34发送到多个传感器装置2(S202)。例如，无线通信部34可以对多个传感器装置2统一发送时刻信息，也可与各传感器装置2建立通信单独地发送时刻信息。此外，在判定时刻同步期间开始的情况下，控制部35也可使时刻接收部33接收GPS电波，使计时部32的时刻与包含于该电波的时刻信息校准之后，将计时部32的时间信息发送到传感器装置2。

接着，传感器装置2的控制部25在时刻同步期间使传感器装置2转换成同步模式，使时钟输出部21、计时部22及通信部26处于通常状态，使计时部22与通信部26所接收到的时刻信息同步(S204)。例如，控制部25可使通信部26处于可通信的电力状态，从收集装置3接收时刻信息，并基于该时刻信息校准计时部22的时刻。作为一个例子，控制部25可将从收集装置3接收到的时刻信息作为当前时刻的时刻信息来更新计时部22内的时刻信息。此外，控制部25可预先计算在收集装置3读取时刻信息到传感器装置2更新时刻信息为止所需的时滞，并将由收集装置3接收到的时刻信息加上该时滞的时刻的时刻信息作为当前时刻的时刻信息，更新计时部22内的时间信息。

图5是表示本实施方式的传感器装置2从电力损失中恢复时的同步动作的流程图。如该图所示，在传感器装置2的电源28在电力损失后通过蓄电恢复的情况下，控制部25从通信部26对收集装置3发出已恢复的请求(S201)。这时，控制部25可使通信部26处于能接收来自外部装置的时刻信息的状态。由此，开始追加的时刻同步期间，传感器系统1进行上述的S202、S204的处理。结果，根据通信部26接收到的时刻信息，基于该时刻信息来校准计时部22的时间。

这里，在时刻同步期间，控制部25可设定从高频时钟输出部212输出的第二时钟的修正值。例如，控制部25可在时刻同步期间使温度传感器从节能状态转换成通常状态，并基于温度传感器23的输出来设定第二时钟的修正值。作为一个例子，预先测定出的高频时钟输出部212的输出频率的误差值与高频时钟输出部212的温度的关系可以作为查找表或函数式存储在存储器20中，控制部25可根据该关系导出与当前温度对应的误差值，并将该误差值作为修正值来修正高频时钟输出部212的时钟时刻。此外，当高频时钟输出部212包含电压控制振荡器(VCO)、和输出控制电压的DA转换器来构成的情况下，存储器20可存储各温度下的控制电压的修正值，控制部25可对VCO转换器设定该修正值。

由此，优选为将高频时钟输出部212的频率变动设定在±5.56ppm(＝1ms/180s)以内。在这种情况下，3分钟观测期间所产生的误差为1ms(测定数据的取样频率为200Hz时的时刻误差的容许值)以下。另外，控制部25也同样地，进一步设定从低频时钟输出部211输出的第一时钟的修正值。

[9.传感器系统的设置例]

[9-1.传感器系统的设置例的变形例(1)]

图6示出了变形例(1)中的传感器系统1的设置例。

如该图所示，本变形例(1)中的传感器系统1的传感器装置2分别设置在多个结构物101中的第一结构物105、与相对于第一结构物105位于道路102的对向侧的第二结构物106。

这里，第一结构物105及第二结构物106为道路附带结构物。所谓道路附带结构物是指设在道路102的表面、上部、侧部的结构物，例如交通信号灯、指示牌、照明设备、护栏等。在本变形例(1)中，第一结构物105及第二结构物106为道路102的照明设备。

传感器装置2设置在第一结构物105及第二结构物106的底座部分、支柱上部和照明部的附近。另外，设置在支柱上部及照明部附近的传感器装置2的太阳能电池板280被设置为能相对于传感器装置2的壳体改变朝向，朝向能接收太阳光及其它照明部发出的照明光的方向，以使一天中的受光量达到最多。

此外，多个收集装置3中的一个收集装置3设置为与包含这些第一结构物105及第二结构物106的结构物群1000对应，且能与第一结构物105及第二结构物106的传感器装置2进行通信。

[9-2.传感器系统的设置例的变形例(2)]

图7示出了变形例(2)中的传感器系统1的设置例。

如该图所示，本变形例(2)中的传感器系统1的传感器装置2分别设置在第一结构物107与第二结构物108，该第一结构物设于道路102的朝一个方向的车道，该第二结构物设于反方向车道上与第一结构物107对应的位置。例如，在本变形例中，第一结构物107及第二结构物108是道路附带结构物，作为一个例子是道路指示牌。

此外，多个收集装置3中的一个收集装置3设置为与第一结构物107及第二结构物108对应，且能与第一结构物107及第二结构物108的传感器装置2进行通信。

另外，在上述的实施方式以及变形例(1)、(2)中，以建筑物或道路附带结构物说明了结构物101、105～108，但也可为其它的结构物。作为一个例子，其它的结构物可为机场的控制塔、机场信标、高速公路、车站、铁路轨道、铁路信号灯、海港的起重机、工厂(石化、炼铁)、钢桥、水坝、堤防、堆土、斜坡、驳岸等。

此外，如上所述，传感器系统1为结构健康监测系统，传感器装置2设置于结构物101来测定结构物101的物理量，但传感器系统1也可只用于测量加速度而非通过结构健康监测系统来诊断结构性能。此外，也可在其它的监测系统中，传感器装置2测定不同于结构物101的其它对象物的物理量。

以上用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限于上述实施方式中记载的范围。本领域技术人员可知，可对上述实施形态加以各种变更或改良。由权利要求书中的记载可明确，进行了上述变更或改良的方式也可包含在本发明的技术范围内。

要注意的是，权利要求书、说明书及附图中所示的装置、系统、程序及方法的动作、顺序、步骤及阶段等的各个处理的实施顺序，只要未特别注明“在…之前”、“先于…”等文字，或不限于“将之前的处理的输出用于之后的处理”等，则应当能以任意的顺序来实现。对于权利要求书、说明书及附图中的工作流程，为了方便起见在说明时使用“首先”、“接着”等表述，但并不表示必须依照该顺序实施。

标号说明

1 传感器系统

2 传感器装置

3 收集装置

4 数据处理装置

5 诊断服务器

6 雨量计

7 风向风速计

8 温度计

20 存储器

21 时钟输出部

22 计时部

23 温度传感器

24 传感器部

25 控制部

26 通信部

28 电源

30 存储器

31 时钟输出部

32 计时部

33 时刻接收部

34 无线通信部

35 控制部

36 数据发送部

101 结构物

102 道路

105 结构物

106 结构物

107 结构物

108 结构物

211 低频时钟输出部

212 高频时钟输出部

240 传感器电路

241 AD转换器

242 判定电路

250 微处理器

280 太阳能电池板

1000 结构物群

Claims (19)

1.一种传感器装置，其特征在于，包括：

传感器部，该传感器部测定对象物的物理量；

通信部，该通信部与外部装置进行通信；

计时部，该计时部对时刻进行计数；以及

控制部，该控制部控制所述传感器部及所述计时部，

所述控制部，在时刻同步期间使所述通信部处于可通信的电力状态而使其从外部装置接收时刻信息，并基于该时刻信息来校准所述计时部的时刻，在观测期间使所述传感器部处于可进行测定的电力状态并测定所述对象物的物理量，在节能期间使所述通信部及所述传感器部处于节能状态。

2.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述控制部在所述观测期间之后的传输期间，使所述通信部处于可通信的电力状态，通过所述通信部对外部装置发送所述对象物的物理量。

3.如权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，所述控制部在从所述观测期间开始经过对该传感器装置预先设定的时段之后的所述传输期间，通过所述通信部发送所述对象物的物理量。

4.如权利要求3所述的传感器装置，其特征在于，所述控制部使用基于该传感器装置的识别信息的所述时段。

5.如权利要求1至4中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述控制部分别在彼此间隔预先设定的时间间隔的多个所述时刻同步期间校准所述计时部的时刻，并且在分别接在多个所述时刻同步期间的各时刻同步期间后的多个所述观测期间的各观测期间，通过所述传感器部测定所述对象物的物理量。

6.如权利要求1至5中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述控制部在所述节能期间转换成节能状态。

7.如权利要求1至6中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述控制部在预先设定了时间间隔的两个所述观测期间之间，在间歇性的多个测定时刻使所述传感器部处于可进行测定的电力状态，而使其测定所述对象物的物理量，在所述多个测定时刻中的一个测定时刻，在测定出了大于基准值的物理量时，使追加的所述观测期间开始。

8.如权利要求7所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器部具有：

传感器电路，该传感器电路输出所述对象物的物理量的模拟值；

AD转换器，在所述观测期间中向该AD转换器供电，该AD转换器将所述物理量的模拟值转换成数字值并提供至所述控制部；以及

判定电路，在所述观测期间外的所述多个测定时刻向该判定电路供电，该判定电路判定所述物理量的模拟值是否在基准范围内。

9.如权利要求1至8中任一项所述的传感器装置，其特征在于，包括电源，该电源通过利用由环境能源发出的电力来进行蓄电。

10.如权利要求9所述的传感器装置，其特征在于，所述电源具有太阳能电池板，该太阳能电池板设置为能相对于传感器装置的壳体改变朝向。

11.如权利要求10所述的传感器装置，其特征在于，在所述太阳能电池板发电的蓄电量达到基准量以上时，所述通信部将所述传感器部在夜间所测得的物理量的至少一部分进行发送。

12.如权利要求9至11中任一项所述的传感器装置，其特征在于，在所述电源损失电力后通过蓄电恢复供电的情况下，所述控制部从所述通信部对外部装置通知已恢复供电的信息。

13.如权利要求12所述的传感器装置，其特征在于，所述控制部在使所述通知部通知表示所述已恢复供电的信息的情况下，使所述通信部处于能接收来自所述外部装置的时刻信息的状态，在所述通信部接收到时刻信息的情况下，基于该时刻信息校准所述计时部的时刻。

14.如权利要求1至13中任一项所述的传感器装置，其特征在于，

还包括：时钟输出部，该时钟输出部输出始终进行驱动的第一时钟，以及比所述第一时钟频率更高、并在所述节能期间停止的第二时钟，

所述计时部基于所述第一时钟对时刻进行计时，

所述传感器部及所述通信部基于所述第二时钟进行动作。

15.如权利要求14所述的传感器装置，其特征在于，还包括温度传感器，该温度传感器对温度进行测定，

所述控制部基于所述温度传感器的输出来设定所述第二时钟的修正值。

16.如权利要求15所述的传感器装置，其特征在于，所述控制部在所述时刻同步期间设定所述第二时钟的修正值。

17.一种传感器系统，其特征在于，包括：

权利要求1至16中任一项所述的传感器装置；以及

收集装置，该收集装置在所述时刻同步期间向所述传感器装置发送时刻信息，并在所述观测期间之后的传输期间从所述传感器装置收集所述对象物的物理量。

18.如权利要求17所述的传感器系统，其特征在于，所述传感器装置设置于作为所述对象物的结构物，测定所述结构物的物理量。

19.一种测定方法，是使传感器装置测定对象物的物理量的测定方法，所述传感器装置包括：

传感器部，该传感器部测定对象物的物理量；

通信部，该通行部与外部装置进行通信；

计时部，该计时部对时刻进行计时；以及

控制部，该控制部控制所述传感器部及所述计时部，

该测定方法包括：

在时刻同步期间使所述通信部处于可通信的电力状态而使其从外部装置接收时刻信息，并基于该时刻信息来校准所述计时部的时刻的阶段；

在观测期间使所述传感器部处于可进行测定的电力状态并测定所述对象物的物理量的阶段；以及

在节能期间使所述通信部及所述传感器部处于节能状态的阶段。