CN111095375A

CN111095375A - 传感器单元及使用它的多连式传感器

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Publication number: CN111095375A
Application number: CN201880058626.4A
Authority: CN
Inventors: 片濑泰幸
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2020-05-01
Also published as: US11525720B2; JP7054328B2; US20200355531A1; DE112018005031T5; JP2019049863A; WO2019049743A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种与以往相比能够高自由度地检测宽范围物理量变化并且能够通知检测信息的传感器单元、以及使用它的多连式传感器。本发明的流量传感器(1)的特征在于具有：基板(2)；传感器部(3)，被配置在基板上，检测物理量变化；多个外部连接端子(4、5)，与传感器部电连接；以及通知部(6)，将传感器部的检测信息向外部通知。在本发明中，能够高自由度地检测宽范围的物理量变化。此外，能够通过连接多个传感器单元而用于各种各样的应用。

Description

传感器单元及使用它的多连式传感器

技术领域

本发明涉及传感器单元及使用它的多连式传感器。

背景技术

在专利文献1中公开关于能够测量风速的风速传感器的发明。例如，专利文献1的风速传感器包括基板、基板上安装的加热器用电阻以及信号取出销等而构成。并且，基于加热器用电阻的散热作用的大小来检测风速。

专利文献1:日本特开平8-35978号公报

发明内容

然而，在专利文献1记载的发明中，是1个芯片的结构，不能检测宽范围的风速。

此外，在专利文献1的风速传感器中，未设想将风速的状态通知给使用者的手段，未考虑用于利用风速传感器的各种各样的应用。

因此，本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供与以往相比，能够以高自由度检测宽范围的物理量变化，并且能够通知检测信息的传感器单元，以及使用它的多连式传感器。

本发明的传感器单元的特征在于，具有：基板；传感器部，配置于所述基板，检测物理量变化；多个外部连接端子，与所述传感器部电连接；以及通知部，将所述传感器部的检测信息向外部通知。

优选在本发明中，经由所述外部连接端子实现数据通信。

优选在本发明中，多个所述外部连接端子各自能够识别连接的方向。

优选在本发明中，多个所述外部连接端子各自形状、大小不同。

优选在本发明中，多个所述外部连接端子的至少一个标记有表示连接的方向的记号。

优选在本发明中，所述传感器部、所述外部连接端子及所述通知部配置在所述基板的同一表面侧。

优选在本发明中，所述传感器部配置在所述基板的中央，2个所述外部连接端子配置在所欲传感器部的两侧。

优选在本发明中，所述通知部为根据所述传感器部的检测信息发光的发光部。

优选在本发明中，所述传感器部为流量检测部。

本发明的多连式传感器的特征在于，具有传感器单元和通信线缆，所述传感器单元具有：基板；传感器部，检测被配置于所述基板的物理量变化；多个外部连接端子，与所述传感器部电连接；以及，通知部，将所述传感器部的检测信息向外部通知，所述通信线缆配置有多个所述传感器单元，并在各传感器单元之间连接，所述多连式传感器经由所述外部连接端子能够进行数据通信。

根据本发明，能够简单地连接多个传感器单元之间，能够构成多连式传感器。由于是多连式传感器，所以能够检测宽范围的物理量变化。此外，能够自由设定传感器单元的连接数。此外，能够自由地调整多连式传感器的总长。因此，能够自由设定检测的范围。此外，由于传感器单元本身具有将检测信息通知外部的手段，所以能够通过构成多连式传感器，用于各种各样的应用。

附图说明

图1中图1A是本实施方式的传感器单元的俯视图。图1B是沿图1A所示的A-A线切断并从箭头方向观察到的传感器单元的剖面图。

图2是传感器部的电路图。

图3是表示连接了多个本实施方式的传感器单元的状态的俯视图。

图4是表示本实施方式的多连式传感器的一例的简图。

图5是表示本实施方式的多连式传感器的一例的简图。

图6中图6A是表示与图1A所示的传感器单元一部分不同的另一实施方式的传感器单元的俯视图。图6中图6B是表示与图1A所示的传感器单元一部分不同的另一实施方式的传感器单元的俯视图。图6中图6C是表示与图1A所示的传感器单元一部分不同的另一实施方式的传感器单元的俯视图。

图7是本实施方式的传感器单元的框图。

图8是连接了多个本实施方式的传感器单元时的通信线侧的框图。

图9是表示与图8不同的结构的通信线侧的框图。

图10是连接了多个本实施方式的传感器单元时的电源布线侧的框图。

具体实施方式

接下来，对本发明的一个实施方式(以下简写为“实施方式”)进行详细说明。另外，本发明并不限定于以下的实施方式，能够在其主旨的范围内进行各种变形来实施。

图1A是本实施方式的传感器单元的俯视图，图1B是沿图1A所示的A-A线切断并从箭头方向观察到的传感器单元的剖面图。

本实施方式中的传感器单元1例如是流量传感器。

传感器单元1具有基板2、被配置于基板2的表面2a的传感器部3、与传感器部3电连接的外部连接端子4、5、以及将传感器部3的检测信息通知外部的通知部6而构成。

如图1A所示，传感器部3配置在基板2的表面2a的大致中央。此外，外部连接端子4、5在基板2的表面2a上，配置在传感器部3的两侧。因此，传感器部3和外部连接端子4、5在基板2上配置成一列。图1A、图1B所示的外部连接端子4、5的形状、开口部4a、5a的大小各自不同。图1A、图1B所示的外部连接端子4、5是USB端子，例如，USB-A型连接于外部连接端子4，micro USB型连接于外部连接端子5。

如图1A所示，多个通知部6配置在基板2的四角(壳体7未图示)。另外，通知部6的个数没有限制，此外，通知部6的配置位置也没有限制。例如，报知部6也可以与传感器部3的表面重叠设置。

如图1B所示，传感器部3的表面被壳体7覆盖。壳体7可以是透明的也可以是非透明的。在壳体7上设置有贯通孔7a。贯通孔7a例如是用于向传感器部3送风的孔，能够通过贯通孔7a进行风检测。另外，也可以没有壳体7。或者，也可以是将传感器部3的表面用密封树脂覆盖等的结构。

接下来，对传感器部3的结构进行说明。图2是传感器部3的电路图。如图2所示，由流量检测用电阻元件13、温度补偿用电阻元件14、电阻器16、17构成桥接电路18。如图2所示，由流量检测用电阻元件13和电阻器16构成第一串联电路19，由温度补偿用电阻元件14和电阻器17构成第二串联电路20。并且，第一串联电路19和第二串联电路20并联连接构成桥接电路18。

如图2所示，第一串联电路19的输出部21和第二串联电路20的输出部22分别连接于差动放大器(放大器)23。桥接电路18连接于包括差动放大器23的反馈电路24。反馈电路24包括晶体管(未图示)等。

电阻器16、17比流量检测用电阻元件13和温度补偿用电阻元件14的电阻温度系数(TCR)小。流量检测用电阻元件13例如在被控制成比规定的周围温度仅变高规定值的加热状态下，具有规定的电阻值Rs1，此外，温度补偿用电阻元件14例如被控制为在上述周围温度下具有规定的电阻值Rs2。另外，电阻值Rs1小于电阻值Rs2。构成流量检测电阻元件13和第一串联电路19的电阻器16例如是具有与流量检测用电阻元件13的电阻值Rs1相同的电阻值R1的固定电阻器。此外，构成温度补偿用电阻元件14和第二串联电路20的电阻器17例如是具有与温度补偿用电阻元件14的电阻值Rs2相同的电阻值R2的固定电阻器。

图2所示的流量检测用电阻元件13配置在图1B所示的传感器部3的壳体7侧，温度补偿用电阻元件14配置在图1B所示的基板2侧。

风通过图1B所示的贯通孔7a到达配置于检测面的流量检测用电阻元件13。此时，作为发热电阻的流量检测用电阻元件13的温度下降，因此，连接有流量检测用电阻元件13的第一串联电路19的输出部21的电位变动。由此，通过差动放大器23得到差动输出。然后，在反馈电路24中，基于差动输出向流量检测用电阻元件13施加驱动电压。然后，能够基于流量检测用电阻元件13的加热所需的电压的变化，通过后述的微机换算输出风速。

另外，图2所示的传感器部3的电路结构是一例，并不限定于此。

如图3所示，在本实施方式中，能够经由通信线缆8连接多个传感器单元1。如图3所示，通信线缆8的一个端部例如是micro USB插头9，另一端部例如是USB-A插头10。并且，micro USB插头9连接于传感器单元1所设置的小开口侧的外部连接端子5，USB-A插头10连接于传感器单元1所设置的大开口侧的外部连接端子4。

如图4所示，多个传感器单元1通过通信线缆8一列连接，其前端连接到主机11。主机11是控制通信的装置，表示在通信中成为主控的装置。主机11是笔记本电脑等计算机设备或具备通信控制功能的便携终端，没有具体形式。

在本实施方式中，能够将多个传感器单元1构成雏菊链(daisy chain)型多连连接的多连式传感器12。

此外，如图5所示，能够在设置于主机11上的多个信道11a分别连接图4所示的多连式传感器12。通过采用图5的连接结构，能够将多个传感器单元元1配置成矩阵状。

在本实施方式中，不限定传感器单元1的连接数，但能够从数个到数百个左右连接传感器单元1，构成多连式传感器12。这样，在本实施方式中，由于仅经由通信线缆8连接各传感器单元1即可，能够简单且自由地增加多连式传感器12的传感器数，能够使用多连式传感器12适用于各种各样的应用。

在多连式传感器12中，例如，能够在宽的范围检测风速。并且，能够基于各传感器单元1的风速的检测信息，适当地改变从各传感器单元1的通知部6向外部送信的方式。例如，通知部6是LED，由此，能够给多连式传感器12提供颜色的变化，能够作为灯饰，或者，作为流体的分析用等诉诸于使用者的视觉。

此外，在本实施方式中，如图1A所示，由于外部连接端子4、5的形状、大小不同，所以能够防止误连接。例如，在规定为外部连接端子5是与位于上游的主机11侧的通信侧，外部连接端子4是与位于下游的传感器单元1的通信侧时，能够防止相反地连接这样的错误连接。

但是，在本实施方式中，如图6A所示，设置于传感器单元1的外部连接端子30、31也可以是相同连接器。在这种情况下，为了防止错误连接，例如，可以在至少一个外部连接端子30上设置表示连接的方向的记号32。例如，能够识别设置了记号32的一侧是主机11侧(上游侧)，能够防止错误连接。

另外，在本实施方式中，只要能够识别外部连接端子30、31的连接的方向即可，也能够通过使上述外部连接端子30、31的形状、大小不同，标记记号32以外的结构防止错误连接。

此外，在图1A中，传感器部3及外部连接端子4、5排列配置为一列，但例如如图6B所示的那样，将各外部连接端子4、5夹着传感器部3而在大致90°的方向上配置也可以。如果将图6B所示的传感器单元1用在多连式传感器12的至少一部分上，则能够将传感器单元1的排列方向弯曲90°。当然，能够根据经由传感器部3的外部连接端子4、5之间的角度来改变传感器单元元1的排列方向的弯曲角度。

此外，如图6C所示，各外部连接端子33、34配置在从传感器部3观察的同一侧也可以。通过将图6C所示的传感器单元1用于多连式传感器12的至少一部分，能够将传感器单元1的排列方向弯曲180°。因此，使用图1A所示的外部连接端子4、5排列成一列的传感器单元1和图6C所示的外部连接端子33、34配置在同一侧的传感器单元1。由此，例如，即使主机11的信道11a是一个，传感器单元1也能构成呈曲折形状排列的多连式传感器12。

接下来，对本实施方式的传感器单元1的控制结构进行说明。图7示出本实施方式的传感器单元1的框图。

如图7所示，传感器单元1具有传感器部3、和与传感器部3电连接作为处理传感器部3的检测信号的控制部的微机40而构成。

如图7所示，微机40具有CPU41、AD转换器(ADC)42、输入输出端口(I/O port)43、上游通信控制部44、下游通信控制部45而构成。

这样，在微机40中，CPU41、AD转换器42、输入输出端口43及通信控制部44、45等由一个芯片构成。

来自传感器部3的检测信号由AD转换器(ADC)42进行AD转换，由CPU41进行处理。CPU41基于传感器输出，进行作为通知部的LED47的点亮控制、进行将基于传感器输出的数据写入主机发送用存储器等的处理。另外，CPU41进行基于来自主机11的命令的处理等各种处理。

如图7所示，在本实施方式中，通信控制部被分成上游通信控制部44和下游通信控制部45。上游通信控制部44在与作为上游装置的主机11侧的传感器单元1、或主机11之间进行收发控制。此外，下游通信控制部45在与作为下游装置的传感器单元1之间进行收发控制。在此，与上游通信控制部44及下游通信控制部45连接的符号46的线表示通信线缆8(参照图3)内的通信线46。在与图1A所示的外部连接端子4、5的关系中，外部连接端子5侧为上游通信控制部44侧，外部连接端子4侧相当于下游通信控制部45侧。

如本实施方式那样，将上游通信控制部44和下游通信控制部45分开。由此，如图8所示，即使连接多个传感器单元1构成了多连式传感器12时，也能够仅在相邻的传感器单元1之间(或者仅在相邻的主机11和传感器单元1之间)，进行命令发送、数据的收发。另外，在图8中，仅图示了控制部的一部分。此外，能够识别是与位于上游装置的主机11侧的通信，还是与位于下游装置的传感器单位1的通信。因此，例如，当将命令从图8所示的正中间的传感器单元1发送到作为上游装置侧的图示左侧的传感器单元1时，能够经由上游通信控制部44适当地将命令发送到作为上游装置的传感器单元1侧。

这样，在本实施方式中，因为实现相邻的传感器单元1之间，或是主机11和传感器单元1之间的通信，能够高品质地保持通信质量。

此外，在连接有多个传感器单元1的多连式传感器12中，例如与主机-流量传感器A-流量传感器B-流量传感器C-流量传感器D-流量传感器E连接时，能够在各传感器之间、主机-流量传感器A之间分别进行通信。例如，在主机-流量传感器A之间进行通信时，在流量传感器A-流量传感器B之间、流量传感器B-流量传感器C之间也能够进行单独通信。因此，能够提高数据收发的自由度。

另一方面，如图9所示，在各传感器单元1中将通信控制部48设置成一个而将各传感器单元1总线连接的结构中，来自主机的命令发送被发送到包含了不应包含的传感器单元1的全部传感器单元1。即，即使来自主机的命令发送例如是针对图9所示的正中间的传感器单元1的情况，也向全部传感器单元1发送命令。因此，在进行通信期间，不能在传感器单元1间、主机与传感器单元1间进行其他命令通信。此外，由于传感器单元1的连接数增加，朝向末端(离主机远的一侧)的传感器单元1，渐渐地发生数据信号的衰减，容易导致通信质量的劣化。

其中，在本实施方式中，并不是排除图9中的总线连接通信，能够以一个实施方式使用。即，视具体情况，通过图8所示的连接通信或图9所示的总线连接通信进行，或者也可以并用图8和图9的连接通信。

此外，如图7所示，本实施方式的传感器单元1具有电路电源生成部51，该电路电源生成部51生成包含传感器部3、微机40及LED47(通知部)的电路功能部50的驱动电源。电路电源生成部51与通信线缆8(参照图3)内的电源布线49连接。

电路电源生成部51接入有降压电路，生成电路功能部50的驱动电源。例如，在主机侧，通过AC/DC转换器将AC100V转换为DC24V，并提供给传感器单元1。并且，在传感器单元1中，由具有降压电路的电路电源生成部51降压至规定的电压，使电路驱动。此时，配合搭载的IC，例如降压到5V和3V。

另一方面，在没有本实施方式的电路电源生成部51的结构中，在主机侧降压至规定的电压，例如，降压为传感器单元1的驱动电压即5V，并提供给传感器单元1。在这样的结构中，若将多个传感器单元1多连连接，则越远离主机越产生电压下降，若传感器单元1的连接数增加过多、通信线缆过长，则有时不能适当地驱动末端侧的传感器单元1。

对此，如图10所示，通过在各传感器单元1中设置电路电源生成部51，能够在充分提高从主机供给的电压之后，在各传感器单元1分别生成电路功能部50的驱动电源。在本实施方式中，能够从电路电源生成部51供给全部构成电路功能部50的微机40、传感器部3的电源。由此，在多连式传感器12中，能够抑制电压下降，能够适当地驱动各传感器单元1。另外，在图10中，仅图示了控制部的一部分。

另外，在本实施方式中，也能够构成组合了图9所示的总线连接通信和图10的电路电源生成部51的控制部。

对本实施方式的特征结构进行说明。本实施方式的传感器单元1的特征在于具有基板2、被配置于基板2的检测物理量变化的传感器部3、与传感器部3电连接的多个外部连接端子4、5、以及将传感器部3的检测信息通知给外部的通知部6。

在此，作为传感器单元1，在上述例示了传感器单元1，但不限定于传感器单元1，能够设置成可检测温度变化，湿度变化，及压力变化等的物理量变化的传感器单元1。

此外，在上述中，例示了USB端子作为外部连接端子4、5,但如果是能够在传感器单元1之间通信的端子，则不限定于USB端子。

此外，在本实施方式中，例示了LED作为通知部6，但不限于LED，也可以是其他的发光装置。或者，除了发光物以外，也可以是通过声音、振动等动作通知物理量变化的方式。

当通知部6是发光的装置时，例如能够根据风速改变光的强度、颜色。或者，当通知部6是声音装置时，例如，根据风速，改变声音的大小、音调，此外，当通知部6是振动装置时，例如能够根据风速，改变振动的大小、振动的节奏。

通过具备上述详细叙述的传感器单元1的结构，在本实施方式中，能够经由外部连接端子4、5简单地连接多个传感器单元1之间，能够在宽范围检测物理量变化。此外，能够自由地改变传感器单元1的连接数，能自由地调整多连式传感器的总长。此外，传感器单元1本身具备将检测信息通知外部的手段。因此，在连接了多个传感器单元1的多连式传感器12中，例如能够根据风速的变化，从多连式传感器12的前端到末端改变发光颜色，可用于各种各样的应用。

此外，在本实施方式中，优选能够经由外部连接端子4、5进行数据通信。在本实施方式中，如图4、图5所示，将多连连接了多个传感器单元1的多连式传感器12连接到主机11，实现数据通信。由此，能够通过主机11适当地处理各传感器单元1的检测信息，或者，能够从主机11发送命令。由此，根据多连式传感器12的用途，例如能够尝试改变多连式传感器12的发光状态、改变检测精度的范围、提高控制的自由度。

在本实施方式中，优选多个外部连接端子4、5分别能够识别连接的方向。由此，在连接传感器单元1之间时，能够防止错误连接。

例如，如图1A、图3所示，优选多个外部连接端子4、5各自的形状、大小不同。由此，使用者在连接传感器单元1之间时，能够简单地把握连接的方向。此外，如图6A所示，可以给至少一个外部连接端子30标记表示连接方向的记号32。由此，使用者在连接传感器单元1之间时，能够简单地把握连接的方向。此外，在图6A中，能够使用相同的外部连接端子30、31。

此外，在本实施方式中，如图1A及图1B所示，优选在基板2的同一表面2a侧配置传感器部3、外部连接端子4、5及通知部6。由此，能够使传感器单元1的制造容易化。此外，能够使传感器部3和通知部6接近，能够极力减小传感器部3的测定结果和通知部6的通知信息的偏差。此外，在图1A中，在基板2上平面地配置有传感器部3、外部连接端子4、5及通知部6，但也可以例如重叠于传感器部3配置通知部6。为了尽可能地小型化传感器单元1，进行使基板2变小，此外，将基板2上的部件薄化并重叠等。

此外，在本实施方式中，如图1A等所示，优选传感器部3配置在基板2的大致中央，2个外部连接端子4、5配置在传感器部3的两侧。由此，当连接多个传感器单元1作为多连式传感器12时，能够将各传感器单元1简单地连接成一列。

在本实施方式中，通知部6优选为基于传感器部3的检测信息发光的发光部。能够例示LED作为发光部，但不限于LED。通过这样由发光部构成通知部6，能够诉诸利用者的视觉，能够适用于各种各样的应用。

此外，在本实施方式中，传感器部3如果是检测物理量变化的传感器则没有特别限定，例如能够提示出流量检测部。传感器部3优选为能够在流量检测中检测风速的风速传感器。在是风速传感器的情况下，通过向传感器单元1送风，能够根据风速，使由LED构成的通知部6的发光状态发生变化。此外，只要是风速传感器，无论室内还是室外，都能够简单地配置将风速传感器进行多连连接的多连式传感器12，能够用于各种各样的应用。

在本实施方式中，如图3、图4及图5所示，能够构成经由通信线缆8在外部连接端子4、5之间连接了多个传感器单元1的多连式传感器12。此时，能够自由设定传感器单元1的个数，能够自由设定多连式传感器12的长度。另外，当多连式传感器12的长度变长时，由于在图9的总线连接通信中通信质量下降，所以优选使用图8的连接通信。结合而言，优选使用图10所示的电路电源生成部51生成驱动电源。这样，在本实施方式中，能够简单且高自由度制造连接了多个传感器单元1的多连式传感器12，能够简单地进行宽范围的物理量变化的检测。

此外，能够使用多连式传感器12适用于各种各样的应用。例如，能够作为室内、室外的灯饰使用，作为风速的分析用等使用。例如，能够通过在建筑物、移动物上安装本实施方式的多连式传感器12，简单地分析宽范围的流体状态。

此外，如图5所示，能够使用多个多连式传感器12来排列成矩阵状。由此，能够通过矩阵的发光变化等从视觉上感受到随着从风强烈接触的地方远离而风渐渐变弱的样子、刮风的方向等。

在本发明中，能够多连连接可检测物理量变化的传感器单元。此外，在各传感器单元上，设置有向外部通知传感器部的检测信息的通知部。在本发明中，连接于多连式传感器的传感器单元的连接数、通信线缆的长度的自由度很高。因此，能够结合使用用途而改变多连式传感器的传感器数及总长。并且，能够使用本发明的多连式传感器应用于各种各样的应用。

本申请基于2017年9月11日申请的日本特愿2017-173740号。其内容全部被包含于此。

Claims

1.一种传感器单元，其特征在于，具有：

基板；

传感器部，配置于所述基板上，检测物理量变化；

多个外部连接端子，与所述传感器部电连接；以及

通知部，将所述传感器部的检测信息向外部通知。

2.根据权利要求1所述的传感器单元，其特征在于，

经由所述外部连接端子能够进行数据通信。

3.根据权利要求1或2所述的传感器单元，其特征在于，

多个所述外部连接端子各自能够识别连接的方向。

4.根据权利要求3所述的传感器单元，其特征在于，

多个所述外部连接端子各自形状、大小不同。

5.根据权利要求3所述的传感器单元，其特征在于，

多个所述外部连接端子的至少一个标记有表示连接的方向的记号。

6.根据权利要求1所述的传感器单元，其特征在于，

所述传感器部、所述外部连接端子及所述通知部配置在所述基板的同一表面侧。

7.根据权利要求1所述的传感器单元，其特征在于，

所述传感器部配置在所述基板的中央，2个所述外部连接端子配置在所述传感器部的两侧。

8.根据权利要求1所述的传感器单元，其特征在于，

所述通知部为根据所述传感器部的检测信息发光的发光部。

9.根据权利要求1所述的传感器单元，其特征在于，

所述传感器部为流量检测部。

10.一种多连式传感器，其特征在于，

具有传感器单元和通信线缆，

所述传感器单元具有：基板；传感器部，配置于所述基板上，检测物理量变化；多个外部连接端子，与所述传感器部电连接；以及通知部，将所述传感器部的检测信息向外部通知，

所述通信线缆配置有多个所述传感器单元，并在各传感器单元之间连接，

所述多连式传感器经由所述外部连接端子能够进行数据通信。