JP2006138676A

JP2006138676A - センサシステム

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Publication number: JP2006138676A
Application number: JP2004326804A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Enomoto; 貴行榎本; Atsushi Takahashi; 淳高橋; Satoru Abe; 覚阿部
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】
通常動作時の消費電力を効果的に低減することが可能なセンサシステムを提供する。
【解決手段】
特定系統のセンサ部２と、他の系統のセンサ部３と、特定系統のセンサ部２の出力を処理して他の系統のセンサ部３の精度を制御するセンサ精度制御手段４とを備えたセンサシステムを構成する。ここで、特定系統のセンサ部２は、環境状態を検知するセンサを含んで構成されていることが望ましく、他の系統のセンサ部３は、印加される電源電圧に応じて出力精度が変化するセンサを含んで構成されていることが望ましい。そして、センサ精度制御手段４を、他の系統のセンサ部３を構成するセンサに印加される電源電圧を変化させる手段とすることで、センサ精度制御手段４における他の系統のセンサ部３の制御が好適に行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサシステムに関する。

センサを用いたセンサシステムは、広い用途に用いられている。一般に、センサには電圧が印加され、検知結果を電気信号として出力する。また、センサシステムは、センサの出力信号を処理する信号処理手段を備えている。

この種のセンサシステムには、一般に消費電力の低減が求められている。例えば、磁気センサを用いたシステムにおいて、センサに印加する電源電圧をサンプリングすることや、バックアップ動作時のセンサの電源電圧を通常時の電源電圧より低下させることなどが知られている（特許文献１参照）。

実開平６−２１１５号公報

しかし、特許文献１に記載された技術は、あくまでもバックアップ動作時の消費電力を低減する技術であって、通常動作時の消費電力を低減しようとする技術ではない。例えば、センサシステムの通常動作時のうち特定の状況における検出精度を高めてそれ以外の状況における検出精度を低めようとする場合、特許文献１に記載された技術に基づいてセンサシステムの消費電力を低減することは困難である。

そこで、本発明では、通常動作時の消費電力を効果的に低減することが可能なセンサシステムを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、電気信号を出力するセンサを少なくとも１つ含むセンサ部を複数有するセンサシステムであって、前記センサ部のうち少なくとも１つの特定系統のセンサ部の出力信号に応じて、前記特定系統のセンサ部とは異なる他の系統のセンサ部を構成するセンサの精度を変化させるセンサ精度制御手段を備えていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記特定系統のセンサ部は、環境状態を検知するセンサを含んで構成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記他の系統のセンサ部は、印加される電源電圧に応じて精度が変化するセンサを含んで構成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの発明において、前記センサ精度制御手段は、前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧を変化させる手段であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記センサ精度制御手段は、前記特定系統のセンサ部の出力信号に基づいて前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧を変化させる手段であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧は、前記特定系統のセンサ部の出力信号が所定範囲内にあるときにはほぼ一定の値であり、前記特定系統のセンサ部の出力信号が所定範囲内にないときには前記ほぼ一定の値とは実質的に異なる値であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧は、前記特定系統のセンサ部の出力信号が前記所定範囲内にないときにもほぼ一定であることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項５または請求項６の発明において、前記特定系統のセンサ部の出力信号が前記所定範囲内にないときにおける前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧は、前記特定系統のセンサ部の出力信号の値が前記所定範囲の境界から離れるにしたがって単調に変化する特性を有することを特徴とする。

本発明のセンサシステムは、電気信号を出力するセンサを少なくとも１つ含むセンサ部を複数有しており、前記センサ部のうち少なくとも１つの特定系統のセンサ部の出力信号に応じて、前記特定系統のセンサ部とは異なる他の系統のセンサ部を構成するセンサの精度を変化させるセンサ精度制御手段を備えているため、センサシステムの通常動作時の消費電力のうち、センサに高い精度が要求されない状況における消費電力を効果的に低減することが可能となる。

本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るセンサシステムの概略的構成の第１例を示す説明図である。図１において、センサシステム１は、特定系統のセンサ部２と、特定系統のセンサ部とは異なる他の系統のセンサ部（以下、単に「他の系統のセンサ部」とする）３と、特定系統のセンサ部２の出力を処理して他の系統のセンサ部３の精度を制御するセンサ精度制御手段４とを備えている。ここで、特定系統のセンサ部２および他の系統のセンサ部３は、それぞれセンサを少なくとも１つ含んで構成されている。

なお、図１は本発明における必要最小限の構成を示す図であるため、例えばセンサの出力信号を負荷を制御するために処理する手段、センサの出力信号等の異常を検知して外部に報知する手段などは省略している。また、図１において、他の系統のセンサ部３の出力信号のほか、特定系統のセンサ部２の出力信号も負荷を制御するために用いることが可能である。

本発明の実施形態に係るセンサシステムの概略的構成は、図１に示された構成に限らず、他の構成を採用することも可能である。図２は本発明の実施形態に係るセンサシステムの概略的構成の第２例を示す説明図である。図２の説明図は、複数の特定系統のセンサ部２ａ、２ｂを有し、センサ精度制御手段４からの制御信号が複数の他の系統のセンサ部３ａ〜３ｃに送られている点以外は、図１の説明図と同様である。なお、図２において、複数の特定系統のセンサ部２（２ａ、２ｂ）および複数の他の系統のセンサ部３（３ａ〜３ｃ）のほか、センサ精度制御手段４により精度が制御されないセンサ部が存在しても差し支えない。

また、図１および図２に概略的構成を示した本発明の実施形態に係るセンサシステム１は、電気信号を出力するセンサを少なくとも１つ含むセンサ部を複数有しており（例えば特定系統のセンサ部２（２ａ、２ｂ）および他の系統のセンサ部３（３ａ〜３ｃ））、少なくとも１つの特定系統のセンサ部２（２ａ、２ｂ）の出力信号に応じて他の系統のセンサ部３（３ａ〜３ｃ）を構成するセンサの精度を変化させるセンサ精度制御手段４を備えているため、センサシステム１の通常動作時の消費電力のうち、他の系統のセンサ部３（３ａ〜３ｃ）を構成するセンサに高い精度が要求されない状況における消費電力を効果的に低減することが可能となる。この場合には、他の系統のセンサ部３（３ａ〜３ｃ）を構成するセンサの消費電力が低減される。

ここで、特定系統のセンサ部２および他の系統のセンサ部３について、それぞれのセンサ部２、３に含まれるセンサの数は１つである必要はなく、複数であってもよい。

特定系統のセンサ部２は、環境状態を検知するセンサを含んで構成されていることが、センサシステム１の消費電力の低減を自動的に行う観点から望ましい。特定系統のセンサ部２を構成するセンサの例としては、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ、磁気センサ、照度センサなどが挙げられる。これらのセンサは、温度等の検知量の変化に対して出力電圧がほぼ直線的な変化をする領域において使用され、センサ精度制御手段４における信号処理が好適に行われる。

他の系統のセンサ部３は、印加される電源電圧に応じて精度が変化するセンサを含んで構成されていることが、センサシステム１の消費電力の低減を自動的に行う観点から望ましい。他の系統のセンサ部３を構成するセンサは、印加される電源電圧に応じて精度が変化するものであれば種類は問わないが、特定系統のセンサ部２を構成するセンサとして列挙したセンサのほか、例えば可変抵抗を用いたセンサなどが使用可能である。他の系統のセンサ部３をこれらのセンサを用いて構成することで、センサ精度制御手段４における他の系統のセンサ部３の制御が好適に行われる。

また、センサ精度制御手段４は、他の系統のセンサ部３を構成するセンサに印加される電源電圧を変化させる手段であることが、センサシステム１の消費電力の低減を自動的に行う観点から望ましい。ここで、他の系統のセンサ部３を構成するセンサを、印加される電源電圧の低下にしたがって精度が低下するセンサとすることにより、センサシステム１の消費電力の低減をきわめて容易に実現することができる。

以上、本発明の実施形態に係るセンサシステムの概略的構成について説明したが、本発明の実施形態に係るセンサシステムの主な特徴点は、特定系統のセンサ部２の出力信号に応じて他の系統のセンサ部３を構成するセンサの精度を変化させる点であるため、この特徴点を具体的に実現する構成を例示して説明する。

図３は、本発明の実施形態に係るセンサシステムにおける他の系統のセンサ部３の内部構成の第１例を概略的に示す説明図である。図３に例示された他の系統のセンサ部３は、センサ３１と、このセンサ３１に電源電圧を印加する可変電圧電源３２とを備えている。

ここで、センサ３１は、印加される電源電圧が低くなるにしたがって出力電力が減少する特性を有することが、他の系統のセンサ部３の出力側に接続される図示しない信号処理手段における信号処理の効率化を図る観点から望ましい。さらに、センサ３１は、印加される電源電圧が低くなるにしたがって消費電流が小さくなる特性を有することが、他の系統のセンサ部３の消費電力を効果的に低減する観点から望ましい。

可変電圧電源３２は、センサ３１に検知信号として所定レベルの電気信号を出力させるために設けられている。そして、図１または図２に図示されるセンサ精度制御手段４からの制御信号によって可変電圧電源３２の出力電圧を制御することにより、センサ３１の出力信号の精度を変化させることができる。すなわち、特定系統のセンサ部２の出力信号に応じて他の系統のセンサ部３の精度を変化させることができる。

図４は、本発明の実施形態に係るセンサシステムにおける他の系統のセンサ部３の内部構成の第２例を概略的に示す説明図である。図４に例示された他の系統のセンサ部３は、センサ３１と、このセンサ３１に電源電圧を印加する複数の固定電圧電源３３（３３ａ、３３ｂ）と、これらの固定電圧電源３３（３３ａ、３３ｂ）のそれぞれ出力側に接続されたスイッチ回路３４（３４ａ、３４ｂ）とを備えている。なお、図４において、固定電圧電源３３およびスイッチ回路３４の数は、それぞれ２個である必要はなく、３個以上であっても差し支えない。ここで、図４において固定電圧電源３３（３３ａ、３３ｂ）は、他の系統のセンサ部３の内部に設けられた例を示しているが、他の系統のセンサ部３の外部にあっても差し支えない。

これらのスイッチ回路３４（３４ａ、３４ｂ）は、センサ精度制御手段４からの制御信号により、少なくとも２つ以上が同時に導通状態とならないように制御される。ここで、スイッチ回路３４（３４ａ、３４ｂ）は、固定電圧電源３３（３３ａ、３３ｂ）からセンサ３１への電源供給が間欠的になるように制御されることが、センサシステム１の通常動作時の消費電力を低減する観点から望ましい。

複数の固定電圧電源３３（３３ａ、３３ｂ）は、センサ３１に検知信号としてそれぞれ所定レベルの電気信号を出力させるために設けられているが、センサ精度制御手段４からの制御信号によりスイッチ回路３４（３４ａ、３４ｂ）の少なくとも２つ以上が同時に導通状態とならないように制御することにより、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の出力信号の精度を変化させることができる。

他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の出力インピーダンスが高い場合には、センサ３１の出力側に図示しない緩衝増幅器を設けることで、他の系統のセンサ部３の出力インピーダンスを低下させ、他の系統のセンサ部３の出力側に接続される図示しない信号処理手段等におけるノイズの影響を最小限にとどめることができる。緩衝増幅器は、特定系統のセンサ部２についても同様に適用することができる。なお、緩衝増幅器の電源としては、センサ３１に接続されている電源を共用してもよく、別の電源を用いてもよい。

また、図１および図２に例示されたセンサ精度制御手段４は、図３に例示された可変電圧電源３２や図４に例示されたスイッチ回路３４に対して下記（１）〜（３）の制御を行う手段であることが、センサシステム１の通常動作時の消費電力を低減する観点から望ましい。なお、以下の説明において、「所定範囲」とは、例えば他の系統のセンサ部３を構成するセンサの精度を高くする場合における特定系統のセンサ部２の出力信号の値（電圧値または電流値など）の範囲を意味するが、実際のセンサシステムにおいては必ずしも以下の例には限定されないことはいうまでもない。

（１）基本的な制御：特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲内であるとき、すなわち通常時には、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１に印加される電源電圧を高くして、精度良く測定するようにする。特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲外であるときには、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１に印加される電源電圧を低くするように制御する。

（２）センサ精度を高くする場合の制御：上記（１）において、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲内であるときに、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１に印加される電源電圧を高くして、他の系統のセンサ部３の出力特性がセンサ精度の高い状態を示す特性となるように制御する。

（３）センサ精度を低くする場合の制御：上記（１）において、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲外であるときに、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１に印加される電源電圧を低くして、他の系統のセンサ部３の出力特性がセンサ精度の低い状態を示す特性となるように制御する。また、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲外であるときに、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１に印加される電源電圧を、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲の境界から離れるにしたがって単調に低下するように制御してもよい。

以下、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の変化の具体例について説明する。なお、以下の具体例は、特定系統のセンサ部２を構成するセンサとして温度センサを用いた場合を示す。温度センサとしては、サーミスタ、測温抵抗体、熱電対などが用いられ、それぞれ目的に応じて使い分けられる。

図５は他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の温度に対する変化の第１例、図６は第２例、図７は第３例、図８は第４例をそれぞれ示す。

図５（イ）は、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲内（温度Ｔ１〜Ｔ２に対応する値の範囲内）の場合には、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧が、センサ３１におけるセンサ精度の高い状態となるような電圧値（例えば電圧値Ｖ１）となり、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲外の場合には、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧が、センサ３１におけるセンサ精度の低い状態となるような電圧値（例えば電圧値Ｖ２）となる例を示している。ここでは、電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２との間に、Ｖ１＞Ｖ２の関係が成立するようにしている。

また、図５（ロ）は、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲内（温度Ｔ１〜Ｔ２に対応する値の範囲内）の場合には他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧がほぼ一定の電圧値Ｖ２となり、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲外の場合には他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧が電圧値Ｖ２とは異なるほぼ一定の電圧値Ｖ１（Ｖ１＞Ｖ２）となる例を示している。

図５（イ）および図５（ロ）において、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１として、印加される電源電圧が低くなるにしたがって出力電力が減少する特性を有するセンサを用いた場合には、電源電圧が電圧値Ｖ２となったときに、センサ３１における消費電流が少なくなり、その結果センサシステム１における消費電力を効果的に低減することが可能となる。ここで、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧が常に電圧値Ｖ１、Ｖ２である必要はなく、例えば他の系統のセンサ部３の出力側に接続される図示しない信号処理手段が比較器などである場合には、電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２との間にしきい値を設定すれば十分である。

他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧は、図５に例示されるように特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲外の場合の電圧値をほぼ同一のレベルとする必要はなく、例えば図６に例示されるように、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が温度Ｔ１より低い温度に対応する範囲で他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧がほぼ一定の値Ｖ２となり、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が温度Ｔ２より高い温度に対応する範囲で他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧がほぼ一定の値Ｖ３となるようにしてもよい。図６においてはＶ２＞Ｖ３となっているが、Ｖ２＜Ｖ３となっていてもよい。また、電圧値Ｖ２、Ｖ３は、それぞれ実質的に電圧値Ｖ１と異なる範囲であれば、ある程度の範囲を持っていてもよい。

また、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲（たとえば温度Ｔ１〜Ｔ２に対応する値の範囲）外の場合には、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲の境界から離れるにしたがって他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の値が単調に変化するようにしてもよい。図７は、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲（温度Ｔ１〜Ｔ２に対応する値の範囲）内のときには他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧がほぼ一定の値Ｖ１となり、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が所定範囲外の場合には他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の値が単調に低下して最小値Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）となっている例を示す。なお、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の値の最小値Ｖ２は、適宜設定することができる。

図５〜図７に例示した他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の変化については、特定系統のセンサ部２の出力信号の値の所定範囲が１つである例を示したが、この所定範囲は１つである必要はなく、２つ以上あってもよい。

例えば、図８（イ）（ロ）は、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が３つの所定範囲を有する場合を示している。まず、図８（イ）において、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が第１の所定範囲内（温度Ｔ１〜Ｔ２に対応する値の範囲内）の場合には他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧がほぼ一定の電圧値Ｖ２となり、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が第２の所定範囲内（温度Ｔ２〜Ｔ３に対応する値の範囲内）の場合には、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧がほぼ一定の電圧値Ｖ１、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が第３の所定範囲内（温度Ｔ３〜Ｔ４に対応する値の範囲内）の場合には、他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧がほぼ一定の電圧値Ｖ３、特定系統のセンサ部２の出力信号の値が上記第１〜第３の所定範囲外の場合には他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧がほぼ一定の電圧値Ｖ４となる例を示している。電圧値Ｖ１〜Ｖ４の関係は、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４となっているが、実際には電圧値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３がそれぞれ電圧値Ｖ４より高くなっていればよい。

また、図８（ロ）においては特定系統のセンサ部２の出力信号の値が３つの所定範囲を有する場合の（イ）とは異なる例を示しているが、この場合も本発明の実施形態に含まれることはいうまでもない。

なお、図５〜図８のグラフにおける温度は、例えばセンサシステム１を電子機器等に用いる場合にはＴ１〜Ｔ２の範囲内に常温を含むように設定すると、第１系統のセンサ２の出力信号の精度が常温付近において高い状態または低い状態とすることができる。また、これに限らず、幅広い応用が可能である。

このように、本発明の実施の形態によれば、第１系統のセンサ２の精度を変化させることにより、センサシステム１の消費電力を効果的に低減することが可能となる。もちろん、本発明の実施の形態は上述した事項には限られず、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施形態に係るセンサシステムの概略的構成の第１例を示す説明図である。本発明の実施形態に係るセンサシステムの概略的構成の第２例を示す説明図である。本発明の実施形態に係るセンサシステムにおける他の系統のセンサ部３の内部構成の第１例を概略的に示す説明図である。本発明の実施形態に係るセンサシステムにおける他の系統のセンサ部３の内部構成の第２例を概略的に示す説明図である。他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の温度に対する変化の第１例を示すグラフである。他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の温度に対する変化の第２例を示すグラフである。他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の温度に対する変化の第３例を示すグラフである。他の系統のセンサ部３を構成するセンサ３１の電源電圧の温度に対する変化の第４例を示すグラフである。

符号の説明

１センサシステム
２特定系統のセンサ部
３他の系統のセンサ部
４センサ精度制御手段
３１センサ
３２可変電圧電源
３３（２３ａ、２３ｂ）固定電圧電源
３４（２４ａ、２４ｂ）スイッチ回路

Claims

電気信号を出力するセンサを少なくとも１つ含むセンサ部を複数有するセンサシステムであって、
前記センサ部のうち少なくとも１つの特定系統のセンサ部の出力信号に応じて、前記特定系統のセンサ部とは異なる他の系統のセンサ部を構成するセンサの精度を変化させるセンサ精度制御手段を備えていることを特徴とするセンサシステム。
前記特定系統のセンサ部は、環境状態を検知するセンサを含んで構成されていることを特徴とする、請求項１記載のセンサシステム。
前記他の系統のセンサ部は、印加される電源電圧に応じて精度が変化するセンサを含んで構成されていることを特徴とする、請求項１記載のセンサシステム。
前記センサ精度制御手段は、前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧を変化させる手段であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のセンサシステム。
前記センサ精度制御手段は、前記特定系統のセンサ部の出力信号に基づいて前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧を変化させる手段であることを特徴とする、請求項４記載のセンサシステム。
前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧は、前記特定系統のセンサ部の出力信号が所定範囲内にあるときにはほぼ一定の値であり、前記特定系統のセンサ部の出力信号が所定範囲内にないときには前記ほぼ一定の値とは実質的に異なる値であることを特徴とする、請求項５記載のセンサシステム。
前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧は、前記特定系統のセンサ部の出力信号が前記所定範囲内にないときにもほぼ一定であることを特徴とする、請求項６記載のセンサシステム。
前記特定系統のセンサ部の出力信号が前記所定範囲内にないときにおける前記他の系統のセンサ部を構成するセンサに印加される電源電圧は、前記特定系統のセンサ部の出力信号の値が前記所定範囲の境界から離れるにしたがって単調に変化する特性を有することを特徴とする、請求項５または請求項６記載のセンサシステム。