JP2006266878A - 衝撃検知用センサノード - Google Patents

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Abstract

【課題】
衝撃の強さを多値あるいはアナログ的に判断し、さらにセンサノードの消費電力を低減する衝撃検知用センサノードの技術を提供する
【解決手段】
外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニット105と、発生した電荷を整流および充電を行う蓄電回路106と、蓄電した電力で動作し蓄電電圧が予め設定した電圧になると外部に信号を出力する電圧検知回路107とで構成される衝撃検知センサ102と、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部103と、前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源104とを具備し、前記圧電素子ユニット105により検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部103が動作するよう構成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、センサノード技術に係り、特に、衝撃を検知するセンサノードに関する。
センサノードは、環境に偏在する情報を指定した時間間隔でセンシングし、その値を無線通信にて送信する。環境に偏在する情報をセンシングし無線通信を行うといった特徴から、センサノードは電池により長時間動作する必要がある。
従来、センサノードに関し、時間的に不規則に発生する衝撃を検知する装置としては、機械的スイッチ、電磁誘導や圧電素子により発生した電力を用いたスイッチによる衝撃の検知、あるいは加速度センサを常時動作させ加速度の変化を測定することにより、衝撃を検知していた。
従来の圧電素子を用いた衝撃検知センサは、装置動作時に生じる振動を用い、異常時にその振動が大きくなることを利用し、振動が一定振幅を超えた場合に生じる信号を検出している(例えば、特許文献1、2参照)。
また、圧電素子に加わった加速度が一定以上の場合に、MOS−FETのゲートに電圧が加わりMOS−FETがオンし信号を検出しており、オン時間は抵抗により調節することが可能になっているものもある(例えば、特許文献3参照)。
特開平08−145783号公報 特開平09−264778号公報 特開平10−260202号公報
従来の衝撃を検知する装置を用いたセンサノードでは、前述のようなスイッチを用いた場合には衝撃の強さの判断がしきい値を超えたかどうかの2値判断しか出来ず、衝撃の強さを多値あるいはアナログ値による判断が出来ないという課題を有していた。
また、前述した加速度センサを用いた場合には、アナログ値を判断することは可能であるが、常時センサを動作させて加速度を測定するため、消費電力が増大し、センサノードの長時間使用が出来なくなるという課題があった。
そこで、本発明の目的は、衝撃の強さを多値あるいはアナログ的に判断し、さらにセンサノードの消費電力を低減する衝撃検知用センサノードの技術を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、外部衝撃により圧電素子を歪ませることで電荷を発生し、これをトリガーとして待機状態にあるセンサノードを復帰させる。発生した電荷に相当する電力の大きさをセンサノードで測定することにより、衝撃の強さを多値あるいはアナログ値による判断が可能となる。
これにより、センサノードの待機状態において電力消費を非常に少なくすることができるため、低消費電力の衝撃検知用センサノードの実現が可能となる。
以下、本発明による衝撃検知用センサノードの代表的な構成例を列挙する。
(1)外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷を整流および充電を行う蓄電回路と、蓄電した電力で動作し蓄電電圧が予め設定した電圧になると外部に信号を出力する電圧検知回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする。
(2)外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷を整流および充電する蓄電回路と、前記蓄電回路の蓄電電圧と基準電圧とを比較し基準電圧を越えると外部に信号を出力する電圧比較回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記電圧比較回路および前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする。
(3)外部の衝撃に対応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷に対応する電圧と予め設定した基準電圧とを比較し、前記基準電圧を越えると外部に信号を出力する電圧比較回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記電圧比較回路および前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする。
(4)前記構成の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットにより衝撃を検知するまで、前記衝撃検知センサおよび前記スタンバイ制御の対象部は、スタンバイ状態にあることを特徴とする。
(5)前記構成の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、
前記衝撃検知センサから出力される信号の時間的長さを測定することにより、衝撃の強さの測定を行なうことを特徴とする。
(6)前記構成の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットは、平板状の圧電素子部材と、前記圧電素子部材の一方の端部を固定する台座と、前記圧電素子部材他方の端部を自由端とし、前記自由端の端部に設置された錘とを具備してなり、前記台座に衝撃が加わることにより前記圧電素子部材が変形し電荷を発生することを特徴とする。
(7)前記構成の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして、環境に偏在する周囲情報をセンシングし、センシング情報を処理して、無線通信を行なう手段を有することを特徴とする。
本発明によれば、衝撃の強さを多値あるいはアナログ値による検知を実現し、さらにセンサノードの消費電力を低減する衝撃検知用センサノードの技術を実現する。
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。
(実施例1)
図1は、本発明の一実施例である衝撃検知用センサノードの構成を説明するブロック図である。
センサノード101は、圧電素子ユニット105、蓄電回路106、電圧検知回路107で構成された衝撃検知センサ102と、起動信号生成回路108、衝撃量検知回路113、マイコン109、無線回路110、A/Dコンバータ111、センサ112などで構成されたスタンバイ制御の対象部103と、電源104とにより構成される。
図1において、衝撃検知センサ102は、電源が必要なく、スタンバイ制御の対象部103は、電源104により電力が供給される。衝撃を検知するまでは、無線110、A/Dコンバータ111、およびセンサ112は、電源がオフまたは待機状態、マイコン109は待機状態、起動信号生成回路108および衝撃量検知回路113は衝撃検知センサ103の信号待ちの動作状態とし、これをセンサノードのスタンバイ状態とする。マイコン109は、待機状態では数μW程度の低消費電力であり、起動信号生成回路108および衝撃量検知回路113は、動作状態にあっても数μW以下の低消費電力であるため、センサノードはスタンバイ時に低消費電力を実現する。
次に、衝撃の検知方法について、以下に説明する。
センサノード101に衝撃が加わると、圧電素子ユニット105内の圧電素子が歪み、電荷を発生する。圧電素子ユニット105から発生した電荷は、交流電荷であるため蓄電回路106によって整流と充電を行い、一定の電圧に蓄電されると電圧検知回路107により衝撃検知センサ102の衝撃検知信号としてスタンバイ制御の対象部103に伝達される。衝撃検知センサ102から伝達された信号は、起動信号生成回路108と衝撃量検知回路113に入力され、起動信号生成回路108の起動信号はマイコン109に信号を伝達し、マイコン109はスタンバイ状態から動作状態になる。マイコン109は、動作状態になると衝撃量検知回路113の信号を取り込み、衝撃の強さの測定と、あらかじめ決められた制御を行う。あらかじめ決められた制御としては、A/Dコンバータ111、センサ112により周囲情報をセンシングし、センシング情報をマイコン109によって処理し、無線回路110によって通信を行う。決められた処理が終了すると、センサノード101はスタンバイ状態になる。
(実施例2)
図2は、本発明の別の実施例に係る衝撃検知用センサノードの構成を説明するブロック図である。
センサノード201は、圧電素子ユニット205、蓄電回路206、電圧比較回路207で構成された衝撃検知センサ202と、起動信号生成回路208、衝撃量検知回路213、マイコン209、無線回路210、A/Dコンバータ211、センサ212などで構成されたスタンバイ制御の対象部203と、電源204とにより構成される。また、後述するが、衝撃検知センサ202中にある蓄電回路206は、衝撃の検知方法によっては必要としない場合がある。
本例では、衝撃検知センサ202内の電圧比較回路207、スタンバイ制御の対象部203、に電源204から電力が供給される。衝撃検知センサ202内の圧電素子ユニット205、蓄電回路206は電源を必要としない。衝撃を検知するまでは、無線210、A/Dコンバータ211、センサ212は、電源がオフまたは待機状態、マイコン209は待機状態、起動信号生成回路208および衝撃量検知回路213と電圧比較回路207は衝撃検知センサ203の信号待ちの動作状態とし、これをセンサノードのスタンバイ状態とする。マイコン209は、待機状態で数μW程度の低消費電力であり、起動信号生成回路208および衝撃量検知回路213と比較回路207は動作状態にあっても数μW以下の低消費電力であるため、センサノードはスタンバイ時に低消費電力を実現する。
次に、本例における衝撃の検知方法を、以下に示す。センサノード201に衝撃が加わると圧電素子ユニット205内の圧電素子が歪み電荷を発生する。圧電素子ユニット205に発生した電荷は、交流電荷であるため蓄電回路206によって整流と充電を行い、一定の電圧に蓄電されると、電圧比較回路207により衝撃検知センサ205の衝撃検知信号としてスタンバイ制御の対象部203に伝達される。
また、先述した蓄電回路206を用いない場合、圧電素子ユニット205が電荷の発生量に比例した交流電圧を発生するため、圧電素子ユニット205の交流電圧を直接電圧比較回路207に入力し、圧電素子ユニット205の電圧が一定電圧に達すると、電圧比較回路207によって衝撃検知センサ202の衝撃検知信号としてスタンバイ制御の対象部203に伝達される。衝撃検知センサ202から伝達された信号は起動信号生成回路208と衝撃量検知回路213に入力され、起動信号生成回路208の起動信号はマイコン209に信号を伝達し、マイコン209はスタンバイ状態から動作状態になる。マイコン209は、動作状態になると衝撃検知センサ202の信号を取り込み、衝撃の強さの測定と、あらかじめ決められた制御とを行う。あらかじめ決められた制御としては、A/Dコンバータ211、センサ212により周囲情報をセンシングし、センシング情報をマイコン209によって処理し、無線回路210によって通信を行う。決められた処理が終わると、センサノード201はスタンバイ状態になる。
図3は、本発明に用いる圧電素子ユニットの一例を説明する側面図である。図3(a)は、圧電素子301、金属板302、錘303、固定台座304、固定面305、電極306a、306bで構成される。
図3(b)は、図3(a)から錘303を除いた場合の圧電素子ユニットである。圧電素子301の材料としては、チタンジルコン酸鉛、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などの圧電性を有する材料を用いる。金属板302は、圧電素子301で挟み込むバイモルフ形状をとり、このことにより圧電素子301の耐久性を向上させることや、外力による圧電素子301の歪みを増加させるとために用いるが、金属板302は無くても良い。錘303は、圧電素子301、金属板302の材料およびサイズと測定する外部衝撃の強さによって最適なサイズにする。また、外部衝撃の強さによっては、錘303を必要としない図3(b)のような形状をとる。外部から衝撃が加わると、電極306a、306b間には交流電荷が発生する。後述するが、この交流電荷を用いて衝撃の強さの測定と、センサノードのスタンバイ状態からの復帰を行う。
図4は、図1、図2において用いる蓄電回路の一例を示す。蓄電回路401は、整流用ダイオード402〜405、充電用容量406、放電用抵抗407、耐圧保護用ツェナーダイオード408、および出力端子409a、409bで構成される。整流用ダイオードには、図3で説明したような圧電素子ユニット401が接続されている。図1、図2の例でも説明したように、圧電素子ユニット401は、外部からの衝撃で交流電荷を発生するためダイオード402〜405で整流し、充電用容量406に蓄電する。抵抗407は、後述するが放電時間を調整する抵抗であり、耐圧保護用ツェナーダイオード408は、充電容量406の耐圧、および出力端子409aと09bとの間に接続される付加回路の耐圧を越えないようにするためのものである。
図5は、図1における衝撃検知センサの一例を示す。本例の衝撃検知センサは、圧電素子ユニット500、蓄電回路501、電圧検知回路502、蓄電回路501と電圧検知回路502とを接続する端子503a、503b、および図1に示したスタンバイ制御の対象部に信号を伝達する端子504a、504bで構成される。電圧検知回路502は、蓄電回路501の電圧が検知電圧を超えた場合に端子504a、504bより電圧(入力電圧と同じか、あるいは検知電圧と同じ電圧)を出力する。
電圧検知回路503を動作させるに必要な電流は数μW程度であるため、図4で述べたような圧電素子ユニット(図4中の401)のサイズ、容量(図4中の406)は、衝撃の強さと電圧検知回路502の動作電力に合わせて最適なサイズに設計する。本例による衝撃検知センサは、先述の説明でも明らかなように待機時に消費電力は生じなく、動作時も圧電素子ユニットの発電により動作するため無電力となる。
図6は、図2における衝撃検知センサの一例を示す。圧電素子ユニット600、蓄電回路601、電圧比較回路602、図3に示した圧電素子ユニットの出力端子(306a、307b)あるいは図4に示した蓄電回路410の出力端子(409a、409b)と電圧比較回路602とを接続する端子603a、603b、図1に示したスタンバイ制御の対象部に信号を伝達する端子604a、604b、基準電圧発生回路607、電源605、および電源606(図2で示した電源204に相当)により構成される。電圧比較回路602は、蓄電回路601より出力された電圧が基準電圧発生回路607の基準電圧を超えた場合に、端子604aおよび604bより一定電圧を出力する。
また、図2の実施例で述べたように、蓄電回路を用いない場合、圧電素子ユニット600が電荷の発生量に比例した交流電圧を発生するため、圧電素子ユニット600の交流電圧は、直接電圧比較回路602に入力され、圧電素子ユニット600の電圧が基準電圧に達すると、電圧比較回路602は、端子604aおよび604bより一定電圧を出力する。
電圧比較回路602は外部より電圧を供給しているため、蓄電回路601から、あるいは蓄電回路用いない場合には圧電素子ユニット600からは、衝撃検知のための電圧が出力されるだけでよい。このため、圧電素子ユニットの圧電素子のサイズ、図4に示した容量(図4中の406)は、図5で示した場合に比べて小型化を実現できる。
図7は、図1、図2のセンサノードに蓄電回路206を用い、センサノードに衝撃が与えられた場合における衝撃検知の波形とタイムチャートである。以下、文中および図中において、括弧内は、図2のセンサノードに蓄電回路206を用いた場合に相当する。
図1のセンサノード101(201)にインパルス状の衝撃701が加わると、圧電素子ユニット105(205)から出力される圧電信号114(214)は、702に示す繰り返しの減衰波形となる。ここで、t0は、図3および後述する図9の圧電素子ユニットのサイズによって一意に決まる。702の波形は、蓄電回路106(206)により蓄電信号115(215)として703に示す波形となり出力される。703に示す波形は、電圧検知回路107(電圧比較回路207)によって電圧検知信号116(電圧比較信号216)となり、704の示す波形となる。ここで、704の波形は、703の波形を検知電圧(比較電圧)Vrefにより生成する。704のtdは、検知したい衝撃の強さによって圧電素子ユニット105(205)のサイズ、蓄電回路106(206)の抵抗および充電容量を適当に定めることにより決定できる。このtdの長さを測定することで振動の強さをアナログ値として検知できる。
電圧検知信号116(216)が検知電圧(比較電圧)であるVrefを超えると、起動信号生成回路により起動信号117(217)は705に示すタイムチャートに従いマイコン109(209)に伝達される。この起動信号により、マイコン109(209)は起動状態になる。また、先述してように、電圧検知信号116(電圧比較信号216)、衝撃量検知回路113(213)により、衝撃検知信号119(219)は707に示すタイムチャートとなる。この衝撃量検知回路113(213)の一例として、カウンタ回路を用いる方法があり、電圧検知信号がオンの間、スタンバイ制御の対象部103(203)のクロックがカウンタに入力され、時間tdの間に発生するパルスをカウントし衝撃の強さを検知する。
マイコン109(209)は、衝撃の強さを衝撃量検知回路113(213)より取り込み、あらかじめ決められた他の処理を終了すると、706のタイムチャートに従いリセット信号118および120(218および220)を伝達し、起動信号生成回路108(208)、衝撃量検知回路113(213)をリセット状態にした後にスタンバイ状態となる。マイコン109(209)の動作状態に関するタイムチャートを708に示す。
以上、図7に示した衝撃の強さをアナログ的に検知する方法は一例であり、これ以外の方法を用いてもかまわない。
図8は、図2のセンサノードに蓄電回路206、衝撃量検知回路213を用いないで、センサノードに衝撃が与えられた場合における衝撃検知の波形とタイムチャートである。
外部から801に示すインパルス状の衝撃801が加わると、図2の圧電素子ユニット205から出力される圧電信号214は、802に示す繰り返しの減衰波形となる。ここで、t0は、図3および後述する図9の圧電素子ユニットのサイズによって一意に決まる。802に示す波形は、図2の電圧比較回路207内部では803に示す波形となり、電圧比較信号216は804に示すパルス状の波形を出力する。ここで、804の波形は、802の波形を比較電圧Vrefにより生成する。電圧検知信号216が比較電圧Vrefを超えると、起動信号生成回路により起動信号217は805に示すタイムチャートに従ってマイコン209に伝達される。この起動信号により、マイコン209は起動状態になる。
また、先述したように、電圧比較信号216は直接マイコン209に入力され、マイコン209によってパルス数をカウントし衝撃の強さを検知する。マイコン209による電圧検知信号216の終了判断は、タイムチャート806に示すように、波形804にパルスが発生しなくなってから一定時間t>t0以上経過したことにより終了判断を行う。マイコン209は、衝撃の強さの検知と、あらかじめ決められた他の処理とを終了すると、リセット信号220を伝達し起動信号生成回路208をリセット状態にした後にスタンバイ状態となる。マイコン209の動作状態に関するタイムチャートを807に示す。
以上、図8に示した衝撃の強さをアナログ的に検知する方法は一例であり、これ以外の方法を用いてもかまわない。
図9は、本発明における衝撃検知センサノードの別の構成例を示す。本例の圧電素子ユニットは、圧電素子901、金属板902、錘903、固定台座904、固定面905、電極906a、906bで構成されており、錘903の形状が、図3(a)に示した圧電素子ユニットの構成とは異なる。
図3(a)の例では、錘のサイズは、外部振動と圧電素子のサイズに合わせ適切なサイズにすると述べたが、条件によっては錘のサイズが大きくなり、固定台座904と逆の端に錘903が圧電素子901のサイズを超えて大きくはみ出す場合や、錘904が固定台座904、固定面905の方向に延びるため、圧電素子ユニットを保護するケースが大きくなる場合がある。本実施例では、このような場合、錘903を固定台座904の方向に折り返すよう構成することにより、圧電素子ユニットの保護ケースを小さくすることができる。
(実施例3)
図10は、図1、図2で示したセンサノードを用いた衝撃検知センサネットワークシステムの一実施例である。本実施例は、センサノード1004〜1006、センサノードより無線で各種情報を受信する基地局端末1007〜1009、基地局端末が接続されているネットワーク1010、ネットワーク1010を介して各基地局端末の情報を受信し所望のデータに加工するシステム制御装置1011、およびシステム制御装置1011により加工されたデータを格納する制御情報データベース1012で構成されている。本実施例では、センサノード1004〜1006は、それぞれ、衝撃を検知したい対象物、例えば、ドア1001、荷物1002、蓋1003に設置している。先述の衝撃を検知したい対象物は一例であり、これ以外の対象物であっても構わない。
センサノード1004〜1006は、外部衝撃を検知するとノードを動作させあらかじめ決められた制御を行い、衝撃の強さ、衝撃測定時刻、センサ測定値センサノード端末識別情報等を送信する。
基地局端末1007〜1009は、センサノードより先述の各種情報を受信した際に、衝撃の強さ、測定時刻、センサ測定値、センサノード端末識別情報等に加え、無線パケット受信時刻、無線パケットを受信した基地局端末の識別情報等の情報を付加してネットワーク1010に送信する。これらの情報をシステム制御装置1011によって処理し、制御データベース1112に格納する。センサノードは、衝撃を検知した場合にだけ動作する場合もあるが、通常時は間欠的に動作し種々の情報をセンシングし、外部衝撃があった場合に間欠動作以外にノード動作を行ってもよい。
(実施例4)
図11は、図1、図2で示したセンサノードを用いた電源レス衝撃検知無線ノードに関する一実施例である。本実施例は、圧電素子ユニット1102、蓄電回路1103、無線回路1104で構成される衝撃検知無線ノード1101、衝撃検知無線ノードより無線で各種情報を受信する基地局端末1005、基地局端末の情報を受信し状態を表示する表示装置1106により構成されている。本実施例では、外部衝撃による圧電素子システム1102の発電量だけで無線回路は動作するため、電源を必要としない衝撃検知無線ノードを実現する。
以上、詳述したように、本発明によれば、外部衝撃による圧電素子の歪みによって発生する電力の大きさにより衝撃の大きさを多値あるいはアナログ値として測定し、発生した電力により待機状態にあるセンサノードを動作状態にすることで消費電力の削減が可能になる。
本発明の一実施例に係る衝撃検知用センサノードの構成を説明するブロック図。 本発明の別の実施例に係る衝撃検知用センサノードの構成を説明するブロック図。 本発明に用いる圧電素子ユニットの一例を説明する側面図。 図1、図2において用いる蓄電回路の一例を示す図。 図1における衝撃検知センサの一例を示す図。 図2における衝撃検知センサの一例を示す図。 図1、図2のセンサノードに蓄電回路を用い、センサノードに衝撃が与えられた場合における衝撃検知の波形とタイムチャートを示す図。 図2のセンサノードに蓄電回路、衝撃量検知回路を用いないで、センサノードに衝撃が与えられた場合における衝撃検知の波形とタイムチャートを示す図。 本発明における衝撃検知センサノードの別の構成例を示す図。 図1、図2で示したセンサノードを用いた衝撃検知センサネットワークシステムの一構成例を説明する図。 図1、図2で示したセンサノードを用いた電源レス衝撃検知無線ノードに関する一構成例を説明する図。
符号の説明
101、201、1004、1005、1006…センサノード、102、202…衝撃検知センサ、103、203…スタンバイ制御の対象部、104、204、605、606…電源、105、205、401…圧電素子ユニット、106、206、410、1103…蓄電回路、107、502…電圧検知回路、207、602…電圧比較回路、108、208…起動信号生成回路、109、209…マイコン、110、210、1104…無線回路、111、211…A/Dコンバータ、112、212…センサ、113、213…衝撃量検知回路、114、214…圧電信号、115、215…蓄電信号、116…電圧検知信号、216…電圧比較信号、117、217…起動信号、118、120、218、220…リセット信号、119、219…衝撃検知信号、301、901…圧電素子、302、902…金属板、303、903…錘、304、904…固定台座、305、905…支持面、306a、306b、409a、409b、503a、503b、504a、504b、603a、603b、604a、604b、906a、906b…端子、402、403、404、405…ダイオード、406…充電用容量、407…抵抗、408…ツェナーダイオード、500、600…圧電素子ユニット、600、601…蓄電回路、607…基準電圧発生回路、1001…ドア、1002…荷物、1003…蓋、1007、1008、1009、1105…親機、1010…ネットワーク、1011…システム制御装置、1012…制御情報データベース、1101…衝撃検知無線ノード、1106…表示装置。

Claims (15)

  1. 外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷を整流および充電を行う蓄電回路と、蓄電した電力で動作し蓄電電圧が予め設定した電圧になると外部に信号を出力する電圧検知回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  2. 請求項1に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットにより衝撃を検知するまで、前記衝撃検知センサおよび前記スタンバイ制御の対象部は、スタンバイ状態にあることを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  3. 請求項1に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、
    前記衝撃検知センサから出力される信号の時間的長さを測定することにより、衝撃の強さの測定を行なうことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  4. 請求項1に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットは、平板状の圧電素子部材と、前記圧電素子部材の一方の端部を固定する台座と、前記圧電素子部材他方の端部を自由端とし、前記自由端の端部に設置された錘とを具備してなり、前記台座に衝撃が加わることにより前記圧電素子部材が変形し電荷を発生することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  5. 請求項1に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして、環境に偏在する周囲情報をセンシングし、センシング情報を処理して、無線通信を行なう手段を有することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  6. 外部の衝撃に反応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷を整流および充電する蓄電回路と、前記蓄電回路の蓄電電圧と基準電圧とを比較し基準電圧を越えると外部に信号を出力する電圧比較回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記電圧比較回路および前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  7. 請求項6に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットにより衝撃を検知するまで、前記衝撃検知センサおよび前記スタンバイ制御の対象部は、スタンバイ状態にあることを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  8. 請求項6に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、
    前記衝撃検知センサから出力される信号の時間的長さを測定することにより、衝撃の強さの測定を行なうことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  9. 請求項6に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットは、平板状の圧電素子部材と、前記圧電素子部材の一方の端部を固定する台座と、前記圧電素子部材他方の端部を自由端とし、前記自由端の端部に設置された錘とを具備してなり、前記台座に衝撃が加わることにより前記圧電素子部材が変形し電荷を発生することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  10. 請求項6に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして、環境に偏在する周囲情報をセンシングし、センシング情報を処理して、無線通信を行なう手段を有することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  11. 外部の衝撃に対応し交流電荷を発生する圧電素子ユニットと、発生した電荷に対応する電圧と予め設定した基準電圧とを比較し、前記基準電圧を越えると外部に信号を出力する電圧比較回路とで構成される衝撃検知センサと、前記外部信号によりスタンバイ状態から復帰し動作するスタンバイ制御の対象部と、前記電圧比較回路および前記スタンバイ制御の対象部に電力を供給する電源とを具備し、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして前記スタンバイ制御の対象部が動作するよう構成したことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  12. 請求項11に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットにより衝撃を検知するまで、前記衝撃検知センサおよび前記スタンバイ制御の対象部は、スタンバイ状態にあることを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  13. 請求項11に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記衝撃検知センサから出力される信号の回数を測定することにより、衝撃の強さの測定を行なうことを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  14. 請求項11に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記圧電素子ユニットは、平板状の圧電素子部材と、前記圧電素子部材の一方の端部を固定する台座と、前記圧電素子部材他方の端部を自由端とし、前記自由端の端部に設置された錘とを具備してなり、前記台座に衝撃が加わることにより前記圧電素子部材が変形し電荷を発生することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
  15. 請求項11に記載の衝撃検知用センサノードにおいて、前記スタンバイ制御の対象部は、前記圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして、環境に偏在する周囲情報をセンシングし、センシング情報を処理して、無線通信を行なう手段を有することを特徴とする衝撃検知用センサノード。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008059058A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Hitachi Ltd センサノード
JP2010197111A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Nec Corp イベント記録装置及び電子機器
JP2010271253A (ja) * 2009-05-22 2010-12-02 Hiroshima Univ 微小変位表示デバイス及びこれを用いた建造物の異常振動監視システム
JP2011099734A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Murata Mfg Co Ltd 衝撃検出装置
JP2011099733A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Murata Mfg Co Ltd 衝撃検出装置
WO2014024559A1 (ja) * 2012-08-06 2014-02-13 日本電気株式会社 振動検出装置
WO2014046500A1 (ko) * 2012-09-20 2014-03-27 한국생산기술연구원 에어백 센서모듈 및 에어백 센서모듈이 통합된 차체
JP2014215184A (ja) * 2013-04-25 2014-11-17 富士通株式会社 電子機器および衝撃検知プログラム
KR101515475B1 (ko) 2013-02-15 2015-05-04 한국생산기술연구원 에어백 센서모듈이 통합된 차체
JP2015179074A (ja) * 2014-02-25 2015-10-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 衝撃記憶装置
JP2015532472A (ja) * 2013-08-09 2015-11-09 アルカテル−ルーセント ワイヤレス・センシング・デバイスおよび方法
JP2018077614A (ja) * 2016-11-08 2018-05-17 公益財団法人鉄道総合技術研究所 衝撃検知装置、災害監視システム及び移動体検知システム
JP2019109217A (ja) * 2017-12-15 2019-07-04 Tdk株式会社 状態検出装置

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2156197B1 (en) * 2007-05-07 2010-09-22 Raytheon Sarcos, LLC Digital wound detection system
US8191421B2 (en) * 2007-05-07 2012-06-05 Raytheon Company Digital ballistic impact detection system
US7791982B2 (en) * 2007-06-29 2010-09-07 Karr Lawrence J Impact energy powered golf ball transmitter
WO2011094347A2 (en) * 2010-01-26 2011-08-04 Metis Design Corporation Multifunctional cnt-engineered structures
US9495847B2 (en) * 2010-02-26 2016-11-15 Thl Holding Company, Llc Method, system and wireless device for monitoring protective headgear based on power data
US9711017B2 (en) * 2010-02-26 2017-07-18 Thl Holding Company, Llc Method, system and wireless device with power management for monitoring protective headgear
US8104324B2 (en) 2010-03-02 2012-01-31 Bio-Applications, LLC Intra-extra oral shock-sensing and indicating systems and other shock-sensing and indicating systems
CA2791917C (en) 2010-03-02 2019-04-09 Bio-Applications, LLC Intra-extra oral shock-sensing and indicating systems and other shock-sensing and indicating systems
US9121785B2 (en) 2012-04-24 2015-09-01 Sarcos Lc Non-powered impact recorder
US9226481B1 (en) * 2013-03-14 2016-01-05 Praveen Paripati Animal weight monitoring system
US9548275B2 (en) 2013-05-23 2017-01-17 Globalfoundries Inc. Detecting sudden changes in acceleration in semiconductor device or semiconductor packaging containing semiconductor device
WO2015199785A2 (en) 2014-04-10 2015-12-30 Metis Design Corporation Multifunctional assemblies
WO2017196945A1 (en) * 2016-05-10 2017-11-16 Cornell University Apparatus and methods for detecting a vibratory signal
CN110275047B (zh) * 2018-03-14 2021-01-22 京东方科技集团股份有限公司 加速度传感器、电容检测电路、加速度处理电路及方法
CN109557339B (zh) * 2018-11-16 2021-03-26 陕西千山航空电子有限责任公司 一种三轴加速度计及冲击探测开关
WO2021066684A1 (en) * 2019-09-30 2021-04-08 Saab Ab (Publ) A shock event recording unit, a shock detection system, a mobile application for processing of data relating to a shock event and a method for monitoring if an apparatus has been exposed to a shock

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5459447A (en) * 1994-06-20 1995-10-17 John Snyder, Inc. Aftermarket installable dual sensitivity shock detector
JPH08145783A (ja) 1994-11-28 1996-06-07 Nkk Corp 自発電源による振動検出方法及び装置
JP3194078B2 (ja) 1996-03-29 2001-07-30 日本鋼管株式会社 自発電源による振動検出装置
JPH10260202A (ja) 1997-03-19 1998-09-29 Tokai Rika Co Ltd Gスイッチ
US6050144A (en) * 1997-06-04 2000-04-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Acceleration sensor
JPH1116259A (ja) * 1997-06-24 1999-01-22 Internatl Business Mach Corp <Ibm> ヘッド機構制御装置および信号供給制御装置ならびにディスクドライブ装置
JP2002074934A (ja) * 2000-09-01 2002-03-15 Hitachi Ltd 外乱検出回路、これを用いた記憶装置及びその外乱検出方法
JP2005086859A (ja) 2003-09-05 2005-03-31 Hitachi Ltd 圧電発電装置およびセンサシステム

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008059058A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Hitachi Ltd センサノード
JP2010197111A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Nec Corp イベント記録装置及び電子機器
JP2010271253A (ja) * 2009-05-22 2010-12-02 Hiroshima Univ 微小変位表示デバイス及びこれを用いた建造物の異常振動監視システム
JP2011099734A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Murata Mfg Co Ltd 衝撃検出装置
JP2011099733A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Murata Mfg Co Ltd 衝撃検出装置
JPWO2014024559A1 (ja) * 2012-08-06 2016-07-25 日本電気株式会社 振動検出装置
WO2014024559A1 (ja) * 2012-08-06 2014-02-13 日本電気株式会社 振動検出装置
WO2014046500A1 (ko) * 2012-09-20 2014-03-27 한국생산기술연구원 에어백 센서모듈 및 에어백 센서모듈이 통합된 차체
JP2015529174A (ja) * 2012-09-20 2015-10-05 コリア インスティチュート オブ インダストリアル テクノロジー エアバッグセンサーモジュール及びエアバッグセンサーモジュールが統合された車体
US9539970B2 (en) 2012-09-20 2017-01-10 Korea Institute Of Industrial Technology Airbag sensor module and car body integrated with airbag sensor module
KR101515475B1 (ko) 2013-02-15 2015-05-04 한국생산기술연구원 에어백 센서모듈이 통합된 차체
JP2014215184A (ja) * 2013-04-25 2014-11-17 富士通株式会社 電子機器および衝撃検知プログラム
JP2015532472A (ja) * 2013-08-09 2015-11-09 アルカテル−ルーセント ワイヤレス・センシング・デバイスおよび方法
JP2015179074A (ja) * 2014-02-25 2015-10-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 衝撃記憶装置
JP2018077614A (ja) * 2016-11-08 2018-05-17 公益財団法人鉄道総合技術研究所 衝撃検知装置、災害監視システム及び移動体検知システム
JP2019109217A (ja) * 2017-12-15 2019-07-04 Tdk株式会社 状態検出装置
JP7103085B2 (ja) 2017-12-15 2022-07-20 Tdk株式会社 状態検出装置

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