JP2006277312A - 物理量検出装置および物理量監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】 電源供給のための設備が不要で小型、軽量、安価な物理量検出装置を提供する。
【解決手段】 本発明の物理量検出装置は、物理量センサや制御回路を実装した基板３と、シート状の太陽電池２とを貼り付けた構造である。シート状の太陽電池２には太陽光入射面の中央部に環状のアンテナコイル５を取り付けており、外部装置と無線通信を行うことができる。物理量検出装置の電源は太陽電池２により供給されるため、電源供給の設備が不要である。電源供給の設備が敷設されていない場合、従来は鉛蓄電池等を搭載して電源を確保していたが、物理量検出装置が高価になり重量が重くなるという課題があった。太陽電池シートは鉛蓄電池より安価で、小型かつ薄型であるため、太陽電池シートを搭載することで上記の課題を解決することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、傾きや磁気の強さ等の物理量を検出する物理量検出装置および物理量監視システムに関する。

傾きや磁気の強さ等の物理量を長時間監視する物理量検出装置は、山間部など街中から離れた場所に設置される場合も多い。このような場所では、予め電源供給の設備が整っていることが少ないため、従来は物理量検出装置を設置する前に電源ラインを敷設するか、鉛蓄電池等を物理量検出装置に搭載することにより電源を確保していた。
なお、本出願に関する従来技術の参考文献として特許文献１が知られている。
特開２００１−２６４１２９号公報

しかし、物理量検出装置を設置する前に電源ラインを敷設する方法では電源ラインを敷設するまでに多くの時間と費用がかかるという課題が、物理量検出装置に鉛蓄電池等を搭載する方法では物理量検出装置の重量が重くなり、特に山間部への運搬・設置の作業が困難になるという課題があった。また、鉛蓄電池は電池が切れると交換する必要があり、電池の交換のために物理量検出装置の設置場所に出向く必要があるという別の課題もあった。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は電源供給のための設備が不要で小型、軽量、安価な物理量検出装置および物理量監視システムを提供することにある。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、物理量を検出する検出手段と前記検出手段の検出結果を電波に乗せて発信する発信手段とを実装した回路基板と、前記検出手段と前記発信手段とに電源を供給するシート状の太陽電池とを張り合わせた構造をしており、前記シート状の太陽電池は、シートの片面に接着剤が塗布されており装置の貼付用のシートを構成することを特徴としている。また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記発信手段が環状のコイルと送受信回路とで構成されており、前記シート状の太陽電池の表面に前記コイルを取り付けたことを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の物理量検出装置と、前記検出結果を受信する手段と受信した結果を蓄積する手段とを備えた情報収集機器とで構成されることを特徴とする物理量監視システムである。また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記情報収集機器が、前記検出結果を解析し予め決められた範囲以上に変動していないかで異常を判定する判定手段と、異常判定時に報知動作を行う手段とを備えていることを特徴としている。

この発明によれば、太陽電池シートで太陽光をエネルギーとして電源を供給する形態を取っており、物理量検出装置とは別に電源供給のための設備を整える必要がなくなる。さらに、太陽電池シートは鉛蓄電池等に比べると安価で軽く薄型であるため、物理量検出装置が安価になり、軽量化、小型化を合わせて実現することが可能となる。また、太陽電池シートは電池切れによる交換を必要とせず、交換のために物理量検出装置の設置場所に出向く必要がない。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。
図１はこの発明の実施形態にかかる傾斜検出装置（物理量検出装置）の構造を示す断面図である。傾斜検出装置１は太陽電池シート２と傾斜センサユニット３とを図１のように張り合わせた構造をしている。

傾斜検出装置１に用いた太陽電池シート２は、円形でフレキシブルなシート状の構造である。太陽電池シート２としては、アモルファス半導体太陽電池または色素増感型太陽電池など薄型のシート化が可能なものを使用する。アモルファス半導体太陽電池は、半導体のＰＮ接合を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換するもので、アモルファス半導体のＰ層・Ｎ層（場合によってはＰ層・Ｎ層の間にＩ層を入れる）を積層し、その両面を導電層で挟み込んだ構造をしている。一方、色素増感型太陽電池は、色素により吸収された光エネルギーを酸化還元反応で電気エネルギーに変換するもので、光を吸収する色素、ヨウ素溶液等の電解質、酸化チタン等の光触媒で構成される。

図２は太陽電池シート２を太陽光が入射する面（以下、表面と呼ぶ）から見た平面図である。太陽電池シート２の表面は中央部がわずかに盛り上がっており、その中央部の盛り上がりの周囲に環状のアンテナコイル５を取り付け、リード線６をその一方の端がアンテナコイルと電気的に接触するように設置する。図３は太陽電池シート２を、電極を取り付けた面（以下、裏面と呼ぶ）から見た裏面図である。太陽電池シート２の裏面は、中央部にグランド電極８、マイナス電極９、プラス電極１０、リード線電極１１を設けている。また、表面に設置し一方の端をアンテナコイル５と接触させたリード線６は、裏面に回り込んでもう一方の端はリード線電極１１と電気的に接触する。

一方、傾斜検出装置１に用いた傾斜センサユニット３は、ガラスエポキシ材の四角いプリント基板７の一方の面にチップ部品を実装したものである。図４は傾斜センサユニット３のレイアウト図であり、グランド電極３０、マイナス電極３１、プラス電極３２、リード線電極３３の各電極と、加速度センサ３４、送受信回路３５、マイクロプロセッサ３６を構成するチップ部品とが配置されている。傾斜センサユニット３に実装されている物理量センサは、傾きを検知する加速度センサ３４である。送受信回路３５は、加速度センサ３４から入力したデータに基づいてキャリアを変調し、アンテナコイル５に出力して送信するものである。さらに、送受信回路３５は、アンテナコイル５で受信した受信信号から受信データを復調し、マイクロプロセッサ３６に出力するものである。マイクロプロセッサ３６は、ＣＰＵ３７（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とＲＯＭ３８（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ３９（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を備えている。ROM３８は不揮発性で低電圧駆動が可能なヒューズ型メモリを使用し、各傾斜検出装置を特定するための識別番号が工場出荷時に記録されている。ＲＡＭ３９は不揮発性のメモリであり、加速度センサ３４の出力を記憶するときに用いられる。

図５は図１の破線で囲んだ部分を拡大した図である。傾斜センサユニット３は、チップ部品を実装した面が、太陽電池シート２裏面の中央部に来るように接着剤１２で貼り付ける。この際、太陽電池シート２のグランド電極８とプリント基板３のグランド電極３０、太陽電池シート２のマイナス電極９とプリント基板３のマイナス電極３１、太陽電池シート２のプラス電極１０とのプラス電極３２、太陽電池シート２のリード線電極１１とプリント基板３のリード線電極３３とが電気的に導通するように貼り付ける。ここで使用する接着剤１２は、電極を貼り付ける部位には導電性の接着剤を、それ以外の部位には絶縁性の接着剤を使用する。太陽電池シート２と傾斜センサユニット３との間の空間にはモールド材１３を充填する。このように、太陽電池シート２と傾斜センサユニット３とを張り合わせた後、太陽電池シート２の裏面および傾斜センサユニットのチップ部品を実装していない面に接着剤４を付ける。傾斜検出装置１を設置する際には、この接着剤４で貼り付ける。

次に、上述した実施形態の動作を図6、図7を参照して説明する。
図6において、山間部の斜面に設置された傾斜検出装置１ａ、１ｂ、１ｃはすべて情報収集機器１００と無線で通信するようになっており、各傾斜検出装置は検出した傾きのデータを定期的に情報収集機器１００に送信し、情報収集機器１００は受信したデータを管理し斜面崩壊が起きていないかを監視する。

図７は傾斜検出装置１ａ〜１ｃの動作を表したフローチャートである。傾斜検出装置１ａ〜１ｃは設置が終了し太陽光が当たって電源が供給されると、マイクロプロセッサ３６がチップの初期化、データ領域の初期化等の初期化処理を行う（ステップＳ７０１）。初期化処理が終わると、加速度センサ３４の出力を取り込み、設置した時刻における傾きを算出する（ステップＳ７０２）。その後、検出した傾きの値を初期値として、無線通信により情報収集機器１００に対して送信を行う（ステップＳ７０３）。

次に、マイクロプロセッサ３６で管理している時刻をリセットし、時間の計測を開始する（ステップＳ７０４）。この実施形態では、傾斜検出装置１ａ〜１ｃから情報収集機器１００に対して定期的にデータを送信しており、その間隔Ｔを６０秒に設定している。定期送信の間隔６０秒が経過すると、再び加速度センサ３４の出力を取り込み、傾きを算出する（ステップＳ７０５）。次に、ステップＳ７０３に戻って情報収集機器１００にデータを送信し、その後はステップＳ７０３〜ステップＳ７０５を繰り返し実行する。

一方、情報収集機器１００では、傾斜検出装置１ａ〜１ｃからの傾きデータを受信すると、その傾きデータと傾斜検出装置１ａ〜１ｃから初期値として送られてきた傾きデータとを比較する。この結果、傾きの差が一定値（１０度）未満であれば、傾きは正常と判断し監視を続ける。傾きの差が一定値（１０度）以上であれば、斜面崩壊の危険ありと判断して警報を発する。

以上、この発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更も含まれる。例えば、山奥などで傾斜検出装置１ａ〜１ｃの無線が届く範囲内に情報収集機器１００を設置できない場合には、回収要員が携帯型のデータ収集端末装置を持参して傾斜検出装置１ａ〜１ｃの設置場所を巡回し、傾斜検出装置１ａ〜１ｃのＲＡＭ３９内に保存されているデータを回収するという方法も考えられる。

この発明は、山間部における斜面崩壊を監視するシステム、家屋の傾きを監視するシステム、材木置き場等の荷積み場において荷崩れを監視するシステム、地震発生後の被災地における仮敷設の余震予知システム、モーションキャプチャのシステムに用いて好適である。

本発明の実施形態にかかる傾斜検出装置１の断面図である。 図１における太陽電池シート２を、太陽光の入射する面から見た平面図である。 図１における太陽電池シート２を、電極を取りつけた面から見た裏面図である。 図１における傾斜センサユニット３のレイアウト図である。 図１における破線円内を拡大した断面図である。 本発明の実施形態にかかる斜面崩壊検出システムのイメージ図である。 本発明の実施形態にかかる傾斜検出装置１の動作を示したフローチャートである。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…傾斜検出装置、２…太陽電池シート、３…傾斜センサユニット、４…接着剤、５…アンテナコイル、６…リード線、７…プリント基板、１２…接着剤、１３…モールド材、３４…加速度センサ（物理量センサ）、３５…送受信回路、３６…マイクロプロセッサ、１００…情報収集機器

Claims (4)

1. 物理量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果を電波に乗せて発信する発信手段とを実装した回路基板と、
   前記検出手段と前記発信手段とに電源を供給するシート状の太陽電池と、
   を張り合わせた構造をしており、
   前記シート状の太陽電池は、
   シートの片面に接着剤が塗布されており装置の貼付用のシートを構成することを特徴とする物理量検出装置。
2. 前記発信手段が環状のコイルと送受信回路とで構成されており、
   前記シート状の太陽電池の表面に前記コイルを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の物理量検出装置と、
   前記検出結果を受信する手段と受信した結果を蓄積する手段とを備えた情報収集機器とで構成されることを特徴とする物理量監視システム。
4. 前記情報収集機器が、
   前記検出結果を解析し予め決められた範囲以上に変動していないかで異常を判定する判定手段と、
   異常判定時に報知動作を行う手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項３に記載の物理量監視システム。

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