JP2008159038A - 無線センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線センサ装置において、良好な通信性能を確保しつつ、より小型化が可能であると共にセンサ部と回路部とを離間設置可能にすること。
【解決手段】 センサ部２と、センサ部２に接続されたリード線３と、センサ部２で生じた電気的特性の変化をリード線３を介して検出して計測データとするセンサ回路部４と、リード線３をアンテナにして計測データを無線通信する無線回路部５と、センサ部２で生じた電気的特性の変化を検出する際にはリード線３にセンサ回路部４を切替接続し、無線通信を行う際にはリード線３に無線回路部を切替接続する切替スイッチ回路部６と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型でかつ良好な無線通信性能を有する無線センサ装置に関する。

例えば、温度センサ等は、高温状態等の劣悪な環境に設置される場合があり、信頼性や設置上の観点から小型であることが要求される。また、このような環境では、センサにより得た計測データを無線通信で外部に送信する必要があり、センサに無線通信機能が設けられたセンサ装置がある。例えば、特許文献１には、アンテナを介して計測データを送信する無線機能を設けた無線温度センサが提案されている。

特開２００５−１１５９１９号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来の無線センサ装置では、さらなる小型化に伴って内部にアンテナを設置することが困難になってきた。また、表面実装型の小型のチップアンテナを用いることでより小型化することも考えられるが、この場合、送受信機自体の小型化が可能になるが、無線回路であるＲＦ回路の回路長が無線波長に対して短いために、送受信感度が劣化して十分な通信性能を得ることができない場合があった。さらに、アンテナ部分を送受信機の外部に別途設ける手法も考えられるが、この場合は、外部に突出したアンテナ部分のために全体の小型化が困難になってしまう。
一方、無線センサ装置として、センシング対象が、高温域の温度であったり、ガスや液体である場合などでは、回路部を有する送受信機を直接、センシング環境下に設置することが困難な場合がある。この場合、センサ部と送受信機とを互いに離間させた状態でセンシング可能な技術が要望されている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、良好な通信性能を確保しつつ、より小型化が可能であると共にセンサ部と回路部とを離間設置可能な無線センサ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の無線センサ装置は、センサ部と、前記センサ部に接続されたリード線と、前記センサ部で生じた電気的特性の変化を前記リード線を介して検出して計測データとするセンサ回路部と、前記リード線をアンテナにして前記計測データを無線通信する無線回路部と、前記センサ部で生じた電気的特性の変化を検出する際には前記リード線に前記センサ回路部を切替接続し、前記無線通信を行う際には前記リード線に前記無線回路部を切替接続する切替スイッチ回路部と、を備えていることを特徴とする。

この無線センサ装置では、無線回路部がリード線をアンテナに代用して計測データを無線通信するので、小型化を図っても回路長を長くでき、良好な送受信感度が維持され、通信の信頼性を向上させることができる。また、送信電力が低く、通信効率を向上させることができるので、低消費電力で動作させることができる。
一般に、ポータブルラジオ装置、携帯電話機又はポータブル音響機器等の電波信号を受信する機能として、感度の向上を図るためイヤホンのコードをアンテナとして利用する技術が用いられている。この技術を単にそのまま適用してセンサ部のリード線をアンテナとして利用し、計測と無線通信とを同時動作させると、リード線に流れる送受信信号によってリード線及びセンサ部に電流・電圧変動が生じてしまい、センサ部による計測に誤差が発生してしまう。しかしながら、本発明の無線センサ装置では、切替スイッチ回路部によって、センサ部で生じた電気的特性の変化を検出する際にはリード線にセンサ回路部を切替接続し、無線回路部から切り離すので、無線通信時に生じるリード線及びセンサ部の電流・電圧変動が計測時には発生せず、センサ感度に影響を与えず、高い測定精度を維持することができる。
また、リード線を介してセンサ部と各回路部とが離間して接続されているので、センサ部だけを高温環境下やガス、液体等の存在する環境下に設置し、各回路部をセンサ部から離して別の環境下に設置することが可能になる。

また、本発明の無線センサ装置は、前記センサ回路部と前記無線回路部と前記切替スイッチ回路部とを収納する本体ケースを備えていることを特徴とする。すなわち、この無線センサ装置では、センサ回路部と無線回路部と切替スイッチ回路部とを収納する本体ケースを備えているので、本体ケースをセンサ部とは別の場所にセットすることで、各回路部をまとめてセンサ部とは異なる環境下に設置することができる。また、各回路部を本体ケースで保護することができる。

さらに、本発明の無線センサ装置は、前記本体ケース内に、前記リード線を巻き取り可能な巻き取り機構が設けられていることを特徴とする。すなわち、この無線センサ装置では、巻き取り機構によりリード線が本体ケース内に巻き取り可能になっているので、巻き取られた部分の巻回状態のリード線がアンテナのローディングコイルとして機能し、波長の長い搬送波を用いることで、さらに安定した通信品質を得ることができる。また、本体ケースから延びるリード線の長さを、センサ部の設置場所に応じて自在に調整することができる。

また、本発明の無線センサ装置は、前記センサ部が、サーミスタ部と、前記サーミスタ部に並列に前記リード線に接続されたコンデンサとを備えていることを特徴とする。すなわち、この無線センサ装置では、センサ部がサーミスタ部とサーミスタ部に並列にリード線に接続されたコンデンサとを備えているので、無線信号に用いる高周波信号のインピーダンス整合が取りやすくなり、通信品質が安定する。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る無線センサ装置によれば、無線回路部がリード線をアンテナに代用して計測データを無線通信し、切替スイッチ回路部がセンサ部で生じた電気的特性の変化を検出する際にはリード線にセンサ回路部を切替接続し、無線回路部から切り離すので、さらなる小型化を図っても良好な送受信感度を維持することができると共に計測時に無線通信がセンサ感度に影響を与えず、高い測定精度を維持することができる。また、リード線を介してセンサ部と各回路部とが離間して接続されているので、各回路部から離してセンサ部だけを高温環境下やガス、液体等の存在する環境下に設置することができる。

以下、本発明に係る無線センサ装置の第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。

本実施形態の無線センサ装置１は、図１から図３に示すように、センサ部２と、センサ部２に接続されたリード線３と、センサ部２で生じた電気的特性の変化をリード線３を介して検出して計測データとするセンサ回路部４と、リード線３をアンテナにして計測データを無線通信する無線回路部５と、センサ部２で生じた電気的特性の変化を検出する際にはリード線３にセンサ回路部４を切替接続し、無線通信を行う際にはリード線３に無線回路部５を切替接続する切替スイッチ回路部６と、センサ回路部４と無線回路部５と切替スイッチ回路部６とを収納する本体ケース７とを備えている。

上記センサ部２は、温度変化を検出する温度センサであって、図２及び図３に示すように、ＮＴＣサーミスタで形成されたサーミスタ部２ａと、サーミスタ部２ａと並列にリード線３に接続されたコンデンサ２ｂとを備えている。
上記切替スイッチ回路部６は、上記無線通信時には、無線回路部５のＲＦ回路におけるグランド（ＧＮＤ）にリード線３を接続してリード線３をアンテナとして代用する。
上記本体ケース７内には、センサ部２、切替スイッチ回路部６、センサ回路部４及び無線回路部５にそれぞれ電力を供給する電池（図示略）が収納されている。

上記センサ回路部４は、電圧変動及び温度変動に対して安定したウィーンブリッジ回路による発振器が設けられている。発振器では、サーミスタ部２ａの抵抗値に応じて発振周波数が決定される。温度変化によりサーミスタ部２ａの抵抗値が変化するのに伴い、発振周波数が温度に対応して変化する。これにより、電池の電圧変動に対しても、温度変化に伴うサーミスタ部２ａの抵抗値の変動を発振周波数により検出することができ、安定した温度測定を行うことができる。なお、上記発振周波数は、発振器の発振するパルスを所定の期間（例えば、３０分又は１時間）毎に計数した計数値を用いる。したがって、センサ回路部４は、上記計数値に基づく発振周波数の情報を計測データとして、無線回路部５に送る。

次に、本実施形態の無線センサ装置による温度の計測方法及び計測データの無線通信方法について説明する。

まず、上記センサ部２を所定のセンシング場所に設置すると共に本体ケース７をリード線３が届く範囲で内部の各回路部に支障のない環境下に設置する。また、無線センサ装置１から無線通信可能な範囲に、送信される計測データを受信する親機（図示略）を設置する。
センサ部２により温度計測を行うには、切替スイッチ回路部６によりリード線３との接続をセンサ回路部４に切り替え、センサ回路部４によってセンサ部２の電気的特性として抵抗値の変化を検出する。センサ回路部４は、抵抗値の変動を上記処理によって計測データに変換し、これを無線回路部５に送る。

また、センサ回路部４から計測データが無線回路部５に送られると切替スイッチ回路部６は、リード線３との接続を無線回路部５に切り替える。
無線回路部５は、送られた計測データを高周波信号の送信信号に変換し、リード線３をアンテナとして親機に無線送信する。この計測データを親機により無線受信することで、遠隔設置された無線センサ装置１からの温度計測データを得ることができる。

なお、無線センサ装置１からの計測データ送信は、予め決めた時間間隔で発信するように設定しても構わない。また、親機から発信された要求信号を受信して上記計測及び無線通信を行うように設定しても構わない。この場合、無線センサ装置１は、待機状態では切替スイッチ回路部６によりリード線３には無線回路部５が接続されるように設定され、リード線３をアンテナとして要求信号を受信可能な状態とされる。そして、要求信号を受信すると無線回路部５からセンサ回路部４へと計測を行う命令が送られると共に、切替スイッチ回路部６によりリード線３との接続をセンサ回路部４に切り替えて上記計測の処理が行われる。

上述したように本実施形態では、無線回路部５がリード線３をアンテナに代用して計測データを無線通信するので、小型化を図っても回路長を長くでき、良好な送受信感度が維持され、通信の信頼性を向上させることができる。また、送信電力が低く、通信効率を向上させることができるので、低消費電力で動作させることができる。
さらに、切替スイッチ回路部６によって、センサ部２で生じた電気的特性の変化を検出する際にはリード線３にセンサ回路部４を切替接続し、無線回路部５から切り離すので、無線通信時に生じるリード線３及びセンサ部２の電流・電圧変動が計測時には発生せず、センサ感度に影響を与えず、高い測定精度を維持することができる。

また、リード線３を介してセンサ部２と各回路部を収納した本体ケース７とが離間して接続されているので、センサ部２だけを高温環境下やガス、液体等の存在する環境下に設置し、各回路部を収納した本体ケース７をセンサ部２から離して別の環境下に設置することが可能になる。
さらに、センサ回路部４と無線回路部５と切替スイッチ回路部６とを収納する本体ケース７を備えているので、本体ケース７をセンサ部２とは別の場所にセットすることで、各回路部をまとめてセンサ部２とは異なる環境下に設置することができる。また、各回路部を本体ケース７で保護することができる。
また、センサ部２が、サーミスタ部２ａとサーミスタ部２ａに並列にリード線３に接続されたコンデンサ２ｂとを備えているので、無線信号に用いる高周波信号のインピーダンス整合が取りやすくなり、通信品質が安定する。

次に、本発明に係る無線センサ装置の第２実施形態について、図４及び図５を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、本体ケース７からセンサ部２までを一定の長さに設定されたリード線３で接続しているのに対し、第２実施形態の無線センサ装置１１では、図４及び図５に示すように、本体ケース７内に、リード線３を巻き取り可能な巻き取り機構１２が設けられ、本体ケース７から延びるリード線３の長さが自在に変更可能とされている点である。この巻き取り機構１２は、本体ケース７内に回転可能に支持された芯部１２ａにセンサ部２側のリード線３が巻回されて構成されている。

すなわち、第２実施形態では、図示しない摘み部等により芯部１２ａを回転操作することで、リード線３の巻回量を調整してセンサ部２までのリード線３の長さを任意に設定することが可能になっている。また、リード線３のうち巻き取り機構１２の芯部１２ａに巻き取られた部分は、無線通信時にはアンテナのローディングコイル３ａとして機能する。なお、この場合の等価回路を、図５に示す。

このように第２実施形態では、巻き取り機構１２によりリード線３が本体ケース７内に巻き取り可能になっているので、巻き取られた部分の巻回状態のリード線３がアンテナのローディングコイル３ａとして機能し、波長の長い搬送波を用いることで、さらに安定した通信品質を得ることができる。また、本体ケース７から延びるリード線３の長さを、センサ部２の設置場所に応じて自在に調整することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、サーミスタ材料を用いて温度変化を検出する温度センサをセンサ部２に採用したが、他のセンシング手段として、湿度センサやガスセンサ等のセンシング対象の異なる他の種類のセンサ部を用いても構わない。
また、上記各実施形態では、上述したように、各回路部が全て１つの本体ケース７内に収納されていることが好ましいが、回路部の一部が個別に外部に設置されていても構わず、また各回路部が別々のケースに収納されていても構わない。

本発明に係る無線センサ装置の第１実施形態において、無線センサ装置を示す構成図である。 第１実施形態において、センサ部を示す概略的な側面図である。 第１実施形態において、無線センサ装置を示す回路構成図である。 本発明に係る無線センサ装置の第２実施形態において、無線センサ装置を示す構成図である。 第２実施形態において、無線回路を示す等価回路図である。

符号の説明

１、１１…無線センサ装置、２…センサ部、３…リード線、４…センサ回路部、５…無線回路部、６…切替スイッチ回路部、７…本体ケース、２ａ…サーミスタ部、２ｂ…コンデンサ、１２…巻き取り機構

Claims (4)

1. センサ部と、
   前記センサ部に接続されたリード線と、
   前記センサ部で生じた電気的特性の変化を前記リード線を介して検出して計測データとするセンサ回路部と、
   前記リード線をアンテナにして前記計測データを無線通信する無線回路部と、
   前記センサ部で生じた電気的特性の変化を検出する際には前記リード線に前記センサ回路部を切替接続し、前記無線通信を行う際には前記リード線に前記無線回路部を切替接続する切替スイッチ回路部と、を備えていることを特徴とする無線センサ装置。
2. 請求項１に記載の無線センサ装置において、
   前記センサ回路部と前記無線回路部と前記切替スイッチ回路部とを収納する本体ケースを備えていることを特徴とする無線センサ装置。
3. 請求項２に記載の無線センサ装置において、
   前記本体ケース内に、前記リード線を巻き取り可能な巻き取り機構が設けられていることを特徴とする無線センサ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の無線センサ装置において、
   前記センサ部が、サーミスタ部と、
   前記サーミスタ部に並列に前記リード線に接続されたコンデンサと、を備えていることを特徴とする無線センサ装置。

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