JP2010123033A - センサノード装置およびセンサノードシステム - Google Patents

Abstract

【課題】センサノード装置での消費電力を効果的に削減でき、センサチップノードの小型化を実現する。
【解決手段】外部振動に応じて容量値が変化する可変容量素子を含むセンサ素子部１１で、当該容量変化に応じた検知信号を出力し、直列接続された３つのダイオードと、これらダイオードの直列接続からの出力電圧を充電する固定容量素子とを含むゼロパワーセンサ回路部１２で、検知信号の変化に応じて各ダイオードが交互に導通することにより固定容量素子を徐々に充電し、固定容量素子両端の電圧をしきい値処理して得られた検知データを、検知動作開始から判定期間経過後に、無線部１４から無線電波で送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサネットワーク技術に関し、特にセンサノード装置の低電力化技術に関する。

各種のデータを検知するセンサに通信機能やデータ処理機能を付加して高機能なセンサノードを構成し、さらにこれらセンサノードでネットワークを構築するセンサネットワーク技術の研究が進んでいる。
このセンサネットワーク技術では、センサノードの小型化・軽量化を目的として、データを検知して受信装置へ送信するための回路構成を半導体チップで実現したセンサノード装置が注目されている。

このようなセンサノード装置は、物や人などの様々な対象に取り付けられることで、その対象の各種状態を示すデータを検知して、無線電波により受信装置へ送信することができる。このため、受信装置で受信したこれら検知データを、インターネットなどのネットワークを介して収集することで、様々なサービスを実現することができ、いわゆるユビキタスネットワークサービスを実現することができる。例えば、装置に取り付けたセンサノード装置でその振動周波数や加速度を検知するとともに、受信装置でこれら検知データを収集して提供することにより、ネットワークを介して遠隔地で装置の動作状態を把握でき、有用な保守・整備サービスを広い範囲で提供することが可能となる。

図２５は、従来のセンサノードシステムの構成を示すブロック図である（例えば、特許文献１など参照）。センサノードシステム５００は、センサノード装置５０と受信装置６０で構成される。センサノード装置５０で検知したデータは無線電波を介して受信装置６０に送信される。無線電波は、比較的微弱な無線電波であり、数十ｃｍから数十ｍ離れた距離を通信できる。
センサノード装置５０は、センサ素子部５１、センサ回路部５２、Ａ／Ｄ変換部５３、ＣＰＵ５４、メモリ部５５、無線部５６、および電源部５７により構成され、電源部５７から各ブロックへ電力が供給されている。電源部５７は、例えば振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機構や２次電池等で構成されており、長時間の動作が実現可能なように工夫されている。

センサ素子部５１から得られた差動の電圧信号は、センサ回路５２の差動増幅器ＡＭＰで増幅された後、後段のＡ／Ｄ変換部５３でＡ／Ｄ変換され、ＣＰＵ５４によりメモリ部５５へ検知データとして保存される。その後、検知データはＣＰＵ５４により所定のタイミングでメモリ部５５から読み出され、無線部５６から無線電波により受信装置６０へ送信される。

図２６は、センサ素子部およびセンサ回路部の構成を示す回路図である。センサ素子部５１は、電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間に逆方向で並列接続された２つの振動センサ５１Ａ，５１Ｂから構成されている。振動センサ５１Ａは、外部振動により互いに逆方向に容量値が変化する２つの可変容量素子ＣＰ１，ＣＮ１の直列接続からなり、振動センサ５１Ｂは、外部振動により互いに逆方向に容量値が変化する２つの可変容量素子ＣＰ２，ＣＮ２からなる。

図２７は、振動センサの構成例である。振動センサ５１Ａ，５１Ｂは、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)プロセスによりシリコンチップ上に構成された微細な櫛歯構造からなり、可動電極５１Ｍと２つの固定電極５１Ｐ，５１Ｎとを有している。
これら振動センサ５１Ａ，５１Ｂにおいて、外部振動で可動電極５１Ｍが振動することにより、固定電極５１Ｐ，５１Ｎとの距離が変化して、可動電極５１Ｍと固定電極５１Ｐ，５１Ｎと間の容量ＣＰ，ＣＮの大きさが変化する。この際、固定電極５１Ｐと固定電極５１Ｎとの中間に可動電極５１Ｍが配置されているため、これら容量ＣＰ，ＣＮは差動的に変化する。

したがって、ノードＮ５１を介して固定電極５１Ｐへ電源電位ＶＤＤを印加し、ノードＮ５２を介して固定電極５１Ｎへ接地電位ＧＮＤを印加した場合、ＶＤＤとＧＮＤの中間電位を中心として外部振動に応じて電圧が上下に変化する電圧信号が、可動電極５１ＭのノードＮ５３からセンサ回路５２へ出力される。この際、振動センサ５１Ａ，５１Ｂは、電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間に逆方向で並列接続されていることから、同一外部振動に対して互いに逆位相の電圧信号がセンサ回路５２へ出力される。

特開２００４−０２４５５１号公報 特許３８９９１１０号公報

しかしながら、このような従来技術では、２つの振動センサを用いて差動の検知信号を得た後、センサ回路部の差動増幅器で増幅しているため、この差動増幅部での消費電力が大きく、センサノード装置全体の消費電力を効果的に削減できないという問題点があった。
すなわち、差動増幅器はトランジスタをアナログ動作させているため、直流電流を常時消費してしまうことから、センサノード装置全体での消費電力は、ｍＷ（ミリワット）からμＷ（マイクロワット）レベルとなる。また、上記消費電力を確保するために電源部の発電量を大きくするには発電機構の体積を大きくする必要があり、センサノード装置の小型化が制約される。

その結果、小さな物や人などの対象にセンサノード装置を取り付ける際、センサノード装置の大きさによって取付位置が制約されるため、センサノードシステムの導入を妨げる要因となる。また、このような制約に応じてセンサノード装置の取付位置を変更した場合には、対象の状態を示す所望の検知データを正確に取得することができない場合も考えられる。したがって、センサノードシステムを用いたユビキタスネットワークサービスで、有用なサービスを容易に提供することができない場合もある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、センサノード装置での消費電力を効果的に削減でき、センサチップノードの小型化を実現できるセンサノード装置およびセンサノードシステムを提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかるセンサノード装置は、外部から与えられた外部振動を検知し、その検知データを無線電波で送信するセンサノード装置であって、外部振動の検知動作期間を示す起動信号を出力する起動部と、外部振動に応じて容量値が変化する第１の可変容量素子を含み、当該容量変化に応じた第１の検知信号を出力する第１のセンサ素子部と、直列接続された３つのダイオードからの出力電圧を充電する第１の固定容量素子とを含み、起動信号の検知動作期間において第１の検知信号の変化に応じてこれら３つのダイオードを交互に導通させることにより第１の固定容量素子を徐々に充電する第１のセンサ回路部と、第１の固定容量素子両端のセンサ出力電圧と第１のしきい値電圧とを比較し、この比較結果を検知データとして出力する第１のしきい値回路部と、供給された動作電源で動作して検知データを含む無線電波を送信する無線部とを備えている。

この際、動作電源を供給する電源部と、起動信号を判定期間だけ遅延させた制御信号を出力する遅延部と、制御信号に基づいて動作電源の供給を制御する給電制御部とをさらに備え、無線部で、給電制御部からの動作電源の供給に応じて動作して検知データを含む無線電波を送信するようにしてもよい。

また、起動部に、外部振動に応じて容量値が変化する第２の可変容量素子を含み、当該容量変化に応じた第２の検知信号を出力する第２のセンサ素子部と、直列接続された３つのダイオードからの出力電圧を充電する第２の固定容量素子とを含み、第２の検知信号の変化に応じてこれら３つのダイオードを交互に導通させることにより第２の固定容量素子を徐々に充電する第２のセンサ回路部と、第２の固定容量素子両端のセンサ出力電圧と第２のしきい値電圧とを比較し、この比較結果に基づいて起動信号を出力する第２のしきい値回路部とを設けてもよい。

また、第２のセンサ素子部として、第１のセンサ素子部を用い、第２のセンサ回路部は、第１の検知信号の変化に応じて当該３つのダイオードを交互に導通させることにより第２の固定容量素子を徐々に充電するようにしてもよい。

また、第２のセンサ素子部として、第１のセンサ素子部を用い、第２のセンサ回路部として、第１のセンサ回路部を用い、第２のしきい値回路部により、第１の固定容量素子両端のセンサ出力電圧と第２のしきい値電圧とを比較し、この比較結果に基づいて起動信号を出力するようにしてもよい。

また、第２のセンサ素子部として、第１のセンサ素子部より高い振動検出感度を有するものを用いてもよい。
また、第２のセンサ回路部として、第１のセンサ回路部より高い振動検出感度を有するものを用いてもよい。
また、第２のしきい値回路部として、第２のしきい値電圧として第１のしきい値電圧より低いしきい値電圧を有するものを用いてもよい。

また、起動部で、外部振動に応じた当該センサノード装置の傾斜を検出する傾斜スイッチを含み、この傾斜スイッチの検出出力に応じて起動信号を出力するようにしてもよい。

また、起動部で、外部振動を検出する振動センサを含み、この振動センサの検出出力に応じて起動信号を出力するようにしてもよい。

また、それぞれ第１のセンサ素子部、第１のセンサ回路部、および第１のしきい値回路部の組からなり、互いに異なる検知感度で検知した外部振動を示す検知データをそれぞれ出力する複数の振動検知部を備え、無線部で、これら振動検知部からの検知データを含む無線電波を送信するようにしてもよい。

この際、各振動検知部に、それぞれの第１のセンサ素子部に代えて、当該第１のセンサ素子部と同様の構成を有する１つの共通センサ素子部を共通して設け、各振動検知部の第１のセンサ回路部で、共通センサ素子部からの第１の検知信号の変化に応じて当該第１の固定容量素子を徐々に充電するようにしてもよい。

また、各振動検知部に、それぞれの第１のセンサ素子部に代えて、当該第１のセンサ素子部と同様の構成を有する１つの共通センサ素子部を共通して備えるとともに、それぞれの第１のセンサ回路部に代えて、当該第１の共通センサ回路部と同様の構成を有する１つの共通センサ回路部を共通して備え、共通センサ回路部で、共通センサ素子部からの第１の検知信号の変化に応じて当該第１の固定容量素子を徐々に充電し、各振動検知部のしきい値回路部で、共通センサ回路部の第１の固定容量素子両端のセンサ出力電圧としきい値電圧とを比較し、この比較結果を検知データとしてそれぞれ出力するようにしてもよい。

また、本発明にかかるセンサノードシステムは、前述したいずれか１つに記載のセンサノード装置と、センサノード装置から送信された無線電波を受信して、センサノード装置に与えられた外部振動の周波数または加速度を示す検知データを収集する受信装置とを備えている。

本発明によれば、センサ素子部で得られた検知信号を差動増幅器で増幅することなく、外部振動に応じた電圧を示すセンサ出力信号を得ることができる。これにより、センサノード装置内では比較的大きな電力を消費していた差動増幅部が不要となり、センサノード装置全体の消費電力を効果的に削減することが可能となる。したがって、消費電力の削減に応じて電源部の規模を縮小できるとともに、回路規模を削減でき、結果としてセンサノード装置の小型化・軽量化を図ることが可能となる。
また、検知動作開始から判定期間経過した時点における振動検知状態を、無線電波によりセンサノード装置から受信装置へ送信できるため、センサノード装置に与えられた振動の大きさの程度を、検知動作期間ごとに１回の無線送信で受信装置へ通知することができ、効率よく検知結果を通知することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。

このセンサノードシステム１００は、１つ以上のセンサノード装置１０と受信装置２０とから構成されている。
センサノード装置１０は、半導体チップさらにはその周辺回路を含み、物や人などの様々な対象に取り付けられることで、その対象の状態を検知して、無線電波により外部機器へ送信する。無線電波は、比較的微弱な無線電波であり、数十ｃｍから数十ｍ離れた距離を通信できる。受信装置２０は、センサノード装置１０から受信した無線電波により、対象の状態を示すデータを収集し、これらデータを通信ネットワーク（図示せず）で提供する。

センサノード装置１０には、主な機能部として、センサ素子部１１、ゼロパワーセンサ回路部１２、しきい値回路部１３、無線部１４、電源部１５、給電制御部１６、起動部１７、および遅延部１８が設けられている。

センサ素子部（第１のセンサ素子部）１１は、外部振動に応じて容量値が変化する可変容量素子（第１の可変容量素子）を含み、当該容量変化に応じた検知信号（第１の検知信号）を出力する振動センサである。
起動部１７は、外部振動の検知動作期間を示す起動信号を出力する回路部である。

ゼロパワーセンサ回路部（第１のセンサ回路部）１２は、直列接続された３つのダイオードと、これらダイオードの直列接続からの出力電圧を充電する固定容量素子（第１の固定容量素子）とを含み、起動部１７からの起動信号の検知動作期間に動作して、センサ素子部１１で得られた検知信号の変化に応じてこれらダイオードが交互に導通して固定容量素子を徐々に充電することにより、対象の振動や加速度に応じた電圧を有するセンサ出力信号を出力する。

しきい値回路部（第１のしきい値回路部）１３は、ゼロパワーセンサ回路部１２で得られたセンサ出力信号の電圧をしきい値電圧（第１のしきい値電圧）と比較し、この比較結果を検知データとして出力する。
センサ出力信号がしきい値電圧以下の場合には外部振動の検出なしを示す検知データを無線部１４へ出力し、しきい値電圧を超過した場合には外部振動の検出なしを示す検知データを無線部１４へ出力する。しきい値回路部１３については、例えば特許文献２に記載の比較回路を用いることにより、直流電流を生じることなく電圧を比較することができ、消費電力の削減に繋がる。

遅延部１８は、起動部１７からの起動信号の検知動作開始タイミングを、当該外部振動の判定に必要な判定期間だけ遅延させた制御信号を出力する回路部である。
電源部１５は、ゼロパワーセンサ回路部１２およびしきい値回路部１３の電源電位ＶＤＤ、起動部１７の電源電位ＶＤＤＬ、および無線部１４の動作電源をそれぞれ供給する回路部である。

給電制御部１６は、遅延部１８からの制御信号に基づいてスイッチ素子でオンオフ制御することにより、無線部１４に対する電源部１５からの動作電源の供給を制御する回路部である。
スイッチ素子については、ＭＯＳトランジスタで実現してもよく、ＭＥＭＳスイッチを用いてもよい。ＭＥＭＳスイッチを用いると、しきい値回路部の信号変化が緩やかなときでも、スイッチがオフからオンに変化する過渡状態で、リーク電流を生じることがなくなり、さらなる低電力動作が可能である。

無線部１４は、給電制御部１６を介して電源部１５から電源供給が行われた期間だけ、しきい値回路部１３からの検知データや、さらには当該センサノード装置１０の識別情報などのデータを、無線電波により送信する。
この場合、無線部１４において、ＵＷＢ(Ultra Wide Band)等の高周波パルスそのものを変調して送信する方式を用いてもよく、これにより低電力化無線通信が可能である。無線方式としては、ＵＷＢに限定するものではなく、これと同等またはそれ以下の低電力化が可能な無線方式を用いてもよい。

ゼロパワーセンサ回路部１２からのセンサ出力信号は、センサ素子部１１で検知された対象の振動や加速度の大きさに応じて、その電圧上昇速度が変化する。したがって、センサ出力信号が初期電位からしきい値電圧まで上昇する所要時間が、対象の振動や加速度の大きさに応じて変化することになる。このため、外部振動の検知動作開始から予め設定された時間長を持つ判定期間内に、センサ出力信号がしきい値電圧まで上昇したか否かに応じて、外部振動が一定の基準より大きい振動か否かを判定できる。
したがって、各判定期間の終了時点において無線部１４を起動することにより、当該判定期間に検知され外部振動が一定の基準より大きい振動か否かを示す検知データが受信装置２０へ通知される。

図２は、センサ素子部およびゼロパワーセンサ回路部の構成例を示す回路図である。
センサ素子部１１は、電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間に接続された振動センサ１１Ａから構成されている。振動センサ１１Ａは、外部振動により差動的に容量値が変化する２つの可変容量素子ＣＰ，ＣＮの直列接続からなる。

図３は、振動センサの構成例である。
振動センサ１１Ａは、前述した振動センサ５１Ａ，５１Ｂと同様に、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)プロセスによりシリコンチップ上に構成された微細な櫛歯構造からなり、可動電極１１Ｍと２つの固定電極１１Ｐ，１１Ｎとを有している。

外部振動で可動電極１１Ｍが振動することにより、固定電極１１Ｐ，１１Ｎとの距離が変化して、可動電極１１Ｍと固定電極１１Ｐ，１１Ｎと間の容量ＣＰ，ＣＮの大きさが変化する。この際、固定電極１１Ｐと固定電極１１Ｎとの中間に可動電極１１Ｍが配置されているため、これら容量ＣＰ，ＣＮは差動的に変化する。
本実施の形態では、ノードＮ３を介して可動電極１１Ｍへ接地電位ＧＮＤを印加している。これにより、外部振動に応じて正負に電圧が差動で変化する検知信号が、固定電極１１Ｐ，１１ＮからノードＮ１，Ｎ２を介してそれぞれ出力される。

ゼロパワーセンサ回路部１２は、図２に示すように、順方向で直列接続されたダイオードＤ１〜Ｄ３と固定容量素子ＣＳとからなり、これらが電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間に直列接続されている。図２の例では、ＭＯＳトランジスタでダイオードを構成しているが、ＰＮダイオードを用いてもよい。

ゼロパワーセンサ回路部１２において、ダイオードＤ１（第１のダイオード）の入力端子は、電源電位ＶＤＤに接続され、ダイオードＤ３（第２のダイオード）の出力端子は、接地電位に接続され、ダイオードＤ１の出力端子とダイオードＤ３の入力端子との間にダイオードＤ２（第３のダイオード）が順方向で直列接続されている。また、ダイオードＤ３の出力端子と接地電位ＧＮＤとの間に固定容量素子ＣＳが接続されている。

また、ゼロパワーセンサ回路部１２では、各ダイオード間を接続する接続ノードのうち隣り合う２つの接続ノードごとに、一方の接続ノードが可変容量素子ＣＰのノードＮ１に接続され、他方の接続ノードが可変容量素子ＣＮのノードＮ２に接続されている。したがって、センサ素子部１１のノードＮ１は、ダイオードＤ１とダイオードＤ２との接続ノードに接続され、センサ素子部１１のノードＮ２は、ダイオードＤ２とダイオードＤ３との接続ノードに接続されている。
これにより、センサ素子部１１のノードＮ１，Ｎ２から出力された逆位相の２つの検知信号ＢＰ，ＢＮによりダイオードＤ１〜Ｄ３が交互に導通制御され、電源電位ＶＤＤにより固定容量素子ＣＳが徐々に充電される。

また、ゼロパワーセンサ回路部１２には、固定容量素子ＣＳに対して並列接続されたトランジスタＱ１と、接地電位ＧＮＤとダイオードＤ１のゲート端子との間に挿入されたトランジスタＱ２と、電源電位ＶＤＤとダイオードＤ１のゲート端子との間に挿入されたトランジスタＱ３とから構成されている。

トランジスタＱ１は、ＮＭＯＳトランジスタからなり、ドレイン端子とソース端子が固定容量素子ＣＳの両端にそれぞれ接続され、ゲート端子に起動部１７からの起動信号が入力されている。
これにより、トランジスタＱ１は、検知動作期間の終了時に導通となって、固定容量素子ＣＳの電荷を放電してセンサ出力電圧を初期化するとともに、検知動作期間の開始時に非導通となって、固定容量素子ＣＳへの電荷の充電が開始される。

トランジスタＱ２は、ＮＭＯＳトランジスタからなり、ソース端子がダイオードＤ１のゲート端子に接続され、ドレイン端子が接地電位ＧＮＤに接続され、ゲート端子に起動部１７からの起動信号が入力されている。
トランジスタＱ３は、ＰＭＯＳトランジスタからなり、ソース端子が電源電位ＶＤＤに接続され、ドレイン端子がダイオードＤ１のゲート端子に接続され、ゲート端子に起動部１７からの起動信号が入力されている。

したがって、検知動作期間の終了時には、トランジスタＱ２が導通するとともにトランジスタＱ３が非導通となって、ダイオードＤ１が非導通状態に制御される。これにより、ゼロパワーセンサ回路部１２への電源電位ＶＤＤの供給が遮断して初期化される。
一方、検知動作期間の開始時には、トランジスタＱ２が非導通となるともとにトランジスタＱ３が導通して、ダイオードＤ１が導通状態に制御される。これにより、ゼロパワーセンサ回路部１２への電源電位ＶＤＤの供給が再開される。

図４は、起動部の構成例を示す回路図である。
この起動部１７は、３つのインバータ回路ＩＮＶがリング接続されたリングオシレータ回路から構成されている。各インバータ回路の出力端子には容量素子Ｃがそれぞれ接続されており、いずれか１つのインバータ回路の出力信号が起動信号として出力されている。この際、インバータ回路ＩＮＶは、それぞれ電源電位ＶＤＤより低く、例えばトランジスタのしきい値電圧に近い電源電位ＶＤＤＬで動作させることにより、消費電力を抑えることが可能となる。

図５は、遅延部および給電制御部の構成例を示す回路図である。
遅延部１８は、抵抗素子Ｒｄと容量素子Ｃｄの時定数回路（積分回路）と、シュミットトリガ回路Ｕｄとからなり、起動部１７からの起動信号を時定数回路で積分し、その積分電圧とシュミットトリガ回路Ｕｄのしきい値電圧との比較結果を制御信号ＣＮＴとして、給電制御部１６へ出力する。
給電制御部１６は、制御信号ＣＮＴに基づいてオンオフ動作するスイッチ素子であるスイッチＳＷＰからなり、制御信号ＣＮＴに応じて無線部１４に対する動作電源ＰＷの供給制御を行う。

図６および図７は、センサノード装置の動作を示す信号波形図である。
図６の例では、時刻Ｔ０において、センサノード装置１０に対して外部振動が与えられた後、時刻Ｔ１に起動信号ＴＳが立ち上がって検知動作期間が開始されている。時刻Ｔ１以前においては、起動信号ＴＳによりゼロパワーセンサ回路部１２が初期化されており、固定容量素子ＣＳの電圧は接地電位ＧＮＤと等しいものとする。

外部振動に応じてセンサ素子部１１から出力される検知信号ＢＰ，ＢＮの電圧が変化する。この際、１回の振動でセンサ素子部１１の可変容量素子ＣＰ，ＣＮに充電される電荷は一定であることから、電荷Ｑ＝容量Ｃ×電圧Ｖの関係に基づき、容量Ｃと電圧Ｖとが反比例する。

このため、１回の振動で固定電極１１Ｐと可動電極１１Ｍとの距離が大きくなって可変容量素子ＣＰの容量Ｃが小さくなると検知信号ＢＰの電圧が高くなり、上記距離が小さくなって可変容量素子ＣＰの容量Ｃが大きくなると検知信号ＢＰの電圧が低くなる。また、このことは、固定電極１１Ｎと可動電極１１Ｍとから構成される可変容量素子ＣＮと検知信号ＢＮとの関係についても同様である。
ここで、図３に示したように、可変容量素子ＣＰ，ＣＮは対象構造をなすことから、検知信号ＢＰ，ＢＮは、図６に示すように逆位相の信号となる。なお、検知信号ＢＰ，ＢＮの波形については、実際には外部振動の状態に応じて曲線となるが、回路動作の説明を容易とするため、図６では、検知信号ＢＰ，ＢＮを矩形波形で示してある。

時刻Ｔ１からの検知動作期間Ｔｓにおいて、ゼロパワーセンサ回路部１２のダイオードＤ１〜Ｄ３は、それぞれの両端電圧差がしきい値電圧Ｖｔ以上になった時点で導通状態となる。このため、検知信号ＢＰの電圧が電源電位ＶＤＤよりＶｔ以上低下した時点でダイオードＤ１が導通し、検知信号ＢＮの電圧が検知信号ＢＰの電圧よりＶｔ以上低下した時点でダイオードＤ２が導通し、検知信号ＢＮの電圧が固定容量素子ＣＳの電位すなわちセンサ出力信号ＳＯの電圧よりＶｔ以上上昇した時点でダイオードＤ３が導通する。

このため、外部振動の繰り返しに応じて、ダイオードＤ１，Ｄ３とダイオードＤ２とが交互に導通することから、電源電位ＶＤＤからの電荷がダイオードＤ１〜Ｄ３を介して固定容量素子ＣＳまで順に伝達されて充電される。
その後、時刻Ｔ２において、遅延部１８から起動信号ＴＳを判定期間Ｔｃだけ遅延させた制御信号ＣＮＴが出力される。

この際、判定期間Ｔｃの終了時刻Ｔ２より以前の時刻ＴＡにおいて、センサ出力信号ＳＯの電圧がしきい値回路部１３のしきい値電圧に達したため、しきい値回路部１３から外部振動ありを示す検知データＤＴが出力される。
したがって、この場合は、判定期間Ｔｃが終了して、無線部１４へ動作電源が供給された時刻Ｔ２において、しきい値回路部１３から検知データＤＴが出力されていることから、外部振動ありを示す検知データＤＴが無線電波により無線部１４から送信される。

このように、センサ出力信号ＳＯの電圧は、検知信号ＢＰ，ＢＮの繰り返し回数に依存する。このため、検知信号ＢＰ，ＢＮの繰り返し速度、すなわち外部振動の周波数や加速度の大きさに応じて、センサ出力信号ＳＯの電圧が上昇する速度が変化する。
図７の例では、センサノード装置１０に対して与えられ外部振動が小さいことから、判定期間Ｔｃの終了時刻Ｔ２より後の時刻ＴＢにおいて、センサ出力信号ＳＯの電圧がしきい値回路部１３のしきい値電圧に達している。

このため、判定期間Ｔｃが終了して、無線部１４へ動作電源が供給された時刻Ｔ２において、しきい値回路部１３からは外部振動なしを示す検知データＤＴが出力されていることから、外部振動なしを示す検知データＤＴが無線電波により無線部１４から送信される。

図８は、受信装置の構成を示すブロック図である。この受信装置２０には、主な機能部として、無線部２１、通信部２２、メモリ部２３、およびＣＰＵ２４が設けられている。また、ＣＰＵ２４は、処理部として検知データ取得部２４Ａと通信制御部２４Ｂが設けられている。
無線部２１は、センサノード装置１０から送信された無線電波を受信し、無線電波の受信有無を示す受信パルス信号をＣＰＵ２４へ出力する。また、受信した無線電波を復調して、送信元センサノード装置１０からの検知データや識別情報などの各種情報をＣＰＵ２４へ出力する。

検知データ取得部２４Ａは、無線部２１から検知データや識別情報などの各種情報を取得し、メモリ部２３へ保存する。通信制御部２４Ｂは、定期的あるいは外部装置（図示せず）からの要求に応じて、メモリ部２３から検知データを読み出し、ＬＡＮやインターネットなどの通信ネットワークを介して外部装置へ提供する。

図９は、センサノードシステムの動作例を示す信号波形図である。
図９の例では、センサノード装置１０において、起動部１７から一定周期で起動信号ＴＳが出力されている。時刻Ｔ５に発生した外部振動が時刻Ｔ６からの検知動作期間において検知され、時刻Ｔ６から判定期間Ｔｃだけ遅れて、振動ありを示す検知データが無線部１４から送信されている。

この際、一定基準以上の大きさの振動が与えられた場合だけ、振動ありを示す検知データが無線部１４から送信される。このため、受信装置２において、各検知動作期間のうち振動ありが通知された期間を連続させることにより、一定基準以上の大きさの振動が与えられた期間を得ることが可能となる。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態によれば、外部振動に応じて容量値が変化する可変容量素子を含み、当該容量変化に応じた検知信号を出力するセンサ素子部１１と、直列接続された３つのダイオードが検知信号の変化に応じて交互に導通することにより固定容量素子を徐々に充電するゼロパワーセンサ回路部１２とを設けたので、センサ素子部１１で得られた検知信号を差動増幅器で増幅することなく、外部振動に応じた電圧を示すセンサ出力信号をゼロパワーセンサ回路部１２で得ることができる。

これにより、センサノード装置内では比較的大きな電力を消費していた差動増幅部が不要となり、センサノード装置全体の消費電力を効果的に削減することが可能となる。したがって、消費電力の削減に応じて電源部の規模を縮小できるとともに、不要となった差動増幅部に応じて回路規模を削減でき、結果としてセンサノード装置の小型化・軽量化を図ることが可能となる。このため、小さな物や人などの対象にセンサノード装置を取り付ける場合でも、センサノード装置の大きさに起因する取付位置の制約を緩和でき、センサノードシステムの導入を推進させることができる。したがって、センサノードシステムを用いたユビキタスネットワークサービスで、有用なサービスを容易に提供することが可能となる。

また、本実施の形態では、固定容量素子両端のセンサ出力電圧が初期電位からしきい値電圧に達した時点で、振動ありと判定するようにしたので、従来、センサノード装置内では比較的大きな電力を消費していたＡ／Ｄ変換部やＣＰＵが不要となり、センサノード装置全体の消費電力をさらに削減することが可能となる。
したがって、消費電力の削減に応じて電源部の規模を縮小できるとともに、不要となったＡ／Ｄ変換部やＣＰＵに応じて回路規模をさらに削減でき、結果としてセンサノード装置の小型化・軽量化を図ることが可能となる。このため、前述と同様にセンサノードシステムの導入を推進させることができ、センサノードシステムを用いたユビキタスネットワークサービスで、有用なサービスを容易に提供することが可能となる。

また、本実施の形態では、起動部１７からの起動信号に応じてゼロパワーセンサ回路部１２で検知動作を実行し、この起動信号を判定期間だけ遅延させた制御信号に基づいて、無線部１４に対する動作電源の供給を制御するようにしたので、検知動作開始から判定期間経過した時点における振動検知状態を示す検知データが、無線電波によりセンサノード装置１０から受信装置２０へ送信される。
このため、センサノード装置１０に与えられた振動の大きさの程度を、検知動作期間ごとに１回の無線送信で受信装置２０へ通知することができ、効率よく検知結果を通知することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図１０は、傾斜スイッチの構成を示す説明図である。図１１は、傾斜スイッチを用いた起動部の構成例を示す回路図である。

第１の実施の形態では、起動部１７として、リングオシレータ回路を用いた場合を例として説明した。本実施の形態では、起動部１７として、傾斜スイッチＳＷｓを用いた場合を例として説明する。
傾斜スイッチＳＷｓは、図１０に示すように、傾斜角度によって球状の可動体が転がり２つの電極に接触すると導通状態となり、傾斜角度が変化して可動体が電極とは反対側に転がると絶縁状態となる。この傾斜スイッチＳＷｓとしては、既存の技術（例えば、http://www.comus-intl.com/products/RBS040200.pdfなど参照）を用いればよい。

本実施の形態の起動部１７では、図１１に示すように、電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間に、このような傾斜スイッチＳＷｓと抵抗素子Ｒｓとを直列接続し、その中間接続ノードにシュミットトリガ回路の入力端子を接続し、傾斜スイッチＳＷｓの状態遷移に応じた電圧変化をシュミットトリガ回路でしきい値処理している。したがって、イベント（センサノード装置１０の傾き）の発生時刻に応じて、起動部１７から起動信号ＴＳが出力される。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、起動部１７に、センサノード装置の傾斜を検出する傾斜スイッチを設け、この傾斜スイッチの検出出力に応じて起動信号を出力するようにしたので、イベント発生時のみゼロパワーセンサ回路部１２を動作させることができる。したがって、第１の実施例に比べて、消費エネルギーを低減できる。

［第３の実施の形態］
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図１２は、振動素子の構成を示す説明図である。図１３は、振動素子を用いた起動部１７の構成例を示す回路図である。

第１の実施の形態では、起動部１７として、リングオシレータ回路を用いた場合を例として説明した。本実施の形態では、起動部１７として、振動素子Ｄｖを用いた場合を例として説明する。
振動素子Ｄｖは、図１２に示すように、可動部の１つの面がバネで固定部と接続され、外部からの振動により可動体が上下に運動するようになっており、可動体のバネと反対側の面は固定部との間に、外部からの振動に応じて変化する可変容量Ｃｖが形成されるようになっている。この振動素子Ｄｖとしては、既存の技術（例えば、Jonathan Bernstein外、「Low-Noise MEMS Vibration Sensor for Geophysical Applications」、JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS,VOL.8,NO.4,DECEMBER 1999など参照）を用いればよい。

本実施の形態の起動部１７では、図１３に示すように、電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間に、このような可変容量Ｃｖと固定容量ＣＬと直列接続し、その中間接続ノードにシュミットトリガ回路の入力端子を接続し、可変容量Ｃｖの変化に応じた電圧変化をシュミットトリガ回路でしきい値処理している。したがって、イベント（センサノード装置１０の振動）の発生時刻に応じて、起動部１７から起動信号ＴＳが出力される。

［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、起動部１７に、センサノード装置の振動を検出する振動素子を設け、この振動素子Ｄｖの検出出力に応じて起動信号を出力するようにしたので、イベント発生時のみゼロパワーセンサ回路部１２を動作させることができる。また、振動素子Ｄｖには抵抗により電力を消費する回路が含まれていない。したがって、第１の実施例に比べて、消費エネルギーを低減できる。

［第４の実施の形態］
次に、図１４を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図１４は、本発明の第４の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。

第１の実施の形態では、起動部１７として、リングオシレータ回路を用いた場合を例として説明した。本実施の形態では、起動部１７として、センサ素子部、ゼロパワーセンサ回路部、およびしきい値回路部を用いた場合を例として説明する。
この起動部１７は、センサ素子部１７Ａ、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂ、およびしきい値回路部１７Ｃから構成されている。

センサ素子部（第２のセンサ素子部）１７Ａは、外部振動に応じて容量値が変化する可変容量素子（第２の可変容量素子）を含み、当該容量変化に応じた検知信号（第２の検知信号）を出力する振動センサである。
ゼロパワーセンサ回路部（第２のセンサ回路部）１７Ｂは、直列接続された３つのダイオードと、これらダイオードの直列接続からの出力電圧を充電する固定容量素子（第２の固定容量素子）とを含み、センサ素子部１７Ａで得られた検知信号の変化に応じてこれらダイオードが交互に導通して固定容量素子を徐々に充電することにより、対象の振動や加速度に応じた電圧を有するセンサ出力信号を出力する。

しきい値回路部（第２のしきい値回路部）１７Ｃは、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂで得られたセンサ出力信号の電圧をしきい値電圧（第２のしきい値電圧）と比較し、この比較結果を検知データとして出力する。
これらセンサ素子部１７Ａ、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂ、およびしきい値回路部１７Ｃは、センサ素子部１１、ゼロパワーセンサ回路部１２、およびしきい値回路部１３と同等の回路部であり、ここでの詳細な説明は省略する。

図１５は、センサノード装置の動作を示す信号波形図である。
図６の例では、時刻Ｔ０において、センサノード装置１０に対して外部振動が与えられて、センサ素子部１７Ａから出力される検知信号ＢＰｓ，ＢＮｓの電圧変化に応じて、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂの固定容量素子が徐々に充電される。
その後、時刻Ｔ１において、固定容量素子両端のセンサ出力信号ＳＯｓの電圧がしきい値回路部１７Ｃのしきい値電圧に達した時点で、しきい値回路部１７Ｃから起動信号ＴＳが出力されている。

この際、外部振動に対するセンサ素子部１７Ａの検知信号の感度は、センサ素子部１１の感度よりも高く設定されている。センサ素子部の感度を変える方法としては、センサ素子部が有するバネの構造を変化させばね定数を調整することで感度を変えることができる。
したがって、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂのセンサ出力信号ＳＯｓは、ゼロパワーセンサ回路部１２と比較して、短い時間で電圧上昇することになり、外部振動の発生開始時点から遅れなく起動信号ＴＳが出力され、ゼロパワーセンサ回路部１２に対して振動検知に必要となる十分な長さの検知動作期間を与えることができる。

その後、時刻Ｔ１から判定期間Ｔｃ経過後の時刻Ｔ２において、遅延部１８から制御信号ＣＮＴが出力される。これに応じて、給電制御部１６から無線部１４に対して出力電源ＰＳが供給されて、無線部１４から無線電波が送信される。
ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂには、例えば無線部１４における無線電波の送信終了を示す信号がリセット信号ＲＳＴとして入力されている。したがって、時刻Ｔ３における無線電波の送信終了に応じて、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂが初期化され、起動信号ＴＳの出力が停止され、これに応じて遅延部１８からの制御信号ＣＮＴの出力も停止される。

［第４の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、起動部１７を、センサ素子部１７Ａ、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂ、およびしきい値回路部１７Ｃから構成したので、第１の実施の形態と同様の理由により、起動部１７での消費電力を効果的に削減することが可能となる。

［第５の実施の形態］
次に、図１６を参照して、本発明の第５の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図１６は、本発明の第５の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。

第４の実施の形態では、起動部１７として、センサ素子部１７Ａ、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂ、およびしきい値回路部１７Ｃから構成した場合を例として説明した。本実施の形態では、センサ素子部１７Ａとしてセンサ素子部１１を兼用している。

この際、検知信号ＢＰ，ＢＮに対するゼロパワーセンサ回路部１７Ｂの検出感度は、ゼロパワーセンサ回路部１２よりも高く設定されている。ゼロパワーセンサ回路部の感度を変える方法としては、固定容量素子ＣＳの容量、ダイオードＤ１〜Ｄ３の電流駆動力またはしきい値電圧を調整すればよい。ダイオードＤ１〜Ｄ３の電流駆動力はトランジスタのゲート幅またはゲート長を変化させればよく、しきい値電圧は製造時にトランジスタのチャネル領域に注入するイオンの量を変化させればよい。

［第５の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、センサ素子部１７Ａとしてセンサ素子部１１を兼用するようにしたので、センサ素子部１７Ａを必要とすることなく、第４の実施の形態と同様にして、起動部１７での消費電力を効果的に削減することが可能となる。

［第６の実施の形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第６の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図１７は、本発明の第６の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。

第４の実施の形態では、起動部１７として、センサ素子部１７Ａ、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂ、およびしきい値回路部１７Ｃから構成した場合を例として説明した。本実施の形態では、センサ素子部１７Ａとしてセンサ素子部１１を兼用し、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂとしてゼロパワーセンサ回路部１２を兼用している。

この際、センサ出力信号ＳＯに対するしきい値回路部１７Ｃのしきい値電圧は、しきい値回路部１３よりも低く設定されている。しきい値回路部のしきい値電圧を変える方法としては、例えば、しきい値回路部でシュミットトリガ回路を用いる場合、論理しきい値に寄与するトランジスタのサイズを調整すればよい。

［第６の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、センサ素子部１７Ａとしてセンサ素子部１１を兼用し、ゼロパワーセンサ回路部１７Ｂとしてゼロパワーセンサ回路部１２を兼用するようにしたので、センサ素子部１７Ａおよびゼロパワーセンサ回路部１７Ｂを必要とすることなく、起動部１７での消費電力を効果的に削減することが可能となる。

［第７の実施の形態］
次に、図１８を参照して、本発明の第７の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図１８は、本発明の第７の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。

第１の実施の形態では、ゼロパワーセンサ回路部１２からのセンサ出力信号ＳＯの電圧と、しきい値回路部１３のしきい値電圧とを比較し、得られた検知データＤＴを無線部１４から送信することにより、振動の有無を通知する場合について説明した。
本実施の形態では、センサ素子部１１、ゼロパワーセンサ回路部１２、およびしきい値回路部１３からなる振動検知部１９を複数並列して設けた場合について説明する。

各振動検知部１９は、それぞれセンサ素子部１１、ゼロパワーセンサ回路部１２、およびしきい値回路部１３から構成されており、外部振動に対するセンサ素子部１１の検知信号の感度は、振動検知部１９ごとに異なる感度に設定されている。センサ素子部の感度を変える方法としては、センサ素子部が有するバネの構造を変化させばね定数を調整することで感度を変えることができる。
これにより、各振動検知部１９からは、同一の外部振動に対して異なるタイミングで検知データＤＴが出力され、これら検知データＤＴが無線部１４から送信される。

［第７の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、それぞれセンサ素子部１１、ゼロパワーセンサ回路部１２、およびしきい値回路部１３から構成される振動検知部１９を複数設け、振動検知部１９ごとに、外部振動に対して互いに異なる感度を有するセンサ素子部１１を用いたので、各振動検知部１９のうち、外部振動の大きさに応じて検知データＤＴを出力する振動検知部１９が変化する。このため、これら検知データＤＴを総合することにより、どの程度の大きさの外部振動が発生したかを把握することができる。

［第８の実施の形態］
次に、図１９を参照して、本発明の第８の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図１９は、本発明の第８の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。

第７の実施の形態では、センサ素子部１１、ゼロパワーセンサ回路部１２、およびしきい値回路部１３からなる振動検知部１９を複数並列して設けた場合について説明した。本実施の形態では、これら振動検知部１９相互間で１つの共通センサ素子部を共用している。

図１９の例では、センサ素子部１１、ゼロパワーセンサ回路部１２、およびしきい値回路部１３からなる１つの振動検知部１９と、センサ素子部１１を持たず、ゼロパワーセンサ回路部１２としきい値回路部１３とからなる複数の振動検知部１９Ａとを設け、共通センサ素子部として共用する振動検知部１９のセンサ素子部１１からの検知信号ＢＰ，ＢＮが、各振動検知部１９Ａのゼロパワーセンサ回路部１２へ入力されている。

この際、検知信号ＢＰ，ＢＮに対するゼロパワーセンサ回路部１２の検出感度は、振動検知部１９，１９Ａごとに異なる感度に設定されている。ゼロパワーセンサ回路部の感度を変える方法としては、固定容量素子ＣＳの容量、ダイオードＤ１〜Ｄ３の電流駆動力またはしきい値電圧を調整すればよい。ダイオードＤ１〜Ｄ３の電流駆動力はトランジスタのゲート幅またはゲート長を変化させればよく、しきい値電圧は製造時にトランジスタのチャネル領域に注入するイオンの量を変化させればよい。
これにより、各振動検知部１９からは、同一の外部振動に対して異なるタイミングで検知データＤＴが出力され、これら検知データＤＴが無線部１４から送信される。

［第８の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、複数の振動検知部１９，１９Ａ間で、１つのセンサ素子部１１を共通センサ素子部として共用するようにしたので、第７の実施の形態と比較して、センサ素子部１１を省くことができ、少ない回路規模で第７の実施の形態と同等の作用効果を得ることが可能となる。

［第９の実施の形態］
次に、図２０を参照して、本発明の第９の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図２０は、本発明の第９の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。

第８の実施の形態では、各振動検知部１９，１９Ａ間で、１つのセンサ素子部１１を共通センサ素子部として共用する場合について説明した。本実施の形態では、これら振動検知部１９相互間で１つのセンサ素子部１１と１つのゼロパワーセンサ回路部１２とを共用している。

図２０の例では、センサ素子部１１、ゼロパワーセンサ回路部１２、およびしきい値回路部１３からなる１つの振動検知部１９と、センサ素子部１１とゼロパワーセンサ回路部１２を持たず、しきい値回路部１３のみからなる複数の振動検知部１９Ｂとを設け、共通ゼロパワーセンサ回路部として共用する振動検知部１９のゼロパワーセンサ回路部１２からのセンサ出力信号ＳＯが、各振動検知部１９Ｂのしきい値回路部１３へ入力されている。

この際、センサ出力信号ＳＯに対するしきい値回路部１３のしきい値電圧は、振動検知部１９，１９Ｂごとに異なる感度に設定されている。しきい値回路部のしきい値電圧を変える方法としては、例えば、しきい値回路部でシュミットトリガ回路を用いる場合、論理しきい値に寄与するトランジスタのサイズを調整すればよい。

［第９の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、複数の振動検知部１９，１９Ｂ間で、１つのセンサ素子部１１を共通センサ素子部として共用するとともに、１つのゼロパワーセンサ回路部１２を共通ゼロパワーセンサ回路部として共用するようにしたので、第８の実施の形態と比較して、さらにゼロパワーセンサ回路部１２を省くことができ、少ない回路規模で第７の実施の形態と同等の作用効果を得ることが可能となる。

［第１０の実施の形態］
次に、図２１を参照して、本発明の第１０の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置について説明する。図２１は、本発明の第１０の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。

第９の実施の形態では、各振動検知部１９，１９Ｂ相互間で１つのセンサ素子部１１と１つのゼロパワーセンサ回路部１２とを共用する場合について説明した。本実施の形態では、振動検知部１９のセンサ素子部１１およびゼロパワーセンサ回路部１２を起動部１７でも共用している。
図２１の例では、第９の実施の形態にかかるセンサノード装置の構成のうち、起動部１７がしきい値回路部１７Ｃから構成されている。この構成は、第９の実施の形態に第６の実施の形態を適用した例と捉えることもできる。

図２２は、センサノード装置の動作を示す信号波形図である。図２３は、検知データの出力例である。
図２２の例では、１つの振動検知部１９とｎ−１個の振動検知部１９Ｂが設けられており、振動検知部１９のしきい値回路部１３には、しきい値電圧Ｖｔｈ１が設定されており、各振動検知部１９Ｂには、しきい値電圧Ｖｔｈ２〜しきい値電圧Ｖｔｈｎがそれぞれ設定されている。この際、しきい値電圧Ｖｔｈ１が最も低く、しきい値電圧Ｖｔｈｎまで順に電圧が高くなるよう設定されているものとする。

また、センサ出力信号ＳＯに対する起動部１７のしきい値回路部１７Ｃのしきい値電圧Ｖｔｈ０は、各振動検知部１９，１９Ｂのしきい値回路部１３のしきい値電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｎよりも低く設定されている。しきい値回路部のしきい値電圧を変える方法としては、例えば、しきい値回路部でシュミットトリガ回路を用いる場合、論理しきい値に寄与するトランジスタのサイズを調整すればよい。

この場合、時刻Ｔ１０で発生した外部振動が、振動検知部１９のセンサ素子部１１で検知され、振動検知部１９のゼロパワーセンサ回路部１２からのセンサ出力信号ＳＯの電圧が徐々に上昇する。
その後の時刻Ｔ１１において、センサ出力信号ＳＯの電圧が、最も低いしきい値電圧Ｖｔｈ０を越えた時点で、起動部１７から起動信号ＴＳが遅延部１８へ出力される。したがって、時刻Ｔ１１から判定期間Ｔｓだけ経過した時刻Ｔ１２に、遅延部１８から給電制御部１６へ制御信号ＣＮＴが出力されて、無線部１４から各検知データＤＴが無線電波により送信される。

ここで、センサ出力信号ＳＯの電圧は、時刻Ｔ１１以降さらに上昇を続け、判定期間Ｔｓの終了時点である時刻Ｔ１２において、しきい値Ｖｔｈｍ−１としきい値Ｖｔｈｍとの間まで上昇したとする。
したがって、この場合には、図２３に示すように、しきい値Ｖｔｈ１を持つ振動検知部１９の検知データＤＴ１から、しきい値Ｖｔｈｍ−１を持つ振動検知部１９Ｂの検知データＤＴｍ−１までが、振動ありに対応する「１」を示し、しきい値Ｖｔｈｍを持つ振動検知部１９Ｂの検知データＤＴｍから、しきい値Ｖｔｈｎを持つ振動検知部１９Ｂの検知データＤＴｎまでが、振動なしに対応する「０」を示すことになる。

このため、これら検知データＤＴ１〜ＤＴｎを総合することにより、どの程度の大きさの外部振動が発生したかを把握することができる。無線部１４では、これら検知データＤＴ１〜ＤＴｎをそのままｎビットのデータとして無線信号により送信してもよく、振動ありを示す検知データのうち最も高いしきい値を持つ振動検知部１９，１９Ｂに割り当てられている番号や数値を無線信号により送信してもよい。

図２４は、受信装置における検知データの計測結果を示す説明図である。
受信装置２０の検知データ取得部２４Ａは、無線部２１から検知データや識別情報などの各種情報を取得し、メモリ部２３へ保存する。したがって、これら検知データをセンサノード装置ごとに時系列グラフとして表現することにより、任意のセンサノード装置で検知した外部振動の変化を示す出力データが得られる。

［第１０の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、複数の振動検知部１９，１９Ｂ間で共用している振動検知部１９のセンサ素子部１１およびゼロパワーセンサ回路部１２を、起動部１７でも共用するようにしたので、第９の実施の形態と比較して、起動部１７をしきい値回路部１７Ｃという極めて簡素な回路で構成することができ、少ない回路規模で第９の実施の形態と同等の作用効果を得ることが可能となる。

［実施の形態の拡張］
以上の各実施の形態では、それぞれ個別の実施形態を説明したが、これらは必要に応じて任意に組み合わせて実施してもよい。

また、第４の実施の形態では、外部振動に対するセンサ素子部１７Ａの検知信号の感度を、センサ素子部１１の感度よりも高く設定する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第５の実施の形態と同様にして、検知信号ＢＰ，ＢＮに対するゼロパワーセンサ回路部１７Ｂの検出感度を、ゼロパワーセンサ回路部１２よりも高く設定してもよく、第６の実施の形態と同様にして、センサ出力信号ＳＯに対するしきい値回路部１７Ｃのしきい値電圧を、しきい値回路部１３よりも低く設定してもよい。また、これら設定を任意に組み合わせて実施してもよい。

同じく、第５の実施の形態では、検知信号ＢＰ，ＢＮに対するゼロパワーセンサ回路部１７Ｂの検出感度を、ゼロパワーセンサ回路部１２よりも高く設定する場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、第６の実施の形態と同様にして、センサ出力信号ＳＯに対するしきい値回路部１７Ｃのしきい値電圧を、しきい値回路部１３よりも低く設定してもよい。また、これら設定を任意に組み合わせて実施してもよい。

また、第７の実施の形態では、外部振動に対するセンサ素子部１１の検知信号の感度として、振動検知部１９相互間で異なる感度を設定する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第８の実施の形態と同様にして、検知信号ＢＰ，ＢＮに対するゼロパワーセンサ回路部１２の検出感度として、振動検知部１９相互間で異なる検出感度を設定してもよく、第９の実施の形態と同様にして、センサ出力信号ＳＯに対するしきい値回路部１３のしきい値電圧として、振動検知部１９相互間で異なるしきい値電圧を設定してもよい。また、これら設定を任意に組み合わせて実施してもよい。

同じく、第８の実施の形態では、検知信号ＢＰ，ＢＮに対するゼロパワーセンサ回路部１２の検出感度として、振動検知部１９相互間で異なる検出感度を設定する場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、第９の実施の形態と同様にして、センサ出力信号ＳＯに対するしきい値回路部１３のしきい値電圧として、振動検知部１９相互間で異なるしきい値電圧を設定してもよい。また、これら設定を任意に組み合わせて実施してもよい。

また、第１０の実施の形態では、第９の実施の形態に対して第６の実施の形態を適用した場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、第９の実施の形態に対して第４の実施の形態や第５の実施の形態を適用することも可能である。

本発明の第１の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。 センサ素子部およびゼロパワーセンサ回路部の構成例を示す回路図である。 振動センサの構成例である。 起動部の構成例を示す回路図である。 遅延部および給電制御部の構成例を示す回路図である。 センサノード装置の動作を示す信号波形図である。 センサノード装置の他の動作を示す信号波形図である。 受信装置の構成を示すブロック図である。 センサノードシステムの動作例を示す信号波形図である。 傾斜スイッチの構成を示す説明図である。 傾斜スイッチを用いた起動部の構成例を示す回路図である。 振動素子の構成を示す説明図である。 振動素子を用いた起動部１７の構成例を示す回路図である。 本発明の第４の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。 センサノード装置の動作を示す信号波形図である。 本発明の第５の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第７の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第８の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第９の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１０の実施の形態にかかるセンサノードシステムおよびセンサノード装置の構成を示すブロック図である。 センサノード装置の動作を示す信号波形図である。 検知データの出力例である。 受信装置における検知データの計測結果を示す説明図である。 従来のセンサノードシステムの構成を示すブロック図である。 センサ素子部およびセンサ回路部の構成を示す回路図である。 振動センサの構成例である。

符号の説明

１００…センサノードシステム、１０…センサノード装置、１１…センサ素子部、１１Ｍ…可動電極、１１Ｐ，１１Ｎ…固定電極、１２…ゼロパワーセンサ回路部、１３…しきい値回路、１４…無線部、１５…電源部、１６…給電制御部、１７…起動部、１７Ａ…センサ素子部、１７Ｂ…ゼロパワーセンサ回路部、１７Ｃ…しきい値回路、１８…遅延部、１９，１９Ａ，１９Ｂ…振動検知部、２０…受信装置、２１…無線部、２２…通信部、２３…メモリ部、２４…ＣＰＵ、２４Ａ…検知データ取得部、２４Ｂ…通信制御部、ＣＰ，ＣＮ…可変容量素子、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３…ノード、ＢＰ，ＢＮ…検知信号、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…ダイオード、ＣＳ…固定容量素子、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３…トランジスタ、ＶＤＤ…電源電位、ＧＮＤ…接地電位、ＳＯ…センサ出力信号、ＴＳ…起動信号、ＣＮＴ…制御信号、ＰＷ…動作電源、ＩＮＶ…インバータ回路、Ｃ…容量素子、ＳＷＰ…スイッチ、ＰＳ…出力電源、Ｒｄ…抵抗素子、Ｃｄ…積分容量素子、Ｕｄ…シュミットトリガ回路、Ｔｓ…検知動作期間、Ｔｃ…判定期間、ＳＷｓ…傾斜スイッチ、Ｄｖ…振動素子、Ｃｖ…可変容量、ＢＰｓ，ＢＮｓ…検知信号、ＳＯｓ…センサ出力信号。

Claims (14)

1. 外部から与えられた外部振動を検知し、その検知データを無線電波で送信するセンサノード装置であって、
   前記外部振動の検知動作期間を示す起動信号を出力する起動部と、
   前記外部振動に応じて容量値が変化する第１の可変容量素子を含み、当該容量変化に応じた第１の検知信号を出力する第１のセンサ素子部と、
   直列接続された３つのダイオードからの出力電圧を充電する第１の固定容量素子とを含み、前記起動信号の検知動作期間において前記第１の検知信号の変化に応じてこれら３つのダイオードを交互に導通させることにより前記第１の固定容量素子を徐々に充電する第１のセンサ回路部と、
   前記第１の固定容量素子両端のセンサ出力電圧と第１のしきい値電圧とを比較し、この比較結果を前記検知データとして出力する第１のしきい値回路部と、
   供給された動作電源で動作して前記検知データを含む無線電波を送信する無線部と
   を備えることを特徴とするセンサノード装置。
2. 請求項１に記載のセンサノード装置において、
   動作電源を供給する電源部と、
   前記起動信号を判定期間だけ遅延させた制御信号を出力する遅延部と、
   前記制御信号に基づいて前記動作電源の供給を制御する給電制御部と
   をさらに備え、
   前記無線部は、前記給電制御部からの前記動作電源の供給に応じて動作して前記検知データを含む無線電波を送信する
   ことを特徴とするセンサノード装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のセンサノード装置において、
   前記起動部は、
   前記外部振動に応じて容量値が変化する第２の可変容量素子を含み、当該容量変化に応じた第２の検知信号を出力する第２のセンサ素子部と、
   直列接続された３つのダイオードからの出力電圧を充電する第２の固定容量素子とを含み、前記第２の検知信号の変化に応じてこれら３つのダイオードを交互に導通させることにより前記第２の固定容量素子を徐々に充電する第２のセンサ回路部と、
   前記第２の固定容量素子両端のセンサ出力電圧と第２のしきい値電圧とを比較し、この比較結果に基づいて前記起動信号を出力する第２のしきい値回路部と
   を含むことを特徴とするセンサノード装置。
4. 請求項３に記載のセンサノード装置において、
   前記第２のセンサ素子部は、前記第１のセンサ素子部からなり、
   前記第２のセンサ回路部は、前記第１の検知信号の変化に応じて当該３つのダイオードを交互に導通させることにより前記第２の固定容量素子を徐々に充電する
   ことを特徴とするセンサノード装置。
5. 請求項３に記載のセンサノード装置において、
   前記第２のセンサ素子部は、前記第１のセンサ素子部からなり、
   前記第２のセンサ回路部は、前記第１のセンサ回路部からなり、
   前記第２のしきい値回路部は、前記第１の固定容量素子両端のセンサ出力電圧と第２のしきい値電圧とを比較し、この比較結果に基づいて前記起動信号を出力する
   ことを特徴とするセンサノード装置。
6. 請求項３に記載のセンサノード装置において、
   前記第２のセンサ素子部は、前記第１のセンサ素子部より高い振動検出感度を有することを特徴とするセンサノード装置。
7. 請求項３または請求項４に記載のセンサノード装置において、
   前記第２のセンサ回路部は、前記第１のセンサ回路部より高い振動検出感度を有することを特徴とするセンサノード装置。
8. 請求項３または請求項５に記載のセンサノード装置において、
   前記第２のしきい値回路部は、前記第２のしきい値電圧として前記第１のしきい値電圧より低いしきい値電圧を有することを特徴とするセンサノード装置。
9. 請求項１に記載のセンサノード装置において、
   前記起動部は、前記外部振動に応じた当該センサノード装置の傾斜を検出する傾斜スイッチを含み、この傾斜スイッチの検出出力に応じて前記起動信号を出力することを特徴とするセンサノード装置。
10. 請求項１に記載のセンサノード装置において、
    前記起動部は、前記外部振動を検出する振動センサを含み、この振動センサの検出出力に応じて前記起動信号を出力することを特徴とするセンサノード装置。
11. 請求項１に記載のセンサノード装置において、
    それぞれ前記第１のセンサ素子部、前記第１のセンサ回路部、および前記第１のしきい値回路部の組からなり、互いに異なる検知感度で検知した前記外部振動を示す検知データをそれぞれ出力する複数の振動検知部を備え、
    前記無線部は、これら振動検知部からの検知データを含む無線電波を送信する
    ことを特徴とするセンサノード装置。
12. 請求項１１に記載のセンサノード装置において、
    前記各振動検知部は、それぞれの前記第１のセンサ素子部に代えて、当該第１のセンサ素子部と同様の構成を有する１つの共通センサ素子部を共通して備え、
    前記各振動検知部の前記第１のセンサ回路部は、前記共通センサ素子部からの第１の検知信号の変化に応じて当該第１の固定容量素子を徐々に充電する
    ことを特徴とするセンサノード装置。
13. 請求項１１に記載のセンサノード装置において、
    前記各振動検知部は、それぞれの前記第１のセンサ素子部に代えて、当該第１のセンサ素子部と同様の構成を有する１つの共通センサ素子部を共通して備えるとともに、それぞれの前記第１のセンサ回路部に代えて、当該第１の共通センサ回路部と同様の構成を有する１つの共通センサ回路部を共通して備え、
    前記共通センサ回路部は、前記共通センサ素子部からの第１の検知信号の変化に応じて当該第１の固定容量素子を徐々に充電し、
    前記各振動検知部の前記しきい値回路部は、前記共通センサ回路部の第１の固定容量素子両端のセンサ出力電圧としきい値電圧とを比較し、この比較結果を前記検知データとしてそれぞれ出力する
    ことを特徴とするセンサノード装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載のセンサノード装置と、
    前記センサノード装置から送信された無線電波を受信して、前記センサノード装置に与えられた外部振動の周波数または加速度を示す検知データを収集する受信装置と
    を備えることを特徴とするセンサノードシステム。

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