JP4849549B2 - Wireless sensor system, living body health management system - Google Patents

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    • A61B5/0008Temperature signals

Description

本発明は、無線式センサシステム、生体の健康管理システムに関する。   The present invention relates to a wireless sensor system and a living body health management system.

近年、無線による通信技術、送受信デバイスの進化に伴い、無線を用いた各種のシステムが用いられている。
このようなシステムを用い、各種の動物の生態を観察あるいは監視することも行われている。動物の生態を調べる従来の方法としては、GPS端末による渡り鳥の位置探査や、牛の歩行頻度から発情期を検出する試みが知られている。
In recent years, with the evolution of wireless communication technology and transmission / reception devices, various systems using wireless have been used.
Using such a system, it is also possible to observe or monitor the ecology of various animals. As conventional methods for investigating the ecology of animals, there are known attempts to detect the estrus from the location of migratory birds using a GPS terminal and the walking frequency of cattle.

我が国におけるBSE発生や鳥インフルエンザ流行などを契機に、最近「食の安全」に対する関心が急速に高まっている。このような食用に供する動物の健康管理は、オフラインのバイオ的検査手法が主に開発されてきた。しかしこれらの方法では、検査を迅速に行うことができず、かつ高コストであり、一般に普及させることができるものではなかった。そこで、このような動物の健康管理を、動物にセンサを装着し、無線によりセンサからの情報を収集することで行えないか、という検討が行われつつある。   Recently, interest in “food safety” has been rapidly increasing due to the occurrence of BSE in Japan and the avian influenza epidemic. For the health management of animals used for food, an offline biopsy method has been mainly developed. However, these methods cannot perform inspection quickly, are expensive, and cannot be widely used in general. Therefore, studies are underway to determine whether such animal health management can be performed by attaching a sensor to an animal and collecting information from the sensor wirelessly.

このような動物の健康管理を、無線を用いて行うシステムでは、課題の一つとして、測定対象に取り付けた状態でのセンサの電源の確保がある。また、センサにおける測定値はアナログデータであり、これを無線で送信するためにはデジタルデータに変換する必要がある。このためのA/Dコンバータによっても電力が消費される。
このような無線式のセンサにおいて、消費電力を抑え、センサを使用できる期間を少しでも長期化するための様々な工夫がこれまでにもなされている。(例えば、特許文献1参照。)。
In a system in which such animal health management is performed using radio, as one of the problems, there is a need to secure the power supply of the sensor in a state where it is attached to the measurement target. Moreover, the measured value in the sensor is analog data, and it is necessary to convert it into digital data in order to transmit it wirelessly. Power is also consumed by the A / D converter for this purpose.
In such a wireless sensor, various ideas have been made so far to reduce power consumption and extend the period in which the sensor can be used as much as possible. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2006−98398号公報JP 2006-98398 A

しかしながら、センサを、動物等の生体に装着するような用途の場合、外部から電力を供給したり、バッテリに充電を行うのは困難であるうえ、電源を含めたセンサ全体を小型化・軽量化する必要があるために、大型のバッテリ等を備えることもできない。したがって、このような用途においては、消費電力をさらに抑える必要性がある。   However, in applications where the sensor is attached to a living body such as an animal, it is difficult to supply power from the outside or charge the battery, and the entire sensor including the power supply is reduced in size and weight Therefore, a large battery or the like cannot be provided. Therefore, it is necessary to further reduce power consumption in such applications.

従来の無線センサ技術においては、親機を介さず、子機同士で直接通信を行うアドホック方式が採用されている。しかし、アドホック方式の通信においては、個々の端末が非同期に通信を行うため、各端末は常に受信状態でないと通信が成立せず、消費電力を抑えるのが難しい。   In the conventional wireless sensor technology, an ad hoc method is employed in which direct communication is performed between child devices without using a parent device. However, in ad hoc communication, since individual terminals communicate asynchronously, communication is not established unless each terminal is always in a receiving state, and it is difficult to suppress power consumption.

また、一般にはセンサで検出した温度データを、一定時間ごとに間欠的に送信しているが、変化に対する応答性を高めるには、より細かい時間間隔で測定を行って測定データを送信せざるを得ず、その結果、消費電力が大きくならざるを得ない。また、間欠的に温度の検出・送信を行う場合、状態変化の有無に関わらず、検出した測定データを送信するため、いわば、無駄なデータ送信を行っているとも言え、消費電力を抑える余地がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、省電力化を図ることのできる無線式センサシステム等を提供することを目的とする。
In general, the temperature data detected by the sensor is transmitted intermittently at regular intervals, but in order to improve the response to changes, it is necessary to perform measurement at finer time intervals and transmit the measurement data. As a result, power consumption must be increased. In addition, when temperature is detected and transmitted intermittently, the detected measurement data is transmitted regardless of whether there is a change in state, so it can be said that unnecessary data transmission is performed, and there is room for reducing power consumption. is there.
The present invention has been made based on such a technical problem, and an object thereof is to provide a wireless sensor system and the like that can save power.

上記のような課題を解決すべくなされた本発明の無線式センサシステムは、物理量を測定するとともに、測定した測定データを含む電文を無線により送信する複数個のセンサと、センサからの電文を受信するコントローラとからなる無線式センサシステムであって、コントローラは、センサに対し電力を供給するための電波を電波発生源に送信させるとともに、電波発生源から複数のセンサに対して送信する電波を停止させることで、センサに対するコマンドを電波に含ませることを特徴とする。
このように、センサに対して電力を供給するために送信する電波に、センサに所定の動作を行わせるコマンドを送ることで、センサ側においては、電波が停止したタイミング、長さ等に応じ、センサ側では受信したコマンドを認識することができる。ここで、センサ側においては、電力供給のための電波を受信するための構成と、測定データを含む電文を送信するための構成を備えれば良い。つまり、コントローラからのコマンドは、電力供給のための電波を受信するためのアンテナ等の構成で受けることができるため、コマンドを受けるために待機電力を要することもなく、消費電力を抑えることができる。
The wireless sensor system of the present invention, which has been made to solve the above-described problems, measures a physical quantity, receives a plurality of sensors that wirelessly transmit a telegram including the measured measurement data, and receives a telegram from the sensor. A wireless sensor system including a controller that transmits a radio wave for supplying power to the sensor to a radio wave generation source and stops a radio wave transmitted from the radio wave generation source to a plurality of sensors. By doing so, a command for the sensor is included in the radio wave.
In this way, by sending a command to cause the sensor to perform a predetermined operation to the radio wave transmitted to supply power to the sensor, on the sensor side, according to the timing, length, etc., when the radio wave is stopped, The sensor side can recognize the received command. Here, on the sensor side, a configuration for receiving radio waves for power supply and a configuration for transmitting a telegram including measurement data may be provided. In other words, the command from the controller can be received with a configuration such as an antenna for receiving radio waves for power supply, so standby power is not required to receive the command, and power consumption can be suppressed. .

コントローラにおいて、電力を供給するための電波に含ませるコマンドはいかなるものであっても良い。
例えば、複数個のセンサで、コントローラへの電文の送信を、予めそれぞれのセンサに個別に割り振られた時間帯に行う場合、複数のセンサのそれぞれにおいて、電文を送信するために割り振られた時間帯の時刻補正を行うためのコマンドとすることができる。このようにして、複数のセンサのそれぞれにおいてコマンドに基づいて時刻補正を行えば、予めそれぞれのセンサに個別に割り振られた時間帯にコントローラへの電文の送信を行うときに、他のセンサからの電文送信とタイミングが干渉するのを防ぐことができる。
予めそれぞれのセンサに個別に割り振られた時間帯にセンサからコントローラへの電文の送信を行うことで、コントローラ側からセンサに対し、電文送信を要求する必要もなく、センサ側では、この電文送信要求を受けるための待機電力も不要となる。
また、コントローラ側からセンサに対して電文送信を要求する構成とする場合にも、そのためのコマンドを、センサに電力を供給するための電波に含ませればよい。
In the controller, any command may be included in the radio wave for supplying power.
For example, when sending a message to a controller with a plurality of sensors in a time zone assigned to each sensor in advance, the time zone assigned to send a message in each of the plurality of sensors. The command can be used to correct the time. In this way, if time correction is performed based on a command in each of a plurality of sensors, when a message is transmitted to the controller in a time zone that is individually allocated to each sensor in advance, it is from other sensors. It is possible to prevent the transmission of the message and the timing from interfering with each other.
By sending a message from the sensor to the controller in the time zone assigned to each sensor in advance, there is no need to request a message from the controller to the sensor. Standby power for receiving the power is also unnecessary.
Further, even when the controller side requests the sensor to transmit a message, the command for that purpose may be included in the radio wave for supplying power to the sensor.

また、コントローラで、複数のセンサのそれぞれから送信された電文を検証するようにし、検証した電文に誤りがあったときには、電文を送信したセンサに対し、電文の再送信を要求するコマンドを、前記の電波に含ませることもできる。   In addition, in the controller, the message transmitted from each of the plurality of sensors is verified, and when there is an error in the verified message, a command for requesting retransmission of the message to the sensor that transmitted the message is sent Can also be included in the radio waves.

このような無線式センサシステムは、いかなる用途に用いても良いが、動物等の生体の健康管理を行うシステムに用いるのに適している。
本発明者らは、生体の健康管理を行うのに、加速度・傾斜・温度・血流・血圧・脈拍等の物理量測定を行うセンサを管理対象となる生体に装着し、センサから送信された測定結果のデータに基づいて生体の行動状態を判定することで、生体の健康状態を判定する技術を開発した。
このような技術においては、MEMS技術により、物理センサや通信装置等を超小型のチップに収めることができる。このようなチップを多数の管理生体に装着してデータを逐次的に収集し、コンピュータを用いてデータを解析することで、多数の管理生体を一括して管理することができるのである。
このようなシステムに本発明の無線式センサシステムを適用する場合、以下に示すような構成となる。
すなわち、生体の健康管理を行うシステムであって、管理を行う複数の生体にそれぞれ装着されて所定の物理量を測定するとともに、測定した測定データを含む電文を無線により送信する複数個のセンサと、センサからの電文を受信するコントローラと、センサに対し電力を供給するための電波を送信する電波発生源と、コントローラで受信した電文に含まれる測定データに基づいて、生体の健康状態に異常が生じているか否かの判定を行う制御装置と、を備え、コントローラは、電波発生源から複数のセンサに対して送信する電波を停止させることで、センサに対するコマンドを電波に含ませることを特徴とした構成である。
Such a wireless sensor system may be used for any application, but is suitable for use in a system for managing the health of a living body such as an animal.
The present inventors attach a sensor for measuring physical quantities such as acceleration, inclination, temperature, blood flow, blood pressure, and pulse to a living body to be managed in order to manage the health of the living body, and the measurement transmitted from the sensor A technology has been developed to determine the health state of a living body by determining the behavioral state of the living body based on the data of the results.
In such a technique, a physical sensor, a communication device, and the like can be contained in an ultra-small chip by the MEMS technique. By attaching such a chip to a large number of management organisms, collecting data sequentially, and analyzing the data using a computer, it is possible to manage a large number of management organisms at once.
When the wireless sensor system of the present invention is applied to such a system, the configuration is as follows.
That is, a system for managing the health of a living body, a plurality of sensors that are respectively attached to a plurality of living bodies that perform management, measure a predetermined physical quantity, and wirelessly transmit a telegram including the measured measurement data; An abnormality occurs in the health status of the living body based on a controller that receives a message from the sensor, a radio wave source that transmits a radio wave for supplying power to the sensor, and measurement data included in the message received by the controller. And a controller that determines whether or not the radio wave is transmitted from the radio wave generation source to the plurality of sensors, so that the command for the sensor is included in the radio wave. It is a configuration.

ここで、用いるセンサは、いかなる構成としても良いが、測定データ量、データの送信頻度を抑えて消費電力を抑えるためには、例えば以下のような構成の加速度センサ、温度センサとするのが好ましい。
加速度センサとしては、加速度に応じて変形する変形部材と、変形部材の表面に形成され、変形部材の変形に応じて電荷を発生する圧電材料部と、圧電材料部で発生した電荷量に応じて得られる電圧が印加され、印加された電圧が予め定めた設定電圧を超えたときに信号を発する信号処理回路と、を備える。そして、圧電材料部は互いに電気的に直列に接続されて複数が備えられる。さらに、信号処理回路は複数が備えられて、直列に接続された複数の圧電材料部のうち、互いに異なる少なくとも2つの圧電材料部に接続されている。そして、複数の信号処理回路のそれぞれにおいては、その信号処理回路が接続された圧電材料部から、基準電位との間に直列に接続されている圧電材料部の数に応じて生じる電圧が印加されるようになっている。ここで、圧電材料部としては、圧電薄膜、圧電厚膜の他、圧電体をバルク接合するもの等があり得る。
このような加速度センサにおいては、加速度が作用すると変形部材が変形し、これにともない圧電材料部がその変形量に応じた電荷を発生する。そして、この圧電材料部は複数が電気的に直列に接続されているので、接地側からの配置(順番)によって、基準電位との間に直列に接続されている圧電材料部の数に応じて生じる電圧が、圧電材料部ごとに異なることになる。信号処理回路に圧電材料部から印加された電圧が設定電圧を超えた場合、信号処理回路は信号を発するが、この信号を発した信号処理回路を認識することで、作用した加速度の程度を得ることができる。つまり、複数の信号処理回路から発する信号に基づいて、加速度をデジタル的に測定することができるのである。
このような加速度センサにおいては、複数の信号処理回路からの信号を、電気的な接続を介して出力することもできるし、無線等の通信を介して出力すること、メモリ回路等に蓄積すること等が可能である。
Here, the sensor to be used may have any configuration, but in order to reduce power consumption by suppressing the amount of measurement data and the frequency of data transmission, for example, an acceleration sensor or a temperature sensor having the following configuration is preferable. .
As an acceleration sensor, a deformable member that deforms according to acceleration, a piezoelectric material portion that is formed on the surface of the deformable member and generates an electric charge according to the deformation of the deformable member, and an electric charge generated at the piezoelectric material portion And a signal processing circuit that generates a signal when the obtained voltage is applied and the applied voltage exceeds a predetermined set voltage. A plurality of piezoelectric material portions are electrically connected in series to each other. Further, a plurality of signal processing circuits are provided, and are connected to at least two different piezoelectric material portions among the plurality of piezoelectric material portions connected in series. In each of the plurality of signal processing circuits, a voltage generated according to the number of piezoelectric material portions connected in series with the reference potential is applied from the piezoelectric material portion to which the signal processing circuit is connected. It has become so. Here, as the piezoelectric material portion, there may be a piezoelectric thin film, a piezoelectric thick film, and a piezoelectric material bulk bonded.
In such an acceleration sensor, when an acceleration is applied, the deformable member is deformed, and accordingly, the piezoelectric material portion generates a charge corresponding to the amount of deformation. Since a plurality of the piezoelectric material portions are electrically connected in series, the arrangement (order) from the ground side depends on the number of piezoelectric material portions connected in series with the reference potential. The generated voltage is different for each piezoelectric material part. When the voltage applied from the piezoelectric material portion to the signal processing circuit exceeds the set voltage, the signal processing circuit emits a signal. By recognizing the signal processing circuit that has emitted this signal, the degree of the applied acceleration is obtained. be able to. That is, the acceleration can be measured digitally based on signals emitted from a plurality of signal processing circuits.
In such an acceleration sensor, signals from a plurality of signal processing circuits can be output via an electrical connection, output via wireless communication, or stored in a memory circuit or the like. Etc. are possible.

また、温度センサとしては、本発明者らは、バイメタル構造を利用した温度スイッチに注目している。バイメタル構造を利用した温度スイッチは、素子自体の消費電力はゼロであり、また出力もON/OFFの電気的スイッチとなるため、直接デジタル信号として読み出すことが可能であり、読み出しに必要な電力は最小限とすることができる。しかし、バイメタル温度スイッチは、単体では、ある特定の温度で動作するスイッチであるため、広範囲の温度領域内における連続的な温度変化の検出には使用できない。   As a temperature sensor, the present inventors have focused on a temperature switch using a bimetal structure. The temperature switch using the bimetal structure has zero power consumption and the output is also an ON / OFF electrical switch, so it can be read directly as a digital signal. Can be minimal. However, since the bimetal temperature switch is a switch that operates at a specific temperature, it cannot be used for detecting a continuous temperature change within a wide temperature range.

そこで、線膨張率の互いに異なる2種類の材料を積層してなるバイメタル式のカンチレバーと、カンチレバーの先端部に間隙を隔てて対向する電気接点部材と、カンチレバーまたは電気接点部材に電圧を印加する電圧印加部と、温度変化に応じて変形したカンチレバーが電気接点部材に対して接触または離間したときの電圧変動を検出する検出回路と、を複数組備え、複数組のカンチレバーの長さまたはカンチレバーの先端部と電気接点部材との間隙が、互いに異なるよう形成されていることを特徴とした温度センサを用いるのが好ましい。
このように、複数組間において、複数組のカンチレバーの長さまたはカンチレバーの先端部と電気接点部材との間隙を、互いに異ならせておくと、温度変化に応じてバイメタル式のカンチレバーが変形したとき、カンチレバーの先端部と電気接点部材とが接触するタイミングが異なる。カンチレバーが長いほど、カンチレバーの先端部と電気接点部材の間隙が狭いほど、少ない温度変化で接触する。このようにして、各組間における、カンチレバーの長さの差、またはカンチレバーの先端部と電気接点部材との間隙の差に応じて決まる温度ピッチに相当する温度変化が生じたときに、複数組のカンチレバーと電気接点部材との接触状態が変化し、検出回路では、その接触(または離間)を電圧変動により検出することができる。これにより、複数組のカンチレバーを用いることで広い温度範囲における温度検出を、デジタル的に行うことができる。
そこで、このような温度センサに、複数の検出回路から発する信号に基づいて、温度をデジタル的に測定する測定制御回路をさらに備えることもできる。
Therefore, a bimetallic cantilever formed by laminating two types of materials having different linear expansion coefficients, an electric contact member facing the tip of the cantilever with a gap, and a voltage for applying a voltage to the cantilever or the electric contact member A plurality of sets of application circuits and detection circuits for detecting voltage fluctuations when the cantilever deformed in response to a temperature change comes into contact with or away from the electrical contact member, the length of the plurality of cantilevers or the tip of the cantilever It is preferable to use a temperature sensor characterized in that the gap between the portion and the electric contact member is formed to be different from each other.
In this way, when the length of the multiple cantilevers or the gap between the tip of the cantilever and the electrical contact member is made different between the multiple sets, when the bimetallic cantilever is deformed according to the temperature change The timing at which the tip of the cantilever and the electrical contact member come into contact with each other is different. The longer the cantilever is, the smaller the gap between the tip of the cantilever and the electrical contact member is, the smaller the temperature change is. In this way, when a temperature change corresponding to a temperature pitch determined according to a difference in cantilever length or a gap between the tip of the cantilever and the electrical contact member occurs between the groups, a plurality of groups The contact state between the cantilever and the electrical contact member changes, and the detection circuit can detect the contact (or separation) by voltage fluctuation. Thereby, temperature detection in a wide temperature range can be performed digitally by using a plurality of cantilevers.
Therefore, such a temperature sensor may further include a measurement control circuit that digitally measures the temperature based on signals emitted from a plurality of detection circuits.

ところで、カンチレバーは、少なくとも電気接点部材に対向する側の層を導電性材料で形成するのが好ましい。
カンチレバーの電気接点部材に対向する側の層を非導電性材料で形成する場合、カンチレバーの電気接点部材に対向する側の面に、導電性材料からなり、温度変形に応じてカンチレバーが変形したときに電気接点部材に対して導通する配線等の導通部材を設けるのが好ましい。
By the way, it is preferable that the cantilever is formed of a conductive material at least on the side facing the electric contact member.
When the layer facing the electrical contact member of the cantilever is formed of a non-conductive material, the surface of the cantilever facing the electrical contact member is made of a conductive material and the cantilever is deformed in response to temperature deformation. It is preferable to provide a conducting member such as a wiring conducting to the electrical contact member.

また、電圧印加部は電源から給電されるコンデンサとすることができる。このような構成においては、常時電圧を印加する必要がなく、カンチレバーが電気接点部材に接触したときにコンデンサが放電し、これによって電圧変化を検出回路で検出することができる。そして、コンデンサが放電したときには、給電制御回路において、コンデンサへの電源からの給電が行われるようにすれば良い。   Further, the voltage application unit can be a capacitor fed from a power source. In such a configuration, it is not necessary to constantly apply a voltage, and the capacitor is discharged when the cantilever comes into contact with the electrical contact member, whereby the voltage change can be detected by the detection circuit. Then, when the capacitor is discharged, the power supply control circuit may perform power supply from the power source to the capacitor.

本発明によれば、電力を供給するための電波を用いてセンサにコマンドを送り、各センサの時刻補正を行って各センサからデータを送信するタイミングを同期させたり、各センサからのデータ送信に誤りがあった場合にデータの再送信の要求を行うようにした。これにより、各センサからのデータの送信を円滑・確実に行うことができ、各センサ側においては、これらのコマンドを受信するために待機電力を費やす必要もなく、消費電力を抑えることができる。
また、このような生体の健康管理システムにおいては、消費電力を抑えることでセンサのロングライフ化を図ることができる。このとき、その管理対象となる生体の種類を限定する意図はないが、特に行動のコントロールが困難な動物等を対象として健康管理を行う用途に特に適している。
According to the present invention, a command is sent to a sensor using radio waves for supplying electric power, the time of each sensor is corrected to synchronize the timing at which data is transmitted from each sensor, or data transmission from each sensor is performed. A request for data retransmission was made when there was an error. As a result, the data from each sensor can be transmitted smoothly and reliably, and it is not necessary to spend standby power to receive these commands on each sensor side, thereby reducing power consumption.
In such a living body health management system, it is possible to extend the life of the sensor by suppressing power consumption. At this time, although there is no intention to limit the type of living body to be managed, it is particularly suitable for the purpose of performing health management especially on animals and the like whose behavior is difficult to control.

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1は、本発明による鳥インフルエンザ監視システム(生体の健康管理システム)100を概念的に描いた図である。
図1に示すように、鳥インフルエンザ監視システム100は、管理区域110内で管理される鳥(生体)に装着されるセンサ120、管理区域110内をカバーするように1つ又は複数個設置される中継局(電波発生源)130、管理区域110内に設置される全ての中継局130を集中制御する中継局コントローラ(コントローラ)140、送受信装置150、制御装置160などから構成される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram conceptually illustrating a bird flu monitoring system (biological health management system) 100 according to the present invention.
As shown in FIG. 1, one or more avian influenza monitoring systems 100 are installed to cover a sensor 120 attached to a bird (living body) managed in the management area 110 and the management area 110. A relay station (radio wave generation source) 130, a relay station controller (controller) 140 that centrally controls all the relay stations 130 installed in the management area 110, a transmission / reception device 150, a control device 160, and the like.

管理区域110は、本実施の形態においては、鳥舎等、鳥を飼育するために設けられたものである。鳥インフルエンザの監視以外に本発明を適用する場合、この管理区域110は、牧場などのような屋外区域である場合もあれば、牛舎などの屋内区域である場合もあり、或いは動物園内の各動物舎としたり、自然公園全体などとすることもできる。さらには、人間を対象とした場合においても、本発明の構成を適用することができる。
管理区域110内においては、センサ120と中継局130との間は無線により通信が行われる。このため、管理区域110は、中継局130がセンサ120からの信号を直接又は間接に取得し得る領域である。従って、管理区域110を広くする場合には、センサ120の無線通信の出力を上げるか、中継局130の数を増やせばよい。1つの中継局130によって、半径数10mの領域をカバーできることが好ましい。このようなセンサ120と中継局130との間における通信方式として、IEEE802.11xの無線LAN、PHS(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、UWB等の規格があるが、消費電力と通信距離のバランスを考えると、現在ではZigBee(登録商標)が好適な方式といえる。むろん、他の方式を用いても構わない。
In this embodiment, the management area 110 is provided for raising birds such as a birdhouse. When the present invention is applied in addition to bird flu monitoring, the management area 110 may be an outdoor area such as a ranch, an indoor area such as a cowshed, or each animal in the zoo. It can be a building or a whole natural park. Furthermore, the configuration of the present invention can be applied even to a human subject.
In the management area 110, the sensor 120 and the relay station 130 communicate with each other wirelessly. Therefore, the management area 110 is an area where the relay station 130 can directly or indirectly acquire the signal from the sensor 120. Therefore, when the management area 110 is widened, the output of the wireless communication of the sensor 120 may be increased or the number of relay stations 130 may be increased. It is preferable that one relay station 130 can cover an area having a radius of several tens of meters. As a communication method between the sensor 120 and the relay station 130, there are standards such as IEEE 802.11x wireless LAN, PHS (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), and UWB. Considering the balance between power consumption and communication distance, ZigBee (registered trademark) can be said to be a suitable method at present. Of course, other methods may be used.

センサ120は、鳥の姿勢や行動、バイタルサインなどを検出するセンサ群と、検出処理回路、通信回路、電源およびパワーマネージメントデバイスを高密度集積化した、鳥の健康状態をモニタするためのシステムインパッケージである。
このセンサ120における測定データは無線により送信される。送信された測定データは中継局130によって受信され、さらに、中継局コントローラ140に転送される。
中継局130と中継局コントローラ140とは、無線又は有線のイーサネット(登録商標)で接続されることができる。中継局コントローラ140は、管理区域110に設置される中継局130のみならず、他の管理区域112や114の中継局も制御し、これらの中継局で受信されたセンサ120のデータを集めて送受信装置150へと転送する。さらに、中継局コントローラ140には、中継局130からのデータを集めることの他に、管理区域110に設置される全ての中継局130へIPアドレス等の識別標識を付与したり、制御装置160から個々のセンサ120に与えられる命令の伝達を媒介したりする機能を付加することができる。別の実施態様において、複数の中継局130によってメッシュネットワークを形成する場合には、中継局コントローラ140は、中継局130間のハンドオーバの制御も行うように構成されることができる。
送受信装置150は、イーサネット(登録商標)・インターネット・電話回線・無線電話ネットワーク・などを通じて、センサ120の測定データを制御装置160へと送信する。
The sensor 120 is a system for monitoring the health state of a bird, which is a high-density integration of a sensor group that detects the posture, behavior, vital signs, and the like of a bird and a detection processing circuit, a communication circuit, a power source, and a power management device. It is a package.
Measurement data in the sensor 120 is transmitted wirelessly. The transmitted measurement data is received by the relay station 130 and further transferred to the relay station controller 140.
The relay station 130 and the relay station controller 140 can be connected by wireless or wired Ethernet (registered trademark). The relay station controller 140 controls not only the relay station 130 installed in the management area 110 but also the relay stations in the other management areas 112 and 114, and collects and transmits data of the sensors 120 received by these relay stations. Transfer to device 150. Further, in addition to collecting data from the relay station 130, the relay station controller 140 is assigned an identification mark such as an IP address to all the relay stations 130 installed in the management area 110, or from the control device 160. A function of mediating transmission of a command given to each sensor 120 can be added. In another embodiment, when a mesh network is formed by a plurality of relay stations 130, the relay station controller 140 may be configured to also control handover between the relay stations 130.
The transmission / reception device 150 transmits the measurement data of the sensor 120 to the control device 160 through Ethernet (registered trademark), the Internet, a telephone line, a wireless telephone network, or the like.

制御装置160は、ハードウエア的にはコンピュータ装置であり、必要な機能を備えたソフトウエアを汎用のコンピュータにインストールすることで、製造することができる。このため制御装置160の多くの機能は、一般的なコンピュータが備えている、CPUやメモリ、ネットワークアダプタ、モデム等のハードウエアと、ソフトウエアとの協働によって実現されている。
この制御装置160は、センサ120から送信された測定データを判定することで、鳥インフルエンザの発生の有無を監視している。そして、センサ120から送信された測定データが、鳥インフルエンザの発生を示すものであると判定された場合には、その判定結果、すなわち鳥インフルエンザが発生したことを表す情報を、アラームの出力、印刷物のプリントアウト、予めインプットされた送付先への電子メールの送信等によって出力することもできる。制御装置160は管理区域110の近辺に設置されていてもよいが、全く離れた遠隔地に設置されていても良い。
The control device 160 is a computer device in terms of hardware, and can be manufactured by installing software having necessary functions in a general-purpose computer. For this reason, many functions of the control device 160 are realized by the cooperation of hardware such as a CPU, memory, network adapter, and modem provided in a general computer and software.
The control device 160 monitors the occurrence of avian influenza by determining the measurement data transmitted from the sensor 120. If it is determined that the measurement data transmitted from the sensor 120 indicates the occurrence of avian influenza, the determination result, that is, information indicating that avian influenza has occurred, is output as an alarm, printed matter It is also possible to output by printing out, sending an e-mail to a destination input in advance, or the like. The control device 160 may be installed in the vicinity of the management area 110, but may be installed in a remote place that is completely separated.

鳥インフルエンザ監視システム100においては、管理動物にセンサ120を装着して無線で監視することにより、鳥の行動を妨げることなく、多数の鳥の行動を低コスト且つオンラインでモニタリングすることが可能となる。これによって管理対象となる鳥の健康状態を容易に把握し、感染症の発生などの非常事態も迅速に発見することができる。   In the bird flu monitoring system 100, it is possible to monitor the behavior of many birds at low cost and online without interfering with the behavior of the bird by attaching the sensor 120 to the managed animal and wirelessly monitoring it. . This makes it possible to easily grasp the health status of birds to be managed, and to quickly detect emergencies such as the occurrence of infectious diseases.

次に、図2を用いてセンサ120の構成について説明する。
図2に示すように、センサ120は、例えば、薄帯状のフィルム基板上に、所定の物理量を測定する物理量センサ210と、センサ120として所定の動作を行うように各部をコントロールするための回路が構成されたセンサ制御部220と、センサ120の動作に必要な電力を蓄えるコンデンサ部230と、中継局130との間で電波の送受信を行うための通信制御を行うための通信制御部240と、アンテナ250を、薄帯状(フィルム状)の基板上に実装した超小型ネットワークセンサチップである。
このようなセンサ120は、最先端の超高密度実装技術およびMEMS加工技術を駆使すると共に、センサ機能を絞り込むことにより、超小型なものとする。一つの例では、3cm角アンテナFPC上の真ん中1cm角領域に3次元積層チップ(5mm以下)を搭載したシステムインパッケージにより超小型センサチップを製造する。
Next, the configuration of the sensor 120 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the sensor 120 includes, for example, a physical quantity sensor 210 that measures a predetermined physical quantity on a thin film substrate, and a circuit that controls each unit so as to perform a predetermined operation as the sensor 120. A configured sensor control unit 220, a capacitor unit 230 that stores power necessary for the operation of the sensor 120, a communication control unit 240 for performing communication control for transmitting and receiving radio waves to and from the relay station 130, This is an ultra-small network sensor chip in which the antenna 250 is mounted on a thin-band (film-like) substrate.
Such a sensor 120 is miniaturized by making full use of the latest ultra-high density mounting technology and MEMS processing technology and narrowing down the sensor function. In one example, an ultra-small sensor chip is manufactured by a system-in-package in which a three-dimensional laminated chip (5 mm or less) is mounted in the middle 1 cm square region on a 3 cm square antenna FPC.

物理量センサ210は、加速度・傾斜・温度・血流・血圧・脈拍のうち、少なくとも1つ以上を測定するような物理量センシングチップである。本実施の形態においては、物理量センサ210として、加速度センサ210Aと、温度センサ210Tとが備えられている。   The physical quantity sensor 210 is a physical quantity sensing chip that measures at least one of acceleration, inclination, temperature, blood flow, blood pressure, and pulse. In the present embodiment, as the physical quantity sensor 210, an acceleration sensor 210A and a temperature sensor 210T are provided.

本実施の形態のセンサ120においては、加速度センサ210Aや温度センサ210Tで検出した加速度情報や温度情報を含むセンサ情報を、逐次中継局130に送信するのではなく、送信頻度、送信データ量を抑えることで消費電力を低減できるような構成とすることができる。   In the sensor 120 of the present embodiment, sensor information including acceleration information and temperature information detected by the acceleration sensor 210A and the temperature sensor 210T is not sequentially transmitted to the relay station 130, but the transmission frequency and the amount of transmission data are suppressed. Thus, the power consumption can be reduced.

センサ制御部220は、具体的にはICとメモリとから構成されるもので、物理量センサ210から信号を受け取ったときに、所定の処理を行うイベントドリブン回路を備えている。ここで、所定の処理としては、物理量センサ210から受け取った信号の内容をメモリに蓄積する、というものがある。   Specifically, the sensor control unit 220 includes an IC and a memory, and includes an event-driven circuit that performs predetermined processing when a signal is received from the physical quantity sensor 210. Here, as the predetermined process, there is a process of storing the contents of the signal received from the physical quantity sensor 210 in a memory.

さらに、本実施の形態において、センサ120は、中継局コントローラ140のコントロールに基づいて中継局130から送信される電波をアンテナ250で受信することで誘導起電力により電力を発生し、この電力をコンデンサ部230に蓄えるようになっている。このため、センサ制御部220は、アンテナ250で受信した電波を直流電流に変換するRF−DC変換回路と、RF−DC変換回路で変換した直流電流によって電力をコンデンサ部230に蓄える充電回路と、を備えている。このように、センサ120が電源を搭載して自らの電力で通信を行うアクティブセンサであるため、RF−IDのようにリーダによるスキャンを必要とせず、その行動を制御することが決して容易ではない鳥の管理に適している。   Further, in the present embodiment, the sensor 120 generates power by induced electromotive force by receiving the radio wave transmitted from the relay station 130 by the antenna 250 based on the control of the relay station controller 140, and this power is stored in the capacitor. The part 230 is stored. Therefore, the sensor control unit 220 includes an RF-DC conversion circuit that converts radio waves received by the antenna 250 into direct current, a charging circuit that stores electric power in the capacitor unit 230 by direct current converted by the RF-DC conversion circuit, It has. As described above, since the sensor 120 is an active sensor that is equipped with a power source and communicates with its own power, scanning by a reader is not required unlike RF-ID, and it is never easy to control its behavior. Suitable for bird management.

通信制御を担う通信制御部240は、物理量センサ210による測定データを含む電文を送信するための超小型の無線通信機としての機能を発揮するものであり、通信制御回路を有した制御チップと、送受信する電波のインピーダンスを整合するインピーダンス整合回路とを有する。ここで、制御チップは、独自の識別子を持つように構成され、物理量センサ210によるセンサ情報を送信する際には、当該識別子を共に送信するように構成される。   The communication control unit 240 responsible for communication control exhibits a function as an ultra-small wireless communication device for transmitting a message including measurement data from the physical quantity sensor 210, and includes a control chip having a communication control circuit, An impedance matching circuit for matching the impedance of radio waves to be transmitted and received. Here, the control chip is configured to have a unique identifier. When transmitting sensor information from the physical quantity sensor 210, the control chip is configured to transmit the identifier together.

図3は、物理量センサ210において、加速度を検出するための加速度センサ210Aの構成を示す図である。
この図3に示すように、加速度センサ210Aは、加速度センサ210Aに作用した加速度に応じて変形する変形部材211と、変形部材211の変形に応じて電荷を発生する圧電材料部212と、圧電材料部212で発生した電荷量に応じて得られる電圧が印加される信号処理回路213とを備えている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an acceleration sensor 210 </ b> A for detecting acceleration in the physical quantity sensor 210.
As shown in FIG. 3, the acceleration sensor 210 </ b> A includes a deformation member 211 that deforms according to the acceleration applied to the acceleration sensor 210 </ b> A, a piezoelectric material unit 212 that generates an electric charge according to the deformation of the deformation member 211, and a piezoelectric material. And a signal processing circuit 213 to which a voltage obtained according to the amount of charge generated in the unit 212 is applied.

ここで変形部材211としては、例えばカンチレバー211aと錘211bとからなるカンチレバー式のものを用いることができる。カンチレバー式の変形部材211においては、加速度が作用すると、錘211bの質量が加わっているカンチレバー211aが、作用した加速度に応じた変形量で撓み変形する。このような変形部材211としては、カンチレバー式に限らず、ダイヤフラム式等、他のタイプのものを採用しても良い。他のタイプとしては、例えば、複数本のカンチレバーに錘が支持された構造のもの(Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 10, (2000) 322-328参照。)等がある。   Here, as the deformable member 211, for example, a cantilever type composed of a cantilever 211a and a weight 211b can be used. In the cantilever-type deformable member 211, when acceleration is applied, the cantilever 211a to which the mass of the weight 211b is added is bent and deformed with a deformation amount corresponding to the applied acceleration. Such a deformable member 211 is not limited to a cantilever type but may be another type such as a diaphragm type. Other types include, for example, a structure in which a weight is supported by a plurality of cantilevers (see Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 10, (2000) 322-328).

圧電材料部212は、変形部材211の表面に形成された圧電薄膜からなる。このような圧電薄膜を形成する材料としては、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)材料のほか、BaTiO、ZnO、AlN、水晶、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の周知の圧電材料を用いることが可能である。このような圧電材料部212は、作用した加速度に応じて変形部材211が変形すると、その変形量に応じた電荷を発生する。つまり、作用した加速度が大きいほど、圧電材料部212では大きな電荷を発生する。発生した電荷と、圧電材料部212における負荷容量によって、圧電材料部212で得られる電圧が決まる。
ここで、圧電材料部212は、カンチレバー211aを例えばSi系材料等で形成するのであれば、その表面に所定の圧電材料からなる薄膜を形成すればよいし、また、カンチレバー211a自体を圧電材料で形成し、カンチレバー211aそのものを圧電材料部212とすることも可能である。
なお、圧電材料部212は、圧電薄膜の他、圧電厚膜や、圧電体をバルク接合するもの等を採用することが可能である。
The piezoelectric material part 212 is made of a piezoelectric thin film formed on the surface of the deformable member 211. As a material for forming such a piezoelectric thin film, in addition to a PZT (lead zirconate titanate) material, a well-known piezoelectric material such as BaTiO 3 , ZnO, AlN, quartz, PVDF (polyvinylidene fluoride), or the like can be used. It is. When the deformable member 211 is deformed according to the applied acceleration, the piezoelectric material part 212 generates electric charges according to the deformation amount. That is, the larger the applied acceleration, the larger the electric charge is generated in the piezoelectric material part 212. The voltage obtained in the piezoelectric material portion 212 is determined by the generated charge and the load capacity in the piezoelectric material portion 212.
Here, if the cantilever 211a is formed of, for example, a Si-based material, the piezoelectric material portion 212 may be formed by forming a thin film made of a predetermined piezoelectric material on the surface, and the cantilever 211a itself is made of a piezoelectric material. It is also possible to form the cantilever 211a itself as the piezoelectric material portion 212.
In addition to the piezoelectric thin film, the piezoelectric material portion 212 can employ a piezoelectric thick film, a material that bulk-bonds a piezoelectric body, or the like.

このような圧電材料部212を備えた変形部材211は、加速度センサ210Aにおいて、圧電材料部212どうしが電気的に直列に接続されて複数が備えられ、その一端側は電気的に接地されている。   A plurality of deformable members 211 having such a piezoelectric material part 212 are provided in the acceleration sensor 210A such that the piezoelectric material parts 212 are electrically connected in series, and one end side thereof is electrically grounded. .

信号処理回路213は、図3に示すような回路構成を有したMoS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタである。この信号処理回路213は、センサ制御部220を構成するIC中に設けることができる。
このような信号処理回路213は、図3に示すように、直列に接続された変形部材211に対し、複数が、互いに異なる変形部材211に接続されている。ここで、信号処理回路213は、直列に接続された変形部材211の数よりも少なくても良いし、全ての変形部材211に接続するようにしても良い。本実施の形態においては、例えば40個の変形部材211を直列接続して設け、このうち予め抽出・選定された位置の4個の変形部材211に信号処理回路213が接続されている。
The signal processing circuit 213 is a MoS (Metal Oxide Semiconductor) transistor having a circuit configuration as shown in FIG. This signal processing circuit 213 can be provided in an IC constituting the sensor control unit 220.
As shown in FIG. 3, a plurality of such signal processing circuits 213 are connected to different deformation members 211 with respect to the deformation members 211 connected in series. Here, the signal processing circuit 213 may be smaller than the number of the deformable members 211 connected in series, or may be connected to all the deformable members 211. In the present embodiment, for example, 40 deformable members 211 are provided in series, and a signal processing circuit 213 is connected to four deformable members 211 at positions previously extracted and selected.

信号処理回路213のゲートには、その信号処理回路213が接続された変形部材211の圧電材料部212からの電圧が印加される。ここで、変形部材211の圧電材料部212は、直列に接続されているため、接地側からn番目の変形部材211に接続された信号処理回路213には、基準電位との電位差として、接地側からn個の圧電材料部212で発生した電圧Vの総和(n×V)が印加される。
ここで、各信号処理回路213においては、トランジスタがONに切り替わる電圧は予め設定されている。つまり印加された電圧が設定電圧を上回れば信号処理回路213はONとなる。
信号処理回路213が接続されたセンサ制御部220においては、信号処理回路213からの信号がOFFからON、あるいはONからOFFに切り替わると、OFFからON、あるいはONからOFFに切り替わったこと、およびその時刻情報をメモリに記憶させ、所定のタイミングで、記憶したそれらの情報を、中継局130を介して制御装置160に送信するようになっている。
A voltage from the piezoelectric material part 212 of the deformable member 211 to which the signal processing circuit 213 is connected is applied to the gate of the signal processing circuit 213. Here, since the piezoelectric material part 212 of the deformable member 211 is connected in series, the signal processing circuit 213 connected to the nth deformable member 211 from the ground side has a potential difference from the reference potential as the ground side. To the sum (n × V) of the voltages V generated in the n piezoelectric material portions 212 are applied.
Here, in each signal processing circuit 213, the voltage at which the transistor is turned ON is set in advance. That is, when the applied voltage exceeds the set voltage, the signal processing circuit 213 is turned on.
In the sensor control unit 220 to which the signal processing circuit 213 is connected, when the signal from the signal processing circuit 213 is switched from OFF to ON, or from ON to OFF, the switching from OFF to ON, or from ON to OFF, and Time information is stored in a memory, and the stored information is transmitted to the control device 160 via the relay station 130 at a predetermined timing.

加速度センサ210Aに加速度が作用した場合、個々の変形部材211は同様に変形するので、それぞれの圧電材料部212からは同じ電圧が印加される。このとき、接地側に近い変形部材211に接続された信号処理回路213においては、接地側から接続されている圧電材料部212の数が少ないので、印加される電圧も小さい。これに対し、接地側から離れた変形部材211に接続された信号処理回路213においては、接地側から接続されている圧電材料部212の数が多いので、印加される電圧は大きくなる。   When acceleration acts on the acceleration sensor 210 </ b> A, the individual deformation members 211 are similarly deformed, and thus the same voltage is applied from each piezoelectric material part 212. At this time, in the signal processing circuit 213 connected to the deformable member 211 close to the ground side, since the number of piezoelectric material portions 212 connected from the ground side is small, the applied voltage is also small. On the other hand, in the signal processing circuit 213 connected to the deformable member 211 separated from the ground side, the number of piezoelectric material portions 212 connected from the ground side is large, so that the applied voltage increases.

このような構成により、作用した加速度によって印加される電圧は異なるので、どの信号処理回路213がONとなったかを認識することで、加速度をデジタル的に決定することができる。つまり、各信号処理回路213がスイッチのような機能を担っているのである。   With such a configuration, the applied voltage varies depending on the applied acceleration, and therefore the acceleration can be digitally determined by recognizing which signal processing circuit 213 is turned on. That is, each signal processing circuit 213 has a function like a switch.

例えば、本発明者らの研究により、鳥の動作によって生じる加速度は、睡眠時0.05g、徘徊0.2g、食事中0.5g、身震い時1gであることが分かっている。
変形部材211に設けられた圧電材料部212における感度を例えば1.1mV/gとすると、センサ120を鳥に取り付けた場合、前記のそれぞれの動作によって、個々の変形部材211の圧電材料部212での電圧の出力は、表1に示すように、0.055mV、0.22mV、0.55mV、1.1mVとなる。
For example, studies by the present inventors have shown that the acceleration caused by bird movement is 0.05 g during sleep, 0.2 g cocoon, 0.5 g during meals, and 1 g during tremors.
Assuming that the sensitivity of the piezoelectric material portion 212 provided on the deformable member 211 is 1.1 mV / g, for example, when the sensor 120 is attached to a bird, the piezoelectric material portions 212 of the individual deformable members 211 are moved by the respective operations described above. As shown in Table 1, the output voltage of 0.055 mV, 0.22 mV, 0.55 mV, and 1.1 mV is output.

そして、加速度センサ210Aにおいて、圧電材料部212を備えた変形部材211を例えば40個直列に接続して備え、接地側からn=3個目、10個目、15個目、40個目の変形部材211に信号処理回路213を備えた場合、鳥の動作に応じて印加される電圧は表1の通りとなる。
それぞれの信号処理回路213においてONとなる電圧を2mVに設定すると、鳥の動作に応じてONとなる信号処理回路213は、表1の通りとなる。すなわち、睡眠時にはn=40番目の変形部材211に取り付けられた信号処理回路213(n=40)のみがONとなる。徘徊時にはn=15、40番目の変形部材211に取り付けられた信号処理回路213(n=15)、213(n=40)がONとなり、食事時にはn=10、15、40番目の変形部材211に取り付けられた信号処理回路213(n=10)、213(n=15)、213(n=40)がONとなる。そして、身震い時には、n=3、10、15、40番目の変形部材211に取り付けられた全ての信号処理回路213(n=3)、213(n=10)、213(n=15)、213(n=40)がONとなる。
In the acceleration sensor 210A, for example, 40 deformation members 211 including the piezoelectric material portion 212 are connected in series, and n = 3rd, 10th, 15th, and 40th deformation from the ground side. When the signal processing circuit 213 is provided in the member 211, the voltage applied according to the bird's movement is as shown in Table 1.
When the voltage that is turned on in each signal processing circuit 213 is set to 2 mV, the signal processing circuit 213 that is turned on according to the operation of the bird is as shown in Table 1. That is, only the signal processing circuit 213 (n = 40) attached to the n = 40th deformable member 211 is turned ON during sleep. The signal processing circuits 213 (n = 15) and 213 (n = 40) attached to the n = 15 , 40th deformable member 211 are turned on at the time of drought, and the n = 10, 15 , 40th deformable member 211 is turned on at the meal. The signal processing circuits 213 (n = 10) , 213 (n = 15) , and 213 (n = 40) attached to are turned on. When the body shakes, all signal processing circuits 213 (n = 3) , 213 (n = 10) , 213 (n = 15) , 213 attached to the n = 3 , 10 , 15 , 40th deformable member 211 (N = 40) is turned ON.

このようにして、加速度センサ210Aにおいては、ONとなる信号処理回路213の数に応じ、加速度のレベルをデジタル的に得ることが可能となる。例えば、表1に示したように、信号処理回路213(n=40)がONとなった場合をレベル1、信号処理回路213(n=15)、213(n=40)がONとなった場合をレベル2、信号処理回路213(n=10)、213(n=15)、213(n=40)がONとなった場合をレベル3、信号処理回路213(n=3)、213(n=10)、213(n=15)、213(n=40)がONとなった場合をレベル4とすることができる。 In this way, in the acceleration sensor 210A, the acceleration level can be obtained digitally according to the number of signal processing circuits 213 that are turned on. For example, as shown in Table 1, when the signal processing circuit 213 (n = 40) is turned on, level 1 is set, and the signal processing circuits 213 (n = 15) and 213 (n = 40) are turned on. In the case of level 2, the signal processing circuit 213 (n = 10) , 213 (n = 15) , 213 (n = 40) is turned on, and in level 3, the signal processing circuit 213 (n = 3) , 213 ( When n = 10) , 213 (n = 15) , and 213 (n = 40) are turned on, the level 4 can be set.

図4は、鳥の行動が、例えば、徘徊を15分間、食事を10分間、睡眠を30分、身震いを5分という順であった場合の、個々の信号処理回路213に印加される電圧の経時的な変位を示すものである。このようにすると、鳥の状態に異常が発生していると判断できる動作である身震いを始めたときに、信号処理回路213(n=3)、213(n=10)、213(n=15)、213(n=40)がONとなり、センサ制御部220においては、加速度レベルがレベル4であると決定することができる。
センサ120においては、温度センサ210Tで検出した温度が、予め設定した範囲から逸脱し、鳥の状態に異常が発生していると判断できる値であったときにセンサ情報を送信するようになっている。つまり、センサ制御部220において加速度レベルがレベル4であったときに、センサ120では、検出された加速度レベルがレベル4であることを示す信号を送信する。
制御装置160においては、センサ120から、加速度レベルがレベル4であることを示す信号を受け取ると、管理区域110内において、鳥の体調に異常が生じたと判定することが可能となる。
この場合、信号処理回路213(n=3)、213(n=10)、213(n=15)、213(n=40)の全てを監視しても良いが、センサ制御部220においては、身震いの場合のみにONとなる信号処理回路213(n=3)を監視するようにしても良い。
FIG. 4 shows the voltage applied to each signal processing circuit 213 when the behavior of a bird is, for example, 15 minutes for a shark, 10 minutes for a meal, 30 minutes for sleep, and 5 minutes for a tremor. It shows the displacement over time. In this way, when trembling, which is an operation that can determine that an abnormality has occurred in the state of the bird, signal processing circuits 213 (n = 3) , 213 (n = 10) , 213 (n = 15) ) 213 (n = 40) is turned ON, and the sensor control unit 220 can determine that the acceleration level is level 4.
In the sensor 120, sensor information is transmitted when the temperature detected by the temperature sensor 210T deviates from a preset range and is a value at which it can be determined that an abnormality has occurred in the state of the bird. Yes. That is, when the acceleration level is level 4 in the sensor control unit 220, the sensor 120 transmits a signal indicating that the detected acceleration level is level 4.
When receiving a signal indicating that the acceleration level is level 4 from the sensor 120, the control device 160 can determine that an abnormality has occurred in the physical condition of the bird in the management area 110.
In this case, all of the signal processing circuits 213 (n = 3) , 213 (n = 10) , 213 (n = 15) , and 213 (n = 40) may be monitored. However, in the sensor control unit 220, You may make it monitor the signal processing circuit 213 (n = 3) turned ON only in the case of a tremor.

このような加速度センサ210Aにおいては、作用した加速度によって、圧電材料からなる圧電材料部212が直接電荷を発生させるため、待機中の消費電力がほぼ0である。
また、変形部材211に備えた圧電材料部212を直列に備えることで、加速度が作用したときの発電量を高めることができるので、この加速度センサ210Aを高感度なものとすることができる。
さらに、このような加速度センサ210Aは、MEMS技術によって小型に形成することができ、また消費電力を抑えることでバッテリ等を廃し、軽量化を図ることが可能となる。
ここで、もちろん、上記に挙げた圧電材料部212における感度や変形部材211の数、信号処理回路213においてONとなる設定電圧等は一例に過ぎず、適宜変更することが可能である。直列に接続して設ける圧電材料部212を備えた変形部材211の数、信号処理回路213の接続位置、信号処理回路213における設定電圧等を変更することで、鳥以外にも、様々な加速度を測定することが可能となる。このときも個々の変形部材211、圧電材料部212、信号処理回路213自体は共通に用いることができるので、用途に応じて設計変更を行うのみでよく、汎用性、応用性の高いデバイス構成であると言える。
In such an acceleration sensor 210A, the piezoelectric material portion 212 made of a piezoelectric material directly generates electric charges due to the applied acceleration, so that power consumption during standby is almost zero.
Further, by providing the piezoelectric material portion 212 provided in the deformable member 211 in series, it is possible to increase the amount of power generated when acceleration is applied, so that the acceleration sensor 210A can be highly sensitive.
Furthermore, such an acceleration sensor 210A can be formed in a small size by the MEMS technology, and by reducing power consumption, it is possible to eliminate the battery and reduce the weight.
Here, of course, the sensitivity in the piezoelectric material part 212 and the number of deformation members 211 mentioned above, the set voltage that is turned on in the signal processing circuit 213, and the like are merely examples, and can be changed as appropriate. By changing the number of deformable members 211 provided with the piezoelectric material portions 212 provided in series, the connection position of the signal processing circuit 213, the set voltage in the signal processing circuit 213, and the like, various accelerations can be obtained in addition to birds. It becomes possible to measure. Also at this time, the individual deformable member 211, the piezoelectric material part 212, and the signal processing circuit 213 themselves can be used in common, so it is only necessary to change the design according to the use, and the device configuration has high versatility and applicability. It can be said that there is.

図5は、物理量センサ210において、温度を検出するための温度センサ210Tの構成を示す図である。
この図5に示すように、温度センサ210Tは、複数のバイメタルカンチレバーセンサ221を備えている。
バイメタルカンチレバーセンサ221は、高線膨張率材料222aと低線膨張率材料222bとが接合あるいは積層された状態のバイメタル材からなるレバー(カンチレバー)222が、その基端部222cのみがベース223に固定されて片持ち梁状に支持された構成となっている。このレバー222と対向するように、導電材料からなる電気接点部材224が、予め定めたギャップを有して配置されている。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a temperature sensor 210T for detecting the temperature in the physical quantity sensor 210. As shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the temperature sensor 210T includes a plurality of bimetal cantilever sensors 221.
In the bimetal cantilever sensor 221, a lever (cantilever) 222 made of a bimetal material in a state where a high linear expansion coefficient material 222a and a low linear expansion coefficient material 222b are joined or laminated, and only a base end portion 222c thereof is fixed to the base 223. Thus, the structure is supported in a cantilever shape. An electrical contact member 224 made of a conductive material is disposed with a predetermined gap so as to face the lever 222.

レバー222を構成する高線膨張率材料222aとしては、例えば、Al(α=23.1E−6/℃)、Au(α=14.2E−6/℃)、Ni(α=13.4E−6/℃)などが利用できる。低線膨張率材料222bとしては、例えば、W(α=4.5E−6/℃)、Mo(α=5.5E−6/℃)、インバー合金(α=0.1E−6/℃)、シリコン(α=2.5E−6/℃)、シリコン酸化物(α=0.5E−6/℃)、シリコン窒化物(α=3E−6/℃)等を用いることができる。
このようなバイメタル材からなるレバー222は、高線膨張率材料222aと低線膨張率材料222bの線膨張率の違いから、温度の変化に応じて基端部222cを中心として撓み変形し、その先端部222dが電気接点部材224に対し接近・離間する方向に移動し、所定の温度に達すると、先端部222dが電気接点部材224に接触するようになっている。
ここで、室温より高い温度の測定では通常、低線膨張率材料222bが、電気接点部材224に対向するように設けられ、電気接点部材224に対する電気接点を構成する。このため、低線膨張率材料222bは、導電性を有する材料で形成する必要がある。低線膨張率材料222bとして金属以外の材料を使う場合は、レバー222の低線膨張率材料222b側の表面に、導電性材料からなる配線等の導通部材を付加する必要がある。
As the high linear expansion coefficient material 222a constituting the lever 222, for example, Al (α = 23.1E-6 / ° C.), Au (α = 14.2E-6 / ° C.), Ni (α = 13.4E−) 6 / ° C.) can be used. Examples of the low linear expansion material 222b include W (α = 4.5E-6 / ° C.), Mo (α = 5.5E-6 / ° C.), and Invar alloy (α = 0.1E-6 / ° C.). Silicon (α = 2.5E-6 / ° C.), silicon oxide (α = 0.5E-6 / ° C.), silicon nitride (α = 3E-6 / ° C.), or the like can be used.
The lever 222 made of such a bimetal material is bent and deformed around the base end portion 222c according to a change in temperature due to the difference in linear expansion coefficient between the high linear expansion coefficient material 222a and the low linear expansion coefficient material 222b. When the distal end portion 222d moves in a direction approaching or separating from the electrical contact member 224 and reaches a predetermined temperature, the distal end portion 222d comes into contact with the electrical contact member 224.
Here, in the measurement at a temperature higher than room temperature, the low linear expansion coefficient material 222b is usually provided so as to face the electrical contact member 224, and constitutes an electrical contact with respect to the electrical contact member 224. For this reason, the low linear expansion coefficient material 222b needs to be formed of a conductive material. When a material other than metal is used as the low linear expansion coefficient material 222b, it is necessary to add a conductive member such as a wiring made of a conductive material to the surface of the lever 222 on the low linear expansion coefficient material 222b side.

複数備えられたバイメタルカンチレバーセンサ221においては、レバー222の長さが互いに異なるように形成されている。各バイメタルカンチレバーセンサ221間において、レバー222を構成する高線膨張率材料222a、低線膨張率材料222bの材質が共通であれば、レバー222は、基端部222cからの距離が同じ位置であれば、温度変化に応じて同一の曲率半径で撓み変形する。このとき、各バイメタルカンチレバーセンサ221間において、レバー222の長さが互いに異なるので、長いレバー222ほど、その先端部222dの変位が大きい。したがって、レバー222の長いバイメタルカンチレバーセンサ221ほど、先端部222dが電気接点部材224に早いタイミングで接触する。つまり、各バイメタルカンチレバーセンサ221においては、レバー222の長さに応じて、先端部222dが電気接点部材224に接触するタイミング、すなわち温度が決まっている。
ここで、後に詳述するが、各バイメタルカンチレバーセンサ221間におけるレバー222の長さの差は、温度をデジタル的に測定する際の測定ピッチ、言い換えれば測定最小単位によって定まる。これに伴い、各バイメタルカンチレバーセンサ221間におけるレバー222の長さは、一定寸法ピッチで設けるのが好ましい。なお、レバー222の長さは一定にし、レバー222と電気接点部材224の間隙を、複数のバイメタルカンチレバーセンサ221間で異ならせるようにすることも可能である。
In the bimetal cantilever sensor 221 provided in plurality, the lengths of the levers 222 are different from each other. If the high linear expansion coefficient material 222a and the low linear expansion coefficient material 222b constituting the lever 222 are common between the bimetal cantilever sensors 221, the lever 222 should be at the same distance from the base end portion 222c. For example, it bends and deforms with the same radius of curvature according to the temperature change. At this time, since the lengths of the levers 222 are different between the bimetal cantilever sensors 221, the longer the lever 222, the larger the displacement of the tip end portion 222d. Therefore, as the bimetallic cantilever sensor 221 having the longer lever 222, the tip end portion 222d contacts the electrical contact member 224 at an earlier timing. That is, in each bimetal cantilever sensor 221, the timing at which the tip end portion 222d contacts the electrical contact member 224, that is, the temperature, is determined according to the length of the lever 222.
Here, as will be described in detail later, the difference in the length of the lever 222 between the bimetal cantilever sensors 221 is determined by the measurement pitch when the temperature is measured digitally, in other words, the minimum unit of measurement. Accordingly, the length of the lever 222 between the bimetal cantilever sensors 221 is preferably provided at a constant dimensional pitch. The length of the lever 222 may be constant, and the gap between the lever 222 and the electrical contact member 224 may be different among the plurality of bimetal cantilever sensors 221.

各バイメタルカンチレバーセンサ221は、電気接点部材224に電圧が印加され、レバー222側は接地されている。
各バイメタルカンチレバーセンサ221には、信号処理回路225が接続されている。この信号処理回路225においては、電気接点部材224に、コンデンサ(電圧印加部)225aで蓄電している電圧を印加する。バイメタルカンチレバーセンサ221において、温度変化によってレバー222が変形して電気接点部材224に接触して導通が図られると、電圧が変化するので、これをF/F(Flip Flop)回路からなる検出回路225bで検出する。検出回路225bで検出される電圧が変動すると、検出回路225bからの出力信号は、OFFからON、あるいはONからOFFに切り替わる。
また、センサ制御部220においては、検出回路225bからの出力信号がOFFからONに切り替わったことを検出したとき、一定の待ち時間を経過した後(高温になった場合はON状態が持続するため、すぐに給電しないため。)レバー222と電気接点部材224の導通によって放電したコンデンサ225aに対し電源からの給電を一定時間だけ行うための給電制御信号を、電源に出力する。
このような信号処理回路225は、センサ制御部220を構成するIC中に形成することができる。
In each bimetal cantilever sensor 221, a voltage is applied to the electrical contact member 224, and the lever 222 side is grounded.
A signal processing circuit 225 is connected to each bimetal cantilever sensor 221. In the signal processing circuit 225, the voltage stored in the capacitor (voltage application unit) 225a is applied to the electrical contact member 224. In the bimetal cantilever sensor 221, when the lever 222 is deformed due to a temperature change and is brought into conduction by contacting the electrical contact member 224, the voltage changes. This is detected by a detection circuit 225b comprising an F / F (Flip Flop) circuit. Detect with. When the voltage detected by the detection circuit 225b fluctuates, the output signal from the detection circuit 225b switches from OFF to ON or from ON to OFF.
Further, in the sensor control unit 220, when it is detected that the output signal from the detection circuit 225b has switched from OFF to ON, after a certain waiting time has elapsed (because the ON state continues when the temperature becomes high). The power supply control signal for supplying power from the power source to the capacitor 225a discharged by conduction between the lever 222 and the electrical contact member 224 for a certain time is output to the power source.
Such a signal processing circuit 225 can be formed in an IC constituting the sensor control unit 220.

このような構成の温度センサ210Tにおいては、バイメタルカンチレバーセンサ221を複数組備え、レバー222の長さが複数段階に異なる長さとされている。これにより、温度が例えば上昇し、それぞれのバイメタルカンチレバーセンサ221のレバー222の長さによって決まる所定の温度に到達すると、レバー222が電気接点部材224に接触して信号処理回路225において検出回路225bからの出力信号がONとなる。これにより、センサ制御部220においては、例えば温度が連続的に上昇していくと、各組の信号処理回路225からは、レバー222の長い順にONの出力信号が順次出力されてくる。逆に、温度が低下していけば、電気接点部材224に接触していたレバー222が電気接点部材224から離れて、検出回路225bからの出力信号はOFFとなる。このため、センサ制御部220においては、例えば温度が連続的に下降していくと、各組の信号処理回路225からは、レバー222の短い順に、OFFの出力信号が順次出力されてくる。
ここで、センサ制御部220においては、検出回路225bからの信号がOFFからON、あるいはONからOFFに切り替わると、OFFからON、あるいはONからOFFに切り替わったこと、およびその時刻情報をメモリに記憶させ、所定のタイミングで、記憶したそれらの情報を、中継局130を介して制御装置160に送信するようになっている。
In the temperature sensor 210T having such a configuration, a plurality of sets of bimetal cantilever sensors 221 are provided, and the lengths of the levers 222 are different in a plurality of stages. Thus, for example, when the temperature rises and reaches a predetermined temperature determined by the length of the lever 222 of each bimetal cantilever sensor 221, the lever 222 comes into contact with the electrical contact member 224 and the signal processing circuit 225 detects from the detection circuit 225b. Output signal is turned ON. Thereby, in the sensor control unit 220, for example, when the temperature rises continuously, the output signals of ON are sequentially output from the signal processing circuits 225 of each set in the order of the length of the lever 222. On the other hand, if the temperature decreases, the lever 222 that has been in contact with the electrical contact member 224 moves away from the electrical contact member 224, and the output signal from the detection circuit 225b is turned off. For this reason, in the sensor control unit 220, for example, when the temperature continuously decreases, output signals of OFF are sequentially output from the signal processing circuits 225 of each set in the order of the shortness of the lever 222.
Here, in the sensor control unit 220, when the signal from the detection circuit 225b is switched from OFF to ON, or from ON to OFF, the switching from OFF to ON or from ON to OFF and the time information thereof are stored in the memory. The stored information is transmitted to the control device 160 via the relay station 130 at a predetermined timing.

このような構成により、互いに長さの異なる複数のバイメタル式のレバー222の電気接点部材224への接触を、検出回路225bからの信号で検出することで、温度変化をデジタル的に測定することが可能となる。このとき、複数本のレバー222間におけるレバー222の長さの差を適切に設定することで、必要以上の最小単位・精度で温度を検出することもなく、消費電力を最小限に抑えた構成とすることができる。また、温度変化量が一定以上とならない限り、レバー222は電気接点部材224には接触せず、ON信号も出力されない。これにより、当然、信号を出力するための電力も抑えることができる。また、このようにして測定を行う結果、得られるデータは、温度変化が生じたときの温度と時刻情報である。つまり、温度変化が少なければ、無線で送出するデータ量も抑えることができ、これも省電力化につながる。
また、待機中においても、コンデンサ225aに蓄電しておき、レバー222が電気接点部材224に接触して放電した場合にコンデンサ225aへの給電を行うようになっているので、この点においても消費電力を抑えることができる。さらに、レバー222が電気接点部材224に接触・離間することで生じる電圧変動が、そのまま検出回路225bからの出力信号となるので、ダイレクトにデジタル信号を出力することができ、ADコンバータも不要である。
With such a configuration, the temperature change can be measured digitally by detecting the contact of the plurality of bimetallic levers 222 having different lengths to the electrical contact member 224 using a signal from the detection circuit 225b. It becomes possible. At this time, by appropriately setting the length difference of the levers 222 among the plurality of levers 222, it is possible to minimize the power consumption without detecting the temperature with the minimum unit / accuracy more than necessary. It can be. As long as the temperature change amount does not exceed a certain level, the lever 222 does not contact the electrical contact member 224 and no ON signal is output. Thereby, naturally, the power for outputting the signal can also be suppressed. Further, the data obtained as a result of the measurement in this way is the temperature and time information when the temperature change occurs. That is, if the temperature change is small, the amount of data transmitted wirelessly can be suppressed, which also leads to power saving.
Even during standby, power is stored in the capacitor 225a, and power is supplied to the capacitor 225a when the lever 222 comes into contact with the electrical contact member 224 and discharges. Can be suppressed. Furthermore, since the voltage fluctuation generated when the lever 222 contacts / separates from the electrical contact member 224 becomes the output signal from the detection circuit 225b as it is, a digital signal can be directly output, and an AD converter is unnecessary. .

このような温度センサ210Tは、MEMS技術によって形成することができる。
これには、図6に示すように、シリコン基板260上に、犠牲層となるシリコン酸化膜261を堆積し、その上に高線膨張率材料222aとして厚さ0.5μmのNi(ヤング率200GPa、線膨張率13.4E−6/℃)膜262をスパッタあるいは蒸着によって作製する。さらにその上に低線膨張率材料222bとしてスパッタあるいは蒸着によって厚さ0.5μmのW(ヤング率345GPa、線膨張率4.5E−6/℃)膜263を形成し、バイメタル構造のレバー222を形成する。これらの膜はフォトリソグラフィー法とエッチングを使用して、μmレベルの精度で加工を行うことができる。長さ195μmから215μmのレバー222を、長さを1μmづつ変えて21個作製する。フォトリソグラフィーとエッチングを使うことで、これらの長さの異なる複数のレバー222は同時に製作できる。
Such a temperature sensor 210T can be formed by MEMS technology.
As shown in FIG. 6, a silicon oxide film 261 serving as a sacrificial layer is deposited on a silicon substrate 260, and Ni (Young's modulus 200 GPa) having a thickness of 0.5 μm is formed thereon as a high linear expansion coefficient material 222a. , Linear expansion coefficient 13.4E-6 / ° C.) The film 262 is formed by sputtering or vapor deposition. Further, a W (Young's modulus: 345 GPa, linear expansion coefficient: 4.5E-6 / ° C.) film 263 having a thickness of 0.5 μm is formed as a low linear expansion coefficient material 222b by sputtering or vapor deposition. Form. These films can be processed with an accuracy of μm level using photolithography and etching. 21 levers 222 having a length of 195 μm to 215 μm are manufactured by changing the length by 1 μm. By using photolithography and etching, a plurality of levers 222 having different lengths can be manufactured simultaneously.

次にHF水溶液によりエッチングすることで、バイメタル構造のレバー222の下方の部分のシリコン酸化膜261を除去し、レバー222が自由に動作できるようにする。WとNiはHFに溶解しないため、レバー222を選択的に残すことができる。
このレバー222の上面に深さ5μmの凹部264aを有したガラス板264を接合し、その内部には電気接点部材224を接合する。ガラス板264と電気接点部材224は、5μmの厚さの絶縁性のスペーサと電極を形成した基板の2層からなる構造を接合したものであっても良い。
このバイメタル式のレバー222は、低線膨張率材料222bからなるW膜263が電気接点部材224に対向しているため、温度が上昇すると電気接点部材224に向かって屈曲していく。ここで、2層の材料A(厚さta、ヤング率Ea、線膨張率αa)および材料B(厚さtb、ヤング率Eb、線膨張率αb)を重ね合わせて作製したバイメタルの一端を固定して長さLのカンチレバー構造とした場合、もう一端の温度変化ΔTによる変位yは、次式で表される。この式から、レバー222の先端部222dにおいて5μmの変位を作り出す温度差が計算できる。
Next, etching is performed with an HF aqueous solution to remove the silicon oxide film 261 at a lower portion of the lever 222 having the bimetal structure, so that the lever 222 can be freely operated. Since W and Ni do not dissolve in HF, the lever 222 can be left selectively.
A glass plate 264 having a recess 264a having a depth of 5 μm is joined to the upper surface of the lever 222, and an electrical contact member 224 is joined to the inside thereof. The glass plate 264 and the electrical contact member 224 may be obtained by joining two layers of an insulating spacer having a thickness of 5 μm and a substrate on which an electrode is formed.
The bimetal lever 222 is bent toward the electrical contact member 224 when the temperature rises because the W film 263 made of the low linear expansion coefficient material 222b faces the electrical contact member 224. Here, one end of a bimetal prepared by superposing two layers of material A (thickness ta, Young's modulus Ea, linear expansion coefficient αa) and material B (thickness tb, Young's modulus Eb, linear expansion coefficient αb) is fixed. When the cantilever structure has a length L, the displacement y due to the temperature change ΔT at the other end is expressed by the following equation. From this equation, the temperature difference that produces a displacement of 5 μm at the tip 222 d of the lever 222 can be calculated.

数1を用い、上記した構成の温度センサ210Tにおいて、レバー222を長さ195〜215μmとしたときの計算結果を図7に示す。
室温(20℃)で曲がりのないレバー222が製造される場合、図7で示した温度差が発生すると、レバー222と電気接点部材224が接触してスイッチがONになる。例えば、長さ215μmのレバー222は室温に対して温度差16.51℃(実温度36.51℃)でスイッチがONとなる。長さの違う21本のレバー222で、実温度36.51℃〜40.07℃の温度範囲を、約0.2℃おきにカバーできる。これは、ちょうど人間の平熱から発熱時の対応に相当し、この温度センサ210Tを用いることで、人間の体温を0.2℃の精度(測定ピッチ)で測定することが可能となる。
このセンサ120を他の生体に使用する場合は、その生体の種類に応じた測定温度範囲で同様な設計を行えばよい。
FIG. 7 shows a calculation result when the lever 222 has a length of 195 to 215 μm in the temperature sensor 210T having the above-described configuration using Equation 1.
When the lever 222 without bending at room temperature (20 ° C.) is manufactured, when the temperature difference shown in FIG. 7 occurs, the lever 222 and the electrical contact member 224 come into contact with each other and the switch is turned on. For example, the lever 215 μm in length is switched on at a temperature difference of 16.51 ° C. (actual temperature 36.51 ° C.) with respect to room temperature. The 21 levers 222 having different lengths can cover the actual temperature range of 36.51 ° C to 40.07 ° C at intervals of about 0.2 ° C. This corresponds to a response from normal human heat to heat generation, and by using this temperature sensor 210T, it becomes possible to measure the human body temperature with an accuracy (measurement pitch) of 0.2 ° C.
When the sensor 120 is used for another living body, the same design may be performed in the measurement temperature range corresponding to the type of the living body.

このようにして、MEMS技術で温度センサ210Tを形成することで、温度センサ210Tを小型・軽量化することができる。しかも、長さが異なるレバー222等についても、一括で形成できるので、低コストで量産が可能である。このような温度センサ210Tを備えたセンサ120は、小型・軽量化を図ることを可能としつつも、省電力化を図ることが可能となる。   Thus, the temperature sensor 210T can be reduced in size and weight by forming the temperature sensor 210T by the MEMS technology. In addition, the levers 222 and the like having different lengths can be formed in a lump, so that mass production is possible at a low cost. The sensor 120 provided with such a temperature sensor 210T can be reduced in size and weight, and can save power.

さて、このようなセンサ120は、前述したように、中継局130から送信される電波をアンテナ250で受信することで誘導起電力により電力を発生し、この電力をコンデンサ部230に蓄えるようになっている。そして、コンデンサ部230に蓄えた電力を用い、センサ120における測定データを含む電文は、無線により送信され、中継局130によって受信される。ここで、センサ120においては、通信制御部240において、送信する測定データとともに、このセンサ120の制御チップに付与された識別子等の情報を含んだ電文を作成して中継局130へと送信する。
また、センサ120への電力供給のために中継局130から送信される電波と、測定データを含む電文の転送のためにセンサ120から中継局130に送信される電波とは、その周波数が互いに異なるように設定されている。
Now, as described above, such a sensor 120 generates electric power by induced electromotive force by receiving a radio wave transmitted from the relay station 130 by the antenna 250, and stores this electric power in the capacitor unit 230. ing. A telegram including the measurement data in the sensor 120 using the power stored in the capacitor unit 230 is transmitted wirelessly and received by the relay station 130. Here, in the sensor 120, the communication control unit 240 creates a message including information such as an identifier given to the control chip of the sensor 120 together with the measurement data to be transmitted, and transmits it to the relay station 130.
Further, the frequency of the radio wave transmitted from the relay station 130 for supplying power to the sensor 120 and the radio wave transmitted from the sensor 120 to the relay station 130 for transferring a message including measurement data are different from each other. Is set to

ここで、一つの中継局130においては、その中継局130において無線通信が可能な範囲内に存在する複数のセンサ120に対し、電波による電力供給および測定データを含む電文の受信を行えるようになっている。
そして、各センサ120からは、予め個々のセンサ120に割り振られた所定の順序・タイミングで、測定データを含む電文の中継局130への送信を行うようになっている。ここで、中継局130から個々のセンサ120に対し、データ送信を要求するための通信を行うことも考えられるが、これでは、個々のセンサ120において、中継局130からの通信を受信するための待機電力が必要となってしまう。そこで、予め定められたタイミングで各センサ120から測定データを含む電文の送信を行うことで、待機電力を抑えよう、というのである。このようにするため、複数のセンサ120間で一つの中継局130に対する通信が干渉しないよう、各センサ120においては、時刻補正を行い、データ送信タイミングの誤差を抑える必要がある。
そこで、本発明においては、中継局コントローラ140においては、中継局130から各センサ120に対して電力供給のために送信している電波を用い、各センサ120における時刻補正を行うためのコマンドを送信する。すなわち、図8に示すように、中継局コントローラ140においては、中継局130から個々のセンサ120に対して電力供給のために送信している電波を、コマンドとして、一定時間ごとに停止させるのである。例えば、電波を1時間送信するごとに、電波の送信を0.01秒間停止するのである。
Here, in one relay station 130, power supply by radio waves and reception of a message including measurement data can be performed with respect to a plurality of sensors 120 existing within a range in which the relay station 130 can perform wireless communication. ing.
And from each sensor 120, the message | telegram containing measurement data is transmitted to the relay station 130 in the predetermined order and timing allocated to each sensor 120 beforehand. Here, it is conceivable to perform communication for requesting data transmission from each relay station 130 to each sensor 120. However, in this case, each sensor 120 receives communication from the relay station 130. Standby power is required. Therefore, by transmitting a message containing measurement data from each sensor 120 at a predetermined timing, the standby power can be suppressed. In order to do this, it is necessary to perform time correction in each sensor 120 to suppress an error in data transmission timing so that communication with one relay station 130 does not interfere among a plurality of sensors 120.
Therefore, in the present invention, the relay station controller 140 uses the radio wave transmitted from the relay station 130 to each sensor 120 for power supply, and transmits a command for time correction in each sensor 120. To do. That is, as shown in FIG. 8, in the relay station controller 140, the radio waves transmitted from the relay station 130 to the individual sensors 120 for power supply are stopped as a command at regular intervals. . For example, every time radio waves are transmitted for one hour, radio wave transmission is stopped for 0.01 seconds.

センサ120においては、中継局130からセンサ120に対して電力供給のために送信される電波をアンテナ250で受信するが、センサ制御部220においては、電波が停止したときに、内部クロック機能の時刻補正を行うようになっている。
このように時刻補正をすることで、多数のセンサ120を用いる場合にも、複数のセンサ120間でデータ送信のタイミングが重複するのを回避し、予め定められた順序・タイミングで個々のセンサ120から中継局130へと測定データを含む電文の送信を行うことができる。これにより、センサ120においては、自ら内蔵するクロック機能に基づいて所定のタイミングで中継局130への測定データ送信を行えばよく、待機電力を抑えることが可能となる。
The sensor 120 receives the radio wave transmitted from the relay station 130 to supply power to the sensor 120 by the antenna 250. The sensor control unit 220 receives the time of the internal clock function when the radio wave is stopped. Correction is made.
By correcting the time in this way, even when a large number of sensors 120 are used, it is possible to avoid duplication of data transmission timing among the plurality of sensors 120, and the individual sensors 120 in a predetermined order and timing. A message including measurement data can be transmitted from the relay station 130 to the relay station 130. Thereby, in the sensor 120, the measurement data may be transmitted to the relay station 130 at a predetermined timing based on the clock function built in itself, and the standby power can be suppressed.

また、各センサ120において、加速度センサ210Aや温度センサ210Tで測定した測定データを含む電文を中継局130に送信するとき、その送信タイミングは、前述したように、個々のセンサ120に割り振られた所定のタイミングで行う。
図8は、一つのセンサ120において、測定データを含む電文を中継局130に送信するタイミングを示すチャート図である。この図8に示すように、センサ120には、測定データを含む電文を中継局130に送信する時間帯Tsが、予め定められた順序・タイミングとなるように割り振られている。時間帯Ts以外の時間帯は、他のセンサ120に対して割り振られている。
このセンサ120に割り振られた時間帯Tsは、前述したように、センサ120のクロック機能によって、開始時刻T1と終了時刻T2が管理される。ここで、時間帯Tsは、時刻補正をしていても生じうる内蔵クロックの誤差と、測定データを含む電文の送信に失敗した場合にデータを再送信できる時間を確保できるような長さに設定するのが好ましい。
In each sensor 120, when a message including measurement data measured by the acceleration sensor 210A or the temperature sensor 210T is transmitted to the relay station 130, the transmission timing is a predetermined timing assigned to each sensor 120 as described above. At the timing of
FIG. 8 is a chart showing the timing at which a message including measurement data is transmitted to the relay station 130 in one sensor 120. As shown in FIG. 8, the sensors 120 are allocated such that a time zone Ts for transmitting a telegram including measurement data to the relay station 130 is in a predetermined order and timing. Time zones other than the time zone Ts are allocated to the other sensors 120.
In the time zone Ts allocated to the sensor 120, the start time T1 and the end time T2 are managed by the clock function of the sensor 120 as described above. Here, the time zone Ts is set to a length that can secure an error of the built-in clock that can occur even if time correction is performed, and a time for retransmitting data when transmission of a message including measurement data fails. It is preferable to do this.

中継局コントローラ140においては、各センサ120から送信された、測定データを含む電文をチェックし、エラーが生じているか否かを判定する機能を有している。受信した電文に何らかのエラーが生じていた場合、中継局コントローラ140は、中継局130を介し、その電文を送信したセンサ120に対し、再送信をリクエストするためのコマンドを送信するようになっている。
この、センサ120に電文の再送信をリクエストするコマンドは、中継局130から各センサ120に送信される、電力を供給するための電波に含まれる。これには、中継局コントローラ140のコントロールにより、前記の時間帯Tsの範囲内で、電文の再送信が必要なセンサ120に中継局130から送信する電力を供給するための電波を一定時間停止させるのである。
センサ120においては、中継局130からセンサ120に対して電力供給のために送信されてアンテナ250で受信する電波が、時間帯Tsの範囲内で停止したときには、センサ制御部220においては、測定データを含む電文を再度送信するようになっている。
The relay station controller 140 has a function of checking a message including measurement data transmitted from each sensor 120 and determining whether an error has occurred. When an error has occurred in the received electronic message, the relay station controller 140 transmits a command for requesting retransmission to the sensor 120 that transmitted the electronic message via the relay station 130. .
The command for requesting re-transmission of the message to the sensor 120 is included in the radio wave for supplying power transmitted from the relay station 130 to each sensor 120. For this purpose, under the control of the relay station controller 140, the radio wave for supplying the power transmitted from the relay station 130 to the sensor 120 that needs to retransmit the message within the range of the time zone Ts is stopped for a certain period of time. It is.
In the sensor 120, when the radio wave transmitted from the relay station 130 to the sensor 120 and received by the antenna 250 stops within the time zone Ts, the sensor control unit 220 measures the measurement data. A message containing is sent again.

このようにすることで、各センサ120からのデータ送信に誤りがあった場合にその誤り訂正を行うことができ、確実なデータ収集が行える。しかも、誤りがあった場合には、センサ120に電力を供給するための電波を利用し、この電波を停止させることによってデータの再送信を要求するコマンドをセンサ120に送信するようにしたので、センサ120側においては、データの再送信要求のためのコマンドを受け取るために受信待機状態とする必要もなく、待機電力を抑えることが可能となる。   In this way, if there is an error in data transmission from each sensor 120, the error can be corrected and reliable data collection can be performed. In addition, when there is an error, a radio wave for supplying power to the sensor 120 is used, and by stopping the radio wave, a command for requesting retransmission of data is transmitted to the sensor 120. On the sensor 120 side, it is not necessary to enter a reception standby state in order to receive a command for a data re-transmission request, and standby power can be suppressed.

上記したような加速度センサ210A、温度センサ210Tは、いわばデジタルスイッチのような構成を有しており、測定結果をデジタルデータでダイレクトに出力することができる。しかも、変化が一定量以上であった場合にのみ、変化が生じたことを示す出力を行うようになっている。
図9(a)は、センサ120から中継局130に送信する測定データの例である。ここで、図9(b)は、従来のセンサ、つまり一定時間ごとに測定データを送信していた場合における、センサ120から中継局130に送信する測定データの例である。この図9(b)に示すように、従来は、一定時間ごとに、測定した温度や加速度等の測定データを、時刻情報とともに送信していた。時刻、温度、加速度を示すそれぞれのデータ量を1バイトとし、1分毎に測定したとすると、1回の測定により送信するデータ量は3バイト、10分間で送信するデータの量は3×10=30バイトとなる。
一方、センサ120の場合、加速度センサ210A、温度センサ210Tにおいてスイッチとして機能する個々の信号処理回路213や検出回路225bに、例えば図9(c)に示すように、予めスイッチ番号を付与しておけば、センサ120から中継局130に送信する測定データは、図9(a)に示すように、一定以上の変化が生じたスイッチ番号を示す情報と、変化が生じた時刻情報のみでよい。つまり、変化が生じていなければ、信号処理回路213や検出回路225bのON/OFF状態は切り替わらないので、データを送信する必要もない。図9(b)に対応した例においては、図9(a)に示すように、送信するデータは10分間で2バイト×6=12バイトに過ぎない。
このようにすることで、無線で送出するデータ量も抑えることができ、これも省電力化につながる。
The acceleration sensor 210A and the temperature sensor 210T described above have a configuration like a digital switch, and can directly output a measurement result as digital data. In addition, an output indicating that a change has occurred is performed only when the change is greater than a certain amount.
FIG. 9A is an example of measurement data transmitted from the sensor 120 to the relay station 130. Here, FIG. 9B is an example of measurement data transmitted from the sensor 120 to the relay station 130 when the conventional sensor, that is, measurement data is transmitted at regular intervals. As shown in FIG. 9B, conventionally, measurement data such as measured temperature and acceleration are transmitted together with time information at regular intervals. Assuming that each data amount indicating time, temperature, and acceleration is 1 byte and measured every minute, the amount of data transmitted by one measurement is 3 bytes, and the amount of data transmitted in 10 minutes is 3 × 10 = 30 bytes.
On the other hand, in the case of the sensor 120, switch numbers may be given in advance to the individual signal processing circuits 213 and detection circuits 225b that function as switches in the acceleration sensor 210A and the temperature sensor 210T, for example, as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 9A, the measurement data transmitted from the sensor 120 to the relay station 130 need only be information indicating a switch number that has changed more than a certain amount and time information at which the change has occurred. In other words, if no change has occurred, the ON / OFF state of the signal processing circuit 213 and the detection circuit 225b is not switched, so there is no need to transmit data. In the example corresponding to FIG. 9B, as shown in FIG. 9A, the data to be transmitted is only 2 bytes × 6 = 12 bytes in 10 minutes.
By doing so, the amount of data transmitted wirelessly can be suppressed, which also leads to power saving.

以上、本願発明の好適な実施態様について例を挙げて説明してきたが、本願発明は、その範囲を逸脱することなく、ここで説明した実施態様の他にも様々な実施態様を取りうることは言うまでもない。
例えば、センサ120は、鳥インフルエンザの発生監視以外の用途に用いることも可能である。その場合、養鳥用・牧畜用・野生動物用等、その用途に応じて大きさ・センサの種類・通信機の出力等を専用設計されてもよい。他の用途に用いるのであれば、電波による電力供給を行うのではなく、センサ120にバッテリを備えるような構成とすることもできる。もちろん、このバッテリには、適宜タイミングで充電が行えるようにすることも可能である。
また、本願発明は、養鳥業に応用できるのみならず、その他の牧畜業や、野生動物の健康状態モニタリングにも応用が可能であり、野生動物を経由した感染症の伝搬を防止する大規模なネットワークの構築などのためにも利用が可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
The preferred embodiments of the present invention have been described above by way of examples. However, the present invention can take various embodiments in addition to the embodiments described herein without departing from the scope thereof. Needless to say.
For example, the sensor 120 can be used for purposes other than monitoring the occurrence of avian influenza. In that case, the size, the type of sensor, the output of the communication device, etc. may be specially designed according to the use, such as for aquaculture, pastoral, and wild animals. If used for other purposes, the sensor 120 may be provided with a battery instead of supplying power by radio waves. Of course, the battery can be charged at an appropriate timing.
The present invention can be applied not only to the aquaculture industry, but also to other livestock farming and health monitoring of wild animals, and prevents large-scale transmission of infectious diseases via wild animals. It can also be used to construct a simple network.
In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.

本実施の形態における鳥インフルエンザ監視システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the bird flu monitoring system in this Embodiment. センサの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a sensor. 加速度センサの具体的構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of an acceleration sensor. 加速度センサにおける電圧変化の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the voltage change in an acceleration sensor. 温度センサの具体的構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of a temperature sensor. 温度センサをMEMS技術により製造する場合の構成の例である。It is an example of a structure in the case of manufacturing a temperature sensor by MEMS technology. カンチレバーの長さと作動温度差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the length of a cantilever and an operating temperature difference. センサに電力を供給するための電波の送信タイミング、センサから測定データを含む電文を送信するタイミングを示す図である。It is a figure which shows the transmission timing of the electromagnetic wave for supplying electric power to a sensor, and the timing which transmits the message | telegram containing measurement data from a sensor. (a)は本実施の形態におけるセンサでの送信データの例、(b)は従来のセンサにおける送信データの例、(c)は本実施の形態のセンサにおけるスイッチの割り付けの例を示す図である。(A) is an example of transmission data in the sensor in the present embodiment, (b) is an example of transmission data in the conventional sensor, and (c) is a diagram showing an example of switch assignment in the sensor of the present embodiment. is there.

符号の説明Explanation of symbols

100…鳥インフルエンザ監視システム(生体の健康管理システム)、120…センサ、130…中継局(電波発生源)、140…中継局コントローラ(コントローラ)、150…送受信装置、160…制御装置、210…物理量センサ、210A…加速度センサ、210T…温度センサ、211…変形部材、211a…カンチレバー、211b…錘、212…圧電材料部、213…信号処理回路、220…センサ制御部、221…バイメタルカンチレバーセンサ、222…レバー(カンチレバー)、222a…高線膨張率材料、222b…低線膨張率材料、222c…基端部、222d…先端部、224…電気接点部材、225…信号処理回路、225a…コンデンサ(電圧印加部)、225b…検出回路、240…通信制御部、250…アンテナ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Bird flu monitoring system (biological health management system), 120 ... Sensor, 130 ... Relay station (radio wave generation source), 140 ... Relay station controller (controller), 150 ... Transmission / reception device, 160 ... Control device, 210 ... Physical quantity 210A ... acceleration sensor 210T ... temperature sensor 211 ... deformable member 211a ... cantilever 211b ... weight 212 ... piezoelectric material part 213 ... signal processing circuit 220 ... sensor control part 221 ... bimetal cantilever sensor 222 ... Lever (cantilever), 222a ... High linear expansion coefficient material, 222b ... Low linear expansion coefficient material, 222c ... Base end, 222d ... Tip, 224 ... Electrical contact member, 225 ... Signal processing circuit, 225a ... Capacitor (voltage) Application unit), 225b ... detection circuit, 240 ... communication control unit, 250 ... Container

Claims (3)

物理量を測定するとともに、測定した測定データを含む電文を無線により送信する複数個のセンサと、前記センサからの前記電文を受信するコントローラとからなる無線式センサシステムであって
前記コントローラは、前記センサに対し電力を供給するための電波を電波発生源に送信させるとともに、前記電波発生源から複数の前記センサに対して送信する前記電波を停止させることで、前記センサに対するコマンドを前記電波に含ませる無線式センサシステムにおいて
複数個の前記センサは、前記コントローラへの前記電文の送信を、予めそれぞれの前記センサに個別に割り振られた時間帯に行い、
前記コントローラは、複数の前記センサのそれぞれに割り振られた前記時間帯の時刻補正を行うためのコマンドを、前記電波に含ませることを特徴とする無線式センサシステム。
A wireless sensor system comprising a plurality of sensors that measure a physical quantity and wirelessly transmit a telegram including measured measurement data, and a controller that receives the telegram from the sensor ,
The controller transmits a radio wave for supplying power to the sensor to a radio wave generation source, and stops the radio waves transmitted from the radio wave generation source to the plurality of sensors, thereby causing a command to the sensor. In the wireless sensor system that includes the radio wave ,
The plurality of sensors perform transmission of the message to the controller in a time zone assigned to each of the sensors in advance,
The wireless sensor system, wherein the controller includes, in the radio wave, a command for correcting the time of the time zone assigned to each of the plurality of sensors.
前記コントローラは、複数の前記センサのそれぞれから送信された前記電文を検証するとともに、
検証した前記電文に誤りがあったときに、前記電文を送信した前記センサに対して前記電文の再送信を要求するコマンドを、前記電波に含ませることを特徴とする請求項に記載の無線式センサシステム。
The controller verifies the message transmitted from each of the plurality of sensors,
When there is an error in the telegram of verification, the radio of claim 1 in which a command requesting the retransmission of the message to the sensor that transmitted the message, characterized in that included in the radio wave Type sensor system.
生体の健康管理を行うシステムであって、
管理を行う複数の前記生体にそれぞれ装着されて所定の物理量を測定するとともに、測定した測定データを含む電文を無線により送信する複数個のセンサと、
前記センサからの前記電文を受信するコントローラと、
前記センサに対し電力を供給するための電波を送信する電波発生源と、
前記コントローラで受信した前記電文に含まれる前記測定データに基づいて、前記生体の健康状態に異常が生じているか否かの判定を行う判定装置と、を備え、
前記コントローラは、前記電波発生源から複数の前記センサに対して送信する前記電波を停止させることで、前記センサに対するコマンドを前記電波に含ませる無線式生体の健康管理システムにおいて
複数個の前記センサは、前記コントローラへの前記電文の送信を、予めそれぞれの前記センサに個別に割り振られた時間帯に行い
前記コントローラは、複数の前記センサのそれぞれに割り振られた前記時間帯の時刻補正を行うためのコマンドを、前記電波に含ませることを特徴とする無線式生体の管理システム
A system for managing the health of a living body,
A plurality of sensors that are respectively attached to a plurality of living bodies that perform management and measure a predetermined physical quantity, and wirelessly transmit a telegram including the measured measurement data,
A controller that receives the telegram from the sensor;
A radio wave source that transmits radio waves for supplying power to the sensor;
A determination device that determines whether an abnormality has occurred in the health state of the living body based on the measurement data included in the electronic message received by the controller;
In the wireless biological health management system , the controller includes a command for the sensor in the radio wave by stopping the radio wave transmitted from the radio wave generation source to the plurality of sensors.
The plurality of sensors perform transmission of the message to the controller in a time zone assigned to each of the sensors in advance ,
The wireless biological management system, wherein the controller includes, in the radio wave, a command for performing time correction of the time zone allocated to each of the plurality of sensors .
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