JP6108396B2 - 無線センサ端末及び無線送信方法 - Google Patents

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Description

本発明は無線センサ端末及び無線送信方法に係り、特に被測定信号を測定するセンサ機能と測定結果を無線送信する無線送信機能とを有する無線センサ端末及び無線送信方法に関する。
近年、省エネルギーの対策のため、工場、研究所、学校、病院、商業施設、オフィス、公共施設などの大電力消費施設における消費電力を管理するシステムが注目されている。同様に、一般住宅においても各部屋毎あるいは電力消費機器毎に消費電力を管理するための無線センサネットワークシステムが注目されつつある。この無線センサネットワークシステムでは、例えば、住宅内の各部屋に電力を供給する配電盤に接続された複数の電力線に流れる電流を複数の無線センサ端末により別々に測定し、その測定結果を所定位置に設けた受信装置へ無線送信する。受信装置では、受信信号を解析し、各部屋毎の消費電力の監視や管理、電力消費機器の稼働状況の監視などを行う。
この種の無線センサネットワークシステムに使用される無線センサ端末としては、電源としてバッテリーを搭載し、その端末自身の識別情報に、測定した電流量のデジタル値や消費電力のデジタル値をそのまま含めたフォーマットの送信信号を所定の時間間隔で管理センターへ無線送信する構成のものが一般的である(例えば、特許文献１，２参照)。
特開２００５−１５９５３２号公報 特開２０１１−２５９２５２号公報
しかしながら、特許文献１，２に記載された無線センサ端末は、電源としてバッテリーを搭載しているため、バッテリーが劣化して所要の電源電圧が得られなくなる度に、バッテリーを新しいものと交換する必要があり、コスト的及び作業的に問題である。
そこで、バッテリー交換を不要とするために、バッテリーを搭載せずに自立電源を備える所謂無給電型の無線センサ端末が望ましい。この無給電型の無線センサ端末としては、例えば、電力線に取り付けて、電力線に流れる交流電流により誘起される電磁誘導電流を検出し、その電磁誘導電流を直流電圧に整流した後蓄電し、その蓄電した直流電圧を端末各部の電源電圧とする構成が考えられる。
しかし、この場合、微小レベルである電磁誘導電流を高圧な直流電圧に変換して蓄電し、その蓄電した直流電圧を電源電圧として用いて、所定の時間間隔で確実に無線送信を実行できるようにするためには、無線送信時の消費電力が少ないことが望ましい。ところが、無線送信の際の消費電力は、送信信号の総データ量(総電文量)に比例するため、測定した電流量のデジタル値や消費電力のデジタル値をそのまま含めたフォーマットの送信信号を無線送信する従来の無線センサ端末では、送信信号の総データ量が多いために消費電力が大きいという問題がある。
このような消費電力が大きい無給電型の無線センサ端末では、所要の電源電圧を得るためには、長期間にわたって蓄電しなければならず、実用に堪えないという問題がある。あるいは、送信信号の総データ量が多いために、蓄電電圧を電源電圧としたときに、送信信号のデータ量のすべての送信を完了することができないおそれがある。したがって、電磁誘導電流を直流電圧に整流した後蓄電し、その蓄電した直流電圧を無線センサ端末の自立電源として用いることは極めて困難である。
更に、バッテリーを搭載しているか否かに関わらず、従来の無線センサ端末では、被測定電流の測定範囲が１つであり、電流測定範囲が１ケタ程度で狭いという問題もある。
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、自立電源を備え、しかも従来に比べて測定範囲が広い無線センサ端末及び無線送信方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の無線センサ端末は、トランスの２次巻線に直列接続された抵抗値が異なる第１及び第２の負荷抵抗に、前記トランスの１次巻線に流れる被測定電流に応じた交流電圧をそれぞれ発生するとともに、前記第１の負荷抵抗は前記被測定電流が予め設定した低電流測定範囲内の電流値のときに所要の範囲の第１の交流電圧を発生させる第１の抵抗値に設定され、前記第２の負荷抵抗は前記被測定電流が予め設定した高電流測定範囲内の電流値のときに所要の範囲の第２の交流電圧を発生させる前記第１の抵抗値よりも小なる第２の抵抗値に設定された発電手段と、前記第１の負荷抵抗に発生した前記第１の交流電圧を整流及び蓄電して得た第１の直流電圧が所定の電圧値に達すると所定期間第１の電源電圧を発生し、前記所定期間経過後前記被測定電流の値に応じた期間後に前記第１の直流電圧が再び前記所定の電圧値に達すると前記第１の電源電圧を発生することを繰り返す低電流測定用電圧発生手段と、前記第２の負荷抵抗に発生した前記第２の交流電圧を整流及び蓄電して得た第２の直流電圧が前記所定の電圧値に達すると前記所定期間第２の電源電圧を発生し、前記所定期間経過後前記被測定電流の値に応じた期間後に前記第２の直流電圧が再び前記所定の電圧値に達すると前記第２の電源電圧を発生することを繰り返す高電流測定用電圧発生手段と、前記第１及び第２の電源電圧のうち、前記被測定電流が前記低電流測定範囲内の電流値のときは前記第１の電源電圧を選択し、前記被測定電流が前記高電流測定範囲内の電流値のときは前記第２の電源電圧を選択する電源選択手段と、前記被測定電流が前記低電流測定範囲内の電流値か前記高電流測定範囲内の電流値かを受信側に識別させるための検出信号を、前記電源選択手段で選択された電源電圧が前記第１の電源電圧か前記第２の電源電圧かに応じて生成する検出信号出力手段と、前記電源選択手段により選択された前記第１の電源電圧又は前記第２の電源電圧が動作用電源電圧として印加されて前記所定期間のみ動作し、前記第１の電源電圧及び前記第２の電源電圧が印加されない期間は動作を停止し、前記被測定電流の値に応じて可変される送信間隔で、前記検出信号を含む送信信号を無線送信する無線送信手段とを備えることを特徴とする。
また、上記の目的を達成するため、本発明の無線送信方法は、トランスの２次巻線に直列に接続された第１及び第２の負荷抵抗のうち、前記トランスの１次巻線に流れる被測定電流が予め設定した低電流測定範囲内の電流値のときに前記第１の負荷抵抗に所要の範囲の第１の交流電圧を発生させるとともに、前記被測定電流が予め設定した高電流測定範囲内の電流値のときに前記第２の負荷抵抗に所要の範囲の第２の交流電圧を発生させる発電ステップと、前記被測定電流が低電流測定範囲内のときに前記第１の負荷抵抗に発生した前記第１の交流電圧を整流及び蓄電して得た第１の直流電圧が所定の電圧値に達すると所定期間第１の電源電圧を発生し、前記所定期間経過後前記被測定電流の値に応じた期間後に前記第１の直流電圧が再び前記所定の電圧値に達すると前記第１の電源電圧を発生することを繰り返す低電流測定用電圧発生ステップと、前記被測定電流が高電流測定範囲内のときに前記第２の負荷抵抗に発生した前記第２の交流電圧を整流及び蓄電して得た第２の直流電圧が前記所定の電圧値に達すると前記所定期間第２の電源電圧を発生し、前記所定期間経過後前記被測定電流の値に応じた期間後に前記第２の直流電圧が再び前記所定の電圧値に達すると前記第２の電源電圧を発生することを繰り返す高電流測定用電圧発生ステップと、前記第１及び第２の電源電圧のうち、前記被測定電流が前記低電流測定範囲内の電流値のときは前記第１の電源電圧を選択し、前記被測定電流が前記高電流測定範囲内の電流値のときは前記第２の電源電圧を選択する電源選択ステップと、前記被測定電流が前記低電流測定範囲内の電流値か前記高電流測定範囲内の電流値かを受信側に識別させるための検出信号を、前記電源選択ステップで選択された電源電圧が前記第１の電源電圧か前記第２の電源電圧かに応じて生成する検出信号生成ステップと、前記電源選択ステップにより選択された前記第１の電源電圧又は前記第２の電源電圧が動作用電源電圧として印加されて前記所定期間のみ動作し、前記第１の電源電圧及び前記第２の電源電圧が印加されない期間は動作を停止し、前記被測定電流の値に応じて可変される送信間隔で、前記検出信号を含む送信信号を無線送信する無線送信ステップとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、自立電源を備え、しかも従来に比べて被測定電流の測定範囲が広い無線センサ端末を実現できる。
本発明に係る無線センサ端末の一実施形態の回路図である。 被測定電流と出力電圧との関係の一例を示す図である。 低電流測定用回路の信号を高電流測定用回路で使用できるように変換するための差動増幅回路の説明図である。 本発明に係る無線送信方法の一実施形態のフローチャートである。 図１の動作説明用タイミングチャートである。 本発明における無線送信信号の一例のフォーマット及び送信間隔を説明する模式図である。 本発明における被測定電流値に応じて無線送信信号の送信間隔が変化することを示すタイミングチャートである。 受信装置の一例のブロック図である 図８の動作説明用フローチャートである。
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る無線センサ端末の一実施形態の回路図を示す。本実施形態の無線センサ端末１０は、電流変換器ＣＴ(Current Transformer)、センサ・発電部１１Ａ及び１１Ｂ、整流・蓄電回路部１２Ａ及び１２Ｂ、電源制御部１３Ａ及び１３Ｂ、電源選択部１４、及び無線送信部１５より構成されている。センサ・発電部１１Ａ、整流・蓄電回路部１２Ａ及び電源制御部１３Ａは低電流測定用回路Ａを構成しており、センサ・発電部１１Ｂ、整流・蓄電回路部１２Ｂ及び電源制御部１３Ｂは高電流測定用回路Ｂを構成している。
トランスである電流変換器ＣＴは、１次巻線側に例えば公知の構造のクランプ機構を備え、電力線をクランプ機構でクランプすることにより、リング状コアを形成し、そのコアに巻回された２次巻線に電力線に流れる電流(被測定電流)に応じた値の電磁誘導電流を誘起する。電流変換器ＣＴの２次巻線には負荷抵抗Ｒ0及びＲ9が直列接続されている。負荷抵抗Ｒ0及びＲ9の各抵抗値は、Ｒ0の方が大に設定されている。これは低電流測定用の抵抗Ｒ0は低電流測定時に、高電流測定用の抵抗Ｒ9と同様の所要の範囲の高電圧を得るためである。センサ・発電部１１Ａを構成する負荷抵抗Ｒ0には上記電力線に流れる電流である被測定電流に応じた値の電磁誘導電流により第１の交流電圧が発生する。また、これと同時に、センサ・発電部１１Ｂを構成する負荷抵抗Ｒ9には上記電力線に流れる同じ電流である被測定電流に応じた値の電磁誘導電流により第２の交流電圧が発生する。
整流・蓄電回路部１２Ａは、コッククロフト・ウォルトン回路１２１とその出力端子に接続された蓄電用コンデンサＣ0とからなる。また、整流・蓄電回路部１２Ｂは、コッククロフト・ウォルトン回路１２２とその出力端子に接続された蓄電用コンデンサＣ4とからなる。コッククロフト・ウォルトン回路１２１及び１２２は、それぞれコンデンサとダイオードとを多段に接続した回路で、入力交流電圧を高電圧の直流電圧に整流する低消費電力の公知の昇圧及び整流回路である。コッククロフト・ウォルトン回路１２１は、その出力電圧Ｖ0をコッククロフト・ウォルトン回路１２１の正側及び負側の二つの出力端子間に接続されたコンデンサＣ0に印加して充電し、蓄電(保持)させる。従って、コンデンサＣ0の端子電圧Ｖ0は、センサ・発電部１１Ａより入力された交流電圧の値に対応した電圧値である。同様に、コッククロフト・ウォルトン回路１２２は、その出力電圧Ｖ4をコッククロフト・ウォルトン回路１２２の正側及び負側の二つの出力端子間に接続されたコンデンサＣ4に印加して充電し、蓄電(保持)させる。従って、コンデンサＣ4の端子電圧Ｖ4は、センサ・発電部１１Ｂより入力された交流電圧の値に対応した電圧値である。
図２は、被測定電流と出力電圧との関係の一例を示す。同図において、Iは被測定電流対第１の出力電圧特性を示し、IIは被測定電流対第２の出力電圧特性を示す。第１の出力電圧は上記端子電圧Ｖ0であり、第２の出力電圧は上記端子電圧Ｖ4である。すなわち、負荷抵抗Ｒ0によるセンサ・発電部１１Ａは図２の低電流測定範囲ＡＲを測定し、負荷抵抗Ｒ9によるセンサ・発電部１１Ｂは図２の高電流測定範囲ＢＲを測定する。ここでは、低電流測定範囲ＡＲと高電流測定範囲ＢＲとは一例として３％程度重畳するように負荷抵抗Ｒ0及びＲ9の各抵抗値が選定されている。本実施形態では負荷抵抗が２つ設けられているため、負荷抵抗が１つの場合に比べて測定電流範囲が拡大されていることが図２から分かる。
電源制御部１３Ａは、コンデンサＣ0に並列接続されたツェナーダイオードＤＺ0、抵抗Ｒ1及びＲ2による第１の抵抗分圧回路、抵抗Ｒ3及びＲ4による第２の抵抗分圧回路、第１の抵抗分圧回路から供給される電圧と基準電圧Ｖrefとを比較する第１のコンパレータＵ0、第２の抵抗分圧回路から供給される電圧と基準電圧Ｖrefとを比較する第２のコンパレータＵ1、第１のコンパレータＵ0から出力される信号を遅延するダイオードＤ0、抵抗Ｒ5、Ｒ7、コンデンサＣ2からなる遅延回路１３１、第２のコンパレータＵ1から出力される信号を遅延する第１のタイマ回路１３２、遅延回路１３１から出力される信号と基準電圧Ｖrefとを電圧比較する第３のコンパレータＵ2、第３のコンパレータＵ2から出力される信号を遅延する第２のタイマ回路１３３、第２のタイマ回路１３３から出力される信号と基準電圧Ｖrefとを電圧比較する第４のコンパレータＵ3、及び第１のアナログスイッチＳ1とから構成されている。遅延回路１３１は、後述するように、端子電圧Ｖ0が第２のコンパレータＵ1の閾値VT2まで増加するかどうかの判断のための回路である。
電源制御部１３Ｂは、コンデンサＣ4に並列接続されたツェナーダイオードＤＺ1、抵抗Ｒ10及びＲ11による第３の抵抗分圧回路、第３の抵抗分圧回路から供給される電圧と基準電圧Ｖrefとを比較する第５のコンパレータＵ4、第５のコンパレータＵ4から出力される信号を遅延する第３のタイマ回路１３４、第３のタイマ回路１３４から出力される信号と基準電圧Ｖrefとを電圧比較する第６のコンパレータＵ5、オペアンプＵ6を用いた差動増幅回路１３５、２入力ＡＮＤ回路Ｕ7、及び第２のアナログスイッチＳ2とから構成されている。ツェナーダイオードＤＺ1はツェナーダイオードＤＺ0と同様に素子の破壊を防ぐためのものである。
差動増幅回路１３５は、低電流測定用回路Ａの信号を高電流測定用回路Ｂで使用できるように変換するための回路である。このことについて図３とともに説明する。コッククロフト・ウォルトン回路１２１によりコンデンサＣ0の端子電圧Ｖ0は、低電流測定用回路Ａのグランド電圧ＶAGNDからは図３に示すように直流となる。しかしながら、高電流測定用回路Ｂのグランド電圧ＶBGNDは、抵抗Ｒ9が抵抗Ｒ0で接続されているため、図３に示すように、抵抗の電圧降下分だけ平均値が増加した５０Ｈｚの交流信号に見える。なお、５０Ｈｚは、被測定電流である商用交流電流の周波数である。一方、コッククロフト・ウォルトン回路１２２によりコンデンサＣ4の端子電圧Ｖ4は、高電流測定用回路Ｂのグランド電圧ＶBGNDからは図３に(Ｖ4−ＶBGND)で示すように直流となる。また、コッククロフト・ウォルトン回路１２２の正側入力端子の電圧は図３にＶ4で示すように５０Ｈｚの交流信号となる。従って、低電流測定用回路Ａの信号を高電流測定用回路Ｂで使用できるようにするためには、差動増幅回路１３５により信号を変換する必要がある。
図１に戻って説明する。第３のアナログスイッチＳ3は無線送信部１５に対して、無線送信部１５が低電流測定用回路Ａ及び高電流測定用回路Ｂのどちら側から電源電圧を得ているかを示す検出信号を出力する。第４のアナログスイッチＳ4及び第５のアナログスイッチＳ5はアナログスイッチＳ1から出力される低電流測定用回路Ａの蓄電電圧Ｖ0と、アナログスイッチＳ2から出力される高電流測定用回路Ｂの蓄電電圧Ｖ4とのうちの一方の蓄電電圧を選択するための電源選択部１４を構成している。無線送信部１５は、マイクロコントロールユニット(ＭＣＵ：Micro Control Unit)１５１及び無線ＩＣ(ＲＦＩＣ：Radio Frequency Integrated Circuit)１５２からなり、電源選択部１４により選択された蓄電電圧Ｖ0又はＶ4が動作用電源電圧として印加されることにより動作を開始し、所定のフォーマットの送信信号を予め定められた無線周波数で送信する。
なお、後述するように、タイマ回路１３３、１３４は無線送信部１５が送信動作を完了するまでアナログスイッチＳ1、Ｓ2を蓄電電圧Ｖ0、Ｖ4を選択出力し続けるために設けられている。また、タイマ回路１３２は、無線送信部１５が送信動作を完了するまでアナログスイッチＳ4、Ｓ5から蓄電電圧を選択出力し続けるために設けられている。
図４は、本発明に係る無線送信方法の一実施形態の動作説明用フローチャートを示す。まず、負荷抵抗Ｒ0及びＲ9に第１及び第２の交流電圧を発生させる(ステップＳ１０１)。次に、無線センサ端末１０は被測定電流が低電流測定範囲のとき第１の電源電圧を、被測定電流に応じた間隔で所定期間ずつ発生する(ステップＳ１０２)。続いて、無線センサ端末１０は被測定電流が高電流測定範囲のとき第２の電源電圧を、被測定電流に応じた間隔で所定期間ずつ発生する(ステップＳ１０３)。続いて、無線センサ端末１０は被測定電流に応じて第１の電源電圧か第２の電源電圧を選択する(ステップＳ１０４)。また、無線センサ端末１０は被測定電流が低電流測定範囲の値か高電流測定範囲の値かを示す検出信号を作成し(ステップＳ１０５)、その検出信号を送信信号に含めて無線送信する(ステップＳ１０６)。この無線送信信号は無線送信部１５が動作する所定期間出力され、被測定電流に応じた送信間隔で断続的に出力される。
次に、図１の本実施形態の動作について、図５のタイミングチャートを併せ参照して詳細に説明する。図５(ａ１)、(ｂ１)及び(ｃ１)は被測定電流値が低い場合、同図(ａ２)、(ｂ２)及び(ｃ２)は被測定電流値が高い場合の図１の動作説明用タイミングチャートを示す。例えば、配電盤に接続された電力線に、コアにコイルが巻回された構造の電流変換器ＣＴを図５に示す時刻ｔ1で装着したものとすると、電流変換器ＣＴの２次巻線に電力線に流れる電流(被測定電流)に応じた値の電磁誘導電流が誘起され、その電磁誘導電流が負荷抵抗Ｒ0及びＲ9によりそれぞれ第１、第２の交流電圧に変換されて、コッククロフト・ウォルトン回路１２１、１２２にそれぞれ印加される。このときの被測定電流は低電流測定用回路Ａで測定される低電流であるものとする。
低電流測定回路Ａ内のコッククロフト・ウォルトン回路１２１は、入力交流電圧を昇圧及び整流して得た直流電圧をコンデンサＣ0に充電(蓄電)し始め、これと並行してコッククロフト・ウォルトン回路１２２は、入力交流電圧を昇圧及び整流して得た直流電圧をコンデンサＣ4に充電(蓄電)し始める。これにより、コンデンサＣ0の端子電圧Ｖ0は図５(ｂ１)に示すように時刻ｔ1から時間の経過とともにコンデンサＣ0の充電時定数に従って上昇し始める。一方、コンデンサＣ4の端子電圧Ｖ4も、図５(ｃ１)に示すように時刻ｔ1から時間の経過とともにコンデンサＣ4の充電時定数に従って上昇し始める。
すると、端子電圧Ｖ0を抵抗分圧する第１の抵抗分圧回路から出力される電圧Ｖ01、及び第２の抵抗分圧回路から出力される電圧Ｖ02は、図５(ｂ１)に示すように、時刻ｔ1から時間の経過とともに同様に上昇し始める。その後、時刻ｔ2で電圧Ｖ01が基準電圧Ｖrefに達すると、コンパレータＵ0の出力電圧が図５(ａ１)に示すようにハイレベルとなる。このとき、端子電圧Ｖ0は図５(ｂ１)に示すようにコンパレータＵ0の閾値ＶT1に達する。また、時刻ｔ2では電圧Ｖ02は図５(ｂ１)に、また端子電圧Ｖ4を抵抗分圧する第３の抵抗分圧回路から出力される電圧Ｖ41は図５(ｃ１)に示すように、それぞれ上昇しているが、まだ基準電圧Ｖrefには到達していないため、コンパレータＵ1及びＵ4の出力電圧は図５(ａ１)に示すように引き続きローレベルである。
基準電圧Ｖrefより大であるコンパレータＵ0のハイレベルの出力電圧は、遅延回路１３１により遅延されて図５(ｂ１)に点線で示す電圧Ｖ2とされて時刻ｔ3でコンパレータＵ2にて基準電圧Ｖrefと電圧比較されて、コンパレータＵ2から図５(ａ１)に示すようにハイレベルの電圧が出力される。遅延回路１３１は、端子電圧Ｖ0がコンパレータＵ1の閾値ＶT2に達したかどうかを判断するための回路であり、端子電圧Ｖ0がコンパレータＵ1の閾値ＶT2に達しないときは被測定電流が低電流測定範囲内であり、達したときは被測定電流が高電流測定範囲内であることが分かる。基準電圧Ｖrefより大であるコンパレータＵ2のハイレベルの出力電圧は、タイマ回路１３３を通して図５(ｂ１)に破線で示す電圧Ｖ3とされてコンパレータＵ3にて基準電圧Ｖrefと電圧比較され、コンパレータＵ3から図５(ａ１)に示すように時刻ｔ3直後にハイレベルの電圧が出力される。コンパレータＵ3のハイレベルの出力電圧は、アナログスイッチＳ1を端子イ側に接続させる。これにより、図５(ａ１)にハイレベルで模式的に示すように、アナログスイッチＳ1は端子電圧Ｖ0をアナログスイッチＳ4の端子イに供給する。
一方、時刻ｔ3ではコンパレータＵ1のローレベルの出力電圧Ｖ1がタイマ回路１３２を通してアナログスイッチＳ3、Ｓ4、Ｓ5にそれぞれスイッチング信号として印加され、アナログスイッチＳ3を通して接地電圧ＶAGNDをＭＣＵ１５１に低電流測定検出信号として供給させると共に、アナログスイッチＳ4及びＳ5をそれぞれ端子イ側に接続する。これにより、アナログスイッチＳ4及びＳ5をそれぞれ通して無線送信部１５に低電流測定用回路Ａから電圧Ｖ0及びＶAGNDがそれぞれ印加される。無線送信部１５を構成するＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２は、この低電流測定用回路Ａからの電圧Ｖ0及びＶAGNDを動作用電源電圧として動作を開始する。
時刻ｔ3からのＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２の動作により電力が消費されるため、コンデンサＣ0の端子電圧Ｖ0は図５(ｂ１)に示すように、Ｃ0の放電時定数に従って時刻ｔ3から時間の経過とともに低下していく。すると、それに伴い電圧Ｖ01及びＶ02も時刻ｔ3から低下し始め、図５(ｂ１)に示すように時刻ｔ4で電圧Ｖ01が基準電圧Ｖref未満となりコンパレータＵ 0 の出力電圧が図５(ａ１)に示すようにローレベルとなる。さらに、時刻ｔ5で図５(ｂ１)に示すように電圧Ｖ2が基準電圧Ｖref未満となりコンパレータＵ2の出力電圧が図５(ａ１)に示すようにローレベルとなる。
ここで、タイマ回路１３３が存在しない場合は、時刻ｔ5でコンパレータＵ3の出力電圧がローレベルとなり、アナログスイッチＳ1が端子ロ側に切り替わり、その結果、ＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２には動作用電源電圧の供給が断たれることになり、動作を停止する。この動作停止時点でＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２がまだ送信信号の無線送信動作が完了していない場合、問題である。
そこで、本実施形態では、タイマ回路１３３によりコンパレータＵ 3 の出力電圧がローレベルになるまでの時間を遅らせ、ＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２が送信信号の無線送信動作が完了するのに十分な時間を確保できるようにしている。すなわち、コンパレータ
Ｕ2からハイレベルが出力される時刻ｔ3からタイマ回路１３３内のダイオードＤ2が順方向にバイアスされてダイオードＤ2からの順方向電流によりコンデンサＣ3が充電され始めるため、その端子電圧Ｖ3はＣ3の充電時定数に従い急激に上昇する。
ここで、コンパレータＵ2はハイレベルの出力電圧がその電源電圧に等しいタイプのもの(所謂レール・ツウ・レールのコンパレータ)であり、かつ、電源電圧が蓄電電圧Ｖ0であるものとする。この場合、時刻ｔ3直後からの無線送信部１５の動作の開始により図５(ｂ１)に示すように、時刻ｔ3の時点よりも端子電圧Ｖ0が低下し始めると、それに伴い、コンパレータＵ2のハイレベルの出力電圧Ｖ0及び端子電圧Ｖ3が低下し始める。その後の時刻ｔ5で、図５(ｂ１)に示すように電圧Ｖ2が基準電圧Ｖref未満となりコンパレータＵ2がオフとなりローレベルの電圧を出力すると、端子電圧Ｖ3がダイオードＤ2のアノード電位より高くなる。このため、ダイオードＤ2が逆バイアスされ、コンデンサＣ3の充電電荷が抵抗Ｒ8を介してＣ3の容量値とＲ8の抵抗値で定まる放電時定数に従い放電され始める。その結果、端子電圧Ｖ3が図５(ｂ１)に示すように時間の経過とともに徐々に低下し始め、基準電圧ＶREF未満になる。その時刻をｔ6とすると、コンパレータＵ3の出力電圧が時刻ｔ6でローレベルとなり、アナログスイッチＳ1が端子ロ側に切り替わる。
一方、抵抗分圧電圧Ｖ02は、図５(ｂ１)に示すように時刻ｔ3〜ｔ6の期間も引き続き基準電圧Ｖref未満であるので、図５(ａ１)に示すようにコンパレータＵ1の出力電圧はローレベルである。そのため、アナログスイッチＳ4及びＳ5は、図５(ａ１)に示すように時刻ｔ3〜ｔ6の期間も引き続き低電流測定用回路Ａの蓄電電圧Ｖ0と接地電圧ＶAGNDを選択する状態となっている。以上の結果、時刻ｔ6でＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２には低電流測定用回路Ａからの動作用電源電圧の供給が断たれて動作が停止する。
従って、タイマ回路１３３を設けることで、時刻ｔ3から時刻ｔ6までの期間にわたってＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２の動作を継続させることができる。ここで、タイマ回路１３３のＣ3の放電時定数は、時刻ｔ3から時刻ｔ6までの期間が、ＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２が送信信号の無線送信動作を完了するのに十分な時間長となるように設定されている。なお、アナログスイッチＳ3も時刻ｔ3〜ｔ6の期間は引き続きＶAGNDをＭＣＵ１５１に選択出力する状態にされている。ＭＣＵ１５１は、アナログスイッチＳ3から入力されるＶAGNDを低電流測定用回路Ａの使用を示す低電流測定検出信号として識別する。
時刻ｔ6でＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２の動作が停止すると、時刻ｔ6以降は図５(ｂ１)に示すように、再び低電流測定用回路Ａの各電圧Ｖ0、Ｖ01、Ｖ02は上昇していく。一方、時刻ｔ1〜ｔ6及びｔ6以降アナログスイッチＳ4及びＳ5は、低電流測定用回路Ａの蓄電電圧Ｖ0と接地電圧ＶAGNDを選択出力しており、高電流測定用回路Ｂは無線送信部１５から切り離されているので、無線送信部１５の動作の有無に関係なく、図５(ｃ１)に示すように、高電流測定用回路Ｂの電圧Ｖ4、Ｖ41は上昇を続ける。
次に、電流変換器ＣＴが装着される電力線に流れる被測定電流が、高電流測定用回路Ｂで測定される高電流測定範囲内の電流値である場合の、本実施形態の動作について図５(ａ２)、(ｂ２)、(ｃ２)とともに説明する。例えば、配電盤に接続された電力線に、コアにコイルが巻回された構造の電流変換器ＣＴを図５に示す時刻ｔ11で装着したものとすると、コッククロフト・ウォルトン回路１２１及び１２２は、それぞれ入力交流電圧を昇圧及び整流して得た直流電圧をコンデンサＣ0、Ｃ4に充電(蓄電)し始める。これにより、コンデンサＣ0、Ｃ4の端子電圧Ｖ0、Ｖ4は図５(ｂ２)、(ｃ２)に示すように時刻ｔ11から時間の経過とともに上昇し始める。
端子電圧Ｖ0の上昇に伴い抵抗分圧電圧Ｖ01、Ｖ02が、図５(ｂ２)に示すように、時刻ｔ11から時間の経過とともに同様に上昇し始める。その後、時刻ｔ12で電圧Ｖ01が基準電圧Ｖrefに達すると、コンパレータＵ0の出力電圧が図５(ａ２)に示すようにハイレベルとなる。このとき、端子電圧Ｖ0は図５(ｂ２)に示すようにコンパレータＵ0の閾値ＶT1に達する。また、時刻ｔ12では電圧Ｖ02は図５(ｂ２)に、また端子電圧Ｖ4の抵抗分圧電圧Ｖ41は図５(ｃ２)に示すように、それぞれ上昇しているが、まだ基準電圧Ｖrefには到達していないため、コンパレータＵ1及びＵ4の出力電圧は図５(ａ２)に示すように引き続きローレベルである。
基準電圧Ｖrefより大であるコンパレータＵ0のハイレベルの出力電圧は、遅延回路１３１により遅延されて図５(ｂ２)に点線で示す電圧Ｖ2とされてコンパレータＵ2にて基準電圧Ｖrefと電圧比較される。遅延回路１３１は、端子電圧Ｖ0がコンパレータＵ1の閾値ＶT2に達したかどうかを判断するための回路であり、端子電圧Ｖ0がコンパレータＵ1の閾値ＶT2に達したときは被測定電流が高電流測定範囲内であることが分かる。ここでは、抵抗分圧電圧Ｖ02が時刻ｔ13で基準電圧Ｖrefにまで上昇し、時刻ｔ13で端子電圧Ｖ0がコンパレータＵ1の閾値ＶT2に達する。これにより、コンパレータＵ1の出力電圧は図５(ａ２)に示すように時刻ｔ13でハイレベルとなり、タイマ回路１３２により電圧Ｖ1とされてアナログスイッチＳ3〜Ｓ5にスイッチング信号として印加されるとともに、差動増幅回路１３５を通してＡＮＤ回路Ｕ7の一方の入力端子に供給されてゲート「開」とする。
タイマ回路１３２の出力電圧Ｖ1は時刻t13で図５(ｂ２)に示すようにハイレベルのＶT2となり、このときアナログスイッチＳ3〜Ｓ5はそれぞれ端子ロ側に切り替えられ、図５(ａ２)に示すように、アナログスイッチＳ3及びＳ4がそれぞれアナログスイッチＳ2の出力選択状態、アナログスイッチＳ5が高電流測定回路Ｂの接地電圧ＶBGND選択状態となる。続いて、図５(ｂ２)に示すように時刻ｔ14で遅延回路１３１の出力電圧Ｖ2が基準電圧Ｖrefにまで上昇し、コンパレータＵ2の出力電圧が図５(ａ２)に示すようにハイレベルとなると、タイマ回路１３３の出力電圧Ｖ3もハイレベルとなるので、コンパレータＵ3の出力電圧も図５(ａ２)に示すようにハイレベルとなる。コンパレータＵ3のハイレベルの出力電圧はアナログスイッチＳ1を端子イ側に切り替え、Ｖ0選択状態とする。
続いて、図５(ｃ２)に示すように、時刻ｔ15で抵抗分圧電圧Ｖ41が基準電圧Ｖrefに達し(すなわち、電圧Ｖ4がコンパレータＵ4の閾値ＶT1に達し)、コンパレータＵ4の出力電圧が図５(ａ２)に示すようにハイレベルとなる。これにより、図５(ｃ２)に示すように、時刻ｔ15直後にタイマ回路１３４の出力電圧Ｖ5が基準電圧Ｖrefに高いＶT1にまで上昇するので、電圧Ｖ5と基準電圧Ｖrefとを電圧比較するコンパレータＵ5の出力電圧が図５(ａ２)に示すようにハイレベルとなる。時刻ｔ15直後に出力されるコンパレータＵ5のハイレベルの出力電圧は、時刻ｔ13以降ゲート「開」状態にあるＡＮＤ回路Ｕ7を通してスイッチング信号としてアナログスイッチＳ2に印加され、これを図５(ａ２)に示すように端子電圧Ｖ4選択状態に切り替える。
時刻ｔ13以降、アナログスイッチＳ3及びＳ4がそれぞれアナログスイッチＳ2の出力選択状態に切り替えられているので、時刻ｔ15の直後にアナログスイッチＳ4及びＳ5をそれぞれ通して無線送信部１５に高電流測定用回路Ｂから電圧Ｖ4及びＶBGNDがそれぞれ印加される。無線送信部１５を構成するＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２は、この高電流測定用回路Ｂからの電圧Ｖ4及びＶBGNDを動作用電源電圧として動作を開始する。
時刻ｔ15直後からのＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２の動作により電力が消費されるため、コンデンサＣ4の端子電圧Ｖ4は図５(ｃ２)に示すように、Ｃ4の放電時定数に従って時刻ｔ15直後から時間の経過とともに低下していく。すると、それに伴い電圧Ｖ41も時刻ｔ15直後から低下し始め、図５(ｃ２)に示すように時刻ｔ16でタイマ回路１３４の出力電圧Ｖ5が基準電圧Ｖref未満となり、コンパレータＵ5の出力電圧が図５(ａ２)に示すようにローレベルとなる。
ここで、タイマ回路１３４が存在しない場合は、時刻ｔ15の直後にＶ41が基準電圧Ｖref未満となり、コンパレータＵ4及びＵ5の各出力電圧がローレベルとなり、それによりＡＮＤ回路Ｕ7の出力電圧もローレベルとなるので、アナログスイッチＳ2が端子イ側に切り替わる。その結果、ＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２には動作用電源電圧の供給が断たれることになり、動作を停止する。この動作停止時点でＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２がまだ送信信号の無線送信動作が完了していない場合、問題である。
そこで、本実施形態では、タイマ回路１３４によりコンパレータＵ5の出力電圧がローレベルになるまでの時間を遅らせ、ＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２が送信信号の無線送信動作が完了するのに十分な時間を確保できるようにしている。すなわち、コンパレータＵ4からハイレベルが出力される時刻ｔ15からタイマ回路１３４内のダイオードＤ0が順方向にバイアスされてダイオードＤ0からの順方向電流によりコンデンサＣ5が充電され始めるため、その端子電圧Ｖ5はＣ5の充電時定数に従い急激に上昇する。その直後にコンパレータＵ4の出力電圧がローレベルになり、端子電圧Ｖ5がダイオードＤ0のアノード電位より高くなるので、今度はダイオードＤ0が逆バイアスされ、コンデンサＣ5の充電電荷が抵抗Ｒ12を介してＣ5の容量値とＲ12の抵抗値で定まる放電時定数に従い放電され始める。その結果、端子電圧Ｖ5が図５(ｃ２)で示すように時間の経過とともに徐々に低下し始め、基準電圧ＶREF未満になる。その時刻をｔ16とすると、コンパレータＵ5の出力電圧及びＡＮＤ回路Ｕ7の出力電圧が時刻ｔ16でローレベルとなり、アナログスイッチＳ2が端子イ側に切り替わる。
一方、抵抗分圧電圧Ｖ02は、図５(ｂ２)に示すように時刻ｔ15〜ｔ16の期間も引き続き基準電圧Ｖrefより大であるので、図５(ａ２)に示すようにコンパレータＵ1の出力電圧はハイレベルである。そのため、アナログスイッチＳ4及びＳ5は、図５(ａ２)に示すように時刻ｔ15〜ｔ16の期間も引き続き高電流測定用回路Ｂの蓄電電圧Ｖ4と接地電圧ＶBGNDを選択する状態となっている。以上の結果、時刻ｔ16でＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２には高電流測定用回路Ｂからの動作用電源電圧の供給が断たれて動作が停止する。
従って、タイマ回路１３４を設けることで、時刻ｔ15から時刻ｔ16までの期間にわたってＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２の動作を継続させることができる。ここで、タイマ回路１３４のＣ5の放電時定数は、時刻ｔ15から時刻ｔ16までの期間が、ＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２が送信信号の無線送信動作を完了するのに十分な時間長となるように設定されている。なお、アナログスイッチＳ3も時刻ｔ15〜ｔ16の期間は引き続きアナログスイッチＳ2からの電圧Ｖ4をＭＣＵ１５１に選択出力する状態にされている。ＭＣＵ１５１は、アナログスイッチＳ3から入力される電圧Ｖ4を高電流測定用回路Ｂの使用を示す高電流測定検出信号として識別する。
時刻ｔ16でＭＣＵ１５１及び無線ＩＣ１５２の動作が停止すると、時刻ｔ16以降は図５(ｃ２)に示すように、再び高電流測定用回路Ｂの各電圧Ｖ4、Ｖ41は上昇していく。一方、時刻ｔ13〜ｔ16の無線送信部１５の動作期間中はアナログスイッチＳ4及びＳ5は、高電流測定用回路Ｂの蓄電電圧Ｖ4と接地電圧ＶBGNDを選択出力しており、低電流測定用回路Ａは無線送信部１５から切り離されているので、無線送信部１５の動作の有無に関係なく、低電流測定用回路Ａの各電圧Ｖ0、Ｖ01、Ｖ02は、図５(ｂ２)に示すように、電圧Ｖ01はチェナーダイオードＤＺ0のツェナー電圧Ｖzまで上昇し、以後そのツェナー電圧Ｖzに制限され、電圧Ｖ01、Ｖ02もツェナー電圧Ｖzを抵抗分圧した電圧値まで上昇した後その値に制限される。
なお、図５(ａ２)、(ｂ２)、(ｃ２)に示す時刻ｔ17以降、被測定電流がそれまでよりも低下した場合、コッククロフト・ウォルトン回路１２１及び１２２の出力電圧Ｖ0及びＶ4は図５(ｂ２)及び(ｃ２)に示すように、同時に低下していき、それに伴い低電流測定用回路Ａの各電圧Ｖ01、Ｖ02、Ｖ1〜Ｖ3も低下し、かつ、高電流測定用回路Ｂの各電圧Ｖ41、Ｖ5も低下していく。そして、時刻ｔ17の直後に電圧Ｖ02が基準電圧Ｖref以下となることからコンパレータＵ1の出力電圧が図５(ａ２)に示すようにローレベルとなるため、図５(ａ２)に示すようにアナログスイッチＳ3及びＳ5は、低電流測定用回路Ａの接地電圧ＶAGNDを選択出力する状態に切り替わり、かつ、アナログスイッチＳ4は、アナログスイッチＳ1の出力信号を選択する状態に切り替わる。その後、電圧Ｖ4が更に低下して基準電圧Ｖref以下となった時刻ｔ18でコンパレータＵ0の出力電圧が図５(ａ２)に示すようにローレベルとなり、電圧Ｖ2が更に低下して基準電圧Ｖref以下となった時刻ｔ19でコンパレータＵ2の出力電圧が図５(ａ２)に示すようにローレベルとなる。
このように、本実施形態では、電流変換器ＣＴの２次側の負荷抵抗をＲ0とＲ9の２つの抵抗を直列接続した構成とすることで被測定電流範囲を従来の１桁程度(１〜１０)の範囲に比べて２桁程度(１〜１０2)に拡大できる。また、本実施形態では、被測定電流が予め定めた低電流測定範囲内の値か高電流測定範囲内の値かに応じて、低電流測定範囲内のときは低電流測定回路Ａを動作させて低電流測定回路Ａの蓄電電圧Ｖ0と接地電位ＶAGND間の電圧値が無線送信部１５が動作可能となった時刻以降に、無線送信部１５に低電流測定回路Ａの蓄電電圧Ｖ0と接地電位ＶAGNDとを動作用電源電圧として、無線送信部１５が動作完了に必要な時間以上の所定時間印加して動作させ、他方、被測定電流が高電流測定範囲内の値のときは高電流測定回路Ｂを動作させて高電流測定回路Ｂの蓄電電圧Ｖ4と接地電位ＶBGND間の電圧値が無線送信部１５が動作可能となった時刻以降に、無線送信部１５に高電流測定回路Ｂの蓄電電圧Ｖ4と接地電位ＶBGNDとを動作用電源電圧として、無線送信部１５が動作完了に必要な時間以上の所定時間印加して動作させることで、自立電源を備えた無給電型無線センサ端末を実現できる。
また、本実施形態では、被測定電流の測定値に応じた送信間隔で無線送信信号を送信する。以下、このことについて、図６及び図７を併せ参照して説明する。無線送信部１５のＭＣＵ１５１は、例えば図６(ａ)に模式的に示すように、固定パターンのプリアンプル３１、送信内容のデータ３２、及び所定ビット数の誤り検出符号３３とからなるフォーマットの送信信号を生成する。ＲＦＩＣ１５２はこの送信信号を所定の変調方式で変調して無線センサ端末に割り当てられた固有の無線周波数の無線送信信号として送信する。ここで、データ３２は、送信信号が低電流測定回路Ａを使用して検出した電流値か高電流測定回路Ｂを使用して検出した電流値かを、受信装置側で識別させるための１ビットの検出信号である。なお、システムに設けられる無線センサ端末の数が多すぎて、無線センサ端末毎に割り当てられる無線周波数が足りなくなると想定される場合は、データ３２を端末ＩＤを含めた数ビットとしてもよい。
また、無線送信部１５は被測定電流の測定値に応じた送信間隔で図６(ｂ)に模式的に示すように無線送信信号を受信装置へ送信する。図６(ｂ)において、区間Ｔ0は図６(ａ)に示すフォーマットの送信信号が無線送信される期間を示しており、無線送信部１５の動作期間(前述した時刻ｔ3〜時刻ｔ6、あるいは時刻ｔ15〜時刻ｔ16の期間に相当)を示し例えば１ｍｓ(一定)である。また、隣り合う２つの区間Ｔ0の間の区間Ｔ1、Ｔ2が被測定電流値に応じて可変される送信間隔を示し、例えば１００ｍｓ〜３００ｍｓの範囲内で可変される。なお、図６(ｂ)は、区間Ｔ0と区間Ｔ1、Ｔ2の違いを説明するための図であり、それらの区間の各長さの相対関係は図示の便宜上、実際とは異なって示している。
次に、上記送信間隔について図７と共に更に詳細に説明する。ここでは、被測定電流が５.５Ａ未満の場合は低電流測定回路Ａで測定が行われ、５.５Ａ以上の場合は高電流測定回路Ｂで測定が行われるものとする。いま、図７(ａ)に示すように、時刻ｔ31から測定が開始され、最初の被測定電流値が３Ａ、続いて時刻ｔ35の直後から被測定電流値が５Ａとなり、その後の時刻ｔ37の直後から被測定電流値が６Ａに変化したものとする。
この場合、時刻ｔ31から前述した動作により低電流測定回路Ａの蓄電電圧Ｖ0が図７(ｄ )に示すように、また、高電流測定回路Ｂの蓄電電圧Ｖ4が同図(ｅ)に示すように徐々に上昇していく。そして、図７(ｄ)に示すように蓄電電圧Ｖ0がコンパレータＵ0の閾値ＶT1を超えた後の時刻ｔ32から時刻ｔ33までの期間、低電流測定回路Ａから電源電圧が無線送信部１５に印加されて同図(ｃ)にハイレベルで模式的に示すように無線送信部１５が動作して無線送信信号が送信され、その動作期間は蓄電電圧Ｖ0が低下していく。図７(ｄ)に示すように、無線送信部１５が電源電圧遮断により動作を停止した時刻ｔ33から蓄電電圧Ｖ0が再び上昇し始め、蓄電電圧Ｖ0がコンパレータＵ0の閾値ＶT1を超えた後の時刻ｔ34から時刻ｔ35までの期間、低電流測定回路Ａから電源電圧が無線送信部１５に印加されて同図(ｃ)にハイレベルで模式的に示すように無線送信部１５が動作して無線送信信号が送信され、その動作期間は蓄電電圧Ｖ0が低下していく。続いて、図７(ｄ)に示すように、無線送信部１５が電源電圧遮断により動作を停止した時刻ｔ 35 から蓄電電圧Ｖ0が再び上昇し始める。
ここで、時刻ｔ35の直後に被測定電流値が３Ａから５Ａに変わったものとすると、入力交流電圧が高くなることから、時刻ｔ35から低電流測定回路Ａの蓄電電圧Ｖ0が図７(ｄ)に示すように、また、高電流測定回路Ｂの蓄電電圧Ｖ4が同図(ｅ)に示すように急峻に傾斜で上昇する。これにより、図７(ｄ)に示すように蓄電電圧Ｖ0が時刻ｔ35以前よりも短時間でコンパレータＵ0の閾値ＶT1を超え、その後の時刻ｔ36から時刻ｔ37までの期間、低電流測定回路Ａから電源電圧が無線送信部１５に印加されて同図(ｃ)にハイレベルで模式的に示すように無線送信部１５が動作し、その動作期間は蓄電電圧Ｖ0が低下していく。このため、図７(ｂ)に示すように、被測定電流値が３Ａの場合の時刻ｔ33〜ｔ34までの送信間隔Ｔ01に比べて、被測定電流値が５Ａの場合の時刻ｔ35〜ｔ36までの送信間隔Ｔ02の方が短くなる。
続いて、時刻ｔ37の直後に被測定電流値が５Ａから６Ａに変わったものとすると、入力交流電圧が更に高くなることから、図７(ｄ)に示すように蓄電電圧Ｖ0が時刻ｔ36以前よりも更に短時間の時刻ｔ38でコンパレータＵ1の閾値ＶT2を超えるが、このときは同図(ｅ)に示すように蓄電電圧Ｖ4がコンパレータＵ4の閾値ＶT1を超えており、時刻ｔ38から時刻ｔ39までの期間、高電流測定回路Ｂから電源電圧が無線送信部１５に印加されて同図(ｃ)にハイレベルで模式的に示すように無線送信部１５が動作し、その動作期間は蓄電電圧Ｖ4が低下していく。続いて、図７(ｅ)に示すように、無線送信部１５が電源電圧遮断により動作を停止した時刻ｔ39から蓄電電圧Ｖ4が再び上昇し始める。しかし、この時刻ｔ39における蓄電電圧Ｖ4の値は通常よりも大なる値の時刻ｔ38における蓄電電圧Ｖ4から一定の送信時間で低下した値であるから、高電流測定回路Ｂから電源電圧を印加する通常の動作時の値よりも大なる値となっている。
このため、時刻ｔ39で上昇し始めた蓄電電圧Ｖ4が通常動作時よりも短時間の時刻ｔ40でコンパレータＵ4の閾値ＶT1に達し、時刻ｔ40から時刻ｔ41までの期間、高電流測定回路Ｂから電源電圧が無線送信部１５に印加されて同図(ｃ)にハイレベルで模式的に示すように無線送信部１５が動作し、その動作期間は蓄電電圧Ｖ4が低下し、動作停止後は再び上昇し始める。時刻ｔ41における蓄電電圧Ｖ4の値は、高電流測定回路Ｂから電源電圧を印加する通常の動作時の値となっている。従って、被測定電流値が６Ａのときの時刻ｔ41以降の動作時は、図７(ｅ)に示すように、蓄電電圧Ｖ4が所定時間経過後の時刻ｔ42でコンパレータＵ4の閾値ＶT1に達し、時刻ｔ42から時刻ｔ43までの期間、高電流測定回路Ｂから電源電圧が無線送信部１５に印加されて同図(ｃ)にハイレベルで模式的に示すように無線送信部１５が動作し、その動作期間は蓄電電圧Ｖ4が低下し、動作停止後は再び上昇し始める。
このため、図７(ｂ)に示す、被測定電流値が高電流測定回路Ｂを使用する６Ａに切り替わった直後の２回の送信間隔(時刻ｔ37から時刻ｔ38までの送信間隔と、時刻ｔ39から時刻ｔ40までの送信間隔)は、それ以降の通常の時刻ｔ41から時刻ｔ42までの送信間隔Ｔ03と、時刻ｔ43からの送信間隔Ｔ04(＝Ｔ03)とは送信間隔が異なるため、受信装置側では正常に検出できないので使用しないこととする。上記の使用しない２回の送信間隔は、受信装置側では、送信信号中の低電流測定回路Ａを使用したか高電流測定回路Ｂを使用したかを示す検出信号１ビットの値が変化した時とその次の計２回ということで判断できる。
なお、送信間隔は、低電流測定範囲内において被測定電流値が高くなるほど短くなり、同様に、高電流測定範囲内において被測定電流値が高くなるほど短くなる。ただし、低電流測定範囲内の被測定電流値に応じた送信間隔と高電流測定範囲内の被測定電流値に応じた送信間隔とは、直接の関係はない。例えば、図７の例では、低電流測定範囲内の５Ａを測定した時の送信間隔Ｔ02は、高電流測定範囲内の６Ａを測定した時の送信間隔Ｔ03、Ｔ04よりも短い。
このように、本実施形態の無線センサ端末は、被測定電流の値に応じて無線送信信号の送信間隔を可変するようにしているので、受信装置側では受信信号の受信間隔から被測定電流の電流値を換算する構成が必要となるが、無線送信信号に被測定電流値を示す情報を含める必要がない。被測定電流値を示す情報量は比較的大きいので、無線送信信号に被測定電流値を示す情報を含めない本実施形態の無線センサ端末では無線送信信号のデータ量を最小限にすることができ、送信時の消費電力の低減ができる。このことは自立電源の無線センサ端末に適用して好適である。
次に、本発明の無線センサ端末に適用される受信装置について説明する。図８は、受信装置の一例のブロック図を示す。同図において、受信装置４０は、受信部・復調部４１、演算部４２、メモリ４３、低電流測定用電流値テーブル４４、高電流測定用電流値テーブル４５、及び表示部４６を有する。演算部４２は、主としてプロセッサにより構成され、受信信号のデータを解析するとともに、メモリ４３を用いて受信信号の受信間隔を検出する。メモリ４３は、演算部４２の作業用メモリとして用いられ、また無線周波数と端末ＩＤとを対応付けたテーブルも予め記憶している。低電流測定用電流値テーブル４４は、受信信号の送信間隔と低電流測定回路Ａの測定電流値とを対応付けるためのテーブルである。高電流測定用テーブル４５は、受信信号の送信間隔と高電流測定回路Ｂの測定電流値とを対応付けるためのテーブルである。
受信装置４０は無線センサ端末１０との間で無線通信可能な範囲内の任意の位置に設置される。従って、無線センサ端末１０が住宅内の各部屋に電力を供給する配電盤に接続された複数の電力線に流れる電流を検出するために設けられている場合は、同じ住宅内あるいは住宅外の任意の位置に設けられるが、複数の住宅に設置された無線センサ端末１０からの無線送信信号をまとめて受信する住宅外の位置に設けることもでき、更には配電盤の中に設けることも可能である。
次に、図８に示した受信装置の動作について、図９のフローチャートを併せ参照して説明する。受信・復調部４１は無線センサ端末１０から送信された無線送信信号を受信し、デジタル復調する。演算部４２は、受信・復調部４１の復調信号の周波数スペクトルから受信信号の無線周波数を識別し、メモリ４４に記憶されている無線周波数対端末ＩＤのテーブルを参照して、受信無線周波数に対応した無線センサ端末１０の端末ＩＤを取得する(ステップＳ２０１)。
続いて、演算部４２は、復調信号から図６(ａ)に示したフォーマット中の１ビットのデータ３２、すなわち測定回路使用検出信号の値を判別することで、復調信号の受信間隔により示される被測定電流の値が、低電流測定用回路Ａを使用したものか、高電流測定用回路Ｂを使用したものかを判別する(ステップＳ２０２)。続いて、演算部４２は、復調信号の受信間隔を算出する(ステップＳ２０３)。ステップＳ２０３では演算部４２は、時計を有しており、受信・復調部４１から復調信号が入力される毎に、その復調信号の入力開始時刻を受信時刻として復調信号の端末ＩＤと対応させて記憶するとともに、復調信号の現在の入力開始時刻と入力復調信号と同じ端末ＩＤの復調信号の前回の受信時刻との差から復調信号の入力期間Ｔ0を減算した時間長Ｔ1を受信間隔として算出する。算出した受信間隔は無線送信信号の送信間隔Ｔ1に相当し、演算部４２によりメモリ４３に端末ＩＤ毎に記憶される。
続いて、演算部４２は、現在入力されている復調信号のステップＳ２０２で判別した検出信号の値が低電流測定用回路Ａを示しているときは、ステップＳ２０３で算出した同じ端末ＩＤの現在入力されている復調信号の受信間隔に基づき低電流測定用電流値テーブル４４を参照して無線センサ端末１０で検出された低電流測定範囲内の被測定電流の値を検出し、検出信号の値が高電流測定用回路Ｂを示しているときは、同じ端末ＩＤの現在入力されている復調信号の受信間隔に基づき高電流測定用電流値テーブル４５を参照して無線センサ端末１０で検出された高電流測定範囲内の被測定電流の値を検出する(ステップＳ２０４)。
演算部４２は検出した被測定電流の値を端末ＩＤ毎にメモリ４３の所定領域に記憶する(ステップＳ２０５)。表示部４６は、メモリ４３の所定領域に記憶された被測定電流の値を端末ＩＤとともに表示する(ステップＳ２０６)。なお、ステップＳ２０２とＳ２０３の順序は入れ替えてもよい。
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、電流変換器ＣＴの２次側の負荷抵抗の数を３以上設けて、より広範囲な電流測定範囲を得ることも可能である。
１０ 無線センサ端末
１１Ａ、１１Ｂ センサ・発電部
１２Ａ、１２Ｂ 整流・蓄電回路部
１３Ａ、１３Ｂ 電源制御部
１４ 電源選択部
１５ 無線送信部
４０ 受信装置
１２１、１２２ コッククロフト・ウォルトン回路
１３１ 遅延回路
１３２、１３３、１３４ タイマ回路
１３５ 差動増幅回路
１５１ マイクロコントロールユニット(ＭＣＵ)
１５２ 無線ＩＣ(ＲＦＩＣ)
ＣＴ 電流変換器
Ｕ0、Ｕ1、Ｕ2、Ｕ3、Ｕ4、Ｕ5 コンパレータ
Ｕ6 差動増幅回路用オペアンプ
Ｕ7 ＡＮＤ回路
Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4、Ｓ5 アナログスイッチ
Ｒ0、Ｒ9 負荷抵抗
Ｃ0、Ｃ4 蓄電用コンデンサ
ＤＺ0、ＤＺ1 ツェナーダイオード

Claims (7)

  1. トランスの２次巻線に直列接続された抵抗値が異なる第１及び第２の負荷抵抗に、前記トランスの１次巻線に流れる被測定電流に応じた交流電圧をそれぞれ発生するとともに、前記第１の負荷抵抗は前記被測定電流が予め設定した低電流測定範囲内の電流値のときに所要の範囲の第１の交流電圧を発生させる第１の抵抗値に設定され、前記第２の負荷抵抗は前記被測定電流が予め設定した高電流測定範囲内の電流値のときに所要の範囲の第２の交流電圧を発生させる前記第１の抵抗値よりも小なる第２の抵抗値に設定された発電手段と、
    前記第１の負荷抵抗に発生した前記第１の交流電圧を整流及び蓄電して得た第１の直流電圧が所定の電圧値に達すると所定期間第１の電源電圧を発生し、前記所定期間経過後前記被測定電流の値に応じた期間後に前記第１の直流電圧が再び前記所定の電圧値に達すると前記第１の電源電圧を発生することを繰り返す低電流測定用電圧発生手段と、
    前記第２の負荷抵抗に発生した前記第２の交流電圧を整流及び蓄電して得た第２の直流電圧が前記所定の電圧値に達すると前記所定期間第２の電源電圧を発生し、前記所定期間経過後前記被測定電流の値に応じた期間後に前記第２の直流電圧が再び前記所定の電圧値に達すると前記第２の電源電圧を発生することを繰り返す高電流測定用電圧発生手段と、
    前記第１及び第２の電源電圧のうち、前記被測定電流が前記低電流測定範囲内の電流値のときは前記第１の電源電圧を選択し、前記被測定電流が前記高電流測定範囲内の電流値のときは前記第２の電源電圧を選択する電源選択手段と、
    前記被測定電流が前記低電流測定範囲内の電流値か前記高電流測定範囲内の電流値かを受信側に識別させるための検出信号を、前記電源選択手段で選択された電源電圧が前記第１の電源電圧か前記第２の電源電圧かに応じて生成する検出信号出力手段と、
    前記電源選択手段により選択された前記第１の電源電圧又は前記第２の電源電圧が動作用電源電圧として印加されて前記所定期間のみ動作し、前記第１の電源電圧及び前記第２の電源電圧が印加されない期間は動作を停止し、前記被測定電流の値に応じて可変される送信間隔で、前記検出信号を含む送信信号を無線送信する無線送信手段と
    を備えることを特徴とする無線センサ端末。
  2. 前記低電流測定用電圧発生手段は、
    前記第１の交流電圧を整流する第１の整流回路の正側出力端子と負側出力端子との間に出力される前記第１の直流電圧により充放電される第１の蓄電用コンデンサと、
    前記第１の蓄電用コンデンサに蓄電された前記第１の直流電圧を抵抗分圧して第１の抵抗分圧電圧を発生する第１の抵抗分圧回路と、
    前記第１の蓄電用コンデンサに蓄電された前記第１の直流電圧を抵抗分圧して前記第１の抵抗分圧電圧より小なる第２の抵抗分圧電圧を発生する第２の抵抗分圧回路と、
    前記第１の抵抗分圧電圧が基準電圧以上となったか否かを判定する第１のコンパレータと、
    前記第２の抵抗分圧電圧が前記基準電圧以上となったか否かを判定する第２のコンパレータと、
    前記第２の抵抗分圧電圧が前記基準電圧にまで増加したかを判断するために設けられた、前記第１のコンパレータの出力電圧を遅延する遅延回路と、
    前記遅延回路の出力電圧が前記基準電圧以上となったか否かを判定する第３のコンパレータと、
    前記遅延回路の出力電圧が前記基準電圧にまで増加した時に前記第３のコンパレータから出力される電圧により前記第１の整流回路の正側出力端子から出力される前記第１の直流電圧を前記所定期間選択する第１のスイッチ手段と
    を有し、
    前記電源選択手段は、前記第２のコンパレータの出力電圧により、前記第１のスイッチ手段から前記所定期間出力される前記第１の直流電圧と前記第１の整流回路の負側出力端子から出力される第１の接地電圧とを選択することを特徴とする請求項１記載の無線センサ端末。
  3. 前記高電流測定用電圧発生手段は、
    前記第２の交流電圧を整流する第２の整流回路の正側出力端子と負側出力端子との間に出力される前記第２の直流電圧により充放電される第２の蓄電用コンデンサと、
    前記第２の蓄電用コンデンサに蓄電された前記第２の直流電圧を抵抗分圧して、前記被測定電流の値が前記高電流測定範囲内の電流値のときにのみ前記基準電圧にまで増加する第３の抵抗分圧電圧を発生する第３の抵抗分圧回路と、
    前記第３の抵抗分圧電圧が前記基準電圧以上となったか否かを判定する第４のコンパレータと、
    前記第３の抵抗分圧電圧が前記基準電圧にまで増加した時に前記第４のコンパレータから出力される電圧により第２の整流回路の正側出力端子から出力される前記第２の直流電圧を前記所定期間選択する第２のスイッチ手段と
    を有し、
    前記電源選択手段は、前記第２のコンパレータの出力電圧により、前記第２のスイッチ手段から前記所定期間出力される前記第２の直流電圧と前記第２の整流回路の負側出力端子から出力される第２の接地電圧とを選択することを特徴とする請求項１記載の無線センサ端末。
  4. 前記低電流測定用電圧発生手段は、前記遅延回路の出力電圧が前記基準電圧にまで増加した時に前記第３のコンパレータが出力する電圧を遅延して、前記無線送信手段が前記第１の電源電圧の印加により送信の動作を開始してその動作が終了するまでの動作時間よりも長い期間経過してから、前記第１のスイッチ手段を前記第１の直流電圧を前記所定期間選択させるように動作させる第１のタイマ回路を更に有することを特徴とする請求項２記載の無線センサ端末。
  5. 前記高電流測定用電圧発生手段は、前記第３の抵抗分圧電圧が前記基準電圧にまで増加した時に出力する前記第４のコンパレータが出力する電圧を遅延して、前記無線送信手段が前記第２の電源電圧の印加により送信の動作を開始してその動作が終了するまでの動作時間よりも長い期間経過してから、前記第２のスイッチ手段を前記第２の直流電圧を前記所定期間選択させるように動作させる第２のタイマ回路を更に有することを特徴とする請求項３記載の無線センサ端末。
  6. 前記検出信号出力手段は、
    前記第２のコンパレータの出力電圧により、前記被測定電流が前記低電流測定範囲内の電流値のときには前記第１の整流回路の負側出力端子から出力される第１の電圧を前記検出信号として出力し、前記被測定電流が前記高電流測定範囲内の電流値のときには前記第２の整流回路の正側出力端子から出力される第２の電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の無線センサ端末。
  7. トランスの２次巻線に直列に接続された第１及び第２の負荷抵抗のうち、前記トランスの１次巻線に流れる被測定電流が予め設定した低電流測定範囲内の電流値のときに前記第１の負荷抵抗に所要の範囲の第１の交流電圧を発生させるとともに、前記被測定電流が予め設定した高電流測定範囲内の電流値のときに前記第２の負荷抵抗に所要の範囲の第２の交流電圧を発生させる発電ステップと、
    前記被測定電流が低電流測定範囲内のときに前記第１の負荷抵抗に発生した前記第１の交流電圧を整流及び蓄電して得た第１の直流電圧が所定の電圧値に達すると所定期間第１の電源電圧を発生し、前記所定期間経過後前記被測定電流の値に応じた期間後に前記第１の直流電圧が再び前記所定の電圧値に達すると前記第１の電源電圧を発生することを繰り返す低電流測定用電圧発生ステップと、
    前記被測定電流が高電流測定範囲内のときに前記第２の負荷抵抗に発生した前記第２の交流電圧を整流及び蓄電して得た第２の直流電圧が前記所定の電圧値に達すると前記所定期間第２の電源電圧を発生し、前記所定期間経過後前記被測定電流の値に応じた期間後に前記第２の直流電圧が再び前記所定の電圧値に達すると前記第２の電源電圧を発生することを繰り返す高電流測定用電圧発生ステップと、
    前記第１及び第２の電源電圧のうち、前記被測定電流が前記低電流測定範囲内の電流値のときは前記第１の電源電圧を選択し、前記被測定電流が前記高電流測定範囲内の電流値のときは前記第２の電源電圧を選択する電源選択ステップと、
    前記被測定電流が前記低電流測定範囲内の電流値か前記高電流測定範囲内の電流値かを受信側に識別させるための検出信号を、前記電源選択ステップで選択された電源電圧が前記第１の電源電圧か前記第２の電源電圧かに応じて生成する検出信号生成ステップと、
    前記電源選択ステップにより選択された前記第１の電源電圧又は前記第２の電源電圧が動作用電源電圧として印加されて前記所定期間のみ動作し、前記第１の電源電圧及び前記第２の電源電圧が印加されない期間は動作を停止し、前記被測定電流の値に応じて可変される送信間隔で、前記検出信号を含む送信信号を無線送信する無線送信ステップと
    を含むことを特徴とする無線送信方法。
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