JP6413080B2 - センサ付き送信装置と、これを用いた監視システム - Google Patents

Description

本発明は、振動による発電によってセンサの検出信号を送信するセンサ付き送信装置に関する。

以下、従来の通信装置を用いた従来の監視システムについて説明する。従来の監視システムは、センサ付き送信装置と、受信装置とを含んでいる。センサ付き送信装置は、監視対象物に装着されている。そして、監視対象物の上を移動体が通過する。

従来の通信装置は、他の商用電源などからの電源供給なしで、動作できる。そのために、従来の通信装置は、発電部と、送信部と、制御部と、センサを含んでいる。発電部は、圧電素子を含んでいる。なお、圧電素子は、移動体の通過に伴う振動によって発電している。そして、自発電部で発生した電荷は制御部と送信部へ供給されている。すなわち、圧電素子の振動による電荷によって、制御部と送信部とは起動する。さらに、制御部はセンサで検出した検出信号を送信器へと出力している。そして、送信器が、センサで検出した信号を送信する構成である。この構成により、従来のセンサ付き送信装置は、発電部で発電を行なっている間に、制御部での処理や、送信動作を行なっている。

一方、受信装置は、移動体に搭載されている。そして受信装置は、センサ付き送信装置から送られた検出信号を受信し、監視対象物の状態を監視している。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１や特許文献２が知られている。

特開２００６−２４１０２号公報 特開２０１１−２３３１０８号公報

しかしながら従来の通信装置は、短い振動時間や、小さな振幅に対して、発電する発電間時間が短く、発電量も小さい。この場合、通信装置は、検知信号の記憶を長時間維持することができない。したがって受信装置を搭載していない移動体が通過した場合、従来の監視システムは、その際に検知した情報を後続の移動体へ送信できない。その結果、従来の監視システムは、精度良く監視対象の状態を監視できない可能性を有しているという課題を有していた。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、少ない発電量の通信装置を用いても、監視対象物の状態を精度良く監視できる監視システムを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の監視システムは、監視対象物と、前記監視対象物を通過する移動体による振動で発電を開始する第１の発電部と、前記監視対象物の状態を検出して検出信号を出力するセンサと、前記第１の発電部の出力により起動されて前記検出信号を送信する送信部とを含む第１の通信装置と、前記移動体による振動で発電を開始する第２の発電部と、前記第２の発電部の出力により起動されて前記検出信号を受信する受信器とを含み、前記第１の通信装置よりも前記移動体の進行方向側に配置された第２の通信装置とを備える。そして、本発明は、前記第１の発電部と前記第２の発電部とが発電をしている間に、前記送信部は前記検出信号を送信し、前記受信器は前記検出信号を受信するように構成されている。

以上のように本発明によれば、第１発電部と第２発電部とは、ともに移動体の通過による振動によって発電できる。すなわち、移動体が監視対象物の上を通過している間に、送信部と受信器とをともに起動している状態とできる。この構成により、第１の通信装置のセンサで検知された検出信号は、受信器によって受信できる。したがって、第１発電部と第２発電部とが、移動体の振動により発電をしている間に、検知信号の送受信を完了することができる。その結果、少ない発電量の送信装置を用いても、監視対象物の状態を精度良く監視できる。

本発明の実施の形態における監視システムのブロック図。 本発明の実施の形態におけるセンサ付き送信装置の設置状態を示す概念図。 本発明の実施の形態におけるセンサ付き送信装置のブロック図。 本発明の実施の形態における他の例の監視システムのブロック図。 本発明の実施の形態における他の例の監視システムのブロック図。

本実施の形態における通信装置と、これを用いた監視システムの説明に先立って、監視システムに用いるセンサ付き送信装置への近年の要求について説明する。通信装置は、たとえば道路や、橋、線路などの監視対象物に設置されている。そして従来、このような監視対象物の状況の確認は、現場へ作業員を派遣して、人手で行なっていた。たとえば、夏の気温上昇に伴う線路の歪みなどを確認する場合、作業員が、現場で線路の歪み量を確認していた。したがって、全ての箇所の状況の確認には、膨大な時間を要していた。そこで、通信装置は、人手によらず監視対象物の状況を確認できることを要求されてきている。また、監視対象物は、必ずしも商用電源を備えていない。したがって、通信装置は、自身の発電によって自立して動作できることも要求されている。

以下本実施の形態における監視システムについて説明する。

（実施の形態１）
以下本実施の形態における通信装置１０２Ａを用いた監視システム１０１について図面を用いて説明する。図１は、監視システム１０１のブロック図である。監視システム１０１は、自立型センサ付き通信装置１０２と、監視対象物１０３を含んでいる。移動体１０４は、監視対象物１０３の上を通過する。したがって、監視対象物１０３は、移動体１０４の通過によって、受動的に振動する。そして、監視対象物１０３は、移動体１０４の通過による振動によって受動的に振動する。移動体１０４は、たとえばモノレールである。この場合、監視対象物１０３は、レールである。なお、移動体１０４は、モノレールに限られず、列車、自動車などでも良い。また、移動体１０４が、モノレールや列車である場合、監視対象物１０３は、たとえばレールや橋である。また、移動体１０４が、自動車である場合、監視対象物１０３は、たとえば道路や橋である。

自立型センサ付き通信装置１０２は、複数の通信装置１０２Ａを含んでいる。通信装置１０２Ａは、たとえば通信装置１０２Ａ₁₁と、通信装置１０２Ａ₁₂とを含んでいる。送信装置１０２Ａ₁₁と、送信装置１０２Ａ₁₂とは、監視対象物１０３に設置されている。

通信装置１０２Ａ₁₁は、発電部２２とセンサ２５、送信部２６を含んでいる。この構成により、発電部２２は、監視対象物１０３の振動の開始によって、受動的に発電を開始する。すなわち、移動体１０４の通過によって振動する監視対象物１０３の場合、発電部２２は、移動体１０４の通過による振動によって発電を開始する。

送信部２６は、発電部２２の出力によって起動される。センサ２５は、監視対象物１０３の状態を検知して、検出信号Ｓ１を出力している。送信部２６は、発電部２２の出力が供給されて、起動される。そして、送信部２６は、センサ２５検出した検出信号Ｓ１を送信している。

通信装置１０２Ａ₁₂は、発電部２２と受信部２９を含んでいる。なお、通信装置１０２Ａ₁₁と通信装置１０２Ａ₁₂の発電部２２は、同じ構成である。受信部２９は、通信装置１０２Ａ₁₂の発電部２２の出力により起動されて、通信装置１０２Ａ₁₁から送信された検出信号Ｓ１を受信している。なお、通信装置１０２Ａ₁₂は、通信装置１０２Ａ₁₁に対して、移動体１０４の進行方向の前方に配置されている。さらに、通信装置１０２Ａ₁₂は、通信装置１０２Ａ₁₁から移動体１０４の長さよりも短い距離だけ離れて配置されている。

以上のような構成により、通信装置１０２Ａ₁₁と通信装置１０２Ａ₁₂の発電部２２は、ともに、移動体１０４の通過による振動によって発電できる。そして、通信装置１０２Ａ₁₂を通信装置１０２Ａ₁₁から移動体１０４の長さよりも短い距離だけ離れて配置しているので、移動体１０４が、通信装置１０２Ａ₁₁と通信装置１０２Ａ₁₂との上をともに通過している状態とできる。すなわち、移動体１０４が監視対象物１０３の上を通過している間に、送信部２６と受信部２９とをともに起動している状態とできる。この構成により、通信装置のセンサで検知された検出信号は、受信器によって受信できる。したがって、通信装置１０２Ａ₁₁と通信装置１０２Ａ₁₂の発電部とが、移動体１０４の振動により発電をしている間に、検知信号Ｓ１の送受信を完了することができる。その結果、少ない発電量の発電部２２を搭載した通信装置１０２Ａを用いても、監視システム１０１は、監視対象物１０３の状態を精度良く監視できる。

なお、通信装置１０２Ａ₁₁は、上記構成に加えて、受信部２９を含むことが好ましい。さらに、通信装置１０２Ａ₁₂は、上記構成に加えて、発電部２２とセンサ２５、送信部２６をさらに含むことが好ましい。この場合、通信装置１０２Ａ₁₁と、通信装置１０２Ａ₁₂は、同じ構成とできる。この構成により、監視対象物１０３に対して、移動体１０４の進行方向に複数の通信装置１０２Ａを上記距離だけ離して配置することにより、複数の通信装置１０２Ａのそれぞれで検出した検出信号Ｓ１を、移動体１０４の通過する際に順に移動体１０４の進行方向へと送ることができる。したがって、複数の通信装置１０２Ａのそれぞれで検出した検出信号Ｓ１を、通信装置１０２Ａから離れた場所の監視設備（図示せず）へ送ることができる。

また、監視システム１０１は、中継装置（図示せず）を含むことが好ましい。中継装置は、通信装置１０２Ａ₁₂から送信され検出信号を、有線、無線などの方法で監視設備へ送っている。この構成により、通信装置１０２Ａから離れた場所において、監視対象物１０３の状態を監視できる。また、通信装置１０２Ａは、検出信号Ｓ１を直接に監視設備へ送信しなくても良いので、小さな電力によって検出信号Ｓ１を送信できる。その結果、発電部２２での発電量は小さくてよいので、通信装置１０２Ａを小さくできる。なお、中継装置は、たとえば駅などに設置することが好ましい。この構成により中継装置は、商用電源によって動作できる。

以下、監視システム１０１についてさらに詳しく説明する。以下、監視システム１０１を鉄道のレールなどの監視に用いる場合を例として説明する。図２は、通信装置１０２Ａを監視対象物１０３へ設置した状態を示す概念図である。この場合の移動体１０４は列車１０４Ａであり、監視対象物１０３は一対のレールである。そこで、監視対象物１０３が、一対のレール１０３Ａを含む構成を例に説明する。一対のレール１０３Ａの上を、列車１０４Ａが通過する。一対のレール１０３Ａは、レール１０３Ａ₁とレール１０３Ａ₂を含んでいる。なお、レール１０３Ａ₁とレール１０３Ａ₂は、平行に配置されている。この場合、レール１０３Ａ₁に通信装置１０２Ａ₁が設置されている。一方、レール１０３Ａ₂に通信装置１０２Ａ₂が設置されている。そして、通信装置１０２Ａ₁は、レール１０３Ａ₁の状態を検出して、検出信号Ｓ１Ａ₁を送信している。一方、通信装置１０２Ａ₂は、レール１０３Ａ₂の状態を検出して、検出信号Ｓ１Ａ₂を送信している。この構成により、監視システム１０１は、レール１０３Ａ₁とレール１０３Ａ₂の状態をそれぞれに監視できる。

この場合、検出信号Ｓ１Ａ₁を送信する周波数ｆＡ₁と、検出信号Ｓ１Ａ₂を送信する周波数ｆＡ₂とは異なっていることが好ましい。この構成により、検出信号Ｓ１Ａ₂と検出信号Ｓ１Ａ₂との混信を抑制できる。

また、通信装置１０２Ａ₁は、通信装置１０２Ａ₂に対して、列車１０４Ａの進行方向の斜め前、もしくは斜め後に配置することが好ましい。すなわち、通信装置１０２Ａ₁と通信装置１０２Ａ₂とは、列車１０４Ａの進行方向に対して横一線に並んで配置されていない。この構成によって、通信装置１０２Ａ₁から検出信号Ｓ１Ａ₁を送信するタイミングと、通信装置１０２Ａ₂から検出信号Ｓ１Ａ₂を送信するタイミングとを異ならせることができる。したがって、検出信号Ｓ１Ａ₁と検出信号Ｓ１Ａ₂との混信を抑制できる。

レール１０３Ａ₁は、レール１０３Ａ₁₁と、レール１０３Ａ₁₂を含んでいる。なお、レール１０３Ａ₁₁と、レール１０３Ａ₁₂は、列車１０４Ａの進行方向に向かって一直線に並んで配置されている。この場合、レール１０３Ａ₁₁と、レール１０３Ａ₁₂のそれぞれに各１台ずつの通信装置１０２Ａを設置することが好ましい。すなわち、レール１０３Ａ₁₁に通信装置１０２Ａ₁₁が、設置されている。一方、レール１０３Ａ₁₂に通信装置１０２Ａ₁₂が、設置されている。なお、通信装置１０２Ａ₁₁は、通信装置１０２Ａ₁₂に対して、列車１０４Ａの進行方向の前方となる位置に配置されている。この構成により、監視システム１０１は、レール１０３Ａ₁₁と、レール１０３Ａ₁₂のそれぞれの状態を監視できる。

なお、監視システム１０１は、レール１０３Ａ₁₁と、レール１０３Ａ₁₂のそれぞれに各１台ずつの通信装置１０２Ａを設置する構成に限られず、レール１０３Ａ₁₁とレール１０３Ａ₁₂に対して１台の通信装置１０２Ａを設置する構成でも構わない。この場合、通信装置１０２Ａの設置数を少なくできる。

あるいは、レール１０３Ａ₁₁や、レール１０３Ａ₁₂のそれぞれに対して、２台以上の通信装置１０２Ａを設置しても良い。この場合、監視システム１０１は、さらに精度良くレール１０３Ａ₁₁や、レール１０３Ａ₁₂の状態を監視できる。特にレール１０３Ａ₁₁やレール１０３Ａ₁₂の１本の長さが長い場合（ロングレール）でも、精度良くレール１０３Ａ₁₁や、レール１０３Ａ₁₂の状態を監視できる。

さらに、レール１０３Ａ₂は、レール１０３Ａ₂₁と、レール１０３Ａ₂₂を含んでいる。なお、レール１０３Ａ₂₁と、レール１０３Ａ₂₂は、列車１０４Ａの進行方向に向かって一直線に並んで配置されている。この場合、レール１０３Ａ₂₁と、レール１０３Ａ₂₂のそれぞれに各１台ずつの通信装置１０２Ａを設置することが好ましい。すなわち、レール１０３Ａ₂₁に通信装置１０２Ａ₂₁が、設置されている。一方、レール１０３Ａ₂₂に通信装置１０２Ａ₂₂が、設置されている。なお、通信装置１０２Ａ₂₁は、通信装置１０２Ａ₂₂に対して、列車１０４Ａの進行方向の前方となる位置に配置されている。この構成により、監視システム１０１は、レール１０３Ａ₂₁と、レール１０３Ａ₂₂のそれぞれの状態を監視できる。

この場合、通信装置１０２Ａ₂₂は、通信装置１０２Ａ₁₁から通信装置１０２Ａ₁₂よりも近い位置に配置しても良い。この場合、通信装置１０２Ａ₁₁で検出した検出信号Ｓ１を、通信装置１０２Ａ₂₂を介して、通信装置１０２Ａ₁₂へ伝えることもできる。この構成により、送信部２６の送信電力を小さくできるので、発電部２２での発電量を小さくできる。

監視対象物１０３は、さらに一対のレール１０３Ｂを含んでもかまわない。この場合、一対のレール１０３Ｂの上を列車１０４Ｂが通過する。なお、列車１０４Ｂ（矢印Ｂ）の進行方向は、列車１０４Ａの進行方向（矢印Ａ）と逆である。たとえば、列車１０４Ａが上りである場合、列車１０４Ｂは下りである。なお、列車１０４Ａと列車１０４Ｂの進行方向は逆に限られず、同じ方向でもかまわない。

一対のレール１０３Ｂに通信装置１０２Ｂが設置されている。一対のレール１０３Ｂは、レール１０３Ｂ₁とレール１０３Ｂ₂を含んでいる。レール１０３Ｂ₁とレール１０３Ｂ₂は、平行に配置されている。そして、レール１０３Ｂ₁に通信装置１０２Ｂ₁が設置され、検出信号Ｓ１Ｂ₁を送信している。一方、レール１０３Ｂ₂に通信装置１０２Ｂ₂が設置され、検出信号Ｓ１Ｂ₂を送信している。この場合、検出信号Ｓ１Ｂ₁を送信する周波数ｆＢ₁と、検出信号Ｓ１Ｂ₂を送信する周波数ｆＢ₂とは、異なっていることが好ましい。この構成により、検出信号Ｓ１Ｂ₁と検出信号Ｓ１Ｂ₂との混信を抑制できる。さらに、周波数ｆＢ₁と周波数ｆＢ₂は、周波数ｆＡ₁や周波数ｆＡ₂とも異なっていることが好ましい。この構成により、検出信号Ｓ１Ｂ₁や検出信号Ｓ１Ｂ₂と、検出信号Ｓ１Ａ₂あるいは検出信号Ｓ１Ａ₂との混信を抑制できる。

また、通信装置１０２Ｂ₁は、通信装置１０２Ｂ₂に対して、列車１０４Ａの進行方向の斜め前、もしくは斜め後に配置することが好ましい。すなわち、通信装置１０２Ｂ₁と通信装置１０２Ｂ₂とは、列車１０４Ａの進行方向に対して横一線に並んで配置されていない。この構成によって、通信装置１０２Ｂ₁から検出信号Ｓ１Ｂ₁を送信するタイミングと、通信装置１０２Ｂ₂から検出信号Ｓ１Ｂ₂を送信するタイミングとを異ならせることができる。したがって、検出信号Ｓ１Ｂ₁と検出信号Ｓ１Ｂ₂との混信を抑制できる。さらに、通信装置１０２Ｂ₁と通信装置１０２Ｂ₂とは、列車１０４Ａの進行方向に対して、通信装置１０２Ａ₁や通信装置１０２Ａ₂と横一線に並んで配置しないことが好ましい。この構成により、検出信号Ｓ１Ｂ₁や検出信号Ｓ１Ｂ₂と、検出信号Ｓ１Ａ₂あるいは検出信号Ｓ１Ａ₂との混信を抑制できる。

移動体１０４は、送信部２６から送信された検出信号Ｓ１を受信する受信器５１を含んでも良い。この構成により、通信装置１０２Ａは、列車１０４Ａの通過時に検出信号Ｓ１を列車１０４Ａへと送信できる。この場合、通信装置１０２Ａと列車１０４Ａとの間の距離は、通信装置１０２Ａ₁₁と通信装置１０２Ａ₁₂間の距離に比べて近いので、発電部２２による発電量で、検出信号を受信器５１へ送信できる。したがって、この構成においても、送信部２６の送信電力を小さくできるので、発電部２２で発電する電力も小さくできる。その結果、発電部２２を小さくできるので、通信装置１０２Ａも小さくできる。

図３は、通信装置１０２のブロック図である。監視システム１０１に用いる通信装置１０２Ａについて、図３を参照しながら、さらに詳しく説明する。通信装置１０２Ａは、さらに筐体２１を含んでいる。発電部２２と、送信部２６とは、筐体２１内に収納されていることが好ましい。筐体２１は、監視対象物１０３あるいは、監視対象物１０３の振動が伝達する箇所に設置すればよい。なお、監視対象物１０３が図２に示すレール１０３Ａである場合、レール１０３Ａに枕木を含んでも良い。この場合、筐体２１は枕木に設置しても良い。

通信装置１０２Ａは、応答部３０を含むことが好ましい。応答部３０は、応答信号Ｓ２を送信している。応答信号Ｓ２は、受信部２９で送信部２６から送信された検出信号Ｓ１を受信した旨を示している。そして、応答部３０は、受信部２９で送信部２６から送信された検出信号Ｓ１を受信した場合に、応答信号Ｓ２を送信している。この場合、通信装置１０２Ａは、さらに応答信号受信器３１を含む。この構成により、通信装置１０２Ａ₁₁は、通信装置１０２Ａ₁₂で、検出信号Ｓ１Ａ₁を受信できたことを検知できる。なお、送信部２６が、応答部３０を兼ねる構成としても良い。さらに、受信部２９が、応答信号受信器３１を兼ねる構成としても良い。

発電部２２は、圧電素子２２Ａを含んでも良い。圧電素子２２Ａは、監視対象物１０３の振動の開始によって、受動的に発電を開始する。たとえば、移動体１０４の通過によって振動する監視対象物１０３の場合、圧電素子２２Ａは、移動体１０４の通過による振動によって発電を開始する。この場合、圧電素子２２Ａと、弾性体２２Ｂを含んでいる。圧電素子２２Ａは、弾性体２２Ｂに貼り付けられている。そして弾性体２２Ｂが振動することにより、圧電素子２２Ａに撓みを生じる。その結果、圧電素子２２Ａが電荷を発生する。弾性体２２Ｂは、たとえば片持ち梁状の構成にしても良い。この場合、弾性体２２Ｂの根元は、筐体２１に固定されている。一方、弾性体２２Ｂの先端は、自由振動できる。さらに、発電部２２は、錘２２Ｃを含んでいることが好ましい。錘２２Ｃは、弾性体２２Ｂの先端に設けられている。そして、移動体１０４による振動で弾性体２２Ｂの振幅を大きくし、発電部２２での発電量を大きくするために、錘２２Ｃと、弾性体２２Ｂの弾性率と長さや形状を適宜調整する。

圧電素子２２Ａは、交流電流を出力する。一方、制御部２４やセンサ２５や送信部２６は直流電流によって動作する。そこで。発電部２２は、さらに変換器２２Ｄを含むことが好ましい。変換器２２Ｄは、圧電素子２２Ａから出力された交流電流を直流電流へと変換している。

なお、発電部２２は、圧電素子２２Ａによって発電する構成に限られず、電磁発電による発電でも構わない。電磁発電は、磁石とコイルなどを用いて、電磁誘導の作用によって発電する構成である。この場合も、発電部２２は交流電流を発生するので、発電部２２は、変換器２２Ｄを含むことが好ましい。あるいは、発電部２２は、太陽光発電であっても構わない。この場合、発電部２２は直流電流を出力できる。この場合、変換器２２Ｄは、発電部２２で発電した電圧を制御部２４や送信部２６を駆動するための電圧へと変換することが好ましい。なお、制御部２４や送信部２６が、太陽光発電の電圧そのままで動作可能である場合、変換器２２Ｄを設けなくても構わない。

通信装置１０２Ａは、さらに電荷蓄積部２３を含むことが好ましい。この場合、変換器２２Ｄの出力は、電荷蓄積部２３と電気的に接続されている。電荷蓄積部２３と、電荷蓄積部２３は、発電部２２の出力に接続されている。そして、電荷蓄積部２３は、発電部２２で発電された電荷を蓄積している。電荷蓄積部２３は、たとえばコンデンサを用いることができる。あるいは、電荷蓄積部２３は、リチウム電池などのバッテリーを用いても良い。

通信装置１０２Ａは、さらに制御部２４を含むことが好ましい。電荷蓄積部２３は、制御部２４の電源端子に接続されている。そして、制御部２４は、電荷蓄積部２３の出力によって起動される。また、電荷蓄積部２３は、送信部２６の電源端子とも電気的に接続することが好ましい。そして、制御部２４は、送信部２６を起動あるいは停止している。この構成により、制御部２４の指示に基づいて、送信部２６は起動と検出信号Ｓ１の送信、さらに送信部２６を停止できる。あるいは、電荷蓄積部２３は、制御部２４を介して、送信部２６の電源端子と電気的に接続しても良い。そして、制御部２４の判定結果に応じて、制御部２４は送信部２６の起動と検出信号Ｓ１の送信、さらに送信部２６の停止を制御する。この場合、制御部２４は、電荷蓄積部２３と送信部２６の間にスイッチ（図示せず）を含んでも良い。この場合、制御部２４でスイッチをオンすることによって、送信部２６を起動できる。あるいは、制御部２４でスイッチをオフすることによって、送信部２６の動作を停止できる。

なお、制御部２４は、送信部２６での検出信号Ｓ１の送信の後であり、応答信号を受信した後で、送信部２６の動作を停止することが好ましい。この構成により、発電部２２で発生した電荷を無駄に消費することを抑制できる。

送信部２６は、送信アンテナを含んでも良い。送信部２６は、検出信号Ｓ１を変調している。さらに、送信部２６は、検出信号Ｓ１と搬送波とを混合することにより、周波数を変換している。そして、送信アンテナから、検出信号Ｓ１が送信されている。なお、送信部２６は、制御部２４の指示により、検出信号Ｓ１を送信している。そのために、検出信号Ｓ１は、制御部２４を介して送信部２６へ入力されることが好ましい。この場合、制御部２４は、検出信号Ｓ１を送信部２６へ出力することによって、送信部２６に検出信号Ｓ１を送信する旨の指示を与えている。あるいは、検出信号Ｓ１は、送信部２６へ直接入力しても良い。この場合、制御部２４は、送信部２６に対して検出信号Ｓ１を送信する旨の制御信号を与える。そして、送信部２６は、制御部２４からの制御信号に基いて、検出信号Ｓ１を送信する構成でも良い。

センサ２５は、監視対象物１０３に直接に接触するように設置することが好ましい。そこで、センサ２５は、監視対象物１０３に直接に設置できるように、筐体２１の外部に設けた構成とすることが好ましい。そして、センサ２５は、リード線などによって筐体２１と接続する。この構成により、センサ２５は、監視対象物１０３の状態を精度良く検知できる。

なお、センサ２５は、筐体２１の外に設けた構成に限られず、筐体２１の中に収納した構成でも良い。この場合、筐体２１は、監視対象物１０３に直接に設置することが好ましい。また、センサ２５は、筐体２１と監視対象物１０３との接触する位置に配置することが好ましい。の構成により、センサ２５は、監視対象物１０３の状態を精度良く検知できる。

センサ２５は、温度を検知しても良い。この場合、センサ２５は、たとえば熱電対を用いることができる。この構成により、監視設備において、熱によって図２に示すレール１０３Ａが変形する危険性の有無を監視できる。

センサ２５は、歪みを検知しても良い。この場合、センサ２５は、たとえば歪みゲージを用いることができる。あるいは、センサ２５は、振動を検知しても良い。この場合、センサ２５は、たとえば角速度センサを用いることができる。この構成により、この構成により、監視設備において、監視対象物１０３の変形や固定の不具合などを検出できる。

なおセンサ２５は、上記のうちのひとつのみを検出する構成に限られず、上記の中の２つ以上を検出しても良い。さらに、センサ２５は、監視対象物１０３に対して監視すべき状態を検出できる各種のセンサを含んでも良い。

センサ２５で検出したこれらの検出信号Ｓ１は、移動体１０４の通過時に変動する。たとえば、監視対象物１０３は振動する。また、監視対象物１０３は変形する。ところが、移動体１０４の通過によるセンサ出力の変動の周期は、移動体１０４が通過していない状態でのセンサ出力の周波数に比べて低い。そこで、センサ２５に規定以上の周波数を抑制するフィルタを含む構成とすると良い。この構成により、移動体１０４の通過時の振動による、検出信号Ｓ１の変動を小さくできる。

センサ２５は、位置を検知しても良い。この場合、センサ２５は、たとえばＧＰＳセンサを用いることができる。この構成により、たとえば地震や地崩れなどで、監視対象物１０３の位置が大きくずれたことを検知できる。そして、監視設備において、監視対象物１０３の状態が不安全であると判断した場合、移動体１０４の通行を禁止する判断をすることも可能である。この場合、移動体１０４の通行が禁止されているので、発電部２２での新たな発電は期待できない。そこで、発電部２２は、地崩れや地震などによる揺れによっても発電できる構成であることが好ましい。

通信装置１０２Ａは、データ受信器２７を含むことが好ましい。なお、データ受信器２７は、受信アンテナを含んでも良い。データ受信器２７は電荷蓄積部２３の出力によって起動される。一方、移動体１０４は、データ送信器５２を含むことが好ましい。なお、データ送信器５２は、送信アンテナを含んでも良い。そしてデータ送信器５２は、情報データをデータ受信器２７に対して送信する。そして、データ受信器２７は、制御部２４に指示によって、情報データを受信している。なお、送信部２６で検出信号Ｓ１を送信する周波数は、データ送信器５２で情報データを送信する周波数とは異ならせていることが好ましい。この構成により、検出信号Ｓ１と情報データとの混信の発生を抑制できる。

情報データは、移動体の通過と関連している。情報データは、たとえば、移動体１０４の通過した時刻である。あるいは、情報データは、移動体１０４の固有の識別情報である。移動体１０４が列車１０４Ａである場合、識別情報として始発列車である旨や、終電である旨を示す情報を用いても良い。

送信部２６は、検出信号Ｓ１と一緒に情報データを送信することが好ましい。この場合、送信部２６は、検出信号Ｓ１を情報データと対応させて、一組のデータとして送信することが好ましい。また、通信装置１０２Ａのそれぞれは、固有の識別番号を記憶していることが好ましい。そして、送信部２６は、検出信号Ｓ１一緒に識別番号を送信することが好ましい。この場合、送信部２６は、検出信号Ｓ１を識別番号と対応させて、一組のデータとして送信することが好ましい。なお、送信部２６は、検出信号Ｓ１と情報データと識別番号とを送信しても良い。

以上の構成により、監視施設において、それぞれの通信装置１０２Ａで検出信号Ｓ１を検出した時刻を判定できる。したがって、監視設備において、ある時刻以降、特定の通信装置１０２Ａからの検出信号Ｓ１を途絶えたことを検知した場合に、その通信装置１０２Ａが故障した可能性を有することを検知できる。なお、受信部２９は、データ受信器２７を兼ねる構成としてもかまわない。

制御部２４は、メモリ２４Ｃを含むことが好ましい。制御部２４は、検出信号Ｓ１をメモリ２４Ｃへ格納している。そして、メモリ２４Ｃの情報は、電荷蓄積部２３に蓄積された電荷によって、維持される。なお、制御部２４は、送信部２６での検出信号Ｓ１の送信を終了する前に、検出信号Ｓ１をメモリ２４Ｃへ格納することが好ましい。あるいは、制御部２４は、送信部２６での検出信号Ｓ１の送信を終了した後に、検出信号Ｓ１をメモリ２４Ｃへ格納しても良い。この構成により、メモリ２４Ｃは、検出信号Ｓ１を記憶している。この構成により、検出信号Ｓ１はメモリ２４Ｃに記憶されているので、たとえ通信装置１０２Ａと受信器５１との間の通信に障害が発生しても、監視施設で監視対象物１０３を監視できる。すなわち、通信装置１０２Ａ₁₁が、応答信号を確認できない場合に、検出信号Ｓ１Ａ１をメモリに記録できる。この構成により、監視システム１０１の冗長性は、優れている。

そして、制御部２４は、検出信号Ｓ１をメモリ２４Ｃへ格納した後で、送信部２６の動作を停止状態とすることが好ましい。これにより、通信装置１０２Ａは、スリープ状態となる。この構成により、電荷蓄積部２３が、送信部２６の動作を停止状態とした時点で残った電力を蓄積していることにより、次回に通信装置１０２Ａを起動時に、電荷蓄積部２３に蓄積された電力分だけ発電部２２の発電量を少なくできる。

さらに制御部２４が、送信部２６の動作を停止状態とした後に、圧電素子２２Ａにより発電された電力で再度起動された場合、メモリ２４Ｃに格納された検出信号Ｓ１を送信部２６から送信する構成としても良い。すなわち、通信装置１０２Ａ₁₁が、後続の移動体１０４によって、起動したときに、メモリ２４Ｃに記憶した検出信号Ｓ１を再度通信装置１０２Ａ₁₂へと送信できる。この構成により、監視システム１０１の冗長性は、優れている。

移動体１０４は、通信装置１０２Ａ₁₁の上を通過した後に、通信装置１０２Ａ₁₂の上を通過する。すなわち、通信装置１０２Ａ₁₂の受信部２９は、通信装置１０２Ａ₁₁の送信部２６よりも時間的に遅れて起動される。そこで、通信装置１０２Ａは、タイマ２４Ｂを含む構成であっても良い。この場合、送信部２６は、タイマ２４Ｂであらかじめ定められた時間の経過を計測された場合に検出信号Ｓ１を送信する構成とできる。したがって、送信部２６で消費される電力を抑制できる。

この場合、最も速度の早い列車１０４Ａが、通信装置１０２Ａ₁₁の上を通過した後に、通信装置１０２Ａ₁₂の上を通過するまでに経過する時間を、あらかじめ定められた時間としても良い。あるいは、列車１０４Ａがその路線での規定最高速度で、通信装置１０２Ａ₁₁の上を通過した後に、通信装置１０２Ａ₁₂の上を通過するまでの時間を、あらかじめ定められた時間としても良い。さらに、情報データとして、通信装置１０２Ａ₁₁の上を通過する際の列車１０４Ａの速度を用いた場合、制御部２４は、通信装置１０２Ａ₁₁と通信装置１０２Ａ₁₂との間の距離と、速度とによって、タイマ２４Ｂで計測する時間を決定しても良い。

制御部２４は、さらに電荷蓄積部２３の蓄電量を検知することが好ましい。制御部２４は、電荷蓄積部２３の蓄電量と、あらかじめ定められた閾値とを比較している。そして、制御部２４は、充電量を閾値よりも小さいと判定した場合に、検出信号Ｓ１をメモリ２４Ｃへ格納している。なお、閾値は、送信部２６で検出信号Ｓ１を送信できるだけの十分な電荷量以上の値としておく。さらに、制御部２４は、送信部２６を停止状態としている。この場合、制御部２４は、送信部２６へ電源を供給せず、送信部２６を起動しないようにしても良い。あるいは、制御部２４は、送信部２６へ供給されている電源供給を停止して、送信部２６を起動状態から動作停止状態へとし切り替えても良い。

以上の構成により、制御部２４が、充電量を閾値よりも小さいと判定した場合、送信部２６から検出信号Ｓ１を送信しない。そして、制御部２４は、充電量を閾値以上であると判定した場合に、送信部２６から検出信号Ｓ１を送信する指令を送信部２６へ出力している。したがって、電荷蓄積部２３に十分な充電量が蓄えられていない場合、電荷蓄積部２３の電力を抑制できる。

通信装置１０２Ａは、後続の移動体１０４の振動による発電で再度起動された場合に、圧電素子２２Ａの発生する電荷によって、電荷蓄積部２３の蓄電量の不足分を補うことができる。そして、制御部２４で、蓄電量が閾値以上にまで達したと判定された場合に、送信部２６は検出信号Ｓ１を送信する。

図４は、他の例の監視システム２０１のブロック図である。なお、監視システム２０１は、図１に示す監視システム１０１の通信装置１０２Ａに代えて、通信装置２０２Ａを含んでいる。通信装置２０２Ａにおけるセンサ２５は、センサ２５Ａ₁とセンサ２５Ａ₂を含んでいる。そして、センサ２５Ａは、レール１０３Ａ₁に設置されて、レール１０３Ａ₁の状態を検出している。一方、センサ２５Ａ₂は、レール１０３Ａ₁に設置されて、レール１０３Ａ₂の状態を検出している。そして、センサ２５Ａ₁とセンサ２５Ａ₂の出力は、図１に示す送信部２６や制御部２４へと供給されている。その結果、図１に示す送信部２６は、センサ２５Ａ₁とセンサ２５Ａ₂で検出された信号を送信している。そして、移動体１０４の進行方向の前方に配置された他の通信装置２０２Ａは、センサ２５Ａ₁とセンサ２５Ａ₂で検出された検出信号を受信する構成である。なお、センサ２５は、センサ２５Ａとセンサ２５Ｂを含んでも良い。この場合、センサ２５Ｂは、レール１０３Ｂに設置されて、レール１０３Ｂの状態を検出できる。

また、センサ２５は、センサ２５Ａ₁₁とセンサ２５Ａ₁₂を含んでも良い。この場合、センサ２５Ａ₁₁は、レール１０３Ａ₁₁に設置されて、レール１０３Ａ₁₁の状態を検出できる。一方、センサ２５Ａ₁₂は、レール１０３Ａ₁₂に設置されて、レール１０３Ａ₁₂の状態を検出できる。また、センサ２５は２個のセンサを含む構成に限られず、３個以上のセンサを含んでも良い。これらの構成により、図１に示す制御部２４や送信部２６の入った筐体２１を設置する箇所を少なくできる。したがって、通信装置２０２Ａを設置する工数を削減できるので、監視システム２０１を設置する工期を短くできる。

図５は、さらに他の例の監視システム３０１のブロック図である。なお、監視システム３０１は、図１に示す監視システム１０１の通信装置１０２Ａに代えて、通信装置３０２Ａを含んでいる。通信装置３０２Ａの発電部２２は、発電部３２２Ａと発電部３２２Ｂを含んでいる。この構成により、発電部２２での発電量を大きくできる。したがって、通信装置３０２Ａは、より多くの電力を利用できる。なお、発電部２２は、２つの発電部を含む構成に限られず、３つ以上の発電部を含んでも良い。

発電部３２２Ａと発電部３２２Ｂとは、レール１０３Ａ₁に設置することが好ましい。そして、発電部３２２Ａは、発電部３２２Ｂに対して、レール１０３Ａ₁に対して列車１０４Ａの進行方向に並んで設置する。この場合、列車１０４Ａは、発電部３２２Ａの上を通った後に発電部３２２Ｂの上を通過する。したがって、発電部３２２Ａと発電部３２２Ｂとの発電するタイミングが変わる。その結果、発電部２２は、さらに長い時間発電できる。また、発電部３２２Ａは、レール１０３Ａ₁₁に設置し、発電部３２２Ｂは、レール１０３Ａ₁₂に設置しても良い。

さらにこの場合、発電部３２２Ａの出力は図３に示す制御部２４へ供給し、発電部３２２Ｂの出力は図３に示す送信部２６へ供給する構成としても良い。この構成より、図３に示す制御部２４は、送信部２６よりも早く起動できる。

あるいは、発電部３２２Ａをレール１０３Ａ₁に設置し、発電部３２２Ｂをレール１０３Ａ₂に設置しても良い。なおこの場合、発電部３２２Ａと発電部３２２Ｂとは、図２に示す列車１０４Ａの進行方向に対して横一線に並べて配置することが好ましい。この構成により、発電部３２２Ａと発電部３２２Ｂとは、同時に発電する。したがって、発電部２２での発電量を大きくできる。また、発電部３２２Ａはレール１０３Ａに設置し、発電部３２２Ｂをレール１０３Ｂに設置しても良い。

本発明にかかる監視システムは、上を移動体が通過する監視対象物の状態を小さな発電量によって検知できるという効果を有し、監視対象物の状態を離れた場所で監視する監視システム等に用いると有用である。

２１ 筐体
２２ 発電部
２２Ａ 圧電素子
２２Ｂ 弾性体
２２Ｃ 錘
２２Ｄ 変換器
２３ 電荷蓄積部
２４ 制御部
２４Ｂ タイマ
２４Ｃ メモリ
２５ センサ
２５Ａ センサ
２５Ｂ センサ
２６ 送信部
２７ データ受信器
２９ 受信部
３０ 応答部
３１ 応答信号受信器
５１ 受信器
５２ データ送信器
１０１ 監視システム
１０２ 自立型センサ付き通信装置
１０２Ａ 通信装置
１０３ 監視対象物
１０３Ａ レール
１０３Ｂ レール
１０４ 移動体
１０４Ａ 列車
１０４Ｂ 列車
２０１ 監視システム
２０２Ａ 通信装置
３０１ 監視システム
３０２Ａ 通信装置
３２２Ａ 発電部
３２２Ｂ 発電部

Claims (18)

1. 監視対象物と、
   前記監視対象物を通過する移動体による振動で発電を開始する第１の発電部と、前記監視対象物の状態を検出して検出信号を出力するセンサと、前記第１の発電部の出力により起動されて前記検出信号を送信する送信部とを含む第１の通信装置と、
   前記移動体による振動で発電を開始する第２の発電部と、前記第２の発電部の出力により起動されて前記検出信号を受信する受信器とを含み、前記第１の通信装置よりも前記移動体の進行方向側に配置された第２の通信装置と、
   を備え、
   前記第１の発電部と前記第２の発電部とが発電をしている間に、前記送信部は前記検出信号を送信し、前記受信器は前記検出信号を受信する、
   監視システム。
2. 前記第１および第２の発電部は、前記移動体による振動によって電荷を発生する圧電素子を含む、
   請求項１に記載の監視システム。
3. 前記第２の通信装置は、前記検出信号を受信した旨の応答信号を前記第１の通信装置へ送信する応答部をさらに有し、
   前記第１の通信装置は、前記応答信号を受信する応答信号受信器をさらに有した、
   請求項１に記載の監視システム。
4. 前記第１の通信装置は、前記応答信号を受信した場合に、前記送信部の動作を停止する、請求項３に記載の監視システム。
5. 前記第１の通信装置は、タイマをさらに有し、
   前記タイマであらかじめ定められた時間の経過を計測された場合に前記検出信号を送信する、
   請求項１に記載の監視システム。
6. 前記第１の通信装置は、前記応答信号を確認できない場合に、前記検出信号を記憶するメモリをさらに有した、
   請求項３に記載の監視システム。
7. 前記第１の通信装置は、前記送信部の動作の停止の後に、前記発電部で発電された電力で再度起動された場合、前記メモリに格納された前記検出信号を前記送信部へ送信する、
   請求項６に記載の監視システム。
8. 前記第１の通信装置は、前記検出信号を記憶するメモリをさらに有し、
   前記第１の発電部の発電量をあらかじめ定められた閾値よりも小さいと判定した場合に、前記メモリに前記検出信号を格納し、かつ前記送信部を停止状態とする、
   請求項１に記載の監視システム。
9. 前記監視対象物は、前記第１の通信装置を装着された第１のレールと、前記第２の通信装置を装着された第２のレールと、を含む、
   請求項１に記載の監視システム。
10. 前記監視対象物は、前記第２レールに平行に配置された第３のレールを含み、
    前記第２の通信装置と同じ構成を含み、かつ前記第３のレールに装着され、前記移動体の進行方向に対して、前記第１の通信装置の斜め前方、もしくは斜め後方の位置に配置された第３の通信装置を、さらに備えた、
    請求項９に記載の監視システム。
11. 前記第３の通信装置は、前記第１の通信装置から前記第２の通信装置よりも近い位置に配置された、
    請求項１０に記載の監視システム。
12. 前記監視対象物は、前記第１のレールに平行に配置された第４のレールを含み、
    前記第１の通信装置と同じ構成を含み、かつ前記第４のレールに装着され、前記移動体の進行方向に対して、前記第１の通信装置の斜め前方、もしくは斜め後方の位置に配置された第４の通信装置を、さらに備えた、
    請求項１に記載の監視システム。
13. 前記第１の通信装置から送信する信号の周波数と、前記第４の通信装置から送信する信号の周波数とは異なっている、
    請求項１２に記載の監視システム。
14. 前記第２の発電部は、前記移動体による振動で前記第１の発電部が発電を開始したあとに発電を開始する、請求項１記載の監視システム。
15. 前記第２の通信装置と前記第１の通信装置との間の距離は、前記移動体の長さよりも短い請求項１４記載の監視システム。
16. 前記第２の発電部と前記第１の発電部との間の距離は、前記移動体の長さよりも短い請求項１４記載の監視システム。
17. 前記第１の発電部と前記第２の発電部とが発電をしている間に、前記送信部と前記受信器とは前記検出信号の送受信を完了する、請求項１記載の監視システム。
18. 監視対象物と、
    前記監視対象物を通過する移動体による振動で発電を開始する発電部と、前記監視対象物の状態を検出して検出信号を出力するセンサと、前記発電部の出力により起動されて前記検出信号を送信する送信部とを含む第１の通信装置と、
    前記検出信号を受信する受信器を含む第２の通信装置と、
    を備え、
    前記第２の通信装置は、前記移動体に設けられており、
    前記発電部が発電をしている間に、前記移動体は前記監視対象物を通過し、前記送信部は前記検出信号を送信し、前記受信器は前記検出信号を受信する、
    監視システム。

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