JP7301050B2 - 電気化学的発電機に結合された音響センサの誤動作を検出するための方法と前記方法を実行するデバイス - Google Patents

Description

発明の技術分野は、センサの誤動作を検出することである。本発明は、音響センサの誤動作を検出することに関し、特に、電気化学的発電機に結合された音響センサの誤動作を検出することに関する。

バッテリー、より具体的には電気化学的発電機の世界的な状況をフォローすることがエネルギーマネジメントの分野で大きな関心となっている。これらの発電機の継続的なフォローアップを、発電機が使用されているときでも、確実にするために、種々の手法が開発されている。

特に期待されるものの一つは、発電機の壁面に音響信号を放射し、次に、例えば音響センサを用いて、その系の応答を測定することから成る。このような測定が、健全性状態や発電機の充電状態などの情報にアクセスすることを可能にすることが示されている。しかし、このような方法には機能的音響センサが必要である。

しかし、測定デバイスの較正時であろうと、それの寿命全体においてであろうと、センサの誤動作を検出することは困難である。「芯の圧折（ｐｅｎｃｉｌ ｌｅａｄ ｂｒｅａｋ）」方法（標準化団体ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌが推奨する方法：ＡＳＴＭ Ｅ９７６－１０およびＥ１１０６－１２）などの方法は、ある実験室のスケールで満足できるとはいえ、センサと電気化学的発電機との良好な結合を産業スケールで検証するためには使用され得ない。使用中、満足な方法は現在存在しない。確かに、音響放射器でサウンドを放射して、次いで音響センサの応答を測定することは可能である。しかし、この技術は、誤動作が音響放射器に由来するか音響センサに由来するかを決定することを可能にしない。

したがって、電気化学的発電機の較正中だけでなく、電気化学的発電機の使用中にも、電気化学的発電機に結合された音響センサの誤動作を検出することを可能にする方法が必要とされている。このような方法を実行できるようにするデバイスも必要とされている。

ＡＳＴＭ Ｅ９７６－１０ ＡＳＴＭ Ｅ１１０６－１２

本発明は、音響センサが結合された電気化学的発電機の端子上に印加された電気信号から、音響センサの誤動作を検出することを可能にすることにより、上述した問題に解決策を提供する。

本発明の第１の態様は、電気化学的発電機ＧＥに結合された音響センサの誤動作を検出するための方法に関する。本発明の第１の態様による方法は：
- 信号周波数および信号振幅と呼ばれる、所与の周波数および所与の振幅で電気信号を印加する第１のステップであって、前記周波数が、好ましくは１ｋＨｚと１ＭＨｚの間である、第１のステップ；
- 電気信号の印加に応答して電気化学的発電機によって放射される音響信号を、音響センサによって測定する第２のステップ；
- 音響信号の振幅が所定の閾値を下回っているときに、音響センサの誤動作を検出する第３のステップ
を含む。

本発明のおかげで、電気化学的発電機に結合された音響センサの正しい動作を確実に試験することができる。発明者らは、すべての予想に反して、電気化学的発電機の端子への電気信号の印加が、その周波数が、使用された電気信号のそれに近い音響波を、生成し得ることを実際に発見した。よって、音響センサの正しい動作または誤動作を検証するために、この音響波が使用され得る。

先の段落で言及したばかりの特徴に加えて、本発明の第１の態様による方法は、個別に、または技術的に考えられる任意の組み合わせで採られた、以下のうちの１つまたはいくつかの追加の特徴を有することができる。

有利には、音響センサは共振周波数を有し、信号周波数は前記共振周波数に従って選択される。したがって、より大きな検出センシティビティが得られる。

有利には、電気信号を印加する第１のステップおよび音響信号を測定する第２のステップは、検出周波数と呼ばれる所与の周波数で繰り返される。これが、方法による、音響センサの適正な動作のフォローアップを確実にすることを可能にする。

有利には、電気信号は、電気化学的発電機の正常動作に対応する電気信号に、重畳される。したがって、方法は、電気化学的発電機が使用されている間に実行され得る。

有利には、検討される音響信号の振幅は、所与の帯域幅にわたり測定される音響信号の振幅の平均値である。これが、誤動作を検出する信頼性を向上させる。

有利には、印加される電気信号は、正弦の、長方形の、または三角形の形を有する。

有利には、本発明の第１の態様による方法は、電気信号を印加する第１のステップの前に、閾値および／または信号振幅が決定される較正のステップを含む。従って、閾値および／または信号振幅は、各々の系の特殊性に適応される。

本発明の第２の態様は、計算手段と、前記電気化学的発電機に結合されることが意図された音響センサとを備えるデバイスに関し、デバイスは、本発明の第１の態様に従って検出するための方法を実行するように構成される。このようなデバイスが、音響センサのフォローアップを確実にすることを可能にする。

本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様に係る方法のステップを実行するように、本発明の第２の態様に係るデバイスを導く命令を備えるコンピュータプログラムに関する。

本発明の第４の態様は、コンピュータによって読み取ることができるサポートであって、本発明の第３の態様に従うコンピュータプログラムが記録されている、サポートに関する。

以下の説明を読む際、および添付の図面を調べる際に、本発明およびその種々の用途がより良く理解されるであろう。

図は、情報の目的のために提示されており、発明を制限するものではない。

本発明の第１の態様による方法のフローチャートを示す図である。 本発明の第２の態様によるデバイスを図式的に示す図である。 圧電センサの周波数応答を示す図である。 圧電センサの周波数応答を示す図である。 本発明の第１の態様による方法における電気信号を図式的に示す図である。 本発明の第１の態様による方法の実施形態において測定された音響信号の変化を図式的に示す図である。

特に言及しない限り、異なる図面上に現れる同じ要素は、同じ参照を有する。

図１に示される本発明の第１の態様は、電気化学的発電機ＧＥに結合された音響センサＣＡの誤動作を検出するための方法１００に関する。音響センサＣＡは、例えば、圧電センサ、特に、セラミックまたは圧電ポリマー基体を有するセンサであり得る。例えば、音響センサＣＡは、ＰＺＴ（ジルコニウム酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ_ｘ，Ｔｉ_１－ｘ）Ｏ_３）からなる圧電体を含むことができ、これが、図２Ａに示すような狭い共振（概ね１０ｋＨｚと数百ｋＨｚの間）を有するセンサを得ることを可能にする。別の例では、音響センサは、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）からなる圧電体を含むことができ、これが、図２Ｂに示されるような広い共振（概して、数ｋＨｚと数ＭＨｚの間）を有するセンサを得ることを可能にする。音響センサＣＡと電気化学的発電機ＧＥの結合は、例えば、センサＣＡを前記発電機ＧＥの壁面に接着することによって得られる。電気化学的発電機ＧＥは、特に、バッテリーまたは燃料電池の形態を有することができる。より一般的には、電気化学的発電機ＧＥという言葉は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換することを可能にするデバイスを意味する。方法１００が検出することを可能にする誤動作は、いくつかの起源を有し得る。例えば、誤動作は、センサＣＡ自身での問題によるものであっても、または、センサＣＡと電気化学的発電機ＧＥとの間の結合が失われるという結果になる、センサＣＡの全部または部分的な分離によるものであってもよい。本誤動作は、センサＣＡの性能における偏差にも関係することができる。

本発明による方法１００は、信号周波数および信号振幅と呼ばれる所与の周波数および所与の振幅で、電気信号ＳＥを印加する第１のステップ１０１を含み、前記信号周波数は、より好ましくは、１ｋＨｚと１ＭＨｚの間に含まれる。電気信号ＳＥは、電圧の変化または電流の変化から成ることができる。電気信号ＳＥは、何であろうと任意の形状、または、図３に示すように、正方形（図３Ａ）、三角形（図３Ｂ）または正弦（図３Ｃ）の形状とすることができる。電気信号ＳＥは、電気化学的発電機ＧＥを管理するためのユニットによって、あるいは、電気化学的発電機ＧＥを管理するためのユニットに加えて、またはその代わりに、電気化学的発電機ＧＥの端子に（例えば、並列に）接続された、電気信号ＳＥの発生器ＧＳによって生成され得る。電気信号ＳＥは、例えば、電気化学的発電機ＧＥの充電または放電電流に重畳させることができる。電気信号ＳＥの特徴は、電気化学的発電機ＧＥの性質（大きさ、材料の性質、内部構造など）および／または音響センサＣＡに応じて選択される。したがって、センサＰＺＴの場合、信号周波数は、好ましくは、１００と２００ｋＨｚの間であり、一方、センサＰＶＤＦの場合、信号周波数は、好ましくは、１０ｋＨｚと２００ｋＨｚの間であるであろう。電気信号ＳＥの振幅は、音響センサＣＡで受信可能な音響信号ＳＡを生成するような方法で選択される必要がある。したがって、この振幅は、特に、電気化学的発電機ＧＥの、音響センサＣＡのセンシティビティの、および測定環境（妨害雑音など）の種類に依存する。

一実施形態によると、音響センサＣＡは、共振周波数を有し、信号周波数ＳＥは、前記共振周波数に従って選択される。共振周波数は、センサＣＡの製造業者によって与えられるか、またはセンサＣＡが電気化学的発電機ＧＥの所定の位置に配置されたら測定することができる。一実施形態によると、電気信号ＳＥは、所与の周波数（例えば、１ＫＨｚと１ＭＨｚの間に含まれる周波数）または複数の周波数でパルスの形態をとる。パルスのパラメータ（例えば、２つのパルスを分離する時間および／または信号の周波数もしくは複数の周波数）は、従って、電気信号ＳＥによって生成された音響信号ＳＡと他の干渉音響信号との間の差異を任意選択的に作ることができるような方法で、パルスに特有のシグネチャを形成することができる。従って、音響センサＣＡの任意の誤動作を検出するように、電気信号ＳＥと同じシグネチャを有する音響信号ＳＡのみを考慮に入れることができる。

本発明による方法１００は、電気信号ＳＥの印加に応答して電気化学的発電機ＧＥによって放射される音響信号ＳＡを、音響センサＣＡによって測定する第２のステップ１０２も含む。実際、発明者らは、予想されることとは反対に、電気化学的発電機ＧＥの端子上の電気信号ＳＥの印加が、音響波の放射を近い周波数で駆動することを明らかにした。より詳細には、これらの音響波は、電気化学的発電機ＧＥの端子における電気信号ＳＥの印加によって駆動される低機械的応力およびその解放によって生成される。したがって、電気信号ＳＥの印加は、音響センサＣＡの誤動作がないとき、前記音響センサＣＡによる音信号ＳＡの測定を駆動する。

また、方法１００は、測定された音響信号ＳＡの振幅が所定の閾値を下回る場合に、音響センサＣＡの誤動作を検出する第３のステップ１０３を含む。一実施形態によると、検討される音響信号ＳＡの振幅は、所与の基準周波数で測定される振幅の値である。一実施形態によると、検討される音響信号ＳＡの振幅は、特定の周波数において（例えば、受信した信号の振幅が最大となる周波数において）測定される値、または所与の帯域幅にわたり（例えば、電気信号ＳＥによって掃引される周波数範囲の全てまたは一部のにわたり）測定される音響振幅の平均値である。誤動作を検出するステップの例を図４に示すが、誤動作は、例えば、音響センサＣＡの部分的な分離による、音響センサＣＡのデカップリングからなる。図４は、音響センサＣＡと電気化学的発電機ＧＥとの結合が良好である状況、および音響センサＣＡと電気化学的発電機ＧＥとの結合が不十分である状況について、測定された信号ＳＡの強度（信号の強度は、パケット波形の継続時間中に測定された信号の振幅の積分として定義される；信号の強度は、利得に依存せず、受信した信号の全ダイナミックレンジにわたり計算される）を、信号の周波数にしたがって示す。この図に見るように、音響センサが電気化学的発電機ＧＥに正しく結合されているとき、所定の電気信号ＳＥについて測定された音響信号ＳＡは、周波数に応じた信号の強度に特有である変化を有する。このカーブは、特に検出の較正に使用され得る。音響センサＣＡと電気化学的発電機ＧＥとの結合が悪化すると、前記音響センサＣＡで測定された信号の周波数にしたがって、信号の強度の分布が変更され、誤動作が検出され得る。図４の例では、１５０ｋＨｚから２００ｋＨｚの間で測定された信号の振幅の平均値を、測定された振幅の基準とすることができる。変更は、漸進的（分離が少しずつ起こる）であり得、または逆に突然起こることに注意する。

音響センサＣＡの状態に関するフォローアップを行うことが望ましい場合、一実施形態において、電気信号ＳＥを印加する第１のステップ１０１および音響信号ＳＡを測定する第２のステップ１０２は、検出周波数と呼ばれる所与の周波数で繰り返される。したがって、音響センサＣＡの状態は検出周波数で検証される。

図１Ａに示される発明の第２の態様は、計算手段ＭＣ、電気化学的発電機ＧＥに結合されることを意図された音響センサＣＡを備えるデバイスＤＭに関し、前記デバイスは、本発明の第１の態様に従って検出するための方法１００を実行するように構成される。音響センサＣＡは、例えば、圧電センサ、特に、セラミックまたは圧電ポリマー基体を有するセンサであり得る。例えば、音響センサＣＡは、ＰＺＴ（ジルコニウム酸チタン酸鉛）からなる圧電体を含むことができ、これが、図２Ａに示すような狭い共振（概ね１０ｋＨｚと数百ｋＨｚの間）を有するセンサを得ることを可能にする。別の例では、音響センサは、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）からなる圧電体を含むことができ、これが、図２Ｂに示されるような広い共振（概して、数ｋＨｚと数ＭＨｚの間）を有するセンサを得ることを可能にする。前記センサＣＡと電気化学的発電機ＧＥの間の結合は、例えば、前記発電機ＧＥの壁面にセンサを接着することによって得られる。電気化学的発電機ＧＥは、特に、バッテリーまたは燃料電池の形態を有することができる。より一般的には、電気化学的発電機ＧＥという言葉は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換することを可能にするデバイスを意味する。一実施形態によると、電気化学的発電機は管理するためのユニットを備え、計算手段ＭＣは、電気信号ＳＥを電気化学的発電機ＧＥに印加するような方法で、前記管理するためのユニットに接続するための手段を備える。一実施形態によると、デバイスＤＭは、電気化学的発電機ＧＥの端子に電気信号ＳＥを印加できるような方法で、電機信号発生器ＧＳ、例えば任意信号発生器またはポテンショスタットを備える。デバイスＤＭが検出を可能にする誤動作は、いくつかの起源を有し得る。例えば、誤動作は、センサＣＡ自身の問題によるものであっても、または、センサＣＡと電気化学的発電機ＧＥとの間の結合が失われるという結果になる、センサＣＡの全部または部分的な分離によるものであってもよい。本誤動作は、音響センサＣＡの性能における偏差にも関係することができる。計算手段ＭＣは、メモリ、ＦＰＧＡ、またはＡＳＩＣ基板と関連付けられたプロセッサの形態をとることができる。また、計算手段ＭＣは、本発明の第１の態様に従って、デバイスＤＭが方法１００を実行することを可能にする命令を記憶するためのメモリを備えることができる。計算手段ＭＣは、音響センサによって受信した信号を受信するための手段を備える。一実施形態によると、それは、音響センサＣＡから受信した音響信号ＳＡを処理するための手段（例えば、フィルタリング、または、振幅などの信号の大きさの平均値を計算する）も含む。また、それは、電気化学的発電機または発生器を管理するためのユニットを制御するような方法で、命令を送る手段を備える。したがって、電気信号は、計算手段の制御によって生成され得る。一実施形態によると、デバイスは、ユーザが音響センサＣＡの正しい動作の２つの検証を分離する時間のインターバルのような、方法１００の１つまたはいくつかのパラメータを選択できるような方法で、キー入力のための手段、例えばキーボードを備える。デバイスＤＭは、誤動作が検出されたときに誤動作を表示するための、表示するための手段、例えばスクリーンを含むこともできる。有利には、デバイスＤＭは、キー入力および表示を可能にするタッチスクリーンを備える。

Claims (9)

1. 電気化学的発電機（ＧＥ）に結合された音響センサ（ＣＡ）の誤動作を検出するための方法（１００）であって、
   - 信号周波数および信号振幅と呼ばれる、所与の振動数および所与の振幅で電気信号（ＳＥ）を印加する第１のステップ（１０１）、
   - 電気信号（ＳＥ）の印加に応答して、電気化学的発電機（ＧＥ）によって放射される音響信号（ＳＡ）を、音響センサ（ＣＡ）によって測定する第２のステップ（１０２）、
   - 音響信号（ＳＡ）の振幅が所定の閾値を下回っているときに、音響センサ（ＣＡ）の誤動作を検出する第３のステップ（１０３）
   を含み、
   電気化学的発電機（ＧＥ）の正常動作に対応する電気信号に、電気信号（ＳＥ）が重畳される、方法（１００）。
2. 音響センサ（ＣＡ）が共振周波数を有し、信号周波数（ＳＥ）が前記共振周波数に従って選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法（１００）。
3. 電気信号（ＳＥ）を印加する第１のステップ（１０１）と、音響信号（ＳＡ）を測定する第２のステップ（１０２）とが、検出周波数と呼ばれる所与の周波数で繰り返されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（１００）。
4. 検討される音響信号（ＳＡ）の振幅が、所与の帯域幅にわたり測定される音響信号（ＳＡ）の振幅の平均値であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
5. 印加される電気信号（ＳＥ）が正弦の、長方形の、三角形の形を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（１００）。
6. 方法が、電気信号（ＳＥ）を印加する第１のステップ（１０１）の前に、閾値と信号振幅とが確定される較正のステップ（ＡＮＤ）を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（１００）。
7. 計算手段（ＭＣ）と、前記電気化学的発電機（ＧＥ）に結合されることが意図された音響センサ（ＣＡ）とを備えるデバイス（ＤＭ）であって、請求項１から６のいずれか一項に記載の検出のための方法（１００）を実行するように構成されていることを特徴とする、デバイス（ＤＭ）。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（１００）のステップを実行するように、請求項７に記載のデバイス（ＤＭ）を導く命令を備える、コンピュータプログラム。
9. 請求項８に記載のコンピュータプログラムが記録されている、コンピュータ可読記憶媒体。

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