KR101585817B1 - 진동 센서, 외부 환경 검출 장치 - Google Patents

Abstract

외부 진동에 의한 제1 기판과 제2 기판의 상대적인 위치 변화에 수반하여, 일렉트릿군과 전극군과의 위치 관계가 변화함에 의해, 외부 진동의 검출 신호를 출력하는 진동 센서이다. 그리고, 전극군은 2 이상의 소정 상수로 구분되어, 상마다 외부 진동에 응한 전기 신호를 생성 가능한 소전극군이 형성되고, 전극군에, 그 전극군에 포함되는 인접하는 전극 사이에, 복수의 소전극군에서 생성되는 전기 신호의 각각의 사이에 소정의 위상차를 생기게 하는 위상차 발생 간격이, 소정 상수에 응하여 마련된다. 그리고, 외부 진동에 의한 제1 기판과 제2 기판의 상대적인 위치 변화의 결과, 복수의 소전극군에서 생성되는 전기 신호를 서로 겹처서 형성한 신호를, 외부 진동의 검출 신호로서 출력한다. 이에 의해, 일렉트릿을 이용하여 외부 진동을 검출하는, 간편성이 높은 진동 센서를 제공한다.

Description

진동 센서, 외부 환경 검출 장치{VIBRATION SENSOR AND EXTERNAL ENVIRONMENT DETECTION DEVICE}

본 발명은, 외부 진동을 검출하는 진동 센서, 및 외부 진동을 포함하는 환경 파라미터를 검출하는 검출 장치에 관한 것이다.

요즘의 에너지 절약의 흐름으로부터, 화석 연료 등에 의존하지 않는 일상적으로 존재하는 환경 에너지가 주목되고 있다. 환경 에너지로서 태양광 또는 풍력 등에 의한 발전 에너지는 널리 알려져 있지만, 이들에 뒤떨어지지 않는 에너지 밀도를 갖는 환경 에너지로서, 일상 주위에 존재한 진동 에너지를 들 수 있다.

그리고, 이 진동 에너지를 이용하여 발전을 행하는 진동 발전 장치가 개발되어 있고, 그 발전 장치에는 전하를 반영구적으로 유지할 수 있는 일렉트릿이 널리 이용되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 당해 기술에서는, 일렉트릿을 이용한 발전 장치에 있어서, 발전을 위해 왕복 운동하는 가동 기판의 이동 방향이 2개 이상이 다른 방향으로 설정된다. 이에 의해, 외부 진동을 효율적으로 발전 장치에 모아서, 그 진동에 의한 발전을 행할 수가 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개2009-284240호 공보

종래로부터 개발되어 있는 일렉트릿을 이용한 진동 발전 장치는, 일반적으로는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 서로 대향한 상태를 유지한 채로 상대이동(相對移動)이 가능하게 되도록 구성된 한 쌍의 기판(21, 25)을 가지며, 그 한쪽에 즐치형상(櫛齒狀)으로 일렉트릿(22)과 가드 전극(23)을 배치하고, 또 한쪽에 한 쌍의 전극(26, 27)을 배치한 구성을 갖는다. 그 때문에 외부 진동이 이 진동 발전 장치에 부여되면, 일렉트릿(22)이 한 쌍의 전극(26, 27)에 대해 상대이동함으로써, 일렉트릿(22)이 복수의 쌍(對)의 전극(26, 27)을 가로지르게 된다. 그 때문에, 도 8A, 도 8B에 도시하는 바와 같이, 외부 진동의 주기에 대응하는 발전 전압의 파형에, 가로지른 전극수에 응한 리플 전압이 중첩된 출력이, 정류기(28) 후에 얻어지게 된다. 이와 같이 종래 기술에서는, 일렉트릿을 이용한 진동 발전 장치의 개발이 행하여지고 있다.

여기서, 진동 발전 장치의 출력 전압은, 발전 출력면서, 외부 진동의 진동 정보를 포함하는 진동 검출 신호이기도 하다. 그러나, 상기한 바와 같이, 일렉트릿을 이용한 진동 발전 장치에서는, 외부 진동의 주기에 대응한 발전 전압에 리플 전압이 중첩된 전압이 출력되는데, 이 리플 전압 중첩의 정도는, 외부 진동에 의한 일렉트릿과 즐치(櫛齒)전극의 상대이동의 크기에 의해 변동한다. 그 때문에, 리플 전압이 중첩된 직접적인 발전의 출력 전압으로부터, 외부 진동의 상황을 곧바로 파악할 수가 없어서, 리플 전압의 주파수 검출이나, 발전 전압으로부터 리플 전압의 제거 등이 다양한 전기적인 처리가 필요해진다. 그 때문에, 외부 진동에 관한 처리를 행하기 위한 디바이스나, 그 디바이스를 구동하기 위한 전력이 필요하게 되고, 진동 발전 장치를 그대로 진동 검출 장치로서 사용하는데는 간편성이 좋다고는 할 수가 없다.

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 일렉트릿을 이용하여 외부 진동을 검출하는, 간편성이 높은 진동 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위해, 일렉트릿을 이용한 진동 센서에서, 외부 진동에 응한 전기 신호를 생성하는 구성을 복수 마련하고, 그 각 구성에서 생성되는 전기 신호 사이에는 소정의 위상차(位相差)가 포함됨과 함께, 그 소정의 위상차를 포함하는 각 구성부터의 전기 신호를 서로 겹침으로써, 외부 진동의 검출 신호로 하는 것으로 하였다. 소정의 위상차를 포함하는 전기 신호를 서로 겹침으로써, 일렉트릿이 복수의 전극을 가로지름으로써 생기는 리플 전압의 영향을 저감하는 것이 가능하게 되고, 이로써, 진동 센서의 간편성을 높일 수 있다.

상세하게는, 본 발명은, 서로 대향한 상태를 유지한 채로, 외부 진동에 의해 상대이동이 가능하게 되도록 구성된 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판의 일방의 면측에, 상기 상대이동 방향으로 병렬된 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과, 상기 제2 기판에서의 상기 일렉트릿군과 대향하는 면측에, 상기 상대이동 방향으로 병렬된 복수의 전극으로 이루어지는 전극군을 구비하고, 외부 진동에 의한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 상대적인 위치 변화에 수반하여, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군과의 위치 관계가 변화함에 의해, 외부 진동의 검출 신호를 출력하는 진동 센서이다. 그리고, 상기 전극군은 2 이상의 소정 상수(相數)로 구분되어, 상마다 외부 진동에 응한 전기 신호를 생성 가능한 소전극군이 형성되고, 상기 전극군 또는 상기 일렉트릿군의 어느 일방에, 그 전극군에 포함되는 인접하는 전극 사이 또는 그 일렉트릿군에 포함되는 인접하는 일렉트릿 사이에, 상기 복수의 소전극군에서 생성되는 전기 신호의 각각의 사이에 소정의 위상차를 생기게 하는 위상차 발생 간격이, 상기 소정 상수에 응하여 마련된다. 그리고, 본 발명에 관한 진동 센서는, 외부 진동에 의한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 상대적인 위치 변화의 결과, 상기 복수의 소전극군에서 생성되는 전기 신호를 서로 겹처서 형성한 신호를, 외부 진동의 검출 신호로서 출력한다.

본 발명에 관한 진동 센서는, 전하를 반영구적으로 유지할 수 있는 일렉트릿의 성질을 이용하고, 상대이동 가능한 2개의 기판에 마련된 전극군과 일렉트릿군과의 사이에서의 외부 진동에 응한 전하용량(電荷容量)의 변동이, 전극군으로부터 전기 신호로서 출력된다. 여기서, 상기 진동 센서에서는, 전극군이 2 이상의 소정 상수로 구분됨으로써 소전극군이 형성되어 있고, 이들 소정 상수의 소전극군에서, 상기 일렉트릿의 성질을 이용한 외부 진동에 응한 전기 신호가 생성되다. 또한, 본 발명에서의 소정 상수는, 후술하는 전기 신호의 겹침의 결과 얻어지는 외부 진동의 검출 신호의 정밀도를 실용적으로 좀 얻는 임의의 수(數)이면 좋고, 이론적으로는 소정 상수는 많을수록 바람직하지만, 진동 센서의 실용적인 설계 등의 관점, 예를 들면, 전극으로부터의 신호 취출 패드의 크기, 배치, 취출된 신호를 정류하기 위한 정류기에서의 전력 손실 등의 관점에서, 3 내지 6상(相) 정도가 타당하다. 물론, 본 발명에서서는, 진동 센서로서의 기능이 손상되지 않는 한에 있어서는, 더욱 많은 상수도 채용할 수 있다.

여기서, 상기 진동 센서에서는, 전극군 또는 일렉트릿군의 어느 일방에, 위상차 발생 간격이 마련된다. 이 위상차 발생 간격은, 그것이 전극군에 마련되어 있는 경우에는, 전극군에 포함되는 하나의 전극과, 당해 하나의 전극에 인접하는 전극과의 사이에 마련되는 전극 간격이고, 이 위상차 발생 간격의 존재에 의해, 소전극군에서 생성되는 외부 진동에 응한 전기 신호의 각각에 있어서, 각 전기 신호가 일치하지 않도록 소정의 위상차를 갖는 전기 신호가 된다. 즉, 제1의 기판과 제2의 기판이 상대이동함으로써, 일렉트릿군이 전극군에 포함되는 복수의 전극을 순차적으로 가로질러서 이동하고, 이 이동이 전극군에서 생성되는 전기 신호에 반영되는데, 전극군 중에 위상차 발생 간격이 있는 전극 사이에서의 전극 간격으로서 마련됨으로써, 각각의 소전극군에서 생성되는 전기 신호 사이에 시간적인 어긋남(즉 위상차)이 생기게 된다. 이 위상차 발생 간격의 배치에 의한 시간적인 어긋남의 생성에 관해서는, 위상차 발생 간격이 일렉트릿군에 포함되는 일렉트릿끼리의 간격으로서 배치되어 있는 경우도 마찬가지이다. 긴요한 것은, 상대적으로 이동하는 전극군과 일렉트릿군과의 사이에서, 소전극군에서의 생성 전기 신호에 위상차를 생기게 하기 위해, 전극군과 일렉트릿군의 어느 일방에 위상차 발생 간격이 배치되면 좋다는 것이다.

그리고, 위상차 발생 간격의 존재에 의해 부여된 외부 진동이 소전극군에서 상응하는 위상차를 포함한 전기 신호를 생성한다. 본 발명에 관한 진동 센서에서는, 이 전기 신호가 서로 겹쳐져서 외부 진동의 검출 신호로서 출력된다. 각 소전극군에 의한 전기 신호는, 외부 진동의 주파수에 준거한 주파수를 기초로 하여, 그것에 일렉트릿군에 포함되는 일렉트릿이, 전극군에 포함되는 전극을 가로질러감으로써 발생하는 리플 전압 신호가 중첩된 것이다. 그러나, 각 전극군에 의한 전기 신호는, 각각에 위상차 발생 간격에 기인하는 위상차가 포함되어 있기 때문에, 그들의 전기 신호가 서로 겹쳐져도, 위상차의 존재에 의해 리플 전압 신호의 서로 겹쳐짐이 회피되고, 또는, 리플 전압 신호의 서로 겹쳐짐이 부분적인 것으로 되고, 결과로서, 외부 진동에 준거한 기초 신호에 대한 리플 전압 신호의 영향 정도를 완화시킬 수 있다. 따라서 상기한 바와 같이, 서로 겹쳐져서 형성된 신호는, 일렉트릿을 이용한 외부 진동의 검출에서 종래 기술에서는 해결할 수가 없었던 리플 전압의 영향을 완화하는 것이고, 당해 신호를 외부 진동의 검출 신호로서 이용함으로써, 진동 센서의 간편성을 향상시킬 수 있다.

또한, 소전극군에 의한 생성 전기 신호에 포함되는 소정의 위상차는, 상술한 바와 같이, 외부 진동에 준거한 기초 신호에 대한 리플 전압 신호의 영향 정도를 완화시키는 요소로서 중요한 것이고, 실용적인 진동 센서에서는, 전극이나 일렉트릿의 구체적인 구조나 크기 등에 의거하여, 상기 완화 효과가 현저해지도록 위상차 발생 간격이 적절히 설정되면 좋다. 여기서, 이 소정의 위상차를 만들어 내는 위상차 발생 간격의 구체적인 구성에 관해, 한 예를 든다. 예를 들면, 상기한 진동 센서에서, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군 중 일방이, 그 군에 포함되는 전극 사이의 간격 또는 일렉트릿 사이의 간격이 일정하게 되는 균등배치군(均等配置群)이 되고, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군 중 타방이, 그 군에 포함되는 전극 또는 일렉트릿의 배치에서 상기 위상차 발생 간격이 포함되는 비(非)균등배치군이 된다. 이 경우, 상기 균등배치군에서의 인접하는 전극 사이의 간격 또는 인접하는 일렉트릿 사이의 간격은, 상기 비균등배치군에서의, 상기 위상차 발생 간격 이외의, 전극 사이의 간격 또는 인접하는 일렉트릿 사이의 간격과 개략 동일하게 설정되어도 좋다. 이와 같이 구성된 진동 센서에서는, 일렉트릿군에 포함되는 일렉트릿끼리의 간격과 전극군에 포함되는 전극끼리의 간격 중에, 상기 위상차 발생 간격을 존재시킴으로써, 소전극군에 의해 생성되는 소정 상수에 응한 전기 신호에, 상술한 리플 전압 신호의 영향을 완화시키기 위한 소정의 위상차를 포함시킬 수 있고, 따라서 그들의 전기 신호를 중첩시켜, 외부 진동의 검출 신호를 형성할 수 있다.

여기서, 상기한 진동 센서에서, 상기 위상차 발생 간격(A1)은, 상기 전극의 폭 또는 상기 일렉트릿의 폭을 W, 상기 비균등배치군에서의, 그 위상차 발생 간격 이외의, 전극 사이의 간격 또는 인접하는 일렉트릿 사이의 간격을 A, 상기 소정 상수를 N이라고 한 경우, A1=A±(W+A)/N의 식으로 표시되어도 좋다. 이 경우, 소전극군에 의해 생성되는 전기 신호의 각각에, 평균적으로 소정의 위상차를 포함시킬 수 있고, 서로 겹처서 형성된 외부 진동의 검출 신호에서, 특정한 소전극군에 의한 생성 전기 신호의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다.

여기서, 상술한 바와 같은 진동 센서에서의 위상차 발생 간격의 배치에 관해, 보다 상세히 설명한다. 당해 배치의 한 예로서, 상술한 바와 같은 진동 센서로, 상기 제2 기판에서, 상기 소정 상수의 소전극군의 각각은, 그 소전극군마다 상기 상대이동 방향으로 순차적으로 병렬되고, 인접하는 그 소전극군의 사이의 전극 간격이 상기 위상차 발생 간격으로 설정되는 구성을 채용하여도 좋다. 이와 같은 구성에서는, 일렉트릿군측에는 위상차 발생 간격은 마련되지 않고, 하나의 소전극군과 그것에 인접하는 소전극군과의 사이의 전극 간격이 위상차 발생 간격이 되고, 이에 의해, 각각의 소전극군에서 생성되는 전기 신호에 소정의 위상차가 포함되게 된다.

또한, 전극군측에 위상차 발생 간격을 배치하는 다른 예로서는, 상술한 바와 같은 진동 센서로, 상기 제2 기판에서, 상기 소정 상수의 소전극군 각각은, 그 소전극군마다 상기 상대이동 방향과 다른 방향에, 또한 소전극군끼리가 겹쳐지지 않도록 병렬되고, 그리고, 상기 소정 상수의 소전극군의 병렬된 방향에서의 인접하는 그 소전극군의, 상기 상대이동 방향에서의 전극 간격이 상기 위상차 발생 간격으로 설정되는 구성을 채용하여도 좋다. 즉, 소정 상수의 소전극군을, 상대이동 방향과는 다른 방향으로 나열하는 것으로도, 상대이동 방향에 따라 소전극군끼리의 전극 간격을 위상차 발생 간격으로 설정할 수 있으면, 상술한 바와 같은 예와 마찬가지로, 외부 진동에 의해 소전극군에서 생성되는 전기 신호에 소정의 위상차가 포함되고, 각각의 생성 전기 신호를 서로 겹침으로써, 리플 전압의 영향을 완화시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 상대이동 방향과는 다른 방향으로서, 각 소전극군이 배치할 수 있고, 또한 위상차 발생 간격이 설정 가능한 한에서는, 상대이동 방향으로 겹쳐지지 않는 임의의 방향(예를 들면, 상대이동 방향에 수직한 방향 등)을 채용할 수 있다.

전극군측에서의 위상차 발생 간격의 배치에 관해서는, 상술한 바와 같은 구성을 채용할 수 있지만, 이들의 구성 이외의 구성도 채용 가능하다. 즉, 진동 센서의 실용성 등을 고려하여, 소정 상수로 구분된 전극군에서, 소정의 위상차를 포함하는, 외부 진동에 응한 전기 신호를 생성하는 한에 있어서, 다양한 위상차 발생 간격의 배치 구성을 채용할 수 있다.

다음에, 일렉트릿군측에 위상차 발생 간격을 배치하는 예에 관해 설명한다. 예를 들면, 상술한 바와 같은 진동 센서에, 상기 일렉트릿군이 상기 소정 상수로 구분되어, 소(小)일렉트릿군이 형성되고, 그리고, 상기 제1 기판에서, 상기 소일렉트릿군의 각각은, 그 소일렉트릿군마다 상기 상대이동 방향으로 순차적으로 병렬되고, 인접하는 그 소일렉트릿군의 사이의 일렉트릿 간격이 상기 위상차 발생 간격으로 설정되는 구성을 채용할 수 있다. 이와 같은 구성에 관한 소일렉트릿군은, 상기한 바와 같이, 위상차 발생 간격에 의해, 구조적으로 구별할 수 있는 일렉트릿의 통합으로서 관념(觀念)되는 것이다. 그리고, 당해 구성을 채용하는 진동 센서에서는, 일렉트릿군에서, 위상차 발생 간격을 끼우고 소일렉트릿군이 순차적으로 상대이동 방향에 따라 병렬됨에 의해, 일렉트릿군에 대향하여 배치되어 있는 소전극군에 의한 전기 신호에, 소정의 위상차가 포함되게 된다.

여기서, 본 발명을, 상술한 바와 같은 진동 센서와는 다른 측면에서 파악할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같은 진동 센서에서는, 전극군 또는 일렉트릿군의 어느 하나에 위상차 발생 간격을 배치시킴으로써, 소전극군에 의한 생성 전기 신호에 소정의 위상차를 포함하는 것으로 하였지만, 그에 대신하여, 진동 센서를, 전극군과 일렉트릿군을 구비한 진동 검출 유닛을 소정 상수 구비한 구성으로 하고, 그리고, 각 진동 검출 유닛으로부터의 출력 신호가 소정의 위상차를 포함하도록, 각 진동 검출 유닛에서의 전극군과 일렉트릿군과의 상대 위치 관계가 조정된다. 이와 같이 함으로써, 각 진동 검출 유닛으로부터의 출력 신호를 서로 겹침으로써, 외부 진동의 검출 신호를 형성할 수 있고, 당해 구성은, 진동 센서의 간편성의 향상에 이바지하는 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명에 관한 진동 센서는, 서로 대향한 상태를 유지한 채로, 외부 진동에 의해 상대이동이 가능하게 되도록 구성된 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판의 일방의 면측에, 상기 상대이동 방향으로 병렬된 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과, 상기 제2 기판에서의 상기 일렉트릿군과 대향하는 면측에, 상기 상대이동 방향으로 병렬된 복수의 전극으로 이루어지는 전극군을 구비하고, 외부 진동에 의한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 상대적인 위치 변화에 수반하여, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군과의 위치 관계가 변화함에 의해, 외부 진동에 응한 전기 신호를 출력하는 진동 검출 유닛을, 소정 상수 포함하여 이루어지는 진동 센서이다. 그리고, 상기 소정 상수의 진동 검출 유닛에 대해 동일한 외부 진동이 부여된 때, 그 소정 상수의 진동 검출 유닛의 각각으로부터 출력되는 전기 신호의 사이에 소정의 위상차가 생기도록, 그 진동 검출 유닛 사이에서, 각 진동 검출 유닛이 갖는 전기 일렉트릿군과 상기 전극군의 상대 위치 관계에서 상기 상대이동 방향에 따른 소정의 위치 어긋남이 설정되고, 상기 진동 센서에 외부 진동이 부여된 결과, 상기 소정 상수의 진동 검출 유닛의 각각으로부터 출력되는 전기 신호를 서로 겹처서 형성한 신호를, 외부 진동의 검출 신호로서 출력한다.

여기서, 본 발명은, 상술한 바와 같은 진동 센서를 포함하는 외부 환경 검출 장치로서 파악하 ㄹ수도 있다. 당해 외부 환경 검출 장치는, 적어도 외부 진동을 포함하는 외부 환경에 관한 파라미터를 검출하기 위한 장치이고, 상세하게는, 상술한 바와 같은 진동 센서를 포함하는 외부 환경 검출 장치로서, 상기 진동 센서는, 상기 외부 진동의 검출 신호를 발전 출력으로서 발전하는 진동 발전 장치로서도 기능하고, 상기 진동 센서에 의한 발전 전력을 축전하는 축전부와, 상기 진동 센서에 의해 출력된 상기 외부 진동의 검출 신호에 관한 신호 처리를 행하는 처리부를 구비한다. 즉, 본 발명에 관한 진동 센서는, 외부 진동의 검출 외에, 축전부에 축전되고, 처리부에 의한 신호 처리를 위해 사용되는 전력을 발전한 발전 장치로서도 기능한다. 이와 같은 구성을 갖는 외부 환경 검출 장치는, 외부 진동의 검출에 더하여, 검출된 외부 신호의 신호 처리에 필요로 하는 전력의 공급을, 장치 자신에서 마련하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 외부로부터의 전력 공급을 필요로 하지 않아, 넓은 용도에서 외부 환경 검출 장치가 사용할 수 있다.

나아가서는, 상기 외부 환경 검출 장치에서, 외부 진동 이외의, 소정의 환경 파라미터를 검출한 환경 파라미터 센서를, 또한 구비하고, 상기 처리부는, 상기 축전부에 축전된 전력을 이용하여, 상기 환경 파라미터 센서의 구동 및/또는 그 환경 파라미터 센서에 의한 검출 신호에 관한 신호 처리를 행하여도 좋다. 이와 같은 구성에 의해, 외부 진동 이외의 환경 파라미터에 대해서도, 그 검출 및/또는 그 신호 처리를 외부로부터의 공급 전력에 의지하는 일 없이 실현할 수 있다.

일렉트릿을 이용하여 외부 진동을 검출하는, 간편성이 높은 진동 센서를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시례에 관한 진동 센서의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2A는 도 1에 도시하는 진동 센서의 각 소전극군에서 생성되는 전기 신호를 비교하여 도시하는 도면.
도 2B는 도 2A에서 도시하는 전기 신호를 서로 겹친 신호를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제2의 실시례에 관한 진동 센서의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 4A는 본 발명의 제3의 실시례에 관한 진동 센서의 개략 구성을 도시하는 제1의 도면.
도 4B는 본 발명의 제3의 실시례에 관한 진동 센서의 개략 구성을 도시하는 제2의 도면.
도 5는 본 발명에 관한 진동 센서를 포함하고, 진동 등의 환경 파라미터를 검출하는 외부 환경 검출 장치를 이용한, 정보 수집을 가능하게 하는 시스템의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 6은 도 5에 도시하는 외부 환경 검출 장치에서 발휘되는 기능을 이미지화한 기능 블록도.
도 7은 종래례에 관한 진동 센서의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 8A는 도 7에 도시하는 진동 센서에 의한, 외부 진동의 검출 신호를 도시하는 제1의 도면.
도 8B는 도 7에 도시하는 진동 센서에 의한, 외부 진동의 검출 신호를 도시하는 제2의 도면.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명의 진동 센서(10)에 관해 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태의 구성은 예시이고, 본 발명은 이 실시의 형태의 구성으로 한정되는 것이 아니다.

실시례 1

도 1은, 본 발명에 관한 진동 센서(10)의 개략 구성을 도시한다. 또한, 도 1은 진동 센서(10)를 종단면, 즉 ZX 평면으로 절단한 때의 단면도이다. 진동 센서(10)는, 도시하지 않은 몸체의 내부에 수납된 제1 기판(1) 및 제2 기판(5)을 구비하고 있다. 제1 기판(1)과, 제2 기판(5)은, 서로 대향한 상태를 유지한 채로, 상대적으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 본 실시례에서는, 제2 기판(5)은 몸체에 고정되어 있다. 이것에 대해, 제1 기판(1)은, 그 양단이 각각 스프링에 의해 몸체에 연결되어 있기 때문에, 제1 기판(1) 그 자체는, 외부 진동에 의해 몸체에 대해 이동(진동)하도록 구성되어 있다.

또한, 제1 기판(1)과 제2 기판(5)은, 서로 대향한 상태에서, 또한 서로 평행한 상태를 유지한 채로, 즉 대향하는 면의 간격이 일정한 상태를 유지한 채로, 상대적으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해, 후술하는 바와 같이 제1 기판(1)측의 일렉트릿(2)의 작용에 의해 제2 기판(5)측의 한 쌍의 전극(6, 7)에서 전기 신호를 생성하는 것이 가능해진다. 이 전기 신호의 생성 원리에 관해서는 종래 기술이기 때문에, 본 명세서에서는 그 상세한 설명은 할애한다. 또한, 제1 기판(1)과 제2 기판(5)과의 사이의 간격을 유지하는 구성, 즉 양자의 원활한 상대이동을 유지하기 위한 구성은, 상기 전기 신호의 생성 성능을 높이기 위해 중요하지만, 본원 발명의 핵심으로부터 벗어나는 것이기 때문에, 본 명세서에서는 언급은 삼가하기로 한다.

여기서, 제1 기판(1)측의 구조에 관해 설명한다. 제1 기판(1)에서의 제2 기판(5)과의 대향면측에는, 각각 도전체상에 형성된 복수의 일렉트릿(2)과, 어느 것이나 접지되지 않은 복수의 가드 전극(4)이, 제1 기판(1)과 제2 기판(5)과의 상대적인 이동 방향(도면 중의 진동 방향)에 따라고 교대로 병렬하도록 배치되어 있다. 이 복수의 일렉트릿(2)이, 본 발명에 관한 일렉트릿군에 상응한다. 이 복수의 일렉트릿(2)과 복수의 가드 전극(4)은 각각 빗살형상(櫛狀)으로 형성되고, 각각의 일렉트릿(2)과, 각각의 가드 전극(4)이 포개넣은 상자모양(入子狀)으로 배치되어 있는데, 상기한 바와 같이, 도 1은 ZX 단면도이기 때문에, 일렉트릿(2)과 가드 전극(4)이 교대로 배치되어 있는 것처럼 도시된다. 본 실시 형태에서는, 일렉트릿(2)은 마이너스의 전하를 반영구적으로 유지하도록 구성되어 있다. 이와 같이 일렉트릿(2)과 가드 전극(4)이 교대로 병렬하는 배치에서, 상대이동 방향에서의 일렉트릿(2)의 폭(이하, 단지 「일렉트릿(2)의 폭」이라고 한다)과, 마찬가지로 상대이동 방향에서의 가드 전극(4)의 폭(이하, 단지 「가드 전극(4)의 폭」이라고 한다)은 함께 w가 되고, 인접하는 일렉트릿(2)과 가드 전극(4)과의 상대이동 방향에서의 간격(이하, 단지 「일렉트릿(2)과 가드 전극(4)과의 간격」이라고 한다)은 a가 된다.

또한, 가드 전극(4)에 관해서는, 본 실시례에서는 상기한 바와 같이 접지시키지 않는 구성을 채용하고 있지만, 그에 대신하여 접지시키는 구성을 채용하여도 좋다. 가드 전극(4)을 접지시킴으로써, 후술하는 제1 전극(6)과 제2 전극(7)에 의해 외부 진동에 응한 전기 신호를 0V를 중심으로 한 안정된 신호로서 취출할 수 있기 때문에, 안정된 외부 진동의 검출을 위해서는 유용하다.

다음에, 제2 기판(5)측의 구조에 관해 설명한다. 제2 기판(5)에서의 제1 기판(1)과의 대향면측에는, 한 쌍의 전극(제1 전극(6)과 제1 전극(7)이라고 칭한다)을 1조(組)로 하는 하나 또는 복수조의 전극으로 구성되는 각 상마다의 소전극군이 형성되어 있다. 또한, 본 실시례에서는, 소전극군의 수를 결정한 상수(相數)는 3으로 하고, 각각을 A상, B상, C상이라고 칭함과 함께, 제1 전극(6)과 제2 전극(7)에 관해서는, 그것들이 속한 상을 명시하는 경우에는, 참조 번호(6, 7)에 계속해서, 상을 나타내는 A, B, C를 첨부하기로 한다(이와 같이 상을 수반하는 참조 번호의 기재에 관해서는, 후술하는 정류기(11) 등에 대해서도 마찬가지이다). 또한, 도 1에서는 설명을 간편하게 하기 위해, 하나의 소전극군에 포함되는 제1 전극(6)과 제2 전극(7)의 조수(組數)는 1로 하고, 상대이동 방향에 따라, A상, B상, C상의 순서로, 반복하여 소전극군이 배치된다.

본 실시례에서는, 복수의 일렉트릿(2)을 갖는 제1 기판(1)의 제2 기판(5)에 대한 상대적인 위치 변동에 기인하여, 소전극군마다, 당해 상대적 위치 변동(진동)에 응한 전기 신호가 생성되고, 각각이 독립하여 정류기에 의해 정류된다. 구체적으로는, A상에 속하는 소전극군(제1 전극(6A)과 제2 전극(7A))에서 생성된 전기 신호는, 정류기(11A)에 전달된다. 또한, 그에 병행하여, B상에 속하는 소전극군(제1 전극(6B)과 제2 전극(7B))에서 생성되는 전기 신호는, 정류기(11B)에 전달되고, C상에 속하는 소전극군(제1 전극(6C)과 제2 전극(7C))에서 생성되는 전기 신호는, 정류기(11C)에 전달된다. 그리고, 각 정류기를 통과한 후의 전기 신호(P1, P2, P3)는, 서로 겹쳐져서 출력(P)이 된다.

이와 같이 제2 기판(5)에서의 각 상에 응한 소전극군이 순차적으로 병렬하는 배치에서, 상대이동 방향에서의 제1 전극(6) 및 제2 전극(7)의 폭(이하, 단지 「전극폭」이라고 한다)은, 상기 일렉트릿(2)의 폭과 같이 w가 된다. 또한, 각 상에 응한 하나의 소전극군 내에서의 제1 전극(6)과 제2 전극(7)과의 상대이동 방향에서의 간격(이하, 단지 「소전극군 내의 전극 간격」라고 한다)은, 상기 일렉트릿(2)과 가드 전극(4)과의 간격과 같이 a가 된다. 한편으로, 하나의 상에 응한 소전극군과 그것에 인접하는 소전극군과의 사이의 상대이동 방향에서의 전극 간격(예를 들면, A상에 대응하는 소전극군의 제2 전극(7A)과, B상에 대응하는 소전극군의 제1 전극(6B)과의 사이의 전극 간격이고, 당해 전극 간격은, 이하, 「소전극군끼리의 전극 간격」이라고 한다)은, 상기 소전극군 내의 전극 간격(a)과는 달리, a+Δ가 된다. 즉, 상과 상과의 사이의 전극은, 상 내의 전극 간격과 다르도록 설정되게 된다.

그리고, 상기 소전극군끼리의 전극 간격(a+Δ)에 있어서, Δ는, 이하의 식으로 결정된다.

Δ=(w+a)/n

n : 상수(본 실시례의 경우는 3)

이와 같이 소전극군끼리의 전극 간격을 설정함으로써, 외부 진동에 의해 제1 기판(1)이 제2 기판(5)에 대해 상대이동을 행한 때, 각 소전극군에서 생성되는 전기 신호 사이에, 소정의 위상차(시간 지연)를 포함시키는 것이 가능하다. 즉, 제1 기판(1)측에서는, 소전극군이 속한 상에 관계없이, 어느 일렉트릿(2)과 가드 전극(4)과의 간격은, 일정한 a이지만, 제2 기판측에서는, 소전극군 내의 전극 간격과, 소전극군끼리의 전극 간격이 다르기 때문에, 일렉트릿(2)이 이 소전극군끼리의 전극 간격(a+Δ)를 가로지를 때에, a+Δ와 a의 차분인 Δ에 응한 위상차가 각 소전극군에서 생성되는 전기 신호에 반영되고, 그 한 예를, 도 2A에 도시한다. 도 2A의 상단은 A상에 대응하는 제1 전극(6A)과 제2 전극(7A) 사이의 생성 전기 신호(P1)이고, 중단은 B상에 대응하는 제1 전극(6B)과 제2 전극(7B) 사이의 생성 전기 신호(P2)이고, 상단은 C상에 대응하는 제1 전극(6C)과 제2 전극(7C) 사이의 생성 전기 신호(P3)이다. Δ를 상기와 같이 결정함으로써, A상의 생성 전기 신호와 B상의 생성 전기 신호와의 위상차와, B상의 생성 전기 신호와 C상의 생성 전기 신호와의 위상차를 대강 동등하게 할 수 있다.

그리고, 본 발명에 관한 진동 센서(10)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 생성 전기 신호(P) 내지 P3)가 서로 겹쳐져서, 외부 진동의 검출 신호로서의 출력(P)이 된다. 이 서로 겹쳐져서 생성된 검출 신호(P)를 도 2B에 도시한다. 도 2A에 도시하는 상태에서는 리플 전압의 영향이 비교적 크지만, 이와 같이 각각 위상차를 포함하도록 조정된 각 소전극군에서의 생성 전기 신호를 서로 겹침으로써, 그 리플 전압의 영향을 완화시켜서, 외부 진동의 움직임에 극히 가까운 기본적인 진동을 나타내는 검출 신호를 형성할 수 있다. 이와 같이 외부 진동의 움직임에 극히 가까운 신호를 출력함에 의해, 리플 전압에 관한 신호 처리를 경유하지 않아도, 말하자면 직접적으로 외부 진동을 검출할 수 있도록 되기 때문에, 외부 진동을 검출하는 진동 센서로서의 간편성을 높일 수 있다.

또한, 도 1에 도시하는 소전극군끼리의 전극 간격(a+Δ)은, 본 발명에 관한 위상차 발생 간격에 상당하지만, 당해 간격은, 제2 기판(5)측이 아니라 제1 기판(1)측에 마련되어도 좋다. 이 경우, 제2 기판(5)에서는, 모든 전극 간격을 동등하게 a로 설정함과 함께, 제1 기판(1)에서는, 상수에 응하여, 상기 소전극군에 상당하는 일렉트릿(2)의 소군을 구분하는 간격을, 위상차 발생 간격으로서 마련하고, 그 간격의 크기를 a+Δ로 하면 좋다. 또한, 상기한 예에서는, 위상차 발생 간격으로서의 소전극군끼리의 전극 간격을 a+Δ로 설정하였지만, 그에 대신하여 a-Δ로 하여도 좋다. 이와 같이 설정해도, 도 2A에 도시하는 바와 같이, 상 사이의 생성 전기 신호의 위상차를 대강 동등하게 할 수 있다.

실시례 2

본 발명에 관한 진동 센서(10)의 제2의 실시례에 관해, 도 3에 의거하여 설명한다. 또한, 도 3은 진동 센서(10)의 제2 기판(5)측의 소전극군(제1 전극(6) 및 제2 전극 7)의, XY 평면에서의 배치를 도시하는 도면이다(또한, 도 3에서는 제1 기판(1)측의 구성은 생략하고 있다). 따라서, 도 3에서는 각 소전극군에 포함되는 제1 전극(6)과 제2 전극(7)의 빗살형상의 형상을 확인할 수 있다. 여기서, 상기 제1의 실시례에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 기판(1)과 제2 기판(5)의 상대이동 방향에 따라, 소전극군이, 상마다 순차적으로 배치되고, 그리고, 소전극군과 소전극군과의 사이의 전극 간격이, 본 발명에 관한 위상차 발생 간격으로 설정되어 있다. 이와 같이 제1 실시례는, 소전극군을 상대이동 방향에 따라 배치한 구성을 채용하였지만, 이 제2 실시례는, 소전극군을, 당해 상대이동 방향과는 다른 방향, 구체적으로는, 그에 대해 수직하게 되는 방향(Y방향)으로 병렬하는 구성을 채용한다.

구체적으로는, 도 3에 도시하는 바와 같이, A상에 대응하는 제1 전극(6A)과 제2 전극(7A)은 교대로 X방향으로 병렬되고, B상에 대응하는 제1 전극(6B)과 제2 전극(7B)은 교대로 X방향으로 병렬되고, C상에 대응하는 제1 전극(6C)과 제2 전극(7C)은 교대로 X방향으로 병렬되어 있다. 그리고, 각 상의 제1 전극(6)과 제2 전극(7)으로 이루어지는 소전극군은, Y방향으로 병렬된다. 또한, 각 소전극군에서, 전극의 크기, 형상, 전극 간격(상대이동 방향의 간격)은 동일하다. 말하자면, 제2 실시례에서는, 제2 기판(5)측의 전극 배치는 2차원적으로 전개되어 있다. 이와 같은 전극 배치가 이루어지는 제2 기판(5)에 대해, 제1 기판(1)의 일렉트릿(2) 등의 배치는, 기본적으로는 도 1에 도시하는 구성과 같고, 제2 기판(5)측의 3상분의 소전극군을 덮도록 배치된다.

여기서, A상에 대응하는 소전극군과, B상에 대응하는 소전극군과의 사이에는, 상대이동 방향에 따라 Δ의 어긋남이 설정되어 있고, 또한, B상에 대응하는 소전극군과, C상에 대응하는 소전극군과의 사이에는, 상대이동 방향에 따라 Δ의 어긋남이 설정되어 있다. 당해 Δ의 정의는, 제1의 실시례에서 나타낸 바와 같다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 외부 진동에 의해 제1 기판(1)이 제2 기판(5)에 대해 상대이동을 행하는 때는, Δ의 어긋남의 존재에 의해, 각 상에 대응하는 소전극군에서 생성되는 전기 신호에, 소정의 위상차를 포함시킬 수 있다(도 2A를 참조). 그리고, 도 2B에 도시하는 바와 같이, 각 소전극군에서 생성되는 전기 신호를 서로 겹침으로써, 리플 전압의 영향을 완화시킨, 외부 진동의 검출 신호를 출력할 수 있다. 이와 같이 제2 실시례에 나타내는 진동 센서(10)의 구성도, 본 발명의 위상차 발생 간격에 상당하는 Δ의 어긋남을 가지며, 이 구성은, 제1 실시례와 마찬가지로, 진동 센서의 간편성의 향상에 이바지하는 것이다.

실시례 3

본 발명에 관한 진동 센서(10)의 제3의 실시례에 관해, 도 4A 및 도 4B에 의거하여 설명한다. 도 4A는, 본 발명에 관한 진동 센서(15)의 개략 구성을 도시하는 도면이고, 진동 센서(15)는, A상, B상, C상에 대응하는 진동 검출 유닛(16A, 16B, 16C)으로부터의 생성 신호를 서로 겹침으로써, 외부 진동의 검출 신호를 출력하는 것이다. 또한, 본 실시례에서는, 각 상에 각각 4개의 진동 검출 유닛(16)이 배치되어 있다.

여기서, 본 실시례에 관한 진동 검출 유닛(16) 자체는, 기본적으로는, 도 7에 도시하는 종래 기술과 같은 일렉트릿(2)의 배치와 제1 전극(6), 제2 전극(7)의 배치 구성을 갖고 있다(도 4B를 참조. 단, 도 4B는, 상마다의 진동 검출 유닛의 차이를 이해할 수 있도록, 제1 기판(1)을 기준으로 하여, 제2 기판(5)을 상마다 비교한 도면이다). 따라서 단일한 진동 검출 유닛(16)에서는, 일렉트릿(2)의 폭, 가드 전극(4)의 폭, 제1 전극(6) 및 제2 전극(7)의 폭은, 모두 같은 w가 된다. 또한, 일렉트릿(2)과 가드 전극(4)의 간격, 제1 전극(6)과 제2 전극(7)의 전극 간격은, 모두 같은 a가 된다.

그러나, 본 실시례에서는, 진동 검출 유닛 사이에서, 각 진동 검출 유닛이 갖는 전기 일렉트릿(2)과 제1, 제2 전극(6, 7)의 상대 위치 관계에 있어서, 상대이동 방향에 따라 소정의 위치 어긋남이 설정되어 있다. 즉, 도 4B에 도시하는 바와 같이, A상에 대응하는 진동 검출 유닛(16A)에서의 제1 기판(1)상의 일렉트릿(2)과 제2 기판(5)상의 제1, 제2 전극(6, 7)의 상대 위치 관계를 기준으로 하면, B상에 대응하는 진동 검출 유닛(16B)에서는, 제1 기판(1)상의 일렉트릿(2)에 대해, 제2 기판(5)상의 제1, 제2 전극(6, 7)이 상대이동 방향으로 Δ만큼 위치 어긋나 있고, C상에 대응하는 진동 검출 유닛(16C)에서는, 제1 기판(1)상의 일렉트릿(2)에 대해, 제2 기판(5)상의 제1, 제2 전극(6, 7)이 상대이동 방향으로 2Δ만큼 위치 어긋나 있다. 또한, 당해 Δ의 정의는, 제1의 실시례에서 나타낸 바와 같다.

이와 같이 각 상에 대응하는 진동 검출 유닛 사이에서, 제1 기판(1)상의 일렉트릿(2)에 대한, 제2 기판(5)상의 제1, 제2 전극(6, 7)의 상대이동 방향에서의 위치를 어긋냄으로써, 외부 진동이 부여된 때에 각 상에 대응하는 진동 검출 유닛에서 생성되는 전기 신호에 도 2A에 도시하는 바와 같은 위상차를 포함시킬 수 있다. 외부 진동이 부여되면, 각 상에 대응하는 진동 검출 유닛의 제1 기판(1)을, 상(相)의 구별 없이 동일하게 진동시킨다. 그러나, 상마다 상기 위치 어긋남이 설정되어 있기 때문에, 결과적으로는, 도 2A에 도시하는 바와 같은 위상차를 포함하는 전기 신호가, 각 상에 대응하는 진동 검출 유닛에서 생성되게 된다. 그리고, 도 4A에 도시하는 바와 같이, 각 상의 전기 신호를 서로 겹침으로써, 리플 전압의 영향을 완화시킨, 외부 진동의 검출 신호를 출력할 수 있다. 이와 같이 제3 실시례에 나타내는 진동 센서(15)의 구성도, 제1 실시례와 마찬가지로, 진동 센서의 간편성의 향상에 이바지하는 것이다.

실시례 4

여기서, 상술한 바와 같은 본 발명에 관한 진동 센서는, 외부 진동의 검출을 정확하게 할 수 있는 구성을 갖는 것이지만, 한편으로, 외부 진동으로 발생한 전기 신호를 발전 출력으로서 이용하는, 즉 당해 진동 센서를 외부 진동에 의한 발전 장치로서 이용하는 것도 가능하다. 또한, 일렉트릿을 이용하여 외부 진동에 의해 발전을 행하는 기술은, 종래로부터 개발되어 있는 것이어서, 당해 발전에 관한 상세한 기재는 할애한다.

여기서, 도 5에, 본 발명에 관한 진동 센서를 포함하는 외부 환경 검출 장치(100)를 이용한, 교량(50)의 관리 시스템의 개략 구성을 도시한다. 교량은 사용 년월의 경과와 함께, 강도 등의 성능이 열화되기 때문에, 적시, 교량(50)의 성능 변화를 파악하여 둘 필요가 있다. 예를 들면, 지진이나 거듭되는 대형 차량의 통행 등에 의해 생기는 교량(50)의 열화의 진행에 응하여, 교량(50)의 진동에 관한 진폭(진동 변위)이나 진동 주파수가 변화하여 간다. 그래서, 교량(50)에 상기 진동 센서를 포함하는 외부 환경 장치(100)가 복수 개 설치된다. 이 외부 환경 검출 장치(100)는, 진동 센서(10, 15)에 의해 교량(50)의 진동에 관한 정보를 검출함과 함께, 그 밖의 환경 파라미터로서 교량(50)의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센서를 구비하고 있다. 그리고, 진동 센서(10) 등에서 검출된 환경 파라미터는, 무선으로 기지국(150)에 송신된다. 이 기지국(150)은 인터넷(160)에 접속되어 있고, 수신한 환경 파라미터에 관한 정보는, 인터넷(160)을 경유하여 서버(200)에 도달된다.

이 서버(200)는, 취득한 환경 파라미터를 이용하여 교량(50)의 성능에 관한 처리를 행하여, 교량(50)이 어떤 상태에 놓여져 있는지(예를 들면, 강도의 저하의 정도 등)에 관해 판단 등을 행한다. 또한, 서버(200)는, 당해 판단에 필요한 그 밖의 정보(교량(50)이 존재하고 있는 지역의 기상 데이터나 교량(50)의 교통 하중 데이터 등)를, 인터넷(160)에 접속되어 있는 데이터 서버(170, 180) 등으로부터 취득하는 것도 가능하다.

여기서, 외부 환경 검출 장치(100)가 발휘한 기능을 이미지화하여 나타낸 기능 블록을 도 6에 도시한다. 물론, 외부 환경 검출 장치(100)는, 도 6에 도시하는 기능부 이외의 기능부를 갖고 있어도 상관없다. 외부 환경 검출 장치(100)는, 대별하여, 진동 센서, 가속도 센서, 송신 유닛을 갖고 있다. 그리고, 진동 센서 내에는, 축전부(101), 진동 검출부(102), 처리부(103)가 형성된다. 축전부(101)는, 진동 센서가 발전 장치로서 기능한 때에 얻어지는 발전 전력을 축전한다. 진동 검출부(102)는, 상술한 바와 같이 진동 센서(10, 15)가 외부 진동을 검출하는 장치로서 기능한 때의, 그 외부 진동을 검출을 행하는 기능부이다. 처리부(103)는, 필요에 응하여 진동 검출부(102)에 의해 검출된 외부 진동의 정보의 처리를 행하는 기능부이다. 또한, 이 처리부(103)의 구동에는, 축전부(101)에 축전되어 있는 전력이 사용된다.

다음에, 가속도 센서 내에는, 가속도 검출부(111)와 처리부(112)가 형성된다. 가속도 검출부(111)는, 교량(50)에 관한 가속도의 정보를 검출하는 기능부이다. 가속도의 검출에 관해서는 종래로부터 널리 알려져 있기 때문에, 본 명세서에서는 설명을 할애한다. 처리부(112)는, 필요에 응하여 가속도 검출부(111)에 의해 검출된 가속도의 정보의 처리를 행하는 기능부이다. 또한, 가속도 검출부(111)의 구동 및 처리부(112)의 구동에는, 축전부(101)에 축전되어 있는 전력을 사용할 수 있다.

다음에, 송신 유닛 내에는, 송신부(121)가 형성되고, 또한 유닛 내에는 송신용 전지(122)가 마련되어 있다. 송신부(121)는, 진동 검출부(102)나 가속도 검출부(111)의 검출 데이터, 처리부(103)나 처리부(112)에 의한 처리 결과를 일시적으로 격납함과 함께, 기지국(150)에 송신하는 기능부이다. 또한, 데이터를 무선으로 기지국(150)에 송신하는데는, 상응하는 전력이 필요해지기 때문에, 송신 전력은, 축전부(101)에 의한 축전 전력이 아니라, 송신용 전지(122)로부터 공급을 받는다.

이와 같이 외부 환경 검출 장치(100)에서는, 본 발명에 관한 진동 센서를 이용함으로써, 교량(50)의 진동 검출, 가속도 검출 및 그것에 관련된 데이터 처리를, 진동 센서 자신의 발전 전력으로 마련하게 되기 때문에, 환경 파라미터의 검출에 관해서는, 실질적으로, 무전원으로 실현한다고 말할 수 있다. 이 결과, 교량(50)의 진동을 간편하게 검출할 수 있음과 함께, 환경 파라미터 검출을 위한 전지 교환의 빈도를 저감할 수 있다.

또한, 상기 실시례에서는, 송신부(121)의 송신 전력은 송신용 전지(122)로부터 공급을 받지만, 진동 센서가 발전 장치로서 기능한 때에 얻어지는 발전 전력, 즉 축전부(101)에 축전되어 있는 전력을 이용하여, 데이터를 무선으로 기지국(150)에 송신하도록 하여도 좋다. 이 경우, 축전부(101)에서의 축전량이 충분하면, 송신용 전지(122) 그 자체를 생략할 수 있고, 또한 다른 방법으로서, 송신용 전지(122)를 마련하면서 축전부(101)를 그 보조 전원으로서 이용하여도 좋다.

1 : 제1 기판
2 : 일렉트릿
4 : 가드 전극
5 : 제2 기판
6 : 제1 전극
7 : 제2 전극
10 : 진동 센서
11 : 정류기
15 : 진동 센서
16 : 진동 검출 유닛

Claims (9)

1. 서로 대향한 상태를 유지한 채로, 외부 진동에 의해 상대이동이 가능하게 되도록 구성된 제1 기판 및 제2 기판과,
   상기 제1 기판의 일방의 면측에, 상기 상대이동 방향으로 병렬된 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과,
   상기 제2 기판에서의 상기 일렉트릿군과 대향하는 면측에, 상기 상대이동 방향으로 병렬된 복수의 전극으로 이루어지는 전극군을 구비하고,
   외부 진동에 의한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 상대적인 위치 변화에 수반하여, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군과의 위치 관계가 변화함에 의해, 외부 진동의 검출 신호를 출력하는 진동 센서로서,
   상기 전극군은 2 이상의 소정 상수로 구분되어, 상마다 외부 진동에 응한 전기 신호를 생성 가능한 소전극군이 형성되고,
   상기 전극군 또는 상기 일렉트릿군의 어느 일방에, 그 전극군에 포함되는 인접하는 전극 사이 또는 그 일렉트릿군에 포함되는 인접하는 일렉트릿 사이에, 상기 복수의 소전극군에서 생성되는 전기 신호의 각각의 사이에 소정의 위상차를 생기게 하는 위상차 발생 간격이, 상기 소정 상수에 응하여 마련되고,
   외부 진동에 의한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 상대적인 위치 변화의 결과, 상기 복수의 소전극군에서 생성되는 전기 신호를 서로 겹처서 형성한 신호를, 외부 진동의 검출 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 진동 센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 일렉트릿군과 상기 전극군 중 일방이, 그 군에 포함되는 전극 사이의 간격 또는 일렉트릿 사이의 간격이 일정하게 되는 균등배치군이 되고,
   상기 일렉트릿군과 상기 전극군 중 타방이, 그 군에 포함되는 전극 또는 일렉트릿의 배치에서 상기 위상차 발생 간격이 포함되는 비균등배치군이 되고,
   상기 균등배치군에서의 인접하는 전극 사이의 간격 또는 인접하는 일렉트릿 사이의 간격은, 상기 비균등배치군에서의, 상기 위상차 발생 간격 이외의, 전극 사이의 간격 또는 인접하는 일렉트릿 사이의 간격과 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 진동 센서.
3. 제2항에 있어서,
   상기 위상차 발생 간격(A1)은, 상기 전극의 폭 또는 상기 일렉트릿의 폭을 W, 상기 비균등배치군에서의, 그 위상차 발생 간격 이외의, 전극 사이의 간격 또는 인접하는 일렉트릿 사이의 간격을 A, 상기 소정 상수를 N이라고 한 경우,
   A1=A±(W+A)/N
   로 표시되는 것을 특징으로 하는 진동 센서.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 기판에서, 상기 소정 상수의 소전극군의 각각은, 그 소전극군마다 상기 상대이동 방향으로 순차적으로 병렬되고, 인접하는 그 소전극군의 사이의 전극 간격이 상기 위상차 발생 간격으로 설정되는 것을 특징으로 하는 진동 센서.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 기판에서, 상기 소정 상수의 소전극군의 각각은, 그 소전극군마다 상기 상대이동 방향과 다른 방향으로, 또한 소전극군끼리가 겹쳐지지 않도록 병렬되고,
   상기 소정 상수의 소전극군의 병렬된 방향에서 인접하는 그 소전극군의, 상기 상대이동 방향에서의 전극 간격이 상기 위상차 발생 간격으로 설정되는 것을 특징으로 하는 진동 센서.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 일렉트릿군이 상기 소정 상수로 구분되어, 소일렉트릿군이 형성되고,
   상기 제1 기판에서, 상기 소일렉트릿군의 각각은, 그 소일렉트릿군마다 상기 상대이동 방향으로 순차적으로 병렬되고, 인접하는 그 소일렉트릿군의 사이의 일렉트릿 간격이 상기 위상차 발생 간격으로 설정되는 것을 특징으로 하는 진동 센서.
7. 서로 대향한 상태를 유지한 채로, 외부 진동에 의해 상대이동이 가능하게 되도록 구성된 제1 기판 및 제2 기판과,
   상기 제1 기판의 일방의 면측에, 상기 상대이동 방향으로 병렬된 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과,
   상기 제2 기판에서의 상기 일렉트릿군과 대향하는 면측에, 상기 상대이동 방향으로 병렬된 복수의 전극으로 이루어지는 전극군을 구비하고,
   외부 진동에 의한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 상대적인 위치 변화에 수반하여, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군과의 위치 관계가 변화함에 의해, 외부 진동에 응한 전기 신호를 출력한 진동 검출 유닛을, 소정 상수 포함하여 이루어지는 진동 센서로서,
   상기 소정 상수의 진동 검출 유닛에 대해 동일한 외부 진동이 부여된 때, 그 소정 상수의 진동 검출 유닛의 각각으로부터 출력되는 전기 신호의 사이에 소정의 위상차가 생기도록, 그 진동 검출 유닛 사이에서, 각 진동 검출 유닛이 갖는 전기 일렉트릿군과 상기 전극군의 상대 위치 관계에서 상기 상대이동 방향에 따른 소정의 위치 어긋남이 설정되고,
   상기 진동 센서에 외부 진동이 부여된 결과, 상기 소정 상수의 진동 검출 유닛의 각각으로부터 출력되는 전기 신호를 서로 겹처서 형성한 신호를, 외부 진동의 검출 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 진동 센서.
8. 제1항에 기재된 진동 센서를 포함하는 외부 환경 검출 장치로서,
   상기 진동 센서는, 상기 외부 진동의 검출 신호를 발전 출력으로서 발전하는 진동 발전 장치로서 기능하고,
   상기 진동 센서에 의한 발전 전력을 축전하는 축전부와,
   상기 진동 센서에 의해 출력된 상기 외부 진동의 검출 신호에 관한 신호 처리를 행하는 처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 외부 환경 검출 장치.
9. 제8항에 있어서,
   외부 진동 이외의, 소정의 환경 파라미터를 검출하는 환경 파라미터 센서를, 또한 구비하고,
   상기 처리부는, 상기 축전부에 축전된 전력을 이용하여, 상기 환경 파라미터 센서의 구동 및/또는 그 환경 파라미터 센서에 의한 검출 신호에 관한 신호 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 외부 환경 검출 장치.

Images