KR20150135468A - 센서 장치 및 모니터링 시스템 - Google Patents

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히로시 사메시마
도모히로 오자키
도모히로 오자키
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Abstract

센서 장치(1)는 센서부(40)와, 전력 공급 경로를 전환하는 제어 IC(10)와, 전원(60)과, DC 컨버터(20)와, 전압을 조정하는 레귤레이터(30)를 구비하고, 전원(60)으로부터 센서부(40) 및 제어 IC(10)로의 전력 공급 경로로서, 센서부(40)가 전원(60)과 도통되지 않고, 또한 제어 IC(10)가 전원(60)에 직결되는 전력 공급 경로 A와, 전원(60), DC 컨버터(20) 및 레귤레이터(30)가 직렬로 접속되어, 레귤레이터(30)의 출력이 센서부(40)에 공급되고, DC 컨버터(20)의 출력이 제어 IC(10)에 공급되는 전력 공급 경로 B를 갖고, 제어 IC(10)는 센서부(40)의 동작 상태에 따라, 전력 공급 경로 A 및 전력 공급 경로 B를 전환한다.

Description

센서 장치 및 모니터링 시스템 {SENSOR DEVICE AND MONITORING SYSTEM}
본 발명은 온도나 습도 등 다양한 계측 대상을 계측하는 센서 장치 및 모니터링 시스템에 관한 것이다.
우리들의 주변 환경에는 다종다양한 센서가 설치되어 있고, 센서에 의한 계측 데이터를 서버 장치(혹은 본체 장치)로 송신하여, 서버 장치에서 해석하는 것이 행해지고 있다. 그리고, 이 해석 결과에 의해, 주변 환경에 설치된 기기류를 제어하는 것이 행해지고 있다.
센서에서의 계측 및 데이터 송신이 많아지면, 당연히 소비 전력도 많아진다. 예를 들어, 센서를 전지로 동작시키는 경우, 계측 및 데이터 송신이 많아지면, 전지의 수명이 짧아져, 전지를 빈번히 교환할 필요가 있다. 예를 들어, 특허문헌 1은 소비 전력을 저감하는 것이 가능한 센서 장치를 개시하고 있다.
구체적으로는, 센서부, 제어부를 갖는 센서 장치이며, 전원으로부터 센서부 및 제어부로의 전력 공급 경로를 복수 갖고, 이들 전력 공급 경로를 상기 센서부의 동작 상태에 따라 전환 가능한 센서 장치가 개시되어 있다. 또한, 상기 전력 공급 경로는, 소비 전류가 비교적 커지는 동작 모드 시에는 DC 컨버터를 통해 전력 공급을 행하는 경로로 되고, 소비 전류가 비교적 작아지는 동작 모드 시에는 전원이 부하에 직결되어 전력 공급을 행하는 경로로 되는 전력 공급 경로의 전환이 가능한 것이 기재되어 있다.
일본 공개 특허 공보 「일본 특허 출원 공개 제2012-98809호(2012년 5월 24일 공개)」
그러나, 상술한 바와 같은 종래 기술은 DC 컨버터의 스위칭에 의해 발생하는 노이즈에 의해 변동된 전압이 DC 컨버터로부터 센서부로 출력된다. 이 전압의 변동이 영향을 미치고, 센서부에 의한 계측의 정밀도가 저하되는 등의 문제가 있다. 특히 미소한 물리량의 변화를 계측하는 센서부에 있어서 문제가 된다. 또한, 전지를 전원으로서 사용하는 경우에는, 사용과 함께 전압이 내려감으로써 전지 전압이 변동된다는 문제점이 있다. 또한, 외부로부터의 전력을 축전하는 이차 전지나 전기 이중층 캐패시터 등의 축전 디바이스 등을 전원으로서 사용하는 경우에는, 내부의 전압 변동도 크다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 동작 상태가 변화될 수 있는 경우에 있어서도, 소비 전력의 저감과 고정밀도의 계측이 가능한 센서 장치 및 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 센서 장치는 계측 대상을 계측하는 제1 센서부와, 전력 공급 경로를 전환하는 제어부와, 제1 센서부 및 제어부에 전력 공급하는 전원과, 전압을 변환하는 컨버터와, 전압을 조정하는 레귤레이터를 구비한 센서 장치이며, 상기 전원으로부터 상기 제1 센서부 및 상기 제어부로의 전력 공급 경로로 하고, 상기 제1 센서부가 상기 전원에 직결되거나, 혹은 상기 전원과 도통되지 않고, 또한 상기 제어부가 상기 전원에 직결되는 전력 공급 경로 A와, 상기 전원, 상기 컨버터 및 상기 레귤레이터가 직렬로 접속되어, 상기 레귤레이터의 출력이 상기 제1 센서부에 공급되고, 상기 컨버터 또는 상기 레귤레이터의 출력이 상기 제어부에 공급되는 전력 공급 경로 B를 갖고, 상기 제어부는 상기 제1 센서부의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 경로 A 및 상기 전력 공급 경로 B를 전환한다.
본 발명은 동작 상태가 변화될 수 있는 경우에 있어서도, 소비 전력의 저감과 고정밀도의 계측을 할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 센서 장치의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 2는 DC 컨버터 및 레귤레이터 각각의 출력 전압의 파형을 도시하는 이미지도이다.
도 3은 DC 컨버터 및 레귤레이터 각각의 출력 전압의 계측 결과를 도시하는 도면이다.
도 4는 측정ㆍ송신 처리의 흐름의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 전원에 환경 발전을 이용한 형태의 센서 장치의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 6은 제2 실시 형태에 있어서의 센서 장치의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 7은 제3 실시 형태에 있어서의 센서 장치의 일례를 도시하는 블록도이다.
<제1 실시 형태>
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 센서 장치의 일례를 도시하는 블록도이다. 도 1에 도시되는 센서 장치(1)는 다양한 물건에 설치되어, 그 주위의 물리량(예를 들어, 가속도, 변위량, 변형, 진동 주파수, 온도, 습도, 압력, 적외선량, 음량, 조도, 풍속 등)을 계측한다. 특히, 본 실시 형태의 센서 장치(1)는 미소한 변화를 나타내는 물리량, 즉 고정밀도가 필요해지는 물리량을 계측하는 데 적합한 장치이다. 이와 같은 미소한 변화를 나타내는 물리량이라 함은, 예를 들어 구조물에 있어서의 진동에 관한 물리량(진동 주파수, 가속도, 변위량 등)이 생각된다. 그로 인해, 본 실시 형태에 따른 센서 장치(1)는, 예를 들어 구조물에 설치되어, 당해 구조물의 진동에 관한 물리량 등을 계측하는 데 적합하다.
또한, 상기 구조물의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 건물, 교량, 터널, 주택, 차량, 플랜트 설비, 파이프 라인, 전선, 전주, 가스 공급 설비, 상하수도 설비, 유적 등, 다양한 구조물에 적용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 센서 장치(1)는 센서 장치(1) 전체를 제어하는 제어 IC(제어부)(10)와, DC 컨버터(20)와, 강압형의 레귤레이터(30)와, 센서부(제1 센서부)(40)와, 무선 통신기(통신부)(50)와, 직류 전원(60)과, 스위치 SW1 내지 SW3을 구비한다.
DC 컨버터(20)는 스위치 SW1을 통해, DC 컨버터(20)의 입력선이 직류 전원(60)에 접속된다. DC 컨버터(20)는 제어 IC(10)에 의해 제어되는 복수의 스위칭 소자를 포함하여, 스위칭 소자의 스위칭을 제어하고, 직류 전원(60)의 전압을 승압 또는 강압함으로써 소정의 제1 전압값으로 변환한다. 직류 전원(60)은, 예를 들어 전지 등의 유한의 전력 공급원이다. 또한, DC 컨버터(20)의 출력선에는 무선 통신기(50)가 접속되고, DC 컨버터(20)와 무선 통신기(50)를 접속하는 접속선에는 제어 IC(10)가 접속된다. 전지는 일차 전지 혹은 외부로부터의 전력을 축전하는 이차 전지나 전기 이중층 캐패시터 등의 축전 디바이스 등의 어떤 것을 사용해도 된다.
또한, DC 컨버터(20)는 승압형, 강압형 또는 승강압형 중 어떤 것이어도 되지만, 전원의 전압의 크기에 따라 구분지어 사용하는 것이 가능하다. 전원이, 예를 들어 2.4 내지 3.0V 정도의 낮은 전압인 경우, 승압형을 사용하고, 예를 들어 4.5 내지 6.0V 정도의 높은 전압인 경우, 강압형을 사용하고, 도 5에 도시한 바와 같이 환경 발전을 전원으로서 사용하는 경우, 승강압형을 사용한다. 환경 발전은, 예를 들어 태양광, 진동, 온도, 전자파 또는 풍력을 이용함으로써 얻어진다. 환경 발전으로부터의 출력을 직접 전원으로서 사용해도 되고, 환경 발전의 출력을 일단 전지에 축전하고, 이것을 전원으로서 사용해도 상관없다.
무선 통신기(50)는 제어 IC(10)에 의해 제어되고, 서버 장치(수신 장치)(2) 등과 통신한다. 구체적으로는, 센서부(40)가 생성하는 계측 데이터를 서버 장치(2)로 송신한다.
또한, 스위치 SW2는 일단부가 직류 전원(60)에 접속되고, 타단부가 DC 컨버터(20)와 제어 IC(10)에 접속되고, 스위치 SW3은 일단부가 전원 전압 라인 Vcc에 접속되고, 타단부가 레귤레이터(30)에 접속된다.
레귤레이터(30)는 입력 전압을 소정 전압으로 조정하여 전압을 안정화한다. 레귤레이터(30)는 센서부(40)와 접속되어, DC 컨버터(20)가 출력하는 전압을 제1 전압값보다도 낮은 제2 전압값으로 조정한 전력을 센서부(40)에 출력한다.
센서부(40)는, 예를 들어 온도 센서, 가속도 센서, 변형 센서, 압력 센서, 습도 센서, 적외선 센서, 소리 센서 또는 진동 센서이고, 제어 IC(10)로부터의 지시에 따라 계측 대상을 계측한다. 센서부(40)는 계측에 의해 계측 결과를 나타내는 계측 데이터를 생성하고, 생성된 계측 데이터를 제어 IC(10)에 출력한다. 센서부(40)는 아날로그식 센서 또는 디지털식 센서 중 어떤 것이어도 된다. 센서부(40)를 아날로그식 센서로 하는 경우, 제어 IC(10)는 레귤레이터(30)가 출력하는 전압을 레퍼런스 전압으로서 사용하여, 디지털 신호로 변환한다. 이에 의해, AD 변환 시, 센서부(40)와 제어 IC에 있어서의 전압 오차를 없앨 수 있다.
제어 IC(10)는 스위치 SW1 내지 SW3을 제어하여, 센서 장치(1)의 모드에 따라 온/오프를 전환한다. 센서 장치(1)는 슬립 모드, 센싱 모드 및 송신 모드의 3개의 모드를 갖고 있다.
슬립 모드는 센서부(40) 및 무선 통신기(50)가 동작하지 않는 모드이다. 제어 IC(10)는 슬립 모드의 경우, 스위치 SW2를 온, 스위치 SW1, SW3을 오프로 한다.
센싱 모드는 센서부(40)를 동작시켜, 센싱시키는 모드이다. 제어 IC(10)는 센싱 모드의 경우, 스위치 SW1, SW3을 온, 스위치 SW2를 오프로 한다.
송신 모드는 센싱 모드에 있어서 센서부(40)에 의해 생성된 계측 데이터를 송신하는 모드이다. 제어 IC(10)는 송신 모드의 경우, 스위치 SW1을 온, 스위치 SW2, SW3을 오프로 한다.
제어 IC(10)는 계측 시각이 되면 센서부(40)에 계측을 지시한다. 구체적으로는, 계측 시각을 검출하면, 슬립 모드로부터 센싱 모드로 모드를 천이시켜, 센서부(40)에 계측을 지시한다. 계측 시각은, 예를 들어 전회의 계측 시각으로부터 소정 시간 경과한 시각이고, 제어 IC가 계시한다.
제어 IC(10)는 센서부(40)가 계측에 의해 생성한 계측 데이터를 센싱 모드에 있어서 취득하면, 취득한 계측 데이터를 도시하지 않은 메모리에 기억한다. 또한, 제어 IC(10)는 센서부(40)가 계측에 의해 생성한 계측 데이터를 취득하면, 센싱 모드로부터 송신 모드로 모드를 천이시켜, 무선 통신기(50)를 제어하고, 메모리에 기억된 계측 데이터를 서버 장치(2)로 송신한다.
구체적으로, 송신 모드로 천이하면, 제어 IC(10)는 서버 장치(2)와의 통신을 확립시키는 지시를 무선 통신기(50)에 출력하므로, 그 지시를 받고 무선 통신기(50)는 서버 장치(2)와의 사이에서 통신을 확립한다. 무선 통신기(50)는 서버 장치(2)와의 사이에서 통신을 확립하면, 그 취지를 나타내는 신호를 제어 IC(10)에 출력하므로, 그 신호를 받고 제어 IC(10)는 메모리에 기억된 계측 데이터를 무선 통신기(50)로 송신시킨다. 한편, 무선 통신기(50)는 서버 장치(2)와의 사이에서 통신을 확립할 수 없는 경우, 그 취지의 신호를 제어 IC(10)에 출력하므로, 그 신호를 받고 제어 IC(10)는 송신 모드부터 슬립 모드로 천이시킨다. 또한, 제어 IC(10)는 무선 통신기(50)에 의해 계측 데이터가 송신된 것이 통지되면, 그 통지를 받고, 송신 모드부터 슬립 모드로 천이시킨다.
상술한 바와 같이, 센싱 모드에 있어서, DC 컨버터(20)에 의해 제1 전압값으로 변환된 후, 레귤레이터(30)에 의해 제2 전압값으로 조정된 전력이 센서부(40)에 공급된다. 이에 의해, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 직류 전원(60)으로서의 전지와 DC 컨버터(승압형 또는 강압형)(20)와 레귤레이터(30)가 직렬로 접속되어 있는 전력 라인에 있어서, 전지 전압이 DC 컨버터(20)에 의해 3.3V로 변환된다. 이때, DC 컨버터(20)의 변환에 의해 출력 전압이 변동되어 버린다. 도 3의 (a)는 실제로 DC 컨버터(강압형)(20)의 출력 전압을 나타낸 계측 결과이고, 출력 전압이 변동되어 있는 것을 알 수 있다.
그리고, DC 컨버터(20)가 변환된 출력 전압을 레귤레이터(30)에 의해 조정하여 3.0V로 일정하게 한다. 이에 의해, 전압 변동이 없는 일정한 전압을 출력시킬 수 있다. 도 3의 (b)는 실제로 레귤레이터(30)의 출력 전압을 나타낸 계측 결과이고, 출력 전압이 안정적으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 센서부(40)에는 전압의 변동이 적은 안정된 전력이 공급된다. 이에 의해, 센서부(40)는 고정밀도로 계측할 수 있다. 또한, DC 컨버터(20)가 승강압형인 경우, 직류 전원(60)으로 하고 환경 발전을 사용하여 출력 전압이 변동되었다고 해도, DC 컨버터(20)는 직류 전원(60)으로부터의 출력 전압이 소정값(예를 들어, 3.3V) 이상일 때에 강압하여 제1 전압값의 전압을 출력하고, 직류 전원(60)으로부터의 출력 전압이 소정값 미만인 경우에 승압하여 제1 전압값의 전압을 출력하므로, 효율적으로 일정한 전압을 출력할 수 있다. 따라서, 효율적이고 또한 고정밀도의 계측이 가능해진다.
또한, 슬립 모드에서는 센서부(40) 및 무선 통신기(50)가 동작할 필요가 없으므로, 소비 전력이 작아진다. 또한, DC 컨버터(20) 및 레귤레이터(30)가 정지하고 있으므로, 소비 전력을 삭감할 수 있다.
또한, 송신 모드에서는 센서부(40) 및 레귤레이터(30)에 전력이 공급되지 않으므로, 센서부(40) 및 레귤레이터(30)에 의한 소비 전력을 삭감할 수 있다.
따라서, 계측 및 계측 데이터의 송신이 필요하지 않은 경우에 슬립 모드로 천이시키고, 계측하는 경우에 센싱 모드로 천이시키고, 계측 데이터를 송신하는 경우에 송신 모드로 천이시킴으로써 직류 전원(60)을 고효율적으로 이용할 수 있다.
도 4는 측정ㆍ송신 처리의 흐름의 일례를 도시하는 흐름도이다. 측정ㆍ송신 처리는 제어 IC(10)가 측정ㆍ송신 프로그램을 실행함으로써, 제어 IC(10)에 의해 실행되는 처리이다. 제어 IC(10)는 스위치 SW1 내지 SW3을 오프로 한다(스텝 S01). 이에 의해, DC 컨버터(20)는 정지하고, 제어 IC(10) 및 무선 통신기(50)에는 직류 전원(60)으로부터 직접 전력이 공급된다.
스텝 S02에 있어서, 제어 IC(10)는 슬립 모드로 천이시킨다. 그리고, 계측 대기 상태 및 계측 스타트 조건이 만족되어 있는지 여부를 판단한다(스텝 S03). 계측 대기 상태 및 계측 스타트 조건이 만족되어 있으면 처리를 스텝 S04로 진행시키지만, 그렇지 않으면 처리를 스텝 S02로 복귀시킨다.
스텝 S04에 있어서, 제어 IC(10)는 스위치 SW1을 온, 스위치 SW2, SW3을 오프로 한다. 이에 의해, DC 컨버터(20)는 동작하여, 제어 IC(10) 및 무선 통신기(50)에 전력이 공급된다.
다음의 스텝 05에 있어서, 제어 IC(10)는 스위치 SW1, SW3을 온, 스위치 SW2를 오프로 한다. 이에 의해, 또한 레귤레이터(30)가 동작하여, 제어 IC(10) 및 무선 통신기(50)에 추가하여 센서부(40)에 전력이 공급된다. 이때, 센서부(40)에는 DC 컨버터(20)가 변환되어 출력한 전력이 레귤레이터(30)에 의해 조정되므로, 전압 변동이 적은 안정된 전력이 공급된다. 이에 의해, 고정밀도의 계측이 가능해진다.
다음의 스텝 S06에 있어서, 제어 IC(10)는 스텝 S05에 있어서 센서부(40)가 계측함으로써 생성한 계측 데이터를 취득한다. 그리고, 스위치 SW1을 온, 스위치 SW2, SW3을 오프로 한다(스텝 S07). 그리고, 스텝 S06에 있어서 취득된 계측 데이터를 메모리에 기억한다(스텝 S08).
다음의 스텝 09에 있어서, 제어 IC(10)는 통신 대기 상태 및 데이터 송신 조건을 만족시키고 있는지 여부를 판단한다. 통신 대기 상태 및 데이터 송신 조건을 만족시키고 있으면 처리를 스텝 S10로 진행시키지만, 그렇지 않으면 처리를 스텝 S01로 복귀시킨다.
스텝 S10에 있어서, 제어 IC(10)는 무선 통신기(50)를 제어하고, 메모리에 기억된 계측 데이터를 서버 장치(2)로 송신한다. 그리고, 송신 완료인지 여부를 판단한다(스텝 S11). 송신 완료이면 처리를 측정ㆍ송신 처리를 종료하지만, 그렇지 않으면 처리를 스텝 S01로 복귀시킨다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 센서 장치(1)는 계측 대상을 계측하는 센서부(40)와, 전력 공급 경로를 전환하는 제어 IC(10)와, 센서부(40) 및 제어 IC(10)에 전력 공급하는 직류 전원(60)과, 전압을 변환하는 DC 컨버터(20)와, 전압을 조정하는 레귤레이터(30)와, 센서부(40)의 계측 데이터를 송신하는 무선 통신기(50)를 구비한 센서 장치이며, 직류 전원(60)으로부터 센서부(40) 및 제어 IC(10)로의 전력 공급 경로로서, 센서부(40)가 직류 전원(60)과 도통되지 않고, 또한 제어 IC(10) 및 무선 통신기(50)가 직류 전원(60)에 직결되는 전력 공급 경로 A와, 직류 전원(60), DC 컨버터(20) 및 레귤레이터(30)가 직렬로 접속되어, 레귤레이터(30)의 출력이 센서부(40)에 공급되고, DC 컨버터(20)의 출력이 제어 IC(10) 및 무선 통신기(50)에 공급되는 전력 공급 경로 B와, 직류 전원(60) 및 DC 컨버터(20)가 접속되어, DC 컨버터(20)의 출력이 제어 IC(10) 및 무선 통신기(50)에 공급되고, 센서부(40)가 직류 전원(60)과 도통되지 않는 전력 공급 경로 C를 갖고, 제어 IC(10)는 센서부(40) 또는 무선 통신기(50)의 동작 상태에 따라, 전력 공급 경로 A, 전력 공급 경로 B 및 전력 공급 경로 C를 전환한다.
이로 인해, 센서부(40)의 동작 상태에 따라 전력 공급 경로를 전환하므로, 최적의 전력 공급 경로를 선택하여, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 전력 공급 경로 B로 전환되어 있을 때, DC 컨버터(20)에 의해 변환된 전압 변동이 불안정한 전압이 레귤레이터(30)에 의해 조정되어 일정한 전압으로 조정되므로, 센서부(40)에는 전압 변동이 적은 안정된 전력이 공급된다. 따라서, 설치 환경 등에 따라 동작 상태가 변화될 수 있는 경우에 있어서도, 소비 전력의 저감과 고정밀도의 계측을 할 수 있다.
<제2 실시 형태>
도 6은 제2 실시 형태에 있어서의 센서 장치의 일례를 도시하는 블록도이다. 도 6에 도시하는 센서 장치(1A)가 센서 장치(1)와 다른 점은, 제2 센서부(70)가 추가된 점이다. 다른 구성은 센서 장치(1)와 동일하므로, 여기서는 센서 장치(1)와 다른 점에 대해 주로 설명한다. 또한, 제1 센서부(40)는 도 1에 도시하는 센서부(40)에 대응한다.
제2 센서부(70)는 제어 IC(10)에 의해 제어되고, 제어 IC(10)와 무선 통신기(50)를 접속하는 전원 전압 라인 Vcc에 접속된다. 이로 인해, 센싱 모드에 있어서, DC 컨버터(20)가 출력하는 전력이 공급된다. 제2 센서부(70)에는 제1 센서부(40)에 비해, 전압 변동이 큰 전원이 공급되지만, 고정밀도로 계측할 필요가 없는 계측 대상에 대한 계측에 이용할 수 있다. 또한, 제2 센서부(70)는, 예를 들어 온도 센서, 가속도 센서, 변형 센서, 압력 센서, 습도 센서, 적외선 센서, 소리 센서 또는 진동 센서이다.
<제3 실시 형태>
도 7은 제3 실시 형태에 있어서의 센서 장치의 일례를 도시하는 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 센서 장치(1B)는 센서 장치(1)와 마찬가지로 제어 IC(10), DC 컨버터(20), 레귤레이터(30), 센서부(40), 무선 통신기(50) 및 직류 전원(60)을 구비하고, 스위치 SW1, SW2를 구비한다.
DC 컨버터(20)는 스위치 SW1을 통해, DC 컨버터(20)의 입력선이 직류 전원(60)에 접속되고, 출력선에 레귤레이터(30)가 접속된다. 레귤레이터(30)의 출력선에는 제어 IC(10)와 센서부(40)와 무선 통신기(50)가 직렬로 접속된다. 또한, DC 컨버터(20), 레귤레이터(30) 및 스위치 SW1과 병렬로 스위치 SW2가 접속된다.
제어 IC(10)는 센서 장치(1B)의 모드에 따라 스위치 SW1, SW2의 온/오프를 전환한다. 구체적으로는, 슬립 모드의 경우, 스위치 SW1을 오프, 스위치 SW2를 온으로 한다. 센싱 모드 및 송신 모드의 경우, 스위치 SW1을 온, 스위치 SW2를 오프로 한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 직류 전원(60)이 전지인 경우를 예로 들어 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 직류 전원(60)이 전지인 경우, 전지의 장수명화 등의 목적에 크게 기여하지만, 직류 전원(60)이 유한의 전력 공급원이 아니라도 본 발명에서는 소비 전력의 삭감 효과가 얻어진다.
〔소프트웨어에 의한 실현예〕
센서 장치(1, 1A, 1B)의 제어 블록[특히 제어 IC(10)]은 집적 회로(IC 칩) 등에 형성된 논리 회로(하드웨어)에 의해 실현해도 되고, CPU(Central Processing Unit)를 사용하여 소프트웨어에 의해 실현해도 된다.
후자의 경우, 센서 장치(1, 1A, 1B)는 각 기능을 실현하는 소프트웨어인 프로그램의 명령을 실행하는 CPU, 상기 프로그램 및 각종 데이터가 컴퓨터(또는 CPU)로 판독 가능하게 기록된 ROM(Read Only Memory) 또는 기억 장치(이들을 「기록 매체」라고 칭함), 상기 프로그램을 전개하는 RAM(Random Access Memory) 등을 구비하고 있다. 그리고, 컴퓨터(또는 CPU)가 상기 프로그램을 상기 기록 매체로부터 판독하여 실행함으로써, 본 발명의 목적이 달성된다. 상기 기록 매체로서는, 「일시적이 아닌 유형의 매체」, 예를 들어 테이프, 디스크, 카드, 반도체 메모리, 프로그래머블한 논리 회로 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 해당 프로그램을 전송 가능한 임의의 전송 매체(통신 네트워크나 방송파 등)를 통해 상기 컴퓨터에 공급되어도 된다. 또한, 본 발명은 상기 프로그램이 전자적인 전송에 의해 구현화된, 반송파에 매립된 데이터 신호의 형태라도 실현될 수 있다.
(정리)
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 센서 장치는 계측 대상을 계측하는 제1 센서부와, 전력 공급 경로를 전환하는 제어부와, 제1 센서부 및 제어부에 전력 공급하는 전원과, 전압을 변환하는 컨버터와, 전압을 조정하는 레귤레이터를 구비한 센서 장치이며, 상기 전원으로부터 상기 제1 센서부 및 상기 제어부로의 전력 공급 경로로서, 상기 제1 센서부가 상기 전원에 직결되거나 혹은 상기 전원과 도통되지 않고, 또한 상기 제어부가 상기 전원에 직결되는 전력 공급 경로 A와, 상기 전원, 상기 컨버터 및 상기 레귤레이터가 직렬로 접속되어, 상기 레귤레이터의 출력이 상기 제1 센서부에 공급되고, 상기 컨버터 또는 상기 레귤레이터의 출력이 상기 제어부에 공급되는 전력 공급 경로 B를 갖고, 상기 제어부는 상기 제1 센서부의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 경로 A 및 상기 전력 공급 경로 B를 전환한다.
상기의 구성에 의하면, 제1 센서부의 동작 상태에 따라 전력 공급 경로를 전환하므로, 최적의 전력 공급 경로를 선택하여, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 예를 들어, 제1 센서부가 계측 동작을 행하지 않는 대기 모드일 때에 전력 공급 경로 A를 선택하고, 제1 센서부가 계측 동작을 행하는 센싱 모드일 때에 전력 공급 경로 B를 선택하면 된다. 대기 모드에서는 제어부에서 소비되는 전력이 작기 때문에, 전원을 제어부에 직결함으로써, 컨버터에 있어서의 소비 전력을 삭감할 수 있다. 한편, 센싱 모드에서는 제1 센서부에서 소비되는 전력이 크기 때문에, 컨버터를 통해 전원과 제1 센서부 및 제어부를 접속함으로써, 전류 변환 효율이 큰 상태에서 컨버터를 구동시킬 수 있다.
또한, 전력 공급 경로 B로 전환되어 있을 때, 컨버터에 의해 변환된 전압 변동이 불안정한 전압이 레귤레이터에 의해 일정한 전압으로 조정되므로, 제1 센서부에는 전압 변동이 적은 안정된 전력이 공급된다.
이에 의해, 제1 센서부는 고정밀도로 계측할 수 있다. 따라서, 동작 상태가 변화될 수 있는 경우에 있어서도, 소비 전력의 저감과 고정밀도의 계측이 가능한 센서 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 센서 장치는 상기 제1 센서부의 계측 데이터를 송신하는 통신부를 구비하고, 상기 전력 공급 경로 A에 있어서, 상기 통신부가 상기 전원에 직결되거나 혹은 상기 전원과 도통되지 않고, 상기 전력 공급 경로 B에 있어서, 상기 컨버터의 출력이 상기 통신부 및 상기 제어부에 공급되고, 상기 전력 공급 경로로서, 상기 전력 공급 경로 A 및 상기 전력 공급 경로 B에 추가하여, 상기 전원 및 상기 컨버터가 접속되어, 상기 컨버터의 출력이 상기 제어부 및 상기 통신부에 공급되고, 상기 제1 센서부가 전원과 도통되지 않는 전력 공급 경로 C를 갖고, 상기 제어부는 상기 제1 센서부 또는 상기 통신부의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 경로 A, 상기 전력 공급 경로 B 및 상기 전력 공급 경로 C를 전환하는 구성으로 할 수 있다.
상기의 구성에 의하면, 통신부에 의해 계측 데이터를 송신시키는 송신 모드일 때에 전력 공급 경로 C를 선택하면 된다. 통신부가 계측 데이터를 송신할 때, 비교적 큰 전력이 필요해지지만, 컨버터를 통해 통신부에 전력이 공급되므로, 전류 변환 효율이 큰 상태에서 컨버터를 구동시킬 수 있다. 또한, 이때 레귤레이터를 구동시키므로, 레귤레이터에 있어서의 동작 전력을 삭감할 수 있다.
또한, 본 발명의 센서 장치는 계측 대상을 계측하는 제2 센서부를 더 구비하고, 상기 전력 공급 경로 A에 있어서, 상기 제2 센서부가 상기 전원에 직결되고, 상기 전력 공급 경로 B에 있어서, 상기 컨버터의 출력이 상기 제어부, 상기 통신부 및 상기 제2 센서부에 공급되고, 상기 전력 공급 경로 C에 있어서, 상기 컨버터의 출력이 상기 제2 센서부에 공급된다.
상기의 구성에 의하면, 제2 센서부는 제1 센서부에 비해 전압 변동이 큰 전력이 공급되므로, 고정밀도로 계측할 필요가 없는 계측 대상에 대한 계측에 이용할 수 있다. 따라서, 고정밀도로 계측할 필요가 있는 계측 대상과, 고정밀도로 계측할 필요가 없는 계측 대상 각각에 대해, 센서를 구분지어 사용하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 센서 장치는 상기 제1 센서부의 계측 데이터를 송신하는 통신부를 구비하고, 상기 전력 공급 경로 A에 있어서, 상기 통신부 및 상기 제1 센서부가 상기 전원에 직결되고, 상기 전력 공급 경로 B에 있어서, 상기 레귤레이터의 출력이 상기 제어부 및 상기 통신부에 공급되는 구성으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 센서 장치에 있어서, 상기 통신부는 계측 데이터를 무선으로 송신하는 구성으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨버터는 승압형 컨버터 또는 강압형 컨버터이다. 또한, 상기 컨버터는 상기 전원의 전압이 소정값 이상인 경우에 강압하고, 상기 전원의 전압이 소정값 미만인 경우에 승압하는 승강압형 컨버터여도 된다.
또한, 본 발명의 센서 장치에 있어서, 환경 발전에 의해 얻어지는 전력을 상기 전원으로서 이용하거나, 전지를 상기 전원으로서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 센서 장치에 있어서, 상기 제1 센서부는 아날로그 신호를 출력하는 센서이고, 상기 제어부는 상기 레귤레이터의 출력 전압을 참조 전압으로 하고, 상기 제1 센서부로부터 출력된 아날로그 신호와 참조 전압을 비교함으로써, 계측 대상의 계측 디지털값을 출력한다.
상기의 구성에 의하면, 제어부와 제1 센서부 각각에 있어서의 전압이 다르지만, 제어부는 제1 센서부가 출력하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 때, 레귤레이터의 출력 전압을 참조 전압으로서 사용함으로써, 전압 오차를 없앨 수 있다.
또한, 본 발명의 센서 장치는 구조물에 탑재되는 센서 장치이며, 상기 제1 센서부는 상기 구조물의 진동을 계측한다.
상기의 구성에 의하면, 구조물에 발생하는 진동에 대해 고정밀도의 계측이 가능해진다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 모니터링 시스템은 상기 센서 장치와, 상기 센서 장치가 갖는 상기 제1 센서부의 계측에 의해 생성하는 계측 데이터를 당해 센서 장치로부터 수신하는 수신 장치를 구비한다.
상기의 구성에 의하면, 설치 환경 등에 따라 동작 상태가 변화될 수 있는 경우에 있어서도, 소비 전력의 저감과 고정밀도의 계측이 가능한 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 각 형태에 관한 센서 장치는 컴퓨터에 의해 실현해도 되고, 이 경우에는, 컴퓨터를 상기 센서 장치가 구비하는 각 수단으로서 동작시킴으로써 상기 센서 장치를 컴퓨터로 실현시키는 센서 장치의 제어 프로그램 및 그것을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체도, 본 발명의 범주에 들어간다.
본 발명은 상술한 각 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 다른 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1, 1A, 1B : 센서 장치
10 : 제어 IC(제어부)
20 : DC 컨버터
30 : 레귤레이터
40, 70 : 센서부
50 : 무선 통신기(통신부)
60 : 직류 전원

Claims (13)

  1. 계측 대상을 계측하는 제1 센서부와, 전력 공급 경로를 전환하는 제어부와, 제1 센서부 및 제어부에 전력 공급하는 전원과, 전압을 변환하는 컨버터와, 전압을 조정하는 레귤레이터를 구비한 센서 장치이며,
    상기 전원으로부터 상기 제1 센서부 및 상기 제어부로의 전력 공급 경로로서,
    상기 제1 센서부가 상기 전원에 직결되거나 혹은 상기 전원과 도통되지 않고, 또한 상기 제어부가 상기 전원에 직결되는 전력 공급 경로 A와,
    상기 전원, 상기 컨버터 및 상기 레귤레이터가 직렬로 접속되어, 상기 레귤레이터의 출력이 상기 제1 센서부에 공급되고, 상기 컨버터 또는 상기 레귤레이터의 출력이 상기 제어부에 공급되는 전력 공급 경로 B를 갖고,
    상기 제어부는 상기 제1 센서부의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 경로 A 및 상기 전력 공급 경로 B를 전환하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 센서부의 계측 데이터를 송신하는 통신부를 구비하고,
    상기 전력 공급 경로 A에 있어서, 상기 통신부가 상기 전원에 직결되거나 혹은 상기 전원과 도통되지 않고, 상기 전력 공급 경로 B에 있어서, 상기 컨버터의 출력이 상기 통신부 및 상기 제어부에 공급되고,
    상기 전력 공급 경로로서, 상기 전력 공급 경로 A 및 상기 전력 공급 경로 B에 추가하여,
    상기 전원 및 상기 컨버터가 접속되어, 상기 컨버터의 출력이 상기 제어부 및 상기 통신부에 공급되고, 상기 제1 센서부가 전원과 도통되지 않는 전력 공급 경로 C를 갖고,
    상기 제어부는 상기 제1 센서부 또는 상기 통신부의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 경로 A, 상기 전력 공급 경로 B 및 상기 전력 공급 경로 C를 전환하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  3. 제2항에 있어서, 계측 대상을 계측하는 제2 센서부를 더 구비하고,
    상기 전력 공급 경로 A에 있어서, 상기 제2 센서부가 상기 전원에 직결되고,
    상기 전력 공급 경로 B에 있어서, 상기 컨버터의 출력이 상기 제어부, 상기 통신부 및 상기 제2 센서부에 공급되고,
    상기 전력 공급 경로 C에 있어서, 상기 컨버터의 출력이 상기 제2 센서부에 공급되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 센서부의 계측 데이터를 송신하는 통신부를 구비하고,
    상기 전력 공급 경로 A에 있어서, 상기 통신부 및 상기 제1 센서부가 상기 전원에 직결되고,
    상기 전력 공급 경로 B에 있어서, 상기 레귤레이터의 출력이 상기 제어부 및 상기 통신부에 공급되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통신부는 계측 데이터를 무선으로 송신하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨버터는 승압형 컨버터인 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨버터는 강압형 컨버터인 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨버터는 상기 전원의 전압이 소정값 이상인 경우에 강압하고, 상기 전원의 전압이 소정값 미만인 경우에 승압하는 승강압형 컨버터인 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 환경 발전에 의해 얻어지는 전력을 상기 전원으로서 이용하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 전지를 상기 전원으로서 이용하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 센서부는 아날로그 신호를 출력하는 센서이고,
    상기 제어부는 상기 레귤레이터의 출력 전압을 참조 전압으로 하여, 상기 제1 센서부로부터 출력된 아날로그 신호와 참조 전압을 비교함으로써, 계측 대상의 계측 디지털값을 출력하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 구조물에 탑재되는 센서 장치이며,
    상기 제1 센서부는 상기 구조물의 진동을 계측하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 센서 장치와,
    상기 센서 장치가 갖는 상기 제1 센서부의 계측 데이터를 당해 센서 장치로부터 수신하는 수신 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 모니터링 시스템.
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