WO2008072705A1 - Acceleration sensor, and avian influenza monitoring system - Google Patents

Acceleration sensor, and avian influenza monitoring system Download PDF

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WO2008072705A1
WO2008072705A1 PCT/JP2007/074051 JP2007074051W WO2008072705A1 WO 2008072705 A1 WO2008072705 A1 WO 2008072705A1 JP 2007074051 W JP2007074051 W JP 2007074051W WO 2008072705 A1 WO2008072705 A1 WO 2008072705A1
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WO
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piezoelectric material
sensor
signal processing
acceleration
deformable member
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/074051
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kobayashi
Toshihiro Itoh
Tsuyoshi Ikehara
Masaaki Ichiki
Ryutaro Maeda
Original Assignee
National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
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Filing date
Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/09Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up

Definitions

  • the present invention relates to an acceleration sensor and an avian influenza monitoring system.
  • the acceleration sensor of the present invention includes a deformable member that deforms according to acceleration, a piezoelectric material portion that is formed on the surface of the deformable member, and generates a charge according to deformation of the deformable member, A signal processing circuit for applying a voltage obtained according to the amount of electric charge generated in the piezoelectric material portion and generating a signal when the applied voltage exceeds a predetermined set voltage.
  • a plurality of piezoelectric material portions are electrically connected in series to each other. Further, a plurality of signal processing circuits are provided, and are connected to at least two different piezoelectric material portions among the plurality of piezoelectric material portions connected in series.
  • the acceleration sensor as described above may be used for any purpose, but can be used for monitoring the bird influencer.
  • the present inventors paid attention to changes in physical quantities of birds, such as acceleration, inclination, temperature, "blood flow, blood pressure” and pulse.
  • a sensor that measures these physical quantities is attached to a bird to be managed, and the bird's health status is determined by determining the behavioral status of the bird based on the measurement result data transmitted from the sensor.
  • the present invention is a bird flu monitoring system that is attached to a bird to be managed, measures at least acceleration, and wirelessly transmits the measurement result as data, and data transmitted from the sensor. And a determination device that determines whether or not an abnormality has occurred in the health condition of the bird!
  • the acceleration sensor of the present invention is suitable for use as described above.
  • the management area 110 In the management area 110, the sensor 120 and the relay station 130 communicate wirelessly. Therefore, the management area 110 is an area where the relay station 130 can acquire the signal from the sensor 120 directly or indirectly. Therefore, when the management area 110 is widened, the power to increase the wireless communication output of the sensor 120 and the number of relay stations 130 may be increased. It is preferable that one relay station 130 can cover an area having a radius of several tens of meters.
  • There are standards such as IEEE802.llx wireless LAN, PHS (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), and UWB as communication methods between the sensor 120 and the relay station 130. However, considering the balance between power consumption and communication distance, ZigBee (registered trademark) is now the preferred method. Of course, other methods may be used.
  • the relay station 130 and the relay station controller 140 can be connected by wireless or wired Ethernet (registered trademark).
  • the relay station controller 140 controls not only the relay station 130 installed in the management area 110 but also the relay stations in the other management areas 112 and 114, and collects and transmits the data of the sensors 120 received by these relay stations. Transfer to device 150.
  • the relay station controller 140 is assigned an identification mark such as an IP address to all the relay stations 130 installed in the management area 110, and is provided with a control device. It is possible to add a function that mediates transmission of commands given from 160 to each sensor 120.
  • the relay station controller 140 can also be configured to control hand over between the relay stations 130.
  • the communication control unit 240 responsible for communication control functions as an ultra-compact wireless communication device for transmitting measurement data from the physical quantity sensor 210, and includes a control chip having a communication control circuit and And an impedance matching circuit for matching the impedance of radio waves to be transmitted and received.
  • the control chip is configured to have a unique identifier.
  • the control chip is configured to transmit the identifier together.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an acceleration sensor 210 A for detecting acceleration in the physical quantity sensor 210.
  • the acceleration sensor 210A includes a deformation member 211 that deforms according to the acceleration applied to the acceleration sensor 210A, and a piezoelectric material portion 212 that generates an electric charge according to the deformation of the deformation member 211.
  • a signal processing circuit 213 to which a voltage obtained according to the amount of electric charge generated in the piezoelectric material portion 212 is applied.
  • the deformable member 211 for example, a cantilever type composed of a cantilever 21 la and a weight 21 lb can be used.
  • a deformable member 211 is not limited to a cantilever type but may be another type such as a diaphragm type.
  • Other types include, for example, a structure in which a weight is supported by a plurality of cantilevers (see Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 10, (2000) 322-328).
  • Such a deformable member 211 including the piezoelectric material portion 212 includes a plurality of the piezoelectric material portions 212 electrically connected in series in the acceleration sensor 210A, and one end side thereof is electrically grounded. Has been.
  • the signal processing circuit 213 is a MoS (Metal Oxide Semiconductor) transistor having a circuit configuration as shown in FIG. This signal processing circuit 213 can be provided in an IC constituting the sensor control unit 220.
  • each signal processing circuit 213 the voltage at which the transistor is turned ON is preset. That is, when the applied voltage exceeds the set voltage, the signal processing circuit 213 is turned on.
  • the signal from the signal processing circuit 213 is switched from OFF to ON, or from ON to OFF, it is switched from OFF to ON, or from ON to OFF, and
  • the time information is stored in the memory, and the stored information is transmitted to the control device 160 via the relay station 130 at a predetermined timing. It is supposed to send.
  • the applied voltage varies depending on the applied acceleration, so that the sensor control unit 220 recognizes which signal processing circuit 213 has been turned on to digitally determine the acceleration. Can be determined.
  • the acceleration caused by the bird's movement is 0.5 g during sleep, 0.2 g of cocoon, 0.5 g during meal, and lg during tremor.
  • the piezoelectric material portion 212 provided on the deformable member 211 is, for example, 1. lmV / g
  • the piezoelectric material portions 212 of the individual deformable members 211 may be As shown in Table 1, the output voltage is 0.055 mV, 0.22 mV, 0.55 mV, and 1. lmV.
  • the deformable member 211 including the piezoelectric material portion 212 is provided in the acceleration sensor 21 OA.
  • the applied voltage is as shown in Table 1.
  • the signal processing circuits 213, 213, and 213 force S0N attached to So
  • FIG. 4 shows individual signal processing circuits 213 when the behavior of a bird is, for example, 15 minutes for a shark, 10 minutes for a meal, 30 minutes for sleep, and 5 minutes for a tremor. It shows the temporal displacement of the applied voltage.
  • the signal processing circuits 213, 213, 21 when the tremor is started which is an operation that can be determined that an abnormality has occurred in the state of the bird.
  • the sensor 120 transmits sensor information when the temperature detected by the temperature sensor 210T deviates from the preset range and is a value that can be determined that an abnormality has occurred in the state of the bird. ing. That is, when the acceleration level is level 4 in the sensor control unit 220, the detected acceleration level is level 4 in the sensor 120. A signal indicating that is transmitted.
  • control device 160 When the control device 160 receives a sensor 120 force, or a signal indicating that the acceleration level is level 4, it determines that an abnormality has occurred in the physical condition of the bird in the management area 110. .
  • the piezoelectric material portion 212 made of a piezoelectric material directly generates an electric charge, so the power consumption during standby is almost zero.
  • the sensitivity in the piezoelectric material section 212, the number of the deformable members 211, the set voltage to be turned on in the signal processing circuit 213, etc. are merely examples, and can be appropriately changed.
  • the connection position of the signal processing circuit 213, the set voltage in the signal processing circuit 213, etc. Can be measured.
  • the individual deformable member 211, the piezoelectric material portion 212, and the signal processing circuit 213 themselves can be used in common, so that a device with high versatility and applicability can be used by simply changing the design according to the application. It can be said that it is a configuration.

Abstract

Intended is to provide an acceleration sensor or the like capable of reducing the power requirements while reducing the size and weight. The acceleration sensor (210A) is constituted by connecting a plurality of piezoelectric material units (212) having a deformable member (211) deformed according to an acceleration applied, in series, and by connecting a signal processing circuit (213) with the piezoelectric material unit (212) at a predetermined position. To the signal processing circuit (213), there is applied a voltage according to the number of the piezoelectric material units (212), from the ground side acting as a reference potential to the piezoelectric material unit (212) connected with that signal processing circuit (213). If that voltage exceeds a preset voltage, a signal to turn ON the signal processing circuit (213) is outputted. On the basis of this signal, the acceleration can be digitally measured.

Description

明 細 書  Specification
加速度センサ、鳥インフルエンザ監視システム  Acceleration sensor, bird flu monitoring system
技術分野  Technical field
[0001] 本発明は、加速度センサ、および鳥インフルエンザ監視システムに関する。  [0001] The present invention relates to an acceleration sensor and an avian influenza monitoring system.
背景技術  Background art
[0002] 従来より、加速度センサは、センサの質量部分の変位を、静電容量の変化、ピエゾ 抵抗効果による電気抵抗の変化、歪ゲージ、圧電効果による電荷の変化等により、 加速度を計測している(例えば、特許文献;!〜 3参照。)。  [0002] Conventionally, acceleration sensors measure the displacement of the mass part of the sensor by measuring the acceleration based on changes in capacitance, changes in electrical resistance due to the piezoresistance effect, strain gauges, changes in charge due to the piezoelectric effect, and the like. (For example, refer to patent documents;! To 3).
近年、このような力!]速度センサは、 MEMS (micro electro mechanical systems)技休亍 を用いて小型化が図られてレ、る。  In recent years, such power! ] The speed sensor is miniaturized using micro electro mechanical systems (MEMS) technology.
[0003] 特許文献 1:特開 2005— 140720号公報 [0003] Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2005-140720
特許文献 2:特開 2006 _ 250910号公報  Patent Document 2: JP 2006_250910A
特許文献 3:特開 2006— 234795号公報  Patent Document 3: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-234795
発明の開示  Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題  Problems to be solved by the invention
[0004] 上記したような加速度センサのうち、静電容量や抵抗変化を検出するタイプのもの においては、加速度を計測するためには駆動電力を必要とする。すなわち、常時電 圧を印加しておき、通常時の静電容量や抵抗を基準として、静電容量や抵抗の変化 を検出するのである。このため、加速度センサの用途によっては、加速度の計測対象 に取り付けた場合、電源の確保が問題となる。特にこのような加速度センサを、動物 に装着するような用途の場合、外部から電力を供給したり、バッテリに充電を行うのは 困難であるうえ、電源を含めた加速度センサ全体を小型化'軽量化する必要があるた めに、大型のバッテリ等を備えることもできない。 [0004] Among the acceleration sensors as described above, those that detect capacitance and resistance change require driving power in order to measure acceleration. In other words, voltage is constantly applied, and changes in capacitance and resistance are detected based on normal capacitance and resistance. For this reason, depending on the application of the acceleration sensor, securing the power supply becomes a problem when it is attached to an acceleration measurement target. Especially in applications where such an acceleration sensor is worn on an animal, it is difficult to supply power from the outside or charge the battery, and the entire acceleration sensor including the power supply is downsized and lightweight. It is not possible to provide a large battery or the like.
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、小型 ·軽量化を図るこ とを可能としつつも、省電力化を図ることのできる加速度センサ等を提供することを目 的とする。  The present invention has been made based on such a technical problem, and an object thereof is to provide an acceleration sensor and the like capable of reducing power consumption while allowing reduction in size and weight. And
課題を解決するための手段 [0005] かかる目的のもと、本発明の加速度センサは、加速度に応じて変形する変形部材と 、変形部材の表面に形成され、変形部材の変形に応じて電荷を発生する圧電材料 部と、圧電材料部で発生した電荷量に応じて得られる電圧が印加され、印加された 電圧が予め定めた設定電圧を超えたときに信号を発する信号処理回路と、を備える 。そして、圧電材料部は互いに電気的に直列に接続されて複数が備えられる。さらに 、信号処理回路は複数が備えられて、直列に接続された複数の圧電材料部のうち、 互いに異なる少なくとも 2つの圧電材料部に接続されている。そして、複数の信号処 理回路のそれぞれにおいては、その信号処理回路が接続された圧電材料部から、 基準電位との間に直列に接続されている圧電材料部の数に応じて生じる電圧が印 カロされるようになっている。ここで、圧電材料部としては、圧電薄膜、圧電厚膜の他、 圧電バルタセラミックス、単結晶、高分子、コンポジット等複合材料を接合や接着する もの等があり得る。 Means for solving the problem [0005] For this purpose, the acceleration sensor of the present invention includes a deformable member that deforms according to acceleration, a piezoelectric material portion that is formed on the surface of the deformable member, and generates a charge according to deformation of the deformable member, A signal processing circuit for applying a voltage obtained according to the amount of electric charge generated in the piezoelectric material portion and generating a signal when the applied voltage exceeds a predetermined set voltage. A plurality of piezoelectric material portions are electrically connected in series to each other. Further, a plurality of signal processing circuits are provided, and are connected to at least two different piezoelectric material portions among the plurality of piezoelectric material portions connected in series. In each of the plurality of signal processing circuits, a voltage generated according to the number of piezoelectric material portions connected in series between the piezoelectric material portion to which the signal processing circuit is connected and the reference potential is applied. Caro is coming. Here, the piezoelectric material portion may include a piezoelectric thin film and a piezoelectric thick film, as well as a material that joins or bonds a composite material such as piezoelectric butter ceramics, single crystal, polymer, and composite.
このような加速度センサにおいては、加速度が作用すると変形部材が変形し、これ にともない圧電材料部がその変形量に応じた電荷を発生する。そして、この圧電材 料部は複数が電気的に直列に接続されているので、接地側からの配置 (順番)によ つて、基準電位との間に直列に接続されている圧電材料部の数に応じて生じる電圧 1S 圧電材料部ごとに異なることになる。信号処理回路に圧電材料部から印加された 電圧が設定電圧を超えた場合、信号処理回路は信号を発するが、この信号を発した 信号処理回路を認識することで、作用した加速度の程度を得ることができる。つまり、 複数の信号処理回路から発する信号に基づいて、加速度をデジタル的に測定するこ とができるのである。  In such an acceleration sensor, when an acceleration is applied, the deformable member is deformed, and accordingly, the piezoelectric material portion generates a charge corresponding to the amount of deformation. Since a plurality of the piezoelectric material parts are electrically connected in series, the number of piezoelectric material parts connected in series with the reference potential is determined by the arrangement (order) from the ground side. Depending on the voltage, the voltage varies depending on the 1S piezoelectric material part. When the voltage applied from the piezoelectric material part to the signal processing circuit exceeds the set voltage, the signal processing circuit emits a signal. By recognizing the signal processing circuit that issued this signal, the degree of the applied acceleration is obtained. be able to. In other words, acceleration can be measured digitally based on signals emitted from a plurality of signal processing circuits.
[0006] このような加速度センサにお!/、ては、複数の信号処理回路からの信号を、電気的な 接続を介して出力することもできるし、無線等の通信を介して出力すること、メモリ回 路等に蓄積すること等が可能である。  [0006] In such an acceleration sensor, signals from a plurality of signal processing circuits can be output via an electrical connection, or can be output via communication such as wireless communication. It can be stored in a memory circuit or the like.
[0007] ところで、上記したような加速度センサは、いかなる目的で用いても良いが、鳥イン フルェンザの監視のために使用することが可能である。  [0007] By the way, the acceleration sensor as described above may be used for any purpose, but can be used for monitoring the bird influencer.
我が国における BSE発生や鳥インフルエンザ流行などを契機に、最近「食の安全」 に対する関心が急速に高まっている。し力、し、これらの問題は、「人間にとっての安全 」とレ、う観点からの個々の感染症などに対する対症療法的な対策だけでは根本的に は解決できず、改めて、食とは何力、、人間と自然 (動植物)との関わりはどうあるべきか 、とレ、うような大局的な観点から問題を捉えなおす必要性に迫られて!/、る。 Recently, interest in “food safety” has been rapidly increasing due to the outbreak of BSE and the avian influenza epidemic in Japan. These problems are “safe for humans” ”, The symptomatic measures against individual infectious diseases, etc. from the viewpoint of the individual cannot be fundamentally solved. What is the power of food and the relationship between humans and nature (animals and plants)? There is a need to re-examine the problem from a global point of view!
[0008] 動物の生態を調べる従来の方法としては、 GPS端末による渡り鳥の位置探査や、 牛の歩行頻度から発情期を検出する試みが知られている。また、従来の動物健康管 理センシングには、オフラインのバイオ的検査手法が主に開発されてきた。し力、しこ れらの方法では、検査を迅速に行うことができず、且つ高コストであり、一般に普及さ せることができるものではなかった。  [0008] As conventional methods for investigating the ecology of animals, there are known attempts to detect the estrus from the location of migratory birds using a GPS terminal and the walking frequency of cattle. In addition, off-line biopsy techniques have been mainly developed for conventional animal health management sensing. However, these methods cannot perform inspection quickly, are expensive, and cannot be widely used in general.
[0009] そこで、本発明者らは、加速度 ·傾斜 ·温度 '血流 ·血圧 '脈拍等、鳥の物理量変化 に着目した。これらの物理量測定を行うセンサを管理対象となる鳥に装着し、センサ から送信された測定結果のデータに基づいて鳥の行動状態を判定することで、鳥の 健康状態を判定しょうというのである。  [0009] Therefore, the present inventors paid attention to changes in physical quantities of birds, such as acceleration, inclination, temperature, "blood flow, blood pressure" and pulse. A sensor that measures these physical quantities is attached to a bird to be managed, and the bird's health status is determined by determining the behavioral status of the bird based on the measurement result data transmitted from the sensor.
このような技術においては、 MEMS技術により、物理センサや通信装置等を超小 型のチップに収めることができる。このようなチップを多数の鳥に装着してデータを逐 次的に収集し、コンピュータを用いてデータを解析することで、多数の鳥を一括して 管理することができるのである。  In such technology, physical sensors and communication devices can be housed in ultra-small chips by MEMS technology. By attaching such a chip to a large number of birds, collecting data sequentially, and analyzing the data using a computer, it is possible to manage a large number of birds at once.
[0010] さらに研究を重ねた過程で、本発明者らは、鳥の健康状態を判定するのに鳥の加 速度の変化を監視するのが好ましいことを見出した。  [0010] In the course of further research, the present inventors have found that it is preferable to monitor changes in bird acceleration to determine bird health.
すなわち、本発明は、鳥インフルエンザ監視システムであって、管理対象となる鳥 に装着され、少なくとも加速度を測定するとともに、測定の結果をデータとして無線送 信するセンサと、センサから送信されたデータに基づき、鳥の健康状態に異常が生じ て!/、るか否かの判定を行う判定装置と、を備えてレ、ることを特徴とするのである。  That is, the present invention is a bird flu monitoring system that is attached to a bird to be managed, measures at least acceleration, and wirelessly transmits the measurement result as data, and data transmitted from the sensor. And a determination device that determines whether or not an abnormality has occurred in the health condition of the bird!
[0011] 本発明の加速度センサは、上記のような用途に用いるのに好適である。 [0011] The acceleration sensor of the present invention is suitable for use as described above.
すなわち、前記のセンサは、加速度に応じて変形する変形部材と、変形部材の表 面に形成され、変形部材の変形に応じて電荷を発生する圧電材料部と、圧電材料部 で発生した電荷量に応じて得られる電圧が印加され、印加された電圧が予め定めた 設定電圧を超えたときに信号を発する信号処理回路と、を備え、圧電材料部は互い に電気的に直列に接続されて複数が備えられ、信号処理回路は複数が備えられて、 直列に接続された複数の圧電材料部のうち、互いに異なる少なくとも 2つの圧電材料 部に接続され、複数の信号処理回路のそれぞれにおいては、基準電位との間に直 列に接続されている圧電材料部の数に応じて生じる電圧が印加されることを特徴と する。 That is, the sensor includes a deformable member that deforms in response to acceleration, a piezoelectric material portion that is formed on the surface of the deformable member and generates an electric charge according to the deformation of the deformable member, and an amount of charge generated in the piezoelectric material portion And a signal processing circuit that emits a signal when the applied voltage exceeds a predetermined set voltage, and the piezoelectric material portions are electrically connected to each other in series. A plurality of signal processing circuits are provided, Piezoelectric materials connected to at least two different piezoelectric material portions among the plurality of piezoelectric material portions connected in series, and connected in series with the reference potential in each of the plurality of signal processing circuits. The voltage generated according to the number of parts is applied.
このとき、センサは、加速度が予め定めた設定値以上又は以下である場合のみ、信 号を無線送信するように構成するのが好ましい。  At this time, the sensor is preferably configured to wirelessly transmit a signal only when the acceleration is equal to or higher than a predetermined set value.
また、センサは、無線供給された電力を蓄電する遠隔蓄電部を備えるようにするの が好ましい。  In addition, the sensor preferably includes a remote power storage unit that stores the wirelessly supplied power.
なお、センサにおいては、鳥インフルエンザの発生の検出精度を高めるため、加速 度以外に、鳥の体温等、他のパラーメータについても検出するようにしてもよい。 発明の効果  In addition, in order to improve the detection accuracy of occurrence of avian influenza, the sensor may detect other parameters such as the body temperature of the bird in addition to the acceleration. The invention's effect
[0012] 本発明の加速度センサによれば、直列に接続された複数の圧電材料部から出力さ れる電圧を、複数の信号処理回路で検出することによって、加速度をデジタル的に 測定すること力できる。このとき、作用した加速度によって、圧電材料からなる圧電材 料部が直接電荷を発生させることができるため、待機中の消費電力をほぼ 0とするこ と力 Sできる。また、圧電材料部を直列に備えることで、加速度が作用したときの発電量 を高めることができるので、この加速度センサを高感度なものとすることができる。さら に、このような加速度センサは、 MEMS技術によって小型に形成することができ、ま た消費電力を抑えることでバッテリ等を廃し、軽量化を図ることが可能となる。  According to the acceleration sensor of the present invention, it is possible to measure acceleration digitally by detecting voltages output from a plurality of piezoelectric material portions connected in series with a plurality of signal processing circuits. . At this time, due to the applied acceleration, the piezoelectric material portion made of the piezoelectric material can directly generate an electric charge, so that the power consumption during standby can be reduced to almost zero. Moreover, since the amount of power generation when acceleration is applied can be increased by providing the piezoelectric material portions in series, this acceleration sensor can be highly sensitive. Furthermore, such an acceleration sensor can be made small by MEMS technology, and by reducing power consumption, it is possible to eliminate the battery and reduce the weight.
また、このような加速度センサを備えた鳥インフルエンザ監視システムにおいては、 センサの軽量化を図るとともに、消費電力を抑えることでセンサのロングライフ化を図 ること力 Sでさる。  In addition, in the avian influenza monitoring system equipped with such an acceleration sensor, it is possible to reduce the weight of the sensor and to reduce the power consumption to extend the life of the sensor.
図面の簡単な説明  Brief Description of Drawings
[0013] [図 1]本実施の形態における鳥インフルエンザ監視システムの概念図である。  FIG. 1 is a conceptual diagram of a bird flu monitoring system in the present embodiment.
[図 2]センサの構成を示す図である。  FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a sensor.
[図 3]センサの具体的構成を示す図である。  FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of the sensor.
[図 4]センサにおける電圧変化の具体例を示す図である。  FIG. 4 is a diagram showing a specific example of voltage change in the sensor.
符号の説明 [0014] 100···鳥インフノレユンザ監視システム、 120···センサ、 130···中'継局、 150···送受 信装置、 160···制御装置(判定コンピュータ)、 210···物理量センサ、 210Α···加速 度センサ、 210T…温度センサ、 211…変形部材、 211a…カンチレノ一、 211b…錘 、 212···圧電材料部(圧電部)、 213···信号処理回路、 220···センサ制御部、 230··· コンデンサ、 240···通信制御部、 250·· 'アンテナ Explanation of symbols [0014] 100 ··· Bird Infnore Yunza monitoring system, 120 ··· Sensor, 130 ··· Middle relay, 150 ··· Transmission / reception device, 160 ··· Control device (judgment computer), 210 ··· Physical quantity sensor, 210Α ... Acceleration sensor, 210T ... Temperature sensor, 211 ... Deformation member, 211a ... Cantilever, 211b ... Weight, 212 ... Piezoelectric material part (piezoelectric part), 213 ... Signal processing circuit, 220 ··· Sensor control unit, 230 ··· Capacitor, 240 ··· Communication control unit, 250 ·· 'Antenna
発明を実施するための最良の形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0015] 以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
図 1は、本発明による鳥インフルエンザ監視システム 100を概念的に描いた図であ 図 1に示すように、鳥インフルエンザ監視システム 100は、管理区域 110内で管理 される鳥(生体)に装着されるセンサ 120、管理区域 110内をカバーするように 1つ又 は複数個設置される中継局 130、管理区域 110内に設置される全ての中継局 130を 集中制御する中継局コントローラ 140、送受信装置 150、制御装置 (判定コンビユー タ) 160などから構成される。  FIG. 1 is a diagram conceptually illustrating an avian influenza monitoring system 100 according to the present invention. As shown in FIG. 1, the avian influenza monitoring system 100 is attached to a bird (living body) managed in a management area 110. Sensors 120, one or more relay stations 130 installed to cover the management area 110, relay station controller 140 for centralized control of all the relay stations 130 installed in the management area 110, transmission / reception device 150 and control device (judgment computer) 160.
[0016] 管理区域 110は、鳥舎等、鳥を飼育するために設けられたものである。  [0016] The management area 110 is provided for raising birds, such as a birdhouse.
管理区域 110内においては、センサ 120と中継局 130との間は無線により通信が 行われる。このため、管理区域 110は、中継局 130がセンサ 120からの信号を直接 又は間接に取得し得る領域である。従って、管理区域 110を広くする場合には、セン サ 120の無線通信の出力を上げる力、、中継局 130の数を増やせばよい。 1つの中継 局 130によって、半径数 10mの領域をカバーできることが好ましい。このようなセンサ 120と中継局 130との間における通信方式として、 IEEE802. llxの無線 LAN、 P HS (登録商標)、 Bluetooth (登録商標)、 ZigBee (登録商標)、 UWB等の規格があ るが、消費電力と通信距離のバランスを考えると、現在では ZigBee (登録商標)が好 適な方式といえる。むろん、他の方式を用いても構わない。  In the management area 110, the sensor 120 and the relay station 130 communicate wirelessly. Therefore, the management area 110 is an area where the relay station 130 can acquire the signal from the sensor 120 directly or indirectly. Therefore, when the management area 110 is widened, the power to increase the wireless communication output of the sensor 120 and the number of relay stations 130 may be increased. It is preferable that one relay station 130 can cover an area having a radius of several tens of meters. There are standards such as IEEE802.llx wireless LAN, PHS (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), and UWB as communication methods between the sensor 120 and the relay station 130. However, considering the balance between power consumption and communication distance, ZigBee (registered trademark) is now the preferred method. Of course, other methods may be used.
[0017] センサ 120は、鳥の姿勢や行動、バイタルサインなどを検出するセンサ群と、検出 処理回路、通信回路、電源およびパワーマネージメントデバイスを高密度集積化した 、鳥の健康状態をモニタするためのシステムインパッケージである。  [0017] The sensor 120 is a high-density integration of a sensor group that detects the posture and behavior of a bird, vital signs, and the like, and a detection processing circuit, a communication circuit, a power supply, and a power management device, so as to monitor the health state of the bird. It is a system in package.
このセンサ 120における測定データは無線により送信される。送信された測定デー タは中継局 130によって受信され、さらに、中継局コントローラ 140に転送される。 Measurement data in the sensor 120 is transmitted wirelessly. Transmitted measurement data The data is received by the relay station 130 and further transferred to the relay station controller 140.
[0018] 中継局 130と中継局コントローラ 140とは、無線又は有線のイーサネット(登録商標 )で接続されること力できる。中継局コントローラ 140は、管理区域 110に設置される 中継局 130のみならず、他の管理区域 112や 114の中継局も制御し、これらの中継 局で受信されたセンサ 120のデータを集めて送受信装置 150へと転送する。さらに、 中継局コントローラ 140には、中継局 130からのデータを集めることの他に、管理区 域 110に設置される全ての中継局 130へ IPアドレス等の識別標識を付与したり、制 御装置 160から個々のセンサ 120に与えられる命令の伝達を媒介したりする機能を 付加すること力 Sできる。別の実施態様において、複数の中継局 130によってメッシュ ネットワークを形成する場合には、中継局コントローラ 140は、中継局 130間のハンド オーバの制御も行うように構成されることができる。 [0018] The relay station 130 and the relay station controller 140 can be connected by wireless or wired Ethernet (registered trademark). The relay station controller 140 controls not only the relay station 130 installed in the management area 110 but also the relay stations in the other management areas 112 and 114, and collects and transmits the data of the sensors 120 received by these relay stations. Transfer to device 150. Furthermore, in addition to collecting data from the relay station 130, the relay station controller 140 is assigned an identification mark such as an IP address to all the relay stations 130 installed in the management area 110, and is provided with a control device. It is possible to add a function that mediates transmission of commands given from 160 to each sensor 120. In another embodiment, when a mesh network is formed by a plurality of relay stations 130, the relay station controller 140 can also be configured to control hand over between the relay stations 130.
送受信装置 150は、イーサネット (登録商標) ·インターネット ·電話回線,無線電話 ネットワーク 'などを通じて、センサ 120の測定データを制御装置 160へと送信する。  The transmission / reception device 150 transmits the measurement data of the sensor 120 to the control device 160 through the Ethernet (registered trademark), the Internet, a telephone line, a wireless telephone network.
[0019] 制御装置 160は、ハードウェア的にはコンピュータ装置であり、必要な機能を備え たソフトウェアを汎用のコンピュータにインストールすることで、製造することができる。 このため制御装置 160の多くの機能は、一般的なコンピュータが備えている、 CPU やメモリ、ネットワークアダプタ、モデム等のハードウェアと、ソフトウェアとの協働によ つて実現されている。 [0019] The control device 160 is a computer device in terms of hardware, and can be manufactured by installing software having necessary functions in a general-purpose computer. Therefore, many functions of the control device 160 are realized by cooperation of hardware such as CPU, memory, network adapter, and modem, which is provided in a general computer, and software.
この制御装置 160は、センサ 120から送信された測定データに基づき、鳥インフノレ ェンザの発生の有無を監視している。そして、センサ 120から送信された測定データ 1S 鳥インフルエンザの発生を示すものであると判定された場合には、その判定結果 、すなわち鳥インフルエンザが発生したことを表す情報を、アラームの出力、印刷物 のプリントアウト、予めインプットされた送付先への電子メールの送信等によって出力 することもできる。制御装置 160は管理区域 110の近辺に設置されて!/、てもよ!/、が、 全く離れた遠隔地に設置されて!/、ても良レ、。  Based on the measurement data transmitted from the sensor 120, the control device 160 monitors the presence / absence of the bird infuser. If it is determined that the measurement data 1S transmitted from the sensor 120 indicates the occurrence of avian influenza, the determination result, that is, information indicating that avian influenza has occurred, is output as an alarm output or printed matter. It can also be output by printing out or sending an e-mail to a pre-input destination. The control device 160 is installed in the vicinity of the management area 110! /, Or even! /, But it is installed in a remote place!
[0020] 次に、図 2を用いてセンサ 120の構成について説明する。 Next, the configuration of the sensor 120 will be described with reference to FIG.
図 2はセンサ 120の構成を示す図である。  FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the sensor 120.
図 2に示すように、センサ 120は、例えば、薄帯状のフィルム基板上に、所定の物理 量を測定する物理量センサ 210と、センサ 120として所定の動作を行うように各部を コントロールするための回路が構成されたセンサ制御部 220と、センサ 120の動作に 必要な電力を蓄えるコンデンサ 230と、中継局 130との間で電波の送受信を行うため の通信制御を行うための通信制御部 240と、アンテナ 250を、薄帯状(フィルム状)の 基板上に実装した超小型ネットワークセンサチップである。 As shown in FIG. 2, for example, the sensor 120 has a predetermined physical property on a thin film substrate. A physical quantity sensor 210 for measuring the quantity, a sensor control unit 220 configured to control each part so as to perform a predetermined operation as the sensor 120, a capacitor 230 for storing electric power necessary for the operation of the sensor 120, This is an ultra-small network sensor chip in which a communication control unit 240 for performing communication control for transmitting / receiving radio waves to / from the relay station 130 and an antenna 250 are mounted on a thin-band (film-like) substrate.
このようなセンサ 120は、最先端の超高密度実装技術および MEMS加工技術を駆 使すると共に、センサ機能を絞り込むことにより、超小型なものとする。一つの例では 、 3cm角アンテナ FPC上の真ん中 lcm角領域に 3次元積層チップ(5mm以下)を搭 載したシステムインパッケージにより超小型センサチップを製造する。  Such a sensor 120 uses the most advanced ultra-high-density mounting technology and MEMS processing technology, and is also made extremely compact by narrowing down the sensor function. In one example, an ultra-small sensor chip is manufactured by a system-in-package with a three-dimensional multilayer chip (5 mm or less) in the middle lcm square area on a 3 cm square antenna FPC.
[0021] 物理量センサ 210は、少なくとも加速度を測定するような物理量センシングチップで ある。本実施の形態においては、物理量センサ 210として、加速度センサ 210Aに加 え、対象物の温度(体温)を検出する温度センサ 210Tが備えられている。  The physical quantity sensor 210 is a physical quantity sensing chip that measures at least acceleration. In the present embodiment, in addition to the acceleration sensor 210A, a temperature sensor 210T that detects the temperature (body temperature) of the object is provided as the physical quantity sensor 210.
[0022] 本実施の形態のセンサ 120においては、加速度センサ 210Aや温度センサ 210T で検出した加速度情報や温度情報を含むセンサ情報を、逐次中継局 130に送信す るのではなぐ送信頻度、送信データ量を抑えることで消費電力を低減できるような構 成とすること力 Sできる。たとえば、温度センサ 210Tにおいては、検出した温度が、予 め設定した範囲から逸脱し、鳥の状態に異常が発生していると判断できる値であった ときにセンサ情報を送信するようになっている。  [0022] In the sensor 120 of the present embodiment, the sensor information including acceleration information and temperature information detected by the acceleration sensor 210A and the temperature sensor 210T is not transmitted to the relay station 130 one after another. The ability to reduce power consumption by reducing the amount can be achieved. For example, in the temperature sensor 210T, sensor information is transmitted when the detected temperature deviates from the preset range and it can be determined that an abnormality has occurred in the state of the bird. Yes.
[0023] センサ制御部 220は、具体的には ICとメモリとから構成されるもので、物理量センサ  [0023] Specifically, the sensor control unit 220 includes an IC and a memory, and is a physical quantity sensor.
210から信号を受け取ったときに、所定の処理を行うイベントドリブン回路を備えてい る。ここで、所定の処理としては、物理量センサ 210から受け取った信号の内容をメモ リに蓄積する、というものがある。  An event-driven circuit that performs predetermined processing when a signal is received from 210 is provided. Here, as the predetermined processing, there is a method of accumulating the contents of the signal received from the physical quantity sensor 210 in the memory.
さらに、本実施の形態において、センサ 120は、中継局 130から送信される電波を アンテナ 250で受信することで誘導起電力により電力を発生し、この電力をコンデン サ 230に蓄えるようになつている。このため、センサ制御部 220は、アンテナ 250で受 信した電波を直流電流に変換する RF— DC変換回路と、 RF— DC変換回路で変換 した直流電流によって電力をコンデンサ 230に蓄える充電回路と、を備えている。こ のように、センサ 120が電源を搭載して自らの電力で通信を行うアクティブセンサであ るため、 RF— IDのようにリーダによるスキャンを必要とせず、その行動を制御すること が決して容易ではな!/、鳥の管理に適して!/、る。 Further, in the present embodiment, the sensor 120 generates electric power by the induced electromotive force by receiving the radio wave transmitted from the relay station 130 by the antenna 250, and stores this electric power in the capacitor 230. . For this reason, the sensor control unit 220 converts an RF-DC conversion circuit that converts radio waves received by the antenna 250 into a direct current, a charging circuit that stores electric power in the capacitor 230 by the direct current converted by the RF-DC conversion circuit, It has. In this way, sensor 120 is an active sensor that has a power supply and communicates with its own power. Therefore, it does not require scanning by a reader like RF—ID and it is never easy to control its behavior! /, Suitable for bird management! /.
[0024] 通信制御を担う通信制御部 240は、物理量センサ 210による測定データを送信す るための超小型の無線通信機としての機能を発揮するものであり、通信制御回路を 有した制御チップと、送受信する電波のインピーダンスを整合するインピーダンス整 合回路とを有する。ここで、制御チップは、独自の識別子を持つように構成され、物理 量センサ 210によるセンサ情報を送信する際には、当該識別子を共に送信するよう に構成される。 [0024] The communication control unit 240 responsible for communication control functions as an ultra-compact wireless communication device for transmitting measurement data from the physical quantity sensor 210, and includes a control chip having a communication control circuit and And an impedance matching circuit for matching the impedance of radio waves to be transmitted and received. Here, the control chip is configured to have a unique identifier. When transmitting sensor information from the physical quantity sensor 210, the control chip is configured to transmit the identifier together.
[0025] 図 3は、物理量センサ 210において、加速度を検出するための加速度センサ 210A の構成を示す図である。  FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an acceleration sensor 210 A for detecting acceleration in the physical quantity sensor 210.
この図 3に示すように、加速度センサ 210Aは、加速度センサ 210Aに作用した加 速度に応じて変形する変形部材 21 1と、変形部材 211の変形に応じて電荷を発生す る圧電材料部 212と、圧電材料部 212で発生した電荷量に応じて得られる電圧が印 加される信号処理回路 213とを備えている。  As shown in FIG. 3, the acceleration sensor 210A includes a deformation member 211 that deforms according to the acceleration applied to the acceleration sensor 210A, and a piezoelectric material portion 212 that generates an electric charge according to the deformation of the deformation member 211. A signal processing circuit 213 to which a voltage obtained according to the amount of electric charge generated in the piezoelectric material portion 212 is applied.
[0026] ここで変形部材 211としては、例えばカンチレバー 21 laと錘 21 lbとからなるカンチ レバー式のものを用いることができる。カンチレバー式の変形部材 211にお!/、ては、 加速度が作用すると、錘 21 lbの質量が加わっているカンチレバー 21 laが、作用し た加速度に応じた変形量で橈み変形する。このような変形部材 211としては、カンチ レバー式に限らず、ダイヤフラム式等、他のタイプのものを採用しても良い。他のタイ プとしては、例えば、複数本のカンチレバーに錘が支持された構造のもの(Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 10,(2000) 322- 328参照。)等がある。  Here, as the deformable member 211, for example, a cantilever type composed of a cantilever 21 la and a weight 21 lb can be used. When acceleration is applied to the cantilever-type deformable member 211, the cantilever 21 la to which the mass of the weight 21 lb is added is squeezed and deformed with a deformation amount corresponding to the applied acceleration. Such a deformable member 211 is not limited to a cantilever type but may be another type such as a diaphragm type. Other types include, for example, a structure in which a weight is supported by a plurality of cantilevers (see Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 10, (2000) 322-328).
[0027] 圧電材料部 212は、変形部材 211の表面に形成された圧電薄膜からなる。このよう な圧電薄膜を形成する材料としては、 PZT (チタン酸ジルコン酸鉛)材料のほか、 Ba TiO、 ZnO、 A1N、水晶、 PVDF (ポリフッ化ビニリデン)等の周知の圧電材料を用い The piezoelectric material part 212 is made of a piezoelectric thin film formed on the surface of the deformable member 211. As a material for forming such a piezoelectric thin film, in addition to PZT (lead zirconate titanate) material, well-known piezoelectric materials such as Ba TiO, ZnO, A1N, quartz crystal, PVDF (polyvinylidene fluoride) are used.
3 Three
ることが可能である。このような圧電材料部 212は、作用した加速度に応じて変形部 材 21 1が変形すると、その変形量に応じた電荷を発生する。つまり、作用した加速度 が大きいほど、圧電材料部 212では大きな電荷を発生する。発生した電荷と、圧電 材料部 212における負荷容量によって、圧電材料部 212で得られる電圧が決まる。 ここで、圧電材料部 212は、カンチレバー 21 laを例えば Si系材料等で形成するの であれば、その表面に所定の圧電材料からなる薄膜を形成すればよいし、また、カン チレバー 21 la自体を圧電材料で形成し、カンチレバー 21 laそのものを圧電材料部 212とすることも可能である。 Is possible. When the deformable member 211 is deformed according to the applied acceleration, the piezoelectric material portion 212 generates an electric charge according to the deformation amount. That is, as the applied acceleration increases, the piezoelectric material portion 212 generates a larger charge. The voltage obtained in the piezoelectric material portion 212 is determined by the generated charge and the load capacity in the piezoelectric material portion 212. Here, if the cantilever 21 la is formed of, for example, a Si-based material, the piezoelectric material portion 212 may be formed by forming a thin film made of a predetermined piezoelectric material on the surface, and the cantilever 21 la itself. Can be made of a piezoelectric material, and the cantilever 21 la itself can be used as the piezoelectric material portion 212.
[0028] このような圧電材料部 212を備えた変形部材 211は、加速度センサ 210Aにおいて 、圧電材料部 212どうしが電気的に直列に接続されて複数が備えられ、その一端側 は電気的に接地されている。  [0028] Such a deformable member 211 including the piezoelectric material portion 212 includes a plurality of the piezoelectric material portions 212 electrically connected in series in the acceleration sensor 210A, and one end side thereof is electrically grounded. Has been.
[0029] 信号処理回路 213は、図 3に示すような回路構成を有した MoS(Metal Oxide Semic onductor)トランジスタである。この信号処理回路 213は、センサ制御部 220を構成す る IC中に設けることができる。  The signal processing circuit 213 is a MoS (Metal Oxide Semiconductor) transistor having a circuit configuration as shown in FIG. This signal processing circuit 213 can be provided in an IC constituting the sensor control unit 220.
このような信号処理回路 213は、図 3に示すように、直列に接続された変形部材 21 1に対し、複数が、互いに異なる変形部材 211に接続されている。ここで、信号処理 回路 213は、直列に接続された変形部材 211の数よりも少なくても良いし、全ての変 形部材 211に接続するようにしても良い。本実施の形態においては、例えば 40個の 変形部材 211を直列接続して設け、このうち予め抽出 ·選定された位置の 4個の変形 部材 211に信号処理回路 213が接続されて!/、る。  As shown in FIG. 3, a plurality of such signal processing circuits 213 are connected to different deformation members 211 with respect to the deformation members 211 connected in series. Here, the signal processing circuit 213 may be less than the number of the deformable members 211 connected in series, or may be connected to all the deformable members 211. In the present embodiment, for example, 40 deformable members 211 are connected in series, and signal processing circuit 213 is connected to 4 deformable members 211 at positions previously extracted and selected. .
[0030] 信号処理回路 213のゲートには、その信号処理回路 213が接続された変形部材 2 11の圧電材料部 212からの電圧が印加される。ここで、変形部材 211の圧電材料部 212は、直列に接続されているため、接地側から n番目の変形部材 211に接続され た信号処理回路 213には、基準電位との電位差として、接地側から n個の圧電材料 部 212で発生した電圧 Vの総和(n X V)が印加される。  A voltage from the piezoelectric material part 212 of the deformable member 211 to which the signal processing circuit 213 is connected is applied to the gate of the signal processing circuit 213. Here, since the piezoelectric material portion 212 of the deformable member 211 is connected in series, the signal processing circuit 213 connected to the nth deformable member 211 from the ground side has a potential difference from the reference potential as the ground side. To the sum of voltage V (n XV) generated in n piezoelectric material sections 212 is applied.
ここで、各信号処理回路 213においては、トランジスタが ONに切り替わる電圧は予 め設定されている。つまり印加された電圧が設定電圧を上回れば信号処理回路 213 は ONとなる。  Here, in each signal processing circuit 213, the voltage at which the transistor is turned ON is preset. That is, when the applied voltage exceeds the set voltage, the signal processing circuit 213 is turned on.
信号処理回路 213が接続されたセンサ制御部 220においては、信号処理回路 21 3からの信号が OFFから ON、あるいは ONから OFFに切り替わると、 OFFから ON、 あるいは ONから OFFに切り替わったこと、およびその時刻情報をメモリに記憶させ、 所定のタイミングで、記憶したそれらの情報を、中継局 130を介して制御装置 160に 送信するようになっている。 In the sensor control unit 220 to which the signal processing circuit 213 is connected, when the signal from the signal processing circuit 213 is switched from OFF to ON, or from ON to OFF, it is switched from OFF to ON, or from ON to OFF, and The time information is stored in the memory, and the stored information is transmitted to the control device 160 via the relay station 130 at a predetermined timing. It is supposed to send.
[0031] 加速度センサ 210Aに加速度が作用した場合、個々の変形部材 211は同様に変 形するので、それぞれの圧電材料部 212からは同じ電圧が印加される。このとき、接 地側に近!/、変形部材 211に接続された信号処理回路 213にお!/、ては、接地側から 接続されている圧電材料部 212の数が少ないので、印加される電圧も小さい。これに 対し、接地側から離れた変形部材 211に接続された信号処理回路 213にお!/、ては、 接地側から接続されている圧電材料部 212の数が多いので、印加される電圧は大き くなる。 [0031] When acceleration acts on the acceleration sensor 210A, the individual deformable members 211 are similarly deformed, and therefore the same voltage is applied from each piezoelectric material portion 212. At this time, it is applied to the signal processing circuit 213 connected to the grounding side because the number of piezoelectric material portions 212 connected to the grounding side is small. The voltage is small. On the other hand, since the signal processing circuit 213 connected to the deformable member 211 far from the ground side has a large number of piezoelectric material parts 212 connected from the ground side, the applied voltage is growing.
[0032] このような構成により、作用した加速度によって印加される電圧は異なるので、セン サ制御部 220においては、どの信号処理回路 213が ONとなつたかを認識することで 、加速度をデジタル的に決定することができる。  [0032] With such a configuration, the applied voltage varies depending on the applied acceleration, so that the sensor control unit 220 recognizes which signal processing circuit 213 has been turned on to digitally determine the acceleration. Can be determined.
[0033] 例えば、本発明者らの研究により、鳥の動作によって生じる加速度は、睡眠時 0. 0 5g、徘徊 0. 2g、食事中 0. 5g、身震い時 lgであることが分かっている。  [0033] For example, according to the study by the present inventors, it is known that the acceleration caused by the bird's movement is 0.5 g during sleep, 0.2 g of cocoon, 0.5 g during meal, and lg during tremor.
変形部材 211に設けられた圧電材料部 212における感度を例えば 1. lmV/gと すると、センサ 120を鳥に取り付けた場合、前記のそれぞれの動作によって、個々の 変形部材 211の圧電材料部 212での電圧の出力は、表 1に示すように、 0. 055mV 、 0. 22mV、 0. 55mV、 1. lmVとなる。  If the sensitivity of the piezoelectric material portion 212 provided on the deformable member 211 is, for example, 1. lmV / g, when the sensor 120 is attached to a bird, the piezoelectric material portions 212 of the individual deformable members 211 may be As shown in Table 1, the output voltage is 0.055 mV, 0.22 mV, 0.55 mV, and 1. lmV.
[0034] [表 1]  [0034] [Table 1]
Figure imgf000012_0001
そして、加速度センサ 21 OAにおいて、圧電材料部 212を備えた変形部材 211を 例えば 40個直列に接続して備え、接地側から n = 3個目、 10個目、 15個目、 40個 目の変形部材 211に信号処理回路 213を備えた場合、鳥の動作に応じて印加され る電圧は表 1の通りとなる。
Figure imgf000012_0001
In the acceleration sensor 21 OA, the deformable member 211 including the piezoelectric material portion 212 is provided. For example, when 40 are connected in series and the signal processing circuit 213 is provided in the deformable member 211 of the n = 3rd, 10th, 15th, 40th from the ground side, depending on the behavior of the bird The applied voltage is as shown in Table 1.
それぞれの信号処理回路 213において ONとなる電圧を 2mVに設定すると、鳥の 動作に応じて ONとなる信号処理回路 213は、表 1の通りとなる。すなわち、睡眠時に は n = 40番目の変形部材 211に取り付けられた信号処理回路 213 のみが ON  Table 1 shows the signal processing circuits 213 that are turned on in response to bird operations when the voltage that is turned on in each signal processing circuit 213 is set to 2 mV. In other words, only the signal processing circuit 213 attached to the n = 40th deformable member 211 is ON during sleep.
(n = 40) となる。徘徊時には n= 15、 40番目の変形部材 211に取り付けられた信号処理回路 213 、 213 力 ΟΝとなり、食事日寺には n= 10、 15、 40番目の変形き材 211 (n = 40) The signal processing circuits 213 and 213 attached to the n = 15, 40th deformable member 211 are sometimes used, and n = 10, 15, 40th deformable material 211
(n= 15) (n = 40) (n = 15) (n = 40)
に取り付けられた信号処理回路 213 、 213 、 213 力 S〇Nとなる。そし  The signal processing circuits 213, 213, and 213 force S0N attached to So
(n= 10) (n= 15) (n = 40)  (n = 10) (n = 15) (n = 40)
て、身震い時には、 n = 3、 10、 15、 40番目の変形部材 211に取り付けられた全ての 信号処理回路 213 、 213 、 213 、 213 力 ΟΝとなる。  When the body shakes, all signal processing circuits 213, 213, 213, and 213 attached to the n = 3, 10, 15, 40th deformable member 211 are used.
(η = 3) (η= 10) (η= 15) (η = 40)  (η = 3) (η = 10) (η = 15) (η = 40)
[0036] このようにして、加速度センサ 210Aのセンサ制御部 220においては、 ONとなる信 号処理回路 213の数に応じ、加速度のレベルをデジタル的に得ることが可能となる。 例えば、表 1に示したように、信号処理回路 213 力 SONとなった場合をレベル 1、  In this manner, in the sensor control unit 220 of the acceleration sensor 210A, it is possible to digitally obtain the acceleration level according to the number of signal processing circuits 213 that are turned on. For example, as shown in Table 1, when the signal processing circuit 213 force SON, level 1,
(n = 40)  (n = 40)
信号処理回路 213 、 213 が ONとなった場合をレベル 2、信号処理回路 2  Level 2 when signal processing circuits 213 and 213 are turned on, signal processing circuit 2
(n= 15) (n = 40)  (n = 15) (n = 40)
13 、 213 、 213 力 ^〇Nとなった場合をレべノレ 3、信号処通回路 213 13, 213, 213 When the force becomes ^ N, the level is 3 and the signal processing circuit 213
(n= 10) (n= 15) (n = 40) (n(n = 10) (n = 15) (n = 40) (n
、 213 、 213 、 213 力 ^〇Nとなった場合をレべノレ 4と設定しておくこ, 213, 213, 213 Force ^ 〇N
= 3) (n= 10) (n= 15) (n = 40) = 3) (n = 10) (n = 15) (n = 40)
とで、加速度レベルをデジタル的に決定することができる。  Thus, the acceleration level can be digitally determined.
[0037] 図 4は、鳥の行動が、例えば、徘徊を 15分間、食事を 10分間、睡眠を 30分、身震 いを 5分という順であった場合の、個々の信号処理回路 213に印加される電圧の経 時的な変位を示すものである。このようにすると、鳥の状態に異常が発生していると判 断できる動作である身震いを始めたときに、信号処理回路 213 、 213 、 21 [0037] FIG. 4 shows individual signal processing circuits 213 when the behavior of a bird is, for example, 15 minutes for a shark, 10 minutes for a meal, 30 minutes for sleep, and 5 minutes for a tremor. It shows the temporal displacement of the applied voltage. In this way, the signal processing circuits 213, 213, 21 when the tremor is started, which is an operation that can be determined that an abnormality has occurred in the state of the bird.
(n = 3) (n= 10) (n = 3) (n = 10)
3 、 213 が ONとなり、センサ制御部 220においては、加速度レベルがレべ3 and 213 are turned ON, and the acceleration level is
(n= 15) (n = 40) (n = 15) (n = 40)
ル 4であると決定することができる。  4 can be determined.
センサ 120においては、温度センサ 210Tで検出した温度が、予め設定した範囲か ら逸脱し、鳥の状態に異常が発生していると判断できる値であったときにセンサ情報 を送信するようになっている。つまり、センサ制御部 220において加速度レベルがレ ベル 4であったときに、センサ 120では、検出された加速度レベルがレベル 4であるこ とを示す信号を送信する。 The sensor 120 transmits sensor information when the temperature detected by the temperature sensor 210T deviates from the preset range and is a value that can be determined that an abnormality has occurred in the state of the bird. ing. That is, when the acceleration level is level 4 in the sensor control unit 220, the detected acceleration level is level 4 in the sensor 120. A signal indicating that is transmitted.
制御装置 160においては、センサ 120力、ら、加速度レベルがレベル 4であることを 示す信号を受け取ると、管理区域 110内において、鳥の体調に異常が生じたと判定 すること力 S可倉 となる。  When the control device 160 receives a sensor 120 force, or a signal indicating that the acceleration level is level 4, it determines that an abnormality has occurred in the physical condition of the bird in the management area 110. .
この場合、信号処理回路 213 、 213 、 213 、 213 の全てを監視  In this case, all of the signal processing circuits 213, 213, 213, 213 are monitored.
(n = 3) (n= 10) (n= 15) (n = 40)  (n = 3) (n = 10) (n = 15) (n = 40)
しても良いが、センサ制御部 220においては、身震いの場合のみに ONとなる信号処 理回路 213 を監視するようにしても良い。  However, the sensor control unit 220 may monitor the signal processing circuit 213 that is turned on only when there is a tremor.
(n = 3)  (n = 3)
[0038] このような加速度センサ 210Aにおいては、作用した加速度によって、圧電材料か らなる圧電材料部 212が直接電荷を発生させるため、待機中の消費電力がほぼ 0で ある。  In such an acceleration sensor 210A, due to the applied acceleration, the piezoelectric material portion 212 made of a piezoelectric material directly generates an electric charge, so the power consumption during standby is almost zero.
また、変形部材 211に備えた圧電材料部 212を直列に備えることで、加速度が作 用したときの発電量を高めることができるので、この加速度センサ 210Aを高感度なも のとすること力 Sでさる。  In addition, since the piezoelectric material portion 212 provided in the deformable member 211 is provided in series, the amount of power generated when acceleration is applied can be increased. Therefore, the acceleration sensor 210A must be highly sensitive. I'll do it.
また、このようなセンサ 120を鳥に装着して無線で監視することにより、鳥の行動を 妨げることなく、多数の鳥の行動を低コスト且つオンラインでモニタリングすることが可 能となる。これによつて鳥の健康状態を容易に把握し、感染症の発生などの非常事 態も迅速に発見することができる。さらに、このような加速度センサ 210Aは、 MEMS 技術によって小型に形成することができ、また消費電力を抑えることでバッテリ等を廃 し、軽量化を図ることが可能となる。  In addition, by attaching such a sensor 120 to a bird and monitoring it wirelessly, it becomes possible to monitor the behavior of a large number of birds at low cost and online without interfering with the behavior of the birds. This makes it easy to understand the health status of birds and to quickly detect emergencies such as the occurrence of infectious diseases. Furthermore, such an acceleration sensor 210A can be formed in a small size by MEMS technology, and by reducing power consumption, it is possible to eliminate the battery and reduce the weight.
ここで、もちろん、上記に挙げた圧電材料部 212における感度や変形部材 211の 数、信号処理回路 213において ONとなる設定電圧等は一例に過ぎず、適宜変更す ること力 S可能である。直列に接続して設ける圧電材料部 212を備えた変形部材 211 の数、信号処理回路 213の接続位置、信号処理回路 213における設定電圧等を変 更することで、鳥以外にも、様々な加速度を測定することが可能となる。このときも個 々の変形部材 211、圧電材料部 212、信号処理回路 213自体は共通に用いることが できるので、用途に応じて設計変更を行うのみでよぐ汎用性、応用性の高いデバィ ス構成であると言える。  Here, of course, the sensitivity in the piezoelectric material section 212, the number of the deformable members 211, the set voltage to be turned on in the signal processing circuit 213, etc. are merely examples, and can be appropriately changed. By changing the number of deformation members 211 provided with the piezoelectric material part 212 provided in series, the connection position of the signal processing circuit 213, the set voltage in the signal processing circuit 213, etc. Can be measured. At this time, the individual deformable member 211, the piezoelectric material portion 212, and the signal processing circuit 213 themselves can be used in common, so that a device with high versatility and applicability can be used by simply changing the design according to the application. It can be said that it is a configuration.
[0039] 以上、本願発明の好適な実施態様につ!/、て例を挙げて説明してきたが、本願発明 は、その範囲を逸脱することなぐここで説明した実施態様の他にも様々な実施態様 を取りうることは言うまでもな!/、。 [0039] While the preferred embodiments of the present invention have been described above with examples, the present invention has been described. It goes without saying that various embodiments can be taken in addition to the embodiments described herein without departing from the scope! /.
例えば、センサ 120は、鳥インフルエンザの発生の監視以外の用途にも用いること が可能である。例えば、養鳥用 '牧畜用'野生動物用等、その用途に応じて大きさ 'セ ンサの種類'通信機の出力等を専用設計されてもよい。また、センサ 120を、動物で はなぐ他の用途での加速度の測定に用いることもできる。その場合、センサ 120の 装着対象が、その動作の制御が困難なものではない場合、電波による電力供給を行 うのではなぐセンサ 120にバッテリを備えるような構成とすることもできる。もちろん、 このバッテリには、適宜タイミングで充電が行えるようにすることも可能である。  For example, the sensor 120 can be used for purposes other than monitoring avian influenza outbreaks. For example, it may be designed exclusively for the output of the “sensor type” communication device, etc., depending on its use, such as for bird farming “for livestock” and for wild animals. The sensor 120 can also be used to measure acceleration in other applications than in animals. In that case, if the subject to which the sensor 120 is attached is not difficult to control its operation, the sensor 120 can be configured to include a battery instead of supplying power by radio waves. Of course, this battery can be charged at an appropriate timing.
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を 取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。  In addition to the above, the configurations described in the above embodiments can be selected or changed to other configurations as appropriate without departing from the gist of the present invention.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] 加速度に応じて変形する変形部材と、 [1] a deformable member that deforms in response to acceleration;
前記変形部材の表面に形成され、前記変形部材の変形に応じて電荷を発生する 圧電材料部と、  A piezoelectric material part that is formed on the surface of the deformable member and generates an electric charge according to the deformation of the deformable member;
前記圧電材料部で発生した電荷量に応じて得られる電圧が印加され、印加された 前記電圧が予め定めた設定電圧を超えたときに信号を発する信号処理回路と、を備 え、  A voltage obtained according to the amount of charge generated in the piezoelectric material portion is applied, and a signal processing circuit that emits a signal when the applied voltage exceeds a predetermined set voltage, and
前記圧電材料部は互いに電気的に直列に接続されて複数が備えられ、 前記信号処理回路は複数が備えられて、直列に接続された複数の前記圧電材料 部のうち、互いに異なる少なくとも 2つの前記圧電材料部に接続され、複数の前記信 号処理回路のそれぞれにお!/、ては、前記信号処理回路が接続された前記圧電材料 部から、基準電位との間に直列に接続されている前記圧電材料部の数に応じて生じ る電圧が印加されることを特徴とする加速度センサ。  The piezoelectric material portions are electrically connected in series with each other, and a plurality of the signal processing circuits are provided. Among the plurality of piezoelectric material portions connected in series, at least two of the piezoelectric material portions are different from each other. Each of the plurality of signal processing circuits is connected to the piezoelectric material section and connected in series between the piezoelectric material section to which the signal processing circuit is connected and a reference potential. An acceleration sensor, wherein a voltage generated according to the number of the piezoelectric material portions is applied.
[2] 複数の前記信号処理回路から発する前記信号に基づいて、加速度をデジタル的 に測定することを特徴とする請求項 1に記載の加速度センサ。 2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein acceleration is digitally measured based on the signals emitted from the plurality of signal processing circuits.
[3] 鳥インフルエンザ監視システムであって、 [3] A bird flu monitoring system,
管理対象となる鳥に装着され、少なくとも加速度を測定するとともに、前記測定の結 果をデータとして無線送信するセンサと、  A sensor that is mounted on a bird to be managed, measures at least acceleration, and wirelessly transmits the result of the measurement as data;
前記センサから送信された前記データに基づき、前記鳥の健康状態に異常が生じ て!/、るか否かの判定を行う判定装置と、を備えてレ、ることを特徴とする鳥インフルェン ザ監視システム。  A bird influencer comprising: a determination device that determines whether or not an abnormality has occurred in the health condition of the bird based on the data transmitted from the sensor; Monitoring system.
[4] 前記センサは、 [4]
加速度に応じて変形する変形部材と、  A deformable member that deforms in response to acceleration;
前記変形部材の表面に形成され、前記変形部材の変形に応じて電荷を発生する 圧電材料部と、  A piezoelectric material part that is formed on the surface of the deformable member and generates an electric charge according to the deformation of the deformable member;
前記圧電材料部で発生した電荷量に応じて得られる電圧が印加され、印加された 前記電圧が予め定めた設定電圧を超えたときに信号を発する信号処理回路と、を備 え、 前記圧電材料部は互いに電気的に直列に接続されて複数が備えられ、 前記信号処理回路は複数が備えられて、直列に接続された複数の前記圧電材料 部のうち、互いに異なる少なくとも 2つの前記圧電材料部に接続され、複数の前記信 号処理回路のそれぞれにおいては、基準電位との間に直列に接続されている前記 圧電材料部の数に応じて生じる電圧が印加されることを特徴とする請求項 3に記載の 鳥インフルエンザ監視システム。 A voltage obtained according to the amount of charge generated in the piezoelectric material portion is applied, and a signal processing circuit that emits a signal when the applied voltage exceeds a predetermined set voltage, and The piezoelectric material portions are electrically connected in series with each other, and a plurality of the signal processing circuits are provided. Among the plurality of piezoelectric material portions connected in series, at least two of the piezoelectric material portions are different from each other. A voltage generated according to the number of the piezoelectric material portions connected in series with a reference potential is applied to each of the plurality of signal processing circuits connected to the piezoelectric material portion. The avian influenza monitoring system according to claim 3.
[5] 前記センサは、前記加速度が予め定めた設定値以上又は以下である場合のみ、 信号を無線送信するように構成されていることを特徴とする請求項 3または 4に記載 の鳥インフルエンザ監視システム。 [5] The bird flu monitoring according to claim 3 or 4, wherein the sensor is configured to wirelessly transmit a signal only when the acceleration is greater than or less than a predetermined set value. system.
[6] 前記センサは、無線供給された電力を蓄電する遠隔蓄電部を備えることを特徴とす る請求項 3から 5のいずれかに記載の鳥インフルエンザ監視システム。 6. The avian influenza monitoring system according to any one of claims 3 to 5, wherein the sensor includes a remote power storage unit that stores wirelessly supplied power.
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