WO2011118693A1 - 振動検出装置、空気圧検出端末および加速度検出システム - Google Patents

振動検出装置、空気圧検出端末および加速度検出システム Download PDF

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WO2011118693A1
WO2011118693A1 PCT/JP2011/057139 JP2011057139W WO2011118693A1 WO 2011118693 A1 WO2011118693 A1 WO 2011118693A1 JP 2011057139 W JP2011057139 W JP 2011057139W WO 2011118693 A1 WO2011118693 A1 WO 2011118693A1
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WO
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vibration
vibration detection
circuit
detection device
air pressure
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Application number
PCT/JP2011/057139
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English (en)
French (fr)
Inventor
泉　誠
松原　直輝
Original Assignee
三洋電機株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring 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
    • G01P15/125—Measuring 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 capacitive pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means

Definitions

  • the present invention relates to a vibration detection apparatus using a vibration device that generates an alternating voltage by vibrating, and an air pressure detection terminal and an acceleration detection system using the vibration detection apparatus.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and is a vibration detection device that can store power by self-power generation and can reduce the size of the device, and an air pressure detection terminal using the vibration detection device.
  • An object of the present invention is to provide an acceleration detection system.
  • the first aspect of the present invention relates to a vibration detection apparatus.
  • the vibration detection apparatus counts a vibration device that generates an alternating voltage by vibration, a power storage unit that stores power based on the alternating voltage generated from the vibration device, and a frequency of the alternating voltage generated from the vibration device.
  • a counter circuit A counter circuit.
  • An air pressure detection terminal includes a vibration detection device according to a first aspect, an air pressure detection unit that detects air pressure of a tire, and an air pressure transmission unit that transmits information about the air pressure detected by the air pressure detection unit to an external device. And a control unit.
  • the control unit controls at least the activation of the air pressure detection unit based on the frequency counted by the counter circuit.
  • the power storage unit supplies the stored power to the vibration detection device, the air pressure detection unit, the air pressure transmission unit, and the control unit.
  • the third aspect of the present invention relates to an acceleration detection system.
  • An acceleration detection system counts a vibration device that generates an alternating voltage by vibration, a power storage unit that stores power based on the alternating voltage generated from the vibration device, and a frequency of the alternating voltage generated from the vibration device.
  • a counter circuit that calculates the acceleration based on the frequency counted by the counter circuit.
  • the vibration detection device since the AC voltage for vibration detection generated from the vibration device is shared by the power storage, the vibration detection device can be downsized as compared with the case where a generator is separately provided. Moreover, since the information about vibration is acquired by counting the frequency of the alternating voltage generated from the vibration device, the information about vibration can be acquired with high accuracy even when the amplitude of the alternating voltage varies due to power storage.
  • a vibration detection device capable of supplying electric power by self-power generation and capable of downsizing the device, and an air pressure detection terminal and an acceleration detection system using the vibration detection device. Can do.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an acceleration calculation method according to the first embodiment.
  • 12 is a flowchart illustrating a method for calculating acceleration according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an acceleration calculation method according to the third embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the vibration detection system which concerns on 2nd Embodiment. It is a flowchart which shows the calculation method of the acceleration which concerns on 2nd Embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the vibration detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the vibration detection apparatus which concerns on 4th Embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the vibration detection apparatus and sensor terminal which concern on the example of a change. It is a flowchart which shows control of the sensor terminal which concerns on the example of a change. It is a block diagram which shows the structure of the sensor terminal which concerns on the other modification.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of the vibration detection system 1.
  • the vibration detection system 1 includes a vibration detection terminal 2 and a vibration detection controller 3.
  • the vibration detection terminal 2 includes a vibration generator 4, a clock 5, a storage circuit 6, a counter circuit 7, a control circuit 8, a DC-AC conversion circuit 9, a storage element 10, and a transmission circuit 11. ing.
  • the vibration detection controller 3 includes a reception circuit 12, an arithmetic circuit 13, and an output unit 14.
  • the vibration detection system 1 measures the frequency of the vibration generator 4 and the time required for the vibration at the vibration detection terminal 2. Further, the vibration detection system 1 calculates the acceleration of the vibration generator 4 based on the vibration frequency and time of the vibration generator 4 measured by the vibration detection terminal 2 in the vibration detection controller 3. Here, the vibration detection terminal 2 operates using the electric power generated by the vibration generator 4. The vibration detection controller 3 operates using electric power supplied from the outside.
  • the vibration detection system 1 is suitably used for detecting and managing vibrations of buildings such as bridges and buildings, and factory machinery.
  • the vibration detection terminal 2 is attached to a building or the like, and the vibration detection controller 3 is provided in the management computer.
  • the vibration power generator 4 converts vibration energy into electric power, and an electrostatic induction power generator is preferably used.
  • FIG. 2A is a diagram showing the configuration of the substrate of the vibration generator 4, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing the configuration of the vibration generator 4.
  • the electrostatic induction type vibration power generator 4 includes a fixed substrate 101, a movable substrate 102, a current collecting electrode 103, and an electret 104.
  • the electret 104 holds a constant charge semipermanently, and here it is assumed that it holds a negative charge.
  • a plurality of strip-shaped collecting electrodes 103 extend in the X direction and are arranged in parallel to the Y direction.
  • a plurality of strip-like electrets 104 extend in the X direction and are arranged in parallel to the Y direction on the surface of the movable substrate 102.
  • the fixed substrate 101 and the movable substrate 102 are arranged so that the collecting electrode 103 and the electret 104 face each other.
  • every other collecting electrode 103 is disposed so as to face the electret 104. That is, the pitch of the current collecting electrodes 103 in the Y direction is half of the pitch of the electrets 104 in the Y direction.
  • variety of the Y direction of the current collection electrode 103 and the electret 104 is substantially the same. As shown in FIG. 5A, odd-numbered collector electrodes 103 from the top are electrically connected to the terminal A, and even-numbered collector electrodes 103 from the top are electrically connected to the terminal B.
  • FIG. 3A is a graph showing the output voltage and frequency of the vibration generator 4, and FIG. 3B is a diagram showing one vibration of the vibration generator 4.
  • FIG. 3B is a diagram showing one vibration of the vibration generator 4.
  • a positive peak value of the waveform of the output voltage is generated when the collecting electrode 103 faces the electret 104, and the negative peak value indicates that the collecting electrode 103 faces the space between the electrets 104.
  • one vibration of the vibration power generator 4 is defined from the plus (minus) peak value of the output voltage to the next plus (minus) peak value.
  • one vibration of the vibration generator 4 is generated until the electret 104 ′ is opposed to the current collecting electrode 103 ′ until it is opposed to the second current collecting electrode 103 ′′. This corresponds to the movement of 102 with respect to the fixed substrate 101.
  • the movable substrate 102 is supported by an elastic member such as a spring or a guide mechanism so as to resonate in the Y direction at a constant frequency. That is, the movable substrate 102 resonates so as to reciprocate relative to the fixed substrate 101 by a fixed number of times per second during vibration.
  • the vibration acceleration of the movable substrate 102 can be extracted by counting the number of vibrations per unit time.
  • the acceleration ⁇ applied to the movable substrate 102 is expressed by the following equation.
  • k a proportional coefficient for obtaining the acceleration ⁇ from the frequency Np, and is determined from the resonance frequency fo, the pitch P of the current collecting electrodes 103, and the weight M of the movable substrate 102.
  • the clock 5 outputs a periodic clock signal. Based on this clock signal, the control circuit 8 measures time. As the clock 5, an oscillation circuit is generally used.
  • the storage circuit 6 stores an operation table for the control circuit 8 to control the operation of the vibration detection terminal 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing an operation table.
  • the operation table associates time, vibration frequency, and transmission conditions.
  • the operation table No. In 1 to 3, either “time” or “frequency” is measured.
  • “frequency” describes conditions for the measurement.
  • “frequency” describes conditions for the measurement. For example, no. 1 and no. In 2, the frequency of the output voltage output from the vibration generator 4 during a certain time is measured. No. 3, the time required for one oscillation of the output voltage of the vibration generator 4 is measured.
  • the “transmission condition” refers to a condition for transmitting the measured data to the vibration detection controller 3.
  • the measured data is transmitted to the vibration detection controller 3 only when the number of vibrations measured within a predetermined time exceeds a predetermined number (here, 40). No. 2 and no. In 3, the measured data is unconditionally transmitted to the vibration detection controller 3.
  • the counter circuit 7 counts the frequency of the output voltage of the vibration generator 4. As described above, since one vibration of the vibration generator 4 corresponds to the plus (minus) peak of the output voltage to the next plus (minus) peak, the counter circuit 7 has the plus (minus) of the output voltage. Measure the number of peaks.
  • the control circuit 8 has the operation table No. stored in the storage circuit 6. Based on one of 1 to 3, the frequency of the vibration generator 4 or the time required for the vibration is measured, and acceleration calculation data is created. Further, the control circuit 8 controls the transmission circuit 11 so as to transmit the created acceleration calculation data to the vibration detection controller 3.
  • the acceleration calculation data is data in which the vibration frequency of the vibration power generator 4 is associated with the time required for the vibration.
  • the operation table No. The control of the control circuit 8 when 1 is employed will be specifically described.
  • the control circuit 8 reads the operation table No. 1 from the storage circuit 6. 1 is referred to.
  • No. In 1 a condition is set for “time”, and “frequency” is “measurement”. Therefore, the control circuit 8 measures the “frequency” corresponding to the “constant time” which is the condition of “time”. That is, the control circuit 8 measures the vibration frequency of the vibration generator 4 counted by the counter circuit 7 during a predetermined time based on the clock signal from the clock 5.
  • the “transmission condition” in the operation table stipulates that “transmission when the frequency during a certain time exceeds 40”. Therefore, the control circuit 8 creates acceleration calculation data only when the vibration frequency of the vibration generator 4 during a certain time exceeds 40, and transmits the acceleration calculation data to the vibration detection controller 3.
  • the DC-AC conversion circuit 9 is a rectifier circuit for converting an alternating current generated by the vibration generator 4 into a direct current.
  • the electric storage element 10 stores electric power after the electric power generated by the vibration generator 4 is converted by the DC-AC conversion circuit 7.
  • the power storage element 10 supplies power to each component of the vibration detection terminal 2.
  • the transmission circuit 11 transmits data to the vibration detection controller 3 when receiving an instruction from the control circuit 8 to transmit acceleration calculation data.
  • a device that performs wireless communication such as short-range wireless communication or ZigBee is suitable.
  • the reception circuit 12 receives the acceleration calculation data transmitted from the transmission circuit 11 of the vibration detection terminal 2.
  • the receiving circuit 12 like the transmitting circuit 11, one that performs wireless communication is suitable.
  • the arithmetic circuit 13 calculates the acceleration of the vibration of the vibration generator 4 according to the above formula (1) based on the acceleration calculation data received by the receiving circuit 12.
  • the output unit 14 outputs the result of the vibration generator 4 calculated by the arithmetic circuit 13.
  • a display is generally used as the output unit 14.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are flowcharts illustrating an acceleration calculation method according to the first embodiment.
  • FIG. 5A shows processing in the vibration detection terminal 2
  • FIG. 5B shows processing in the vibration detection controller 3.
  • the control circuit 8 has the No. of the operation table shown in FIG. The control is performed based on 1.
  • the control circuit 8 uses the clock signal obtained from the clock 5 to vibrate the vibration generator during a certain period of time. 4 is counted by the counter circuit 7 (S2).
  • the fixed time can be freely set by the user, and is set to 1 second, for example.
  • the control circuit 8 determines whether or not the number of counts during a certain time exceeds 40 (S3). When the count number exceeds 40 (S3: YES), the control circuit 8 determines the vibration frequency of the vibration generator 4 counted by the counter circuit 7 and the No. of the operation table. Acceleration calculation data associated with a predetermined time defined in 1 is created (S4). If the count does not exceed 40 (S3: NO), the process returns to S2.
  • the control circuit 8 causes the transmission circuit 11 to transmit the created acceleration calculation data to the vibration detection controller 3 (S5).
  • the reception circuit 12 receives acceleration calculation data from the vibration detection terminal 2 (S6).
  • the arithmetic circuit 13 calculates the vibration acceleration of the vibration power generator 4 from the time and the frequency of the acceleration calculation data (S7). Specifically, the arithmetic circuit 13 obtains the vibration frequency Np per unit time from the time and vibration frequency of the acceleration calculation data, and obtains the acceleration ⁇ according to the above equation (1) based on the obtained vibration frequency Np.
  • the output unit 14 displays the acceleration output by the arithmetic circuit 13 (S8).
  • FIG. 6 is a flowchart showing the acceleration calculation method of the second embodiment.
  • the process according to the flowchart of FIG. 6 is performed in the vibration detection terminal 2.
  • the control circuit 8 has the operation table No. 2 shown in FIG. Control is performed based on 2.
  • the control circuit 8 uses the clock signal obtained from the clock 5 to count the number of vibrations of the vibration generator 4 during a certain time by the counter 7. (S12).
  • the fixed time can be freely set by the user, and is set to 60 seconds, for example.
  • the control circuit 8 creates acceleration calculation data in which the counted vibration frequency of the vibration power generator 4 is associated with a certain time (S13).
  • the control circuit 8 causes the transmission circuit 11 to transmit the created acceleration calculation data to the vibration detection controller 3 (S14).
  • the vibration detection controller 3 obtains the acceleration from the received acceleration data according to the above equation (1) and displays the obtained acceleration, as in the first embodiment.
  • description is abbreviate
  • FIG. 7 is a flowchart showing the acceleration calculation method of the third embodiment.
  • the process according to the flowchart of FIG. 7 is performed in the vibration detection terminal 2.
  • the control circuit 8 has the operation table No. 1 shown in FIG. 3 is controlled.
  • the control circuit 8 determines the time required for one vibration of the vibration generator 4 counted by the counter circuit 7 based on the clock signal obtained from the clock 5. (S16). The control circuit 8 creates acceleration calculation data in which the frequency “1” is associated with the time required for the vibration (S17), and causes the transmission circuit 11 to transmit the created acceleration calculation data to the vibration detection controller 3 (S18). ).
  • the vibration detection controller 3 obtains the acceleration from the received acceleration data according to the above equation (1) and displays the obtained acceleration, as in the first embodiment.
  • description is abbreviate
  • the vibration detection system 1 calculates the acceleration of the vibration generator 4 based on the frequency of the output voltage of the vibration generator 4, and generates power generated by the vibration generator 4 for each component of the vibration detection terminal 2. It is operating with. Thereby, using the output voltage of the vibration power generator 4, the acceleration can be calculated and the power can be generated. Therefore, it is not necessary to provide a separate generator for the vibration detection terminal 2, and the vibration generator 4 can be shared for calculation of vibration information (acceleration) and power generation, so the number of parts can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the apparatus can be miniaturized.
  • the control circuit 8 of the vibration detection system 2 creates acceleration calculation data only when the number of vibrations counted by the counter circuit 7 exceeds a predetermined number during a predetermined time.
  • the acceleration is calculated and displayed in the vibration detection system 1 only when the building or machine becomes obsolete and the vibration becomes large. For this reason, notification about a large vibration can be performed more effectively, and collapse of a building or the like can be prevented in advance.
  • the vibration detection system 1 When accumulating the output of the vibration generator 4, the amplitude of the output voltage of the oscillating piezoelectricity 4 changes according to the change in the amount of electricity stored in the electricity storage element 10.
  • information (acceleration) related to vibration is obtained based on the vibration frequency instead of the amplitude of the output voltage from the vibration power generator 4, and therefore, the vibration detection system 1 accurately relates to vibration regardless of the amount of charge. Information (acceleration) can be acquired.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of the vibration detection system 21.
  • symbol is attached
  • the vibration detection system 21 includes a vibration detection terminal 2 and a vibration detection controller 3.
  • the vibration detection terminal 2 includes a vibration generator 4, a counter circuit 7, a control circuit 8, a DC-AC conversion circuit 9, a storage element 10, and a transmission circuit 11.
  • the vibration detection controller 3 includes a storage circuit 6, a reception circuit 12, an arithmetic circuit 13, an output unit 14, and a timer 25.
  • the vibration detection system 21 is the vibration detection system 1 according to the first embodiment in that the vibration detection terminal 2 does not include the clock 5 and the storage circuit 6, and the vibration detection controller 3 includes the storage circuit 6 and the timer 25. Is different. That is, the vibration detection system 21 includes a timer 25 of the vibration detection controller 3 in place of the clock 5 of the vibration detection terminal 2. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted here.
  • FIG. 9A and FIG. 9B are flowcharts showing an acceleration calculation method.
  • FIG. 9A shows processing in the vibration detection terminal 2
  • FIG. 9B shows processing in the vibration detection controller 3.
  • control circuit 8 causes counter circuit 7 to count the number of vibrations of vibration generator 4, and counts 200 times. Each time, the transmission circuit 11 is caused to transmit a signal. This signal is a trigger signal for calculating acceleration. Specifically, when the counter circuit 7 counts the previous 200th vibration (S22), the control circuit 8 causes the transmission circuit 11 to transmit the first signal to the vibration detection controller 3 (S23). When the counter circuit 7 counts the next 200th vibration (S24), the transmission circuit 11 transmits the second signal to the vibration detection controller 3 (S25).
  • the arithmetic circuit 13 measures the first time by the timer 25 ( S27), storing in the storage circuit 6.
  • the arithmetic circuit 13 measures the second time by the timer 25 (S29) and stores it in the storage circuit 6.
  • the memory circuit 6 stores in advance the vibration frequency of the vibration generator 4 as “200 times”.
  • the arithmetic circuit 13 acquires the vibration frequency of the vibration generator 4 from the storage circuit 6 and the first time and the second time obtained in S27 and S29.
  • the arithmetic circuit 13 calculates the vibration acceleration of the vibration power generator 4 based on the vibration frequency and the time difference between the first time and the second time (S30). Specifically, the vibration frequency Np per unit time is obtained based on the vibration frequency and the time difference, and the vibration acceleration is calculated according to the above equation (1) based on the obtained Np.
  • the output unit 14 outputs the vibration acceleration calculated by the arithmetic circuit 13 (S31).
  • the vibration detection system 21 of the present embodiment has the following effects in addition to the effects of the vibration detection system 1 of the first embodiment.
  • the vibration detection system 21 includes a timer 25 in the vibration detection controller 3 instead of the clock 5 of the vibration detection device 2. Since the clock consumes more power than other components of the vibration detection terminal 2, the power consumption in the vibration detection terminal 2 can be reduced by not providing the clock in this way. Therefore, at least the vibration detection terminal 2 can be driven by the amount of power generated by the vibration generator 4.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the vibration detection device 31.
  • symbol is attached
  • the vibration detection device 31 includes a vibration generator 4, a clock 5, a storage circuit 6, a counter circuit 7, a control circuit 8, a DC-AC conversion circuit 9, a storage element 10, an output circuit (or a transmission circuit). ) 32. That is, the vibration detection device 31 is not divided into the vibration detection terminal 2 and the vibration detection controller 3 as in the first embodiment, and their functions are integrated. Therefore, in the vibration detection device 31, the receiving circuit 12 and the output unit 14 are omitted as compared with the first embodiment.
  • the vibration detection device 31 is attached to a building or the like, for example, and detects and manages vibration by transmitting only the calculated acceleration data to the management computer by the output circuit (or transmission circuit) 32. Is preferably used. Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted here.
  • the vibration detection device 31 of the present embodiment has the following effects in addition to the effects of the vibration detection system 1 of the first embodiment.
  • the acceleration of the vibration generator 4 can be calculated only by the vibration detection device 31. Therefore, the management computer does not need to be provided with the arithmetic circuit 13 for calculating acceleration, and the acceleration data can be managed with a simple device.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of the vibration detection device 41.
  • symbol is attached
  • the vibration detection device 41 includes a vibration generator 4, a counter circuit 7, a control circuit 8, a DC-AC conversion circuit 9, a storage element 10, and an output circuit 42.
  • the vibration detection device 41 omits the memory circuit 6 and the clock 5 of the third embodiment, and outputs only the presence or absence of vibration.
  • the control circuit 8 monitors the output of the counter circuit 7 from time to time, and detects that vibration has occurred due to an increase in the output of the counter circuit 7. Then, in response to detecting that vibration has occurred, the control circuit 8 causes the output circuit 42 to output a signal indicating that fact.
  • the vibration detection device 41 is used in combination with another electronic device (for example, a sensor system), and is attached to a building, for example.
  • the signal from the output circuit 42 is transmitted to another electronic device.
  • another electronic device for example, a sensor system
  • a predetermined event is generated in the electronic device. Examples of events include (1) sending unique ID information (alarm) to the management computer, (2) sending temperature information and time information to the management computer, and (3) turning on the display switch. (4) turn on the lighting switch, (5) play music, etc.
  • each condition of “time”, “frequency”, and “transmission condition” in the operation table may be appropriately set by the user.
  • the vibration detection system 21 is configured to transmit a signal to the vibration detection controller 3 every time the vibration generator 4 vibrates 200 times, but the present invention is not limited to this, and the number of vibrations is not limited thereto. The user may set an arbitrary number of times as appropriate.
  • the vibration detection system and the vibration acceleration calculation method of the vibration detection apparatus have been described, but the present invention is not limited to this.
  • the presence / absence of vibration, vibration speed, and vibration amplitude can also be calculated.
  • the vibration speed can be calculated by integrating the acceleration data once
  • the vibration amplitude can be calculated by integrating the acceleration data twice.
  • the vibration detection system can be applied to mechanical equipment such as a factory.
  • the maintenance cycle can be managed by the host computer via the vibration detection controller by detecting the abnormal vibration that typically occurs immediately before the failure of the mechanical equipment.
  • the vibration detection controller can detect the abnormal vibration that typically occurs immediately before the failure of the mechanical equipment.
  • the vibration detection system can be applied to management for watching the safety of dangerous workers and elderly people.
  • a dangerous worker working in a narrow manhole or an elderly person living alone wears the vibration detection terminal.
  • the vibration detection controller detects a state in which the vibration has stopped for a certain period of time, it is possible to take measures to immediately go to rescue.
  • a vibration generator is used as a power source, it is possible to reduce malfunction due to battery exhaustion.
  • the vibration detection system can be applied to a security system.
  • a vibration detection terminal is attached to a door or the like.
  • collation such as ID is further performed on the vibration detection terminal side, and the result is transmitted to the vibration detection controller. Thereby, it becomes possible to grasp an intruder.
  • the vibration detection device can be applied in combination with a sensor terminal of TPMS (tire pressure monitoring system).
  • TPMS tire pressure monitoring system
  • the vibration detection device detects vibration. Based on the vibration detection results, the power consumption of the sensor terminal can be reduced by starting and stopping the sensor terminal compared to using a sensor terminal that is always on. Can do.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example in the case where the vibration detection device and the TPMS sensor terminal are combined.
  • the vibration detection device 51 has the same configuration as the vibration detection device 41 of the fourth embodiment shown in FIG.
  • the vibration detection device 51 includes the vibration power generator 4, a counter circuit 7, a control circuit 8, a DC-AC conversion circuit 9, a storage element 10, and an output circuit 52.
  • the function of each part is the same as the function of the corresponding component of the vibration detection device 41 in FIG.
  • the control circuit 8 monitors the output of the counter circuit 7 from time to time, detects that vibration has occurred due to the increase in the output of the counter circuit 7, and outputs a signal (vibration signal) indicating that to the output circuit 52.
  • the vibration detection device 51 is installed inside a tire of an automobile and rotates as the tire rotates.
  • the sensor terminal 61 includes an air pressure sensor 62, a temperature sensor 63, a control circuit 64, a receiving circuit 65, a transmitting circuit 66, and a power supply circuit 67. Similar to the vibration detection device 51, the sensor terminal 61 is also installed inside the tire of the automobile and rotates as the tire rotates.
  • the air pressure sensor 62 detects the air pressure inside the tire.
  • the temperature sensor 63 detects the temperature inside the tire.
  • the control circuit 64 controls each unit in the sensor terminal 61.
  • the reception circuit 65 receives a signal transmitted from the transmission circuit 52 on the vibration detection device 51 side.
  • the transmission circuit 66 transmits information on the air pressure and temperature detected by the air pressure sensor 62 and the temperature sensor 63 to the vehicle-side controller 71 under the control of the control circuit 64.
  • the power supply circuit 67 includes a battery, and supplies power stored in the battery to each unit in the sensor terminal 61 under the control of the control circuit 64.
  • the transmission circuit 52 of the vibration detection device 51 and the reception circuit 65 of the sensor terminal 61 exchange signals wirelessly or by wire. Further, the transmission circuit 66 transmits information on air pressure and temperature to the vehicle-side controller 71 by radio.
  • the power supply circuit 67 is switched between the sleep state and the active state by the control circuit 64.
  • the power supply circuit 67 supplies power to the control circuit 64 and the reception circuit 65 and cuts off power supply to circuit units other than the control circuit 64 and the reception circuit 65.
  • the power supply circuit 67 supplies power to all circuit units in the sensor terminal 61.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a control flow in the control terminal 61.
  • the control circuit 64 of the sensor terminal 61 receives the vibration signal via the receiving circuit 65 (S31: YES). In response to this, the control circuit 64 switches the state of the power supply circuit 67 from the sleep state to the active state (S32). As a result, power is supplied from the power supply circuit 67 to all circuit units in the sensor terminal 61. Thereafter, the control circuit 64 acquires the detected values of the air pressure and the temperature from the air pressure sensor 62 and the temperature sensor 63 at a predetermined control timing (S33), and information on the air pressure and the temperature (transmission data) from the acquired detected values. Is generated (S34). The control circuit 64 causes the transmission circuit 66 to transmit the generated transmission data (S35). The transmitted air pressure and temperature information is received by the vehicle-side controller 71 and used for vehicle travel control.
  • the control circuit 64 determines whether the transmission of the vibration signal from the vibration detection device 51 is stopped, that is, whether the vehicle is stopped (S36). When the transmission of the vibration signal is not stopped (S36: NO), the control circuit 64 returns to S33, and executes the process of S33 transition at the next control timing. On the other hand, when the transmission of the vibration signal is not stopped (S36: NO), the control circuit 64 switches the state of the power supply circuit 67 from the active state to the sleep state (S36), and ends the process. Thereafter, the control circuit 64 waits for transmission of a vibration signal from the vibration detection device 51 in S31.
  • the power supply circuit 67 is set in the sleep state until the vehicle starts moving and the tire rotates, and the power supply to the circuit units other than the control circuit 64 and the reception circuit 65 is interrupted.
  • the power consumption of the sensor terminal 61 can be reduced compared to the case where power is supplied to the sensor terminal 61. Therefore, the life of the battery in the power supply circuit 67 can be extended.
  • the vibration detection device 51 and the sensor terminal 61 are separated from each other.
  • a configuration for detecting vibration is provided in the sensor terminal 61. It may be arranged.
  • the control circuit 8 and the transmission circuit 52 are omitted from the vibration detection device 51 of FIG. 12, and the reception circuit 65 on the sensor terminal 61 side is omitted.
  • the control circuit 64 of the sensor terminal 61 detects that the tire has rotated due to an increase in the count value of the counter circuit 7, and executes the control shown in FIG.
  • the power supply circuit 67 illustrated in FIG. 12 is omitted, and power is supplied from the power storage element 10 to each circuit unit in the sensor terminal 61.
  • the control circuit 64 supplies the storage element 10 to the counter circuit 7, the DC-AC circuit 9, and the control circuit 64, and cuts off power supply to other circuit units.
  • the power storage element 10 supplies power to all circuit units in the sensor terminal 61.
  • each circuit unit in the sensor terminal 61 is operated by the power generated by the vibration power generator 4, so that there is no need for battery replacement. For this reason, the sensor terminal 61 can be used semipermanently.
  • the vibration detection device can also be applied to automobile smart keys and entry / exit management tags. These are collectively referred to as active RF-IDs, and ID information must be constantly monitored, so that the radio circuit is always activated. For this reason, there exists a problem that the cycle of battery replacement is comparatively short.
  • the vibration detection device By applying the vibration detection device to these active RF-IDs, the wireless circuit is stopped when there is no vibration, and the wireless circuit is activated when there is vibration, thereby reducing power consumption and reducing the battery replacement cycle. It can be used for a long time and without battery replacement.

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Abstract

【課題】自己発電による電力を蓄電できると共に、装置の小型化が可能な振動検出装置、並びに、当該振動検出装置を用いた空気圧検出端末および加速度検出システムを提供する。 【解決手段】振動検出端末２は、振動することにより交流電圧を発生する振動発電機４と、振動発電機４から発生する交流電圧を直流電圧に変換する直流－交流変換回路９と、変換された直流電圧により電力を蓄電する蓄電素子１０と、振動発電機４から発生する交流電圧の振動数をカウントするカウンタ回路７と、を備える。一定時間においてカウンタ回路７でカウントされた振動数が、加速度算出用データとして振動検出コントローラ３に送信される。蓄電素子１０は、振動検出端末２の各構成要素に電力を供給する。

Description

振動検出装置、空気圧検出端末および加速度検出システム
　本発明は、振動することにより交流電圧を発生する振動デバイスを用いた振動検出装置、並びに、当該振動検出装置を用いた空気圧検出端末および加速度検出システムに関する。
　橋やビル等の建築物や、工場の機械が老朽化した場合には、倒壊等の重大な事故に発展する可能性がある。そこで、従来から、建築物等に振動検出装置を取り付け、建築物等の振動を検出・管理することにより、事故を未然に防止する対策が取られている。しかし、振動検出装置に対して電力を供給するために電池を用いた場合には、電池を定期的に交換する必要がある。そこで、振動センサと発電機とを組み合わせることにより、電池交換が不要な振動検出装置が提案されている（たとえば、特許文献１）。
特開平８－１４５７８３号公報
　しかしながら、このように、振動センサとは別に発電機が配されると、振動検出装置の小型化が困難になるとの問題が生じる。
　本発明は、かかる問題を解消するために為されたものであり、自己発電による電力を蓄電できると共に、装置の小型化が可能な振動検出装置、並びに、当該振動検出装置を用いた空気圧検出端末および加速度検出システムを提供することを提供することを目的とする。
　本発明の第１の局面は、振動検出装置に関する。本発明に係る振動検出装置は、振動することにより交流電圧を発生する振動デバイスと、振動デバイスから発生する交流電圧に基づき蓄電を行う蓄電部と、振動デバイスから発生する交流電圧の振動数をカウントするカウンタ回路と、を備える。
　本発明の第２の局面は、空気圧検出端末に関する。本発明に係る空気圧検出端末は、第１の局面に係る振動検出装置と、タイヤの空気圧を検出する空気圧検出部と、空気圧検出部によって検出された空気圧に関する情報を外部装置に送信する空気圧送信部と、制御部と、を備える。ここで、制御部は、カウンタ回路によりカウントされた振動数に基づいて、少なくとも空気圧検出部の起動を制御する。また、蓄電部は、蓄電した電力を、振動検出装置と、空気圧検出部、空気圧送信部および制御部の利用に供する。
　本発明の第３の局面は、加速度検出システムに関する。本発明に係る加速度検出システムは、振動することにより交流電圧を発生する振動デバイスと、振動デバイスから発生する交流電圧に基づき蓄電を行う蓄電部と、振動デバイスから発生する交流電圧の振動数をカウントするカウンタ回路と、カウンタ回路によりカウントされた振動数に基づいて加速度を求める演算回路と、を備える。
　本発明によれば、振動デバイスから発生する振動検出用の交流電圧が蓄電に共用されるため、別途、発電機を配する場合に比べて、振動検出装置を小型化することができる。また、振動デバイスから発生する交流電圧の振動数をカウントするよって、振動に関する情報が取得されるため、蓄電によって交流電圧の振幅に変動が生じても、精度よく、振動に関する情報を取得できる。
　よって、本発明によれば、自己発電により電力を賄うことができると共に、装置の小型化が可能な振動検出装置、並びに、当該振動検出装置を用いた空気圧検出端末および加速度検出システムを提供することができる。
　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
第１実施形態に係る振動検出システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る振動発電機の基板の構成と振動発電機の構成を示す図である。 第１実施形態に係る振動発電機の出力電圧および振動数を示すグラフと、振動発電機の１振動を模式的に表す図である。 第１実施形態に係る記憶回路に記憶された動作テーブルを示す図である。 実施例１に係る加速度の算出方法を示すフローチャートである。 実施例２に係る加速度の算出方法を示すフローチャートである。 実施例３に係る加速度の算出方法を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る振動検出システムの構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る加速度の算出方法を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る振動検出装置の構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係る振動検出装置の構成を示すブロック図である。 変更例に係る振動検出装置とセンサ端末の構成を示すブロック図である。 変更例に係るセンサ端末の制御を示すフローチャートである。 他の変更例に係るセンサ端末の構成を示すブロック図である。
　＜第１実施形態＞
　本発明の第１実施形態に係る振動検出システム１の構成について、図１ないし図４を参照して説明する。
　＜振動検出システムの構成＞
　図１は、振動検出システム１の構成を説明するためのブロック図である。
　振動検出システム１は、振動検出端末２と、振動検出コントローラ３とから構成されている。振動検出端末２は、振動発電機４と、クロック５と、記憶回路６と、カウンタ回路７と、制御回路８と、直流－交流変換回路９と、蓄電素子１０と、送信回路１１とを備えている。振動検出コントローラ３は、受信回路１２と、演算回路１３と、出力部１４とを備えている。
　振動検出システム１は、振動検出端末２において、振動発電機４の振動数およびその振動に要した時間を測定する。また、振動検出システム１は、振動検出コントローラ３において、振動検出端末２で測定した振動発電機４の振動数および時間に基づいて振動発電機４の加速度を算出する。ここで、振動検出端末２は、振動発電機４で発電した電力を用いて動作する。また、振動検出コントローラ３は、外部から供給された電力を用いて動作する。
　振動検出システム１は、橋やビル等の建築物や、工場の機械の振動を検出・管理する場合に好適に用いられる。例えば、振動検出端末２が建築物等に取り付けられ、振動検出コントローラ３が管理用コンピュータに設けられる。
　振動発電機４は、振動エネルギーを電力に変換するものであり、静電誘導型の発電装置が好適に用いられる。
　図２（ａ）は振動発電機４の基板の構成を示す図であり、図２（ｂ）は振動発電機４の構成を示す断面図である。
　静電誘導型の振動発電機４は、固定基板１０１と、可動基板１０２と、集電電極１０３と、エレクトレット１０４とを備えている。エレクトレット１０４は、一定の電荷を半永久的に保持するものであり、ここでは負電荷を保持しているものとする。
　固定基板１０１の表面には、短冊状の複数の集電電極１０３がＸ方向に延びるとともに、Ｙ方向に平行に配置されている。また、可動基板１０２の表面には、短冊状の複数のエレクトレット１０４がＸ方向に延びるとともに、Ｙ方向に平行に配置されている。
　固定基板１０１および可動基板１０２は、集電電極１０３とエレクトレット１０４とが対向するように配置されている。ここで、集電電極１０３は、１つおきにエレクトレット１０４と対向するように配置されている。すなわち、集電電極１０３のＹ方向のピッチは、エレクトレット１０４のＹ方向のピッチの半分である。なお、集電電極１０３およびエレクトレット１０４のＹ方向の幅は略同一である。同図（ａ）に示すように、上から奇数番目の集電電極１０３は端子Ａに電気的に接続され、上から偶数番目の集電電極１０３は端子Ｂに電気的に接続されている。
　エレクトレット１０４には負電荷が蓄積されているため、エレクトレット１０４と対向した集電電極１０３には静電誘導により正電荷が誘導される。ここで、可動基板１０２が固定基板１０１に対して相対的にＹ方向に移動することにより、静電誘導により集電電極１０３に誘導される電荷量が変動する。その結果、電荷量の変化分だけ端子Ａ、Ｂ間に電位差が生じ、これにより、発電が行われる。
　図３（ａ）は振動発電機４の出力電圧および振動数を示すグラフであり、図３（ｂ）は振動発電機４の１振動を表す図である。
　振動発電機４では、集電電極１０３がエレクトレット１０４と対向することにより出力電圧の波形のプラスのピーク値が生じ、マイナスのピーク値は、集電電極１０３がエレクトレット１０４間の空間と対向することにより生じる。本実施形態では、出力電圧のプラス（マイナス）のピーク値から次のプラス（マイナス）のピーク値までを、振動発電機４の１振動とする。振動発電機４の１振動は、図３（ｂ）に示すように、エレクトレット１０４’が集電電極１０３’と対向してから、２つ先の集電電極１０３”と対向するまで、可動基板１０２が固定基板１０１に対して移動することに相当する。
　なお、可動基板１０２は、一定の周波数でＹ方向に共振するように、バネ等の弾性部材や案内機構によって支持されている。すなわち、可動基板１０２は、振動の際に、一秒間に決まった回数だけ固定基板１０１に対して相対的に往復運動を行うよう、共振する。可動基板１０２の振動が激しくなるほど、可動基板１０２の往復運動の振り幅が大きくなる。このため、可動基板１０２の振動が激しいと、図３（ａ）上段に示す電圧波形の間隔が密になる。したがって、単位時間当たりの電圧波形の数、すなわち、上述の振動数をカウントすることにより、可動基板１０２の振動の程度を検出することができ、振動に関する種々のパラメータを取得できる。たとえば、単位時間あたりの振動数をカウントすることにより、可動基板１０２の振動の加速度を抽出することができる。
　ここで、可動基板１０２の共振周波数をｆｏ、単位時間当たりの振動数（出力電圧の波形の数）をＮｐとすると、可動基板１０２に掛かる加速度αは、次式で表される。
　　α＝ｋ・Ｎｐ　…（１）
　ここで、ｋは、振動数Ｎｐから加速度αを求めるための比例係数であり、共振周波数ｆｏ、集電電極１０３のピッチＰおよび可動基板１０２の重量Ｍから決まる。
　なお、本実施形態では、振動発電機４として、静電誘導型の発電装置について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、振動発電機４として、電磁誘導型のものを用いてもよい。
　図１に戻り、クロック５は、周期的なクロック信号を出力する。このクロック信号に基づき、制御回路８で時間を測定する。クロック５としては、一般的に発振回路が用いられる。
　記憶回路６は、制御回路８が振動検出端末２の動作を制御するための動作テーブルが記憶されている。
　図４は、動作テーブルを示す図である。動作テーブルは、時間と、振動数と、送信条件とを関連付けたものである。動作テーブルのＮｏ．１～３では、「時間」と「振動数」のいずれかが測定される。「振動数」が測定される場合、「時間」にはその測定のための条件が記載される。「時間」が測定される場合、「振動数」にはその測定のための条件が記載される。たとえば、Ｎｏ．１およびＮｏ．２では、一定時間の間に振動発電機４から出力される出力電圧の振動数が測定される。また、Ｎｏ．３では、振動発電機４の出力電圧が１振動するのに要する時間が測定される。
　なお、「送信条件」とは、測定したデータを振動検出コントローラ３に送信する際の条件を指す。たとえば、図４の例のＮｏ．１では、一定時間内に測定された振動数が所定数（ここでは４０）を超える場合にのみ、測定されたデータが振動検出コントローラ３に送信される。Ｎｏ．２およびＮｏ．３では、無条件に、測定されたデータが振動検出コントローラ３に送信される。
　図１に戻り、カウンタ回路７は、振動発電機４の出力電圧の振動数をカウントする。上述したように、振動発電機４の１振動は出力電圧のプラス（マイナス）のピークから次のプラス（マイナス）のピークまでに相当するので、カウンタ回路７は、出力電圧のプラス（マイナス）のピークの数を測定する。
　制御回路８は、記憶回路６に記憶された動作テーブルのＮｏ．１～３のいずれかに基づいて、振動発電機４の振動数またはその振動に要した時間を測定し、加速度算出用データを作成する。また、制御回路８は、作成した加速度算出用データを振動検出コントローラ３に対して送信するように送信回路１１を制御する。なお、加速度算出用データとは、振動発電機４の振動数と、その振動に要した時間とを関連付けたデータである。
　ここで、動作テーブルのＮｏ．１が採用された場合の制御回路８の制御について、具体的に説明する。まず、制御回路８は、記憶回路６から動作テーブルのＮｏ．１を参照する。Ｎｏ．１では、「時間」に条件が設定されており、「振動数」が「測定」となっている。そのため、制御回路８は、「時間」の条件である「一定時間」に対応する「振動数」を測定する。すなわち、制御回路８は、クロック５からのクロック信号に基づいた一定時間中に、カウンタ回路７がカウントした振動発電機４の振動数を測定する。ただし、動作テーブルの「送信条件」に「一定時間中の振動数が４０を超えた場合に送信」と規定されている。そのため、制御回路８は、一定時間中の振動発電機４の振動数が４０を超えた場合にのみ、加速度算出用データを作成し、振動検出コントローラ３に送信する。
　直流－交流変換回路９は、振動発電機４により生じた交流電流を直流電流に変換するための整流回路である。
　蓄電素子１０は、振動発電機４で発電した電力を直流－交流変換回路７で変換した後に、蓄電する。蓄電素子１０は、振動検出端末２の各構成要素に対して電力を供給する。
　送信回路１１は、制御回路８から加速度算出用データを送信するように指示を受けた場合に、振動検出コントローラ３に対してデータを送信する。送信回路１１としては、例えば、近距離無線やＺｉｇＢｅｅ等の無線通信を行うものが好適である。
　受信回路１２は、振動検出端末２の送信回路１１から送信された加速度算出用データを受信する。受信回路１２としては、送信回路１１と同様に、無線通信を行うものが好適である。
　演算回路１３は、受信回路１２が受信した加速度算出用データに基づき、上記式（１）に従って、振動発電機４の振動の加速度を算出する。
　出力部１４は、演算回路１３において算出した振動発電機４の結果を出力する。出力部１４としては、一般的に表示ディスプレイが用いられる。
　＜加速度の算出方法＞
　（実施例１）
　振動検出システム１の第１実施例に係る加速度の算出方法について、図５を参照して説明する。図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１に係る加速度の算出方法を示すフローチャートである。図５（ａ）は、振動検出端末２における処理であり、図５（ｂ）は、振動検出コントローラ３における処理である。なお、実施例１では、制御回路８は、図４に示す動作テーブルのＮｏ．１に基づいて制御を行う。
　図５（ａ）を参照して、振動検出端末２において、振動発電機４が振動すると（Ｓ１）、制御回路８は、クロック５から得たクロック信号を用いて、一定時間中の振動発電機４の振動数をカウンタ回路７によりカウントする（Ｓ２）。ここで、一定時間は、ユーザが自由に設定可能であり、例えば１秒に設定される。次に、制御回路８は、一定時間中のカウント数が４０回を超えたかどうかを判断する（Ｓ３）。カウント数が４０回を越える場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御回路８は、カウンタ回路７によりカウントされた振動発電機４の振動数と動作テーブルのＮｏ．１に規定された一定時間とを関連付けた加速度算出用データを作成する（Ｓ４）。なお、カウント数が４０回を越えていない場合には（Ｓ３：ＮＯ）、Ｓ２へ戻る。制御回路８は、作成した加速度算出用データを送信回路１１により振動検出コントローラ３へ送信させる（Ｓ５）。
　図５（ｂ）を参照して、振動検出コントローラ３において、受信回路１２が振動検出端末２から加速度算出用データを受信する（Ｓ６）。演算回路１３は、加速度算出用データの時間と振動数とから振動発電機４の振動加速度を算出する（Ｓ７）。具体的には、演算回路１３は、加速度算出用データの時間と振動数から、単位時間の振動数Ｎｐを求め、求めた振動数Ｎｐに基づき、上記式（１）に従って加速度αを求める。出力部１４は、演算回路１３により出力された加速度を表示する（Ｓ８）。
　（実施例２）
　次に、振動検出システム１の第２実施例に係る加速度の算出方法について、図６を参照して説明する。図６は、第２実施例の加速度の算出方法を示すフローチャートである。図６のフローチャートによる処理は、振動検出端末２において行われる。なお、実施例２では、制御回路８は、図４に示す動作テーブルのＮｏ．２に基づいて制御を行う。
　振動検出端末２において、振動発電機４が振動すると（Ｓ１１）、制御回路８は、クロック５から得たクロック信号を用いて、一定時間中の振動発電機４の振動数をカウンタ７によりカウントする（Ｓ１２）。ここで、一定時間は、ユーザが自由に設定可能であり、例えば６０秒に設定される。制御回路８は、カウントされた振動発電機４の振動数と一定時間とを関連付けた加速度算出用データを作成する（Ｓ１３）。制御回路８は、作成した加速度算出用データを送信回路１１により振動検出コントローラ３へ送信させる（Ｓ１４）。
　振動検出コントローラ３は、上記実施例１と同様、受信した加速度データから、上記式（１）に従って加速度を求め、求めた加速度を表示する。なお、振動検出コントローラ３における処理は実施例１と同様であるので、ここでは説明は省略する。
　（実施例３）
　次に、振動検出システム１の第３実施例に係る加速度の算出方法について、図７を参照して説明する。図７は、第３実施例の加速度の算出方法を示すフローチャートである。図７のフローチャートによる処理は、振動検出端末２において行われる。なお、実施例３では、制御回路８は、図４に示す動作テーブルのＮｏ．３に基づいて制御を行う。
　振動検出端末２において、振動発電機４が振動すると（Ｓ１５）、制御回路８は、カウンタ回路７によりカウントされた振動発電機４の１振動に要する時間を、クロック５から得たクロック信号に基づいて計測する（Ｓ１６）。制御回路８は、振動数「１」とそれに要した時間とを関連付けた加速度算出用データを作成し（Ｓ１７）、作成した加速度算出用データを送信回路１１により振動検出コントローラ３へ送信させる（Ｓ１８）。
　振動検出コントローラ３は、上記実施例１と同様、受信した加速度データから、上記式（１）に従って加速度を求め、求めた加速度を表示する。なお、振動検出コントローラ３における処理は実施例１と同様であるので、ここでは説明は省略する。
　以下に、本実施形態の振動検出システム１の効果について説明する。
　（１）振動検出システム１は、振動発電機４の出力電圧の振動数に基づいて振動発電機４の加速度を算出するとともに、振動検出端末２の各構成要素を振動発電機４により発電した電力で動作させている。これにより、振動発電機４の出力電圧を用いて、加速度を算出するとともに、発電を行うことができる。そのため、振動検出端末２に別途発電機を設ける必要がなく、振動発電機４を振動に関する情報（加速度）の算出と発電に共用できるため、部品点数を減少させることができ、製造コストの削減および装置の小型化が可能である。
　（２）図４のＮｏ．１が採用された場合、振動検出システム２の制御回路８は、一定時間中にカウンタ回路７によりカウントされた振動数が所定回数を越えた場合にのみ、加速度算出用データを作成する。これにより、建築物や機械等が老朽化して振動が大きくなった場合にのみ、振動検出システム１において加速度が算出されて表示される。このため、大きな振動についての報知をより効果的に行うことができ、建築物等の倒壊を未然に防止することができる。
　（３）振動発電機４の出力を蓄電する場合、蓄電素子１０に対する蓄電量の変化に応じて振動圧電気４の出力電圧の振幅が変化する。本実施の形態に係る振動検出システム１では、振動発電機４からの出力電圧の振幅ではなく振動数に基づいて振動に関する情報（加速度）が求められるため、蓄電量に拘らず精度良く、振動に関する情報（加速度）を取得することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態に係る振動検出システム２１について、図８を参照して説明する。図８は、振動検出システム２１の構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　振動検出システム２１は、振動検出端末２と、振動検出コントローラ３とから構成されている。振振検出端末２は、振動発電機４と、カウンタ回路７と、制御回路８と、直流－交流変換回路９と、蓄電素子１０、送信回路１１とを備えている。振動検出コントローラ３は、記憶回路６と、受信回路１２と、演算回路１３と、出力部１４と、タイマ２５とを備えている。
　振動検出システム２１は、振動検出端末２がクロック５および記憶回路６を備えていない点と、振動検出コントローラ３が記憶回路６およびタイマ２５を備えている点で第１実施形態の振動検出システム１と異なっている。すなわち、振動検出システム２１は、振動検出端末２のクロック５に代えて、振動検出コントローラ３のタイマ２５を備えている。なお、その他の構成は第１実施形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。
　次に、振動検出システム２１の加速度の算出方法について、図９を参照して説明する。図９（ａ）および図９（ｂ）は、加速度の算出方法を示すフローチャートである。図９（ａ）は、振動検出端末２における処理であり、図９（ｂ）は、振動検出コントローラ３における処理である。
　図９（ａ）を参照して、振動検出端末２において、振動発電機４が振動すると（Ｓ２１）、制御回路８は、カウンタ回路７に振動発電機４の振動数をカウントさせ、２００回カウントする毎に送信回路１１に信号を送信させる。この信号は、加速度算出用のトリガ信号である。具体的には、制御回路８は、カウンタ回路７が前の２００回目の振動をカウントすると（Ｓ２２）、第１信号を、送信回路１１により振動検出コントローラ３へ送信させる（Ｓ２３）。そして、カウンタ回路７が次の２００回目の振動をカウントすると（Ｓ２４）、第２信号を、送信回路１１により振動検出コントローラ３へ送信させる（Ｓ２５）。
　図９（ｂ）を参照して、振動検出コントローラ３において、受信回路１２が振動検出端末２から第１信号を受信すると（Ｓ２６）、演算回路１３は、タイマ２５により第１時刻を計測し（Ｓ２７）、記憶回路６に記憶する。そして、受信回路１２が振動検出端末２から第２信号を受信すると（Ｓ２８）、演算回路１３は、タイマ２５により第２時刻を計測し（Ｓ２９）、記憶回路６に記憶する。
　記憶回路６には、予め、振動発電機４の振動数が「２００回」と記憶されている。演算回路１３は、記憶回路６から振動発電機４の振動数、Ｓ２７およびＳ２９で得られた第１時刻および第２時刻を取得する。演算回路１３は、振動数と、第１時刻と第２時刻との時間差とにより、振動発電機４の振動加速度を算出する（Ｓ３０）。具体的には、振動数と時間差とに基づき単位時間当たりの振動数Ｎｐが求められ、求めたＮｐに基づき、上記式（１）に従って振動加速度を算出する。出力部１４は、演算回路１３により算出された振動加速度を出力する（Ｓ３１）。
　本実施形態の振動検出システム２１は、第１実施形態の振動検出システム１の効果に加えて、以下の効果を有する。
　（４）振動検出システム２１は、振動検出装置２のクロック５の代わりに、振動検出コントローラ３においてタイマ２５を備えている。クロックは振動検出端末２の他の構成要素と比較して消費電力が大きいため、このようにクロックを設けないことにより振動検出端末２における消費電力を低減することができる。したがって、振動発電機４における発電量により、少なくとも、振動検出端末２を駆動することが可能である。
　＜第３実施形態＞
　次に、本発明の第３実施形態に係る振動検出装置３１について、図１０を参照して説明する。図１０は、振動検出装置３１の構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　振動検出装置３１は、振動発電機４と、クロック５と、記憶回路６と、カウンタ回路７と、制御回路８と、直流－交流変換回路９と、蓄電素子１０と、出力回路（または送信回路）３２とを備えている。すなわち、振動検出装置３１は、第１実施形態のように振動検出端末２と振動検出コントローラ３とに分かれておらず、それらの機能が一体化している。そのため、振動検出装置３１は、第１実施形態と比較して、受信回路１２および出力部１４が省略されている。
　振動検出装置３１は、例えば、建築物等に取り付けられ、算出された加速度のデータのみを、出力回路（または送信回路）３２により管理用コンピュータに送信することによって、振動の検出・管理を行う場合に好適に用いられる。なお、その他の構成および動作については、第１実施形態と同一であるので、ここでは説明は省略する。
　本実施形態の振動検出装置３１は、第１実施形態の振動検出システム１の効果に加えて、以下の効果を有する。
　（５）振動検出装置３１のみで、振動発電機４の加速度を算出することができる。そのため、管理用コンピュータには、加速度を算出する演算回路１３を設ける必要がなく、簡易な装置で加速度データの管理を行うことが可能となる。
　＜第４実施形態＞
　次に、本発明の第４実施形態に係る振動検出装置４１について、図１１を参照して説明する。図１１は、振動検出装置４１の構成を示すブロック図である。なお、第３実施形態と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　振動検出装置４１は、振動発電機４と、カウンタ回路７と、制御回路８と、直流－交流変換回路９と、蓄電素子１０と、出力回路４２とを備えている。第３実施形態と比較して、振動検出装置４１は、第３実施形態の記憶回路６とクロック５が省略されており、振動の有無のみを出力する。たとえば、制御回路８は、随時、カウンタ回路７の出力を監視し、カウンタ回路７の出力が増加したことによって振動が生じたことを検出する。そして、制御回路８は、振動が生じたことを検出したことに応じて、その旨を示す信号を出力回路４２に出力させる。
　振動検出装置４１は、別の電子機器（例えばセンサ・システムなど）と組合せて用いられ、例えば、建築物等に取り付けられる。この場合、出力回路４２からの信号が別の電子機器に送信される。前記振動検出装置が振動を検知したことをトリガにし、別の電子機器（例えばセンサ・システムなど）が起動され、当該電子機器において、所定のイベントが発生される。イベントの例としては、たとえば、（１）固有のＩＤ情報（アラーム）を管理用コンピュータに送信する、（２）温度情報や時間情報を管理用コンピュータに送信する、（３）ディスプレイのスイッチをＯＮにする、（４）照明のスイッチをＯＮにする、（５）音楽を再生する、などがある。加えて、振動検出装置４１に備えられた蓄電素子１０の電力を、別の電子機器に対して供給することも可能である。
　以上のように、第１～第４実施形態の振動検出システム及び振動検出装置の構成について説明したが、本発明は、上述した構成に限定されるものではなく、また、本発明の実施形態も、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。以下に、その変形例及びその効果について説明する。
　第１実施形態の振動検出システム１では、動作テーブルにＮｏ．１～３までの条件が記憶されているが、動作テーブルの構成はこれに限られない。例えば、動作テーブルの「時間」、「振動数」および「送信条件」の各条件は、ユーザが適宜設定してもよい。
　第２実施形態の振動検出システム２１では、振動発電機４が２００回振動する毎に、振動検出コントローラ３に対して信号を送信する構成であるが、本発明はこれに限られず、振動の回数はユーザが適宜任意の回数を設定してもよい。
　第１～第３実施形態では、振動検出システム及び振動検出装置の振動加速度の算出方法について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、振動加速度に加えて、振動の有無、振動速度、振動振幅を算出することも可能である。この場合、振動速度は加速度データを１回積分することで算出でき、振動振幅は加速度データを２回積分することで算出することができる。
　＜実施形態の応用例＞
　次に、上記実施形態により示した振動検出システム及び振動検出装置の応用例について説明する。
　たとえば、上記振動検出システムは、工場などの機械設備に適用され得る。この場合、機械設備の故障直前に典型的に発生する異常振動を検知することによって、振動検出コントローラを介してホストコンピュータでメンテナンス周期を管理することができる。この結果、機械設備が故障する前に保守することで、個別装置の修繕費用を低減できるとともに、振動発電機の電力を利用することで電池交換の手間を省くことが可能となり、トータルのメンテナンスコストを削減することできる。
　また、上記振動検出システムは、危険作業員や高齢者の安全を見守るための管理に適用され得る。この場合、例えば、狭いマンホール内で作業する危険作業員や一人暮らしの高齢者が振動検出端末を身に付ける。これによって、振動が一定期間停止した状態などを振動検出コントローラで検知した際には、すぐに救出に向かうとの措置をとることが可能となる。また、電源に振動発電機が使用されるため、電池切れによる誤動作を軽減できる。
　また、上記振動検出システムは、セキュリティ・システムに適用され得る。この場合、例えば、ドアなどに振動検出端末が取り付けられる。振動検出端末が振動を検知した場合、振動検出端末側でさらにＩＤなどの照合が行われ、その結果が振動検出コントローラに送信される。これにより、侵入者を把握することが可能となる。
　また、上記振動検出装置は、ＴＰＭＳ（タイヤ空気圧モニタリングシステム）のセンサ端末と組み合わせて適用され得る。この場合、車両が動き出し、タイヤが回転すると、振動検出装置が振動を検知する。その振動検知の結果をもとに、センサ端末を起動させたり停止させたりすることにより、常に電源がオン状態となっているセンサ端末を使用する場合に比べてセンサ端末の消費電力を低減することができる。
　図１２は、振動検出装置とＴＰＭＳのセンサ端末とを組み合わせる場合の構成例を示す図である。
　本構成例において、振動検出装置５１は、図１１に示す上記第４実施形態の振動検出装置４１と同様の構成を有する。振動検出装置５１は、振動発電機４と、カウンタ回路７と、制御回路８と、直流－交流変換回路９と、蓄電素子１０と、出力回路５２とを備える。各部の機能は、図１１の振動検出装置４１の対応する構成部の機能と同様である。制御回路８は、随時、カウンタ回路７の出力を監視し、カウンタ回路７の出力が増加したことによって振動が生じたことを検出し、その旨を示す信号（振動信号）を出力回路５２に出力させる。振動検出装置５１は、自動車のタイヤの内部に設置され、タイヤの回転に伴って回転する。
　センサ端末６１は、空気圧センサ６２と、温度センサ６３と、制御回路６４と、受信回路６５と、送信回路６６と、電源回路６７とを備えている。センサ端末６１も、振動検出装置５１と同様、自動車のタイヤの内部に設置され、タイヤの回転に伴って回転する。
　空気圧センサ６２は、タイヤ内部の空気圧を検出する。温度センサ６３は、タイヤ内部の温度を検出する。制御回路６４は、センサ端末６１内の各部を制御する。受信回路６５は、振動検出装置５１側の送信回路５２から送信される信号を受信する。送信回路６６は、制御回路６４からの制御により、空気圧センサ６２および温度センサ６３にて検出された空気圧および温度の情報を車両側コントローラ７１に送信する。電源回路６７は、電池を備え、制御回路６４からの制御により、電池に蓄積された電力をセンサ端末６１内の各部に供給する。
　振動検出装置５１の送信回路５２とセンサ端末６１の受信回路６５は、無線または有線で信号の授受を行う。また、送信回路６６は、無線により、車両側コントローラ７１に空気圧および温度の情報を送信する。
　なお、電源回路６７は、制御回路６４により、スリープ状態とアクティブ状態の２つの状態に切り替えられる。スリープ状態のとき、電源回路６７は、制御回路６４と受信回路６５には電力を供給し、制御回路６４と受信回路６５以外の回路部に対する電力供給を遮断する。また、アクティブ状態のとき、電源回路６７は、センサ端末６１内の全ての回路部に対して電力を供給する。
　図１３は、制御端末６１における制御フローを示すフローチャートである。
　車両が走行し始めると、センサ端末６１の制御回路６４は、受信回路６５を介して振動信号を受信する（Ｓ３１：ＹＥＳ）。これに応じて、制御回路６４は、電源回路６７の状態を、スリープ状態からアクティブ状態に切り替える（Ｓ３２）。これにより、電源回路６７から、センサ端末６１内の全ての回路部へ電力が供給される。しかる後、制御回路６４は、所定の制御タイミングにおいて、空気圧センサ６２と温度センサ６３から、空気圧と温度の検出値を取得し（Ｓ３３）、取得した検出値から空気圧と温度に関する情報（送信データ）を生成する（Ｓ３４）。そして、制御回路６４は、生成した送信データを送信回路６６に送信させる（Ｓ３５）。送信された空気圧と温度に関する情報は、車両側コントローラ７１に受信され、車両の走行制御に用いられる。
　その後、制御回路６４は、振動検出装置５１からの振動信号の送信が停止したか、すなわち、車両が停止したかを判定する（Ｓ３６）。振動信号の送信が停止していない場合（Ｓ３６：ＮＯ）、制御回路６４は、Ｓ３３に戻り、次の制御タイミングにおいて、Ｓ３３移行の処理を実行する。他方、振動信号の送信が停止していない場合（Ｓ３６：ＮＯ）、制御回路６４は、電源回路６７の状態を、アクティブ状態からスリープ状態に切り替え（Ｓ３６）、処理を終了する。その後、制御回路６４は、Ｓ３１において、振動検出装置５１からの振動信号の送信を待つ。
　この構成例によれば、車両が動き出し、タイヤが回転するまで、電源回路６７がスリープ状態に設定され、制御回路６４と受信回路６５以外の回路部への電力供給が遮断されるため、常に各部に電力が供給される場合に比べ、センサ端末６１の消費電力を低減することができる。よって、電源回路６７内の電池の寿命を長くすることができる。
　なお、図１２の構成例では、振動検出装置５１とセンサ端末６１とが別体とされたが、図１４のように、センサ端末６１内に、振動検出のための構成（振動検出部）が配置されてもよい。この場合、振動検出部は、図１２の振動検出装置５１から制御回路８と送信回路５２とが省略され、センサ端末６１側の受信回路６５が省略される。また、センサ端末６１の制御回路６４は、カウンタ回路７のカウント値が増加したことにより、タイヤが回転したことを検出し、図１３に示す制御を実行する。
　なお、図１４の構成例では、図１２に示す電源回路６７が省略され、センサ端末６１内の各回路部には、蓄電素子１０から電力が供給される。制御回路６４は、スリープ状態において、蓄電素子１０は、カウンタ回路７、直流－交流回路９、制御回路６４に供給し、これら以外の回路部への電力供給を遮断する。また、アクティブ状態のとき、蓄電素子１０は、センサ端末６１内の全ての回路部に電力を供給する。
　図１４の構成例では、振動発電機４により発電した電力によりセンサ端末６１内の各回路部が動作されるため、電池交換の必要がない。このため、センサ端末６１を半永久的に用いることができる。
　このようにＴＰＭＳのセンサ端末と組み合わせる他、上記振動検出装置を、自動車用スマートキーや入退出管理タグに適用することもできる。これらは総称してアクティブＲＦ－ＩＤと呼ばれており、ＩＤ情報を常にモニタする必要があるので、無線回路は常時起動している。このため、電池交換のサイクルが比較的短いという問題がある。これらのアクティブＲＦ－ＩＤに上記振動検出装置を適用することで、振動が無いときには無線回路を停止し，振動があるときに無線回路を起動することによって、消費電力を低減し、電池交換サイクルの長期間化や電池交換レスに対応できる。
　この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
　１、２１　振動検出システム
　３１ 、４１、５１　振動検出装置
　６１　センサ端末
　２　振動検出端末
　３　振動検出コントローラ
　４　振動発電機
　５　クロック
　６　記憶回路
　７　カウンタ回路
　８　制御回路
　９　直流－交流変換回路
　１０　蓄電素子
　１１　送信回路
　１２　受信回路
　１３　演算回路
　１４　出力部
　６１　空気圧センサ
　６７　電源回路

Claims (10)

  1. 　振動することにより交流電圧を発生する振動デバイスと、
    　前記振動デバイスから発生する前記交流電圧に基づき蓄電を行う蓄電部と、
    　前記振動デバイスから発生する前記交流電圧の振動数をカウントするカウンタ回路と、
    を備える、
    ことを特徴とする振動検出装置。
  2. 　請求項１に記載の振動検出装置において、
    　前記振動デバイスは、櫛歯状に形成されたエレクトレットと、前記エレクトレットに対向するように形成された櫛歯状の電極と、を有する静電誘導型のデバイスである、
    ことを特徴とする振動検出装置。
  3. 　請求項１または２に記載の振動検出装置において、
    　前記カウンタ回路によりカウントされた前記振動数に基づいて加速度に関する情報を生成する情報生成部を、さらに備える、
    ことを特徴とする振動検出装置。
  4. 　請求項３に記載の振動検出装置において、
    　外部装置に情報を送信する送信部と、
    　前記送信部を制御する制御部と、さらに備え、
    　前記送信部は、前記送信部を介して、前記情報生成部により求められた前記加速度に関する情報を送信する、
    ことを特徴とする振動検出装置。
  5. 　請求項４に記載の振動検出装置において、
    　前記制御部は、所定時間内に前記カウンタ回路によりカウントされた前記振動数が所定の回数を越えた場合に、前記加速度に関する情報を前記送信部に送信させる、
    ことを特徴とする振動検出装置。
  6. 　請求項４に記載の振動検出装置において、
    　前記制御部は、前記カウンタ回路によりカウントされた前記振動数が所定の回数に到達したタイミングで、前記加速度に関する情報であるトリガ信号を、前記送信部に送信させる、
    ことを特徴とする振動検出装置。
  7. 　請求項４ないし６の何れか一項に記載の振動検出装置において、
    　前記カウンタ回路、前記情報生成部、前記制御部および前記送信部は、前記振動デバイスにより発電された電力を用いて動作する、
    ことを特徴とする振動検出装置。
  8. 　請求項１または２に記載の振動検出装置と、
    　タイヤの空気圧を検出する空気圧検出部と、
    　前記空気圧検出部によって検出された前記空気圧に関する情報を外部装置に送信する空気圧送信部と、
    　制御部と、を備え、
    　前記制御部は、前記カウンタ回路によりカウントされた前記振動数に基づいて、少なくとも前記空気圧検出部の起動を制御する、
    ことを特徴とする空気圧検出端末。
  9. 　請求項８に記載の空気圧検出端末において、
    　前記蓄電部は、蓄電した電力を、前記振動検出装置と、前記空気圧検出部、前記空気圧送信部および前記制御部に供給する、
    ことを特徴とする空気圧検出端末。
  10. 　振動することにより交流電圧を発生する振動デバイスと、
    　前記振動デバイスから発生する前記交流電圧に基づき蓄電を行う蓄電部と、
    　前記振動デバイスから発生する前記交流電圧の振動数をカウントするカウンタ回路と、
    　前記カウンタ回路によりカウントされた前記振動数に基づいて加速度を求める演算回路と、を備える、
    ことを特徴とする加速度検出システム。
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