WO2013190974A1 - 信号検知装置および信号検知装置の動作方法 - Google Patents

信号検知装置および信号検知装置の動作方法 Download PDF

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WO2013190974A1
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signal
voltage
electrodes
displacement
detection device
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PCT/JP2013/065024
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哲也 吉成
勝巳 阿部
門澤　秀樹
茂樹 篠田
佐々木　康弘
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日本電気株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/975—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a capacitive movable element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a signal detection device and a method for operating the signal detection device.
  • sensor nodes which are wireless terminals, have been installed in various places indoors and outdoors to observe temperature, humidity, brightness, and human movement, and control lighting and air conditioning based on the data obtained there.
  • the sensor event detection sensor
  • the power consumption of the event detection sensor itself has been a problem. Therefore, sensors that do not require a power source have been proposed.
  • the impact sensor described in Patent Document 1 is a sensor that applies an inertial force due to an external impact to a piezoelectric element and detects the amount of charge obtained at that time.
  • the acceleration sensor described in Patent Document 2 is an electrostatic induction type acceleration sensor that includes a parallel plate and an electret, and converts a capacitance change due to a time change of a counter electrode area that is relatively changed by an inertial force into an acceleration. is there.
  • An object of the present invention is to provide a signal detection device and an operation method of the signal detection device that operate with low power consumption and can be detected regardless of the frequency of the event.
  • the signal detection device of the present invention comprises: Including displacement detection means, boosting means, semiconductor switch, and processing means,
  • the displacement detection means includes The two electrodes are facing each other with the distance between the electrodes being displaceable, A dielectric layer is formed on one of the two electrodes; One of the two electrodes is grounded through a current-voltage conversion means, A DC voltage is applied between the opposing electrodes, When a displacement change between the two electrodes occurs, a voltage change caused by a capacitance change between the electrodes is output as a signal,
  • the processing means detects and processes an output signal output from the displacement detection means
  • the semiconductor switch is a switch that detects the output voltage, and a current flows when the voltage becomes a certain value or more
  • the boosting means is a means for boosting the output signal output from the displacement detection means to near the constant voltage of the semiconductor switch,
  • the semiconductor switch is a device that detects the boosted output signal and activates the processing means triggered by the flow of the current, and the activated processing means starts processing
  • An operation method of the signal detection device of the present invention includes a signal output step of outputting, as a signal, a voltage change caused by a capacitance change between the electrodes due to a change in displacement between the electrodes, A step of boosting the output signal output by the signal output step; A trigger signal transmission step of transmitting a trigger signal when the output signal boosted by the boosting step is a predetermined value or more; And a step of starting processing for starting up the apparatus triggered by the trigger signal transmitted in the trigger signal transmission step.
  • the signal detection device and the operation method of the signal detection device of the present invention it is possible to operate with low power consumption and to detect a signal regardless of the frequency of the event.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an example (Embodiment 1) of a signal detection device of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the structure of the displacement detection means in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a specific configuration of the signal detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the structure of the displacement detection means in the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation and output characteristics of the displacement detector shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the structure of the displacement detection means in the third embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation and output characteristics of the displacement detecting means shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a schematic view of the structure of a modification of the displacement detection means in the third embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the structure of the displacement detection means in the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of the structure of a modification of the displacement detection means in the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic circuit diagram showing a configuration of an example (Embodiment 5) of the signal detection device of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the signal detection apparatus according to the first embodiment.
  • the signal detection apparatus 100 of this embodiment includes a displacement detection unit 110, a boosting unit 120, a semiconductor switch 130, and a processing unit 140 as main components.
  • the displacement detector 110 is connected to the booster 120 and the semiconductor switch 130.
  • the semiconductor switch 130 is connected to the processing means 140.
  • the booster 120 and the semiconductor switch 130 are connected to the power supply 150.
  • FIG. 2 shows the structure of the displacement detection means 110 (capacitive displacement type displacement sensor) in the present embodiment.
  • the two electrodes, the electrode 11 and the electrode 12 face each other in a state where the distance between the electrodes can be displaced.
  • a dielectric layer 13 is formed on the electrode 11.
  • the electrode 11 and the electrode 12 are provided with terminals for applying a DC voltage between the electrodes, and the DC voltage is always applied during standby.
  • the electrode 12 is provided with an output terminal, and is grounded via the current-voltage conversion means 14. When a displacement change between the two electrodes occurs, a voltage change resulting from a capacitance change between the electrodes is output as a signal.
  • the displacement detection means 110 is a sensor that does not use inertial force and has no frequency characteristics. Therefore, since the signal detection apparatus 100 can cope with any frequency, the signal detection apparatus 100 can be used not only when the vibration cycle of the signal to be detected is known but also when the vibration cycle is unknown. Further, there is no need to change the structure depending on the application.
  • a capacitance displacement type displacement sensor can be used.
  • the current-voltage conversion means 14 a resistor and an operational amplifier can be used, but a resistor is preferably used.
  • the dielectric layer 13 is provided on the electrode 11.
  • the present invention is not limited to this, and the dielectric layer 13 may be provided on one of the two electrodes. That's fine.
  • the electrode 12 is grounded via the current-voltage conversion means 14.
  • the present invention is not limited to this, and one of the two electrodes is a current ⁇ What is necessary is just to be earth
  • the displacement detection unit 110 stands by in a state where a DC voltage is applied, and when a capacitance change occurs in this state, the charge overflows (or runs short), the charge flows to the load side, and is transient ( The voltage rises temporarily. Assuming that the load is constant, the voltage rise depends on the amount of change in capacitance, and the output increases as the amount of change increases.
  • the capacitance C formed by the capacitance displacement type displacement sensor is expressed by the following equation (1).
  • ⁇ 0 is the dielectric constant of vacuum
  • ⁇ r is the relative dielectric constant of the dielectric provided between the counter electrodes
  • S is the electrode area
  • d is the distance for forming the capacitance (distance between the electrodes).
  • the electrode can be formed of, for example, an aluminum material made of aluminum or an aluminum alloy, and can be obtained by a method similar to that for producing a normal mold such as machining.
  • the dielectric layer can be formed by anodizing the aluminum material into alumina.
  • the dielectric layer is formed on one of the two electrodes, but the electrode grounded via the current-voltage conversion means may be an electrode on which a dielectric layer is formed. It may be an electrode in which no dielectric layer is formed.
  • the semiconductor switch 130 is a switch that detects a voltage output from the displacement detection unit 110 and causes a current to flow when the voltage reaches a certain value or more, such as a transistor or a field effect transistor (FET).
  • a certain value or more such as a transistor or a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • the step-up means 120 is a means for stepping up the output signal output from the displacement detection means 110 to the vicinity of the constant (threshold) voltage of the semiconductor switch 130.
  • the booster 120 for example, a voltage dividing resistor, a voltage dividing capacitor, a converter, or the like can be used, but it is preferable to use a voltage dividing resistor.
  • voltage divider resistors When voltage divider resistors are used, voltage fluctuations do not occur when there are transient fluctuations due to impedance changes due to the frequency seen when voltage divider capacitors are used, and with light loads as in this embodiment. Even if it is used, it does not cause a decrease in conversion efficiency seen when using a converter, which is preferable.
  • the processing unit 140 is a unit that detects and processes the output signal output from the displacement detection unit 110, and is, for example, a microcomputer.
  • the processing unit 140 is activated when the output signal output from the displacement detection unit 110 exceeds a certain value by the semiconductor switch 130.
  • the activated processing means 140 starts processing.
  • the signal detection device 100 operates as follows. When a displacement change occurs between the two opposing electrodes 11 and 12 to which the DC voltage is applied, the displacement detection unit 110 outputs a voltage change caused by the capacitance change between the electrodes as a signal. Then, the output signal output from the displacement detection unit 110 is boosted by the boosting unit 120 to the vicinity of the constant voltage of the semiconductor switch 130. When the boosted output signal is equal to or higher than the predetermined value, the semiconductor switch 130 transmits the current as a trigger signal to the processing unit 140 and activates the processing unit 140. Then, the activated processing unit 140 starts processing.
  • the displacement detection means 110 is not only intended for generating a trigger signal, but may also act as a sensor after the processing means 140 is activated. In the displacement detection unit 110, both a voltage change that becomes an output signal for generating a trigger signal and a voltage change caused by a displacement change after generating the trigger signal can be detected. The displacement detection means 110 continues to detect and output a voltage change caused by the displacement change after generation of the trigger signal, so that the processing means 140 activated by the trigger signal can analyze the displacement and install the displacement detection means 110. State analysis can be performed. Note that the activated processing unit 140 may be set to automatically end after a predetermined time has elapsed.
  • FIG. 3 shows an example of a specific configuration of the signal detection device according to the present embodiment.
  • a resistor R and a semiconductor switch (FET) 130 are connected in series between the power supply VDD and GND, and the reset signal input port or interrupt signal input port of the processing means 140 is provided.
  • Is connected to the electrode on the power source side of the FET, that is, the drain electrode D.
  • a bias circuit is provided between the power supplies VDD and GND to increase the voltage up to the vicinity of the threshold voltage of the FET 130 by dividing the resistance (the booster 120), and the bias voltage is connected to the two opposing electrodes of the displacement detector 110, A DC voltage source for the displacement detection means 110 is used.
  • the output terminal of the displacement detector 110 is connected to the gate electrode G of the FET 130.
  • the source electrode S of the FET 130 is grounded.
  • the potential of the input port of the processing unit 140 decreases from VDD to GND (High to Low).
  • the processing unit 140 can detect a change in the potential and transition from the sleep state to the start state. is there. That is, it is possible to start the processing unit 140 using vibration as a starting point, and then complete startup of peripheral devices such as sensor devices and wireless modules.
  • the FET 130 may be inserted into a power supply line connecting the processing unit 140 and the power source, and power may be supplied to the processing unit 140 when the FET 130 becomes conductive.
  • the apparatus can perform the state analysis of the installation location of the displacement detection means as follows.
  • the voltage of the trigger signal that passes through the semiconductor switch 130 is a digital signal in which the voltage (VDD) applied to the FET is HIGH and GND is LOW.
  • the magnitude of the detected displacement depends on the transition time (Duty ratio) between HIGH and LOW.
  • the duty ratio varies depending on the structure of the displacement sensor and the like, but the duty ratio information may be stored in the processing means 140 in advance.
  • a signal detection device that operates with low power consumption, has high sensitivity to displacement, and can be detected regardless of the frequency of the event, and a method for operating the signal detection device.
  • the event to be detected is an event such as vibration
  • a displacement change can be detected regardless of the frequency of vibration by attaching one electrode to the vibration system and the other electrode to the fixed part.
  • a signal detection device (event detection device) can be obtained.
  • FIG. 4 shows an example of a signal detection device having the displacement detection means 210 of the present embodiment.
  • the displacement detector 210 has a convex portion formed on the electrode 22 and a concave portion formed on the electrode 21. The convex portion can be inserted into the concave portion.
  • a dielectric layer 23 is formed on the electrode 21.
  • the electrodes 21 and 22 can be positioned by a guide 25.
  • the electrode 22 is provided with an output terminal, and is grounded via a current-voltage conversion means (resistance) 24.
  • the electrodes 21 and 22 and the dielectric layer 23 can be formed of the same material as in the first embodiment.
  • FIG. 5 shows the operation and output characteristics of the displacement detecting means 210 shown in FIG.
  • FIG. 5A is a partially enlarged view showing a portion A of FIG.
  • the concave portion of the electrode 21 and the convex portion of the electrode 22 are displaced so as to mesh with each other in the concave-convex direction. From the state in which the convex portion of the electrode 22 is inserted into the concave portion of the electrode 21 (the lower diagram in FIG. 5A), the interelectrode distance (d) is longer than the length of the convex portion in the electrode 22 (the upper diagram in FIG. 5A).
  • the displacement detection unit 210 changes the capacitance with the three parameters of the interelectrode distance, the relative dielectric constant between the electrodes, and the electrode area, so that the capacitance change is large even with a minute displacement.
  • the displacement detection means 210 in the present embodiment when used, a high output can be obtained even with a minute displacement, and the displacement can be detected with higher sensitivity.
  • the electrodes are not parallel plates, the distance between the electrodes (d), the relative dielectric constant ( ⁇ r ) between the electrodes, and the electrode area (S) are approximated by the parallel plates, and the above formula (1) is established. It can be an equivalently estimated value.
  • a convex portion is formed on one electrode, a concave portion is formed on the other electrode, and further, the surface of the convex portion extends in a direction perpendicular to the insertion direction. Grooves are formed.
  • the signal detection device and the operation method of the signal detection device of the present embodiment are the same as the operation method of the signal detection device and the signal detection device of the second embodiment.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view
  • FIG. 6B is a bird's-eye view of the electrode 32.
  • the displacement detector 310 has a convex portion formed on the electrode 32 and a concave portion formed on the electrode 31.
  • the convex portion can be inserted into the concave portion, and a groove portion 36 extending in a direction perpendicular to the insertion direction is formed in the convex portion.
  • vertical to the said insertion direction is formed in the said recessed part.
  • a dielectric layer 33 is formed on the electrode 31.
  • a dielectric layer may be formed in the groove portion 37, but it is preferable not to form it in order to change the relative dielectric constant ( ⁇ r ) of the interelectrode distance by a change in displacement.
  • the electrodes 31 and 32 and the dielectric layer 33 can be formed of the same material as in the first embodiment.
  • FIG. 7 shows the operation and output characteristics of the displacement detection means 310 shown in FIG. Fig.7 (a) is the elements on larger scale which show the A section of FIG.
  • the concave portion of the electrode 31 and the convex portion of the electrode 32 are displaced so as to mesh with each other in the concave-convex direction.
  • the state in which the convex portion of the electrode 32 is inserted into the concave portion of the electrode 31 (FIG. 7A, state 1) is displaced from the state in which the interelectrode distance (d) is slightly increased (state 2 in FIG. 7A).
  • the electrode area (S) is reduced, and the relative permittivity ( ⁇ r ) is substantially reduced according to the depth and interval of the groove part 36 provided in the convex part and the groove part 37 provided in the concave part. Therefore, the capacity (C) is also reduced.
  • the amount of displacement that can generate an output peak depends on the distance between the groove 36 and the groove 37. Therefore, by providing the groove 36 and the groove 37, an output peak can be generated even if the displacement is smaller than in the first and second embodiments, and the displacement can be detected with higher sensitivity.
  • a plurality of the groove portions 36 and the groove portions 37 are formed, but the number of the groove portions may be one.
  • FIG. 8 shows an example of the displacement detection means in which the groove 36 is provided only on the convex portion of the electrode 32. Also in this case, by providing a groove in one of the electrodes, the change in capacitance (C) caused by the change in electrode area (S) and relative permittivity ( ⁇ r ) due to the displacement ( ⁇ X) of the electrode is It becomes larger than the case where the groove portion is not provided. Thus, an output peak can be generated even with a minute displacement, and the displacement can be detected with high sensitivity.
  • a convex portion is formed on one electrode, a concave portion is formed on the other electrode, and further, the surface of the convex portion extends in a direction parallel to the insertion direction. Grooves are formed.
  • the signal detection device and the operation method of the signal detection device of the present embodiment are the same as the operation method of the signal detection device and the signal detection device of the second embodiment.
  • FIG. 9 shows an example of a signal detection device having the displacement detection means 410 of the present embodiment.
  • 9A is a cross-sectional view
  • FIG. 9B is a bird's-eye view of the electrode 42.
  • the displacement detection means 410 has a convex portion formed on the electrode 42 and a concave portion formed on the electrode 41.
  • the convex portion can be inserted into the concave portion, and a groove portion 46 extending in a direction perpendicular to the insertion direction and a groove portion 48 extending in a direction parallel to the insertion direction are formed in the convex portion.
  • a dielectric layer 43 is formed on the electrode 41.
  • the electrodes 41 and 42 and the dielectric layer 43 can be formed of the same material as in the first embodiment.
  • the displacement detection means 410 causes a change in capacity even with respect to a displacement in the depth direction of the drawing.
  • a displacement detection means 410 By using such a displacement detection means 410, an output peak can be generated even with a minute displacement in the insertion direction, the displacement can be detected with high sensitivity, and in the electrode insertion direction.
  • the signal detection device can detect a displacement in a direction perpendicular to the direction.
  • a plurality of groove portions 48 are formed, but one groove portion may be provided.
  • only the groove 48 extending in the direction parallel to the insertion direction may be formed on the convex portion of the electrode 42.
  • a signal detection device that can detect displacement in a direction perpendicular to the insertion direction of the electrode can be obtained.
  • the signal detection device 500 of this embodiment includes a multistage switch including an FET 531 and a transistor 532 as a semiconductor switch. Except for this point, the signal detection device and the operation method of the signal detection device of the present embodiment are the same as the operation method of the signal detection device and the signal detection device of the first embodiment.
  • the processing means can be activated as follows, for example.
  • a resistor R and an FET 531 are connected in series between the power supplies VDD and GND, and the drain electrode of the FET 531 is connected to the base of the transistor 532 via a current limiting resistor for the transistor.
  • the power supply VDD and the reset signal input board or interrupt signal input board of the processing means 540 are connected to the emitter and collector of the transistor 532, respectively.
  • a bias circuit is provided between the power supplies VDD and GND to increase the voltage to near the threshold voltage of the FET 531 by resistance voltage division (boost means 520), and the bias voltage is connected to the two opposing electrodes of the displacement detector 510, A DC voltage source for the displacement detection means 510 is used. The output terminal of the displacement detector 510 is connected to the gate electrode of the FET 531.
  • the booster 520 is a voltage dividing resistor, and the voltage dividing resistor has first and second resistors.
  • the first and second resistors have first and second terminals, respectively, and the first terminal of the first resistor is electrically connected to a power supply VDD, and the first resistor of the first resistor A second terminal is electrically connected to one of the other electrodes of the displacement detection means 510 and the first terminal of the second resistor, and the second terminal of the second resistor is grounded.
  • the booster 520 may further include a voltage dividing capacitor.
  • the voltage dividing capacitor has first and second terminals, and the first terminal of the voltage dividing capacitor is electrically connected to the first terminal of the second resistor, It is preferable that the second terminal of the voltage dividing capacitor is grounded.
  • the output of the FET 531 is received by the transistor 532 and a High-Low signal is generated by the amplified collector current, the gate voltage fluctuation of the FET 531 is small, that is, the output characteristic of the displacement detecting means 510 is very small.
  • a reset signal or an interrupt signal can be transmitted to the processing means 540. Therefore, when the multistage switch including a plurality of semiconductor elements is used as the semiconductor switch as in the present embodiment, the displacement detection means can be reduced in size, and the signal detection device can be reduced in size.
  • the signal detection device and the operation method of the signal detection device of the present invention can be applied to an intrusion detection device and an intrusion detection method.
  • the installation location of the displacement detection means of the signal detection device may be, for example, a window frame, glass, door, floor surface, ground surface, or the like.
  • the displacement detection means When the displacement detection means is installed on a window frame of a building, if one electrode of the displacement detection means is installed on the window frame and the other electrode is installed on the window, for example, the opening / closing of the window is detected. Can do.
  • the output signal output from the displacement detection unit is boosted by the boosting unit, and when the boosted output signal is a voltage exceeding the threshold voltage of the semiconductor switch, the semiconductor switch outputs the drain current.
  • the signal is transmitted to the means as a trigger signal, and the processing means is activated. Then, the activated processing means starts processing. Examples of the processing include operation of a monitoring camera and activation of a security buzzer.
  • the signal detection device and the operation method of the signal detection device of the present invention can be applied to, for example, a water leakage detection device and a water leakage detection method.
  • the displacement detection means of the signal detection device be relatively displaced.
  • it may be a joint portion of a water conduit and its accompanying parts.
  • the displacement detection means detects vibration caused by the abnormal vibration or abnormal sound, and the processing means as in the first embodiment. Start up.
  • the activated processing means starts processing. Examples of the processing include activation of an inspection device for specifying an abnormal portion of a water conduit, notification of water leakage by an alarm, and the like.
  • the signal detection device and the operation method of the signal detection device of the present invention can be applied to, for example, a structure deterioration detection device and a structure deterioration detection method.
  • the installation location of the displacement detection means of the signal detection device may be, for example, a wall, a floor and a ceiling of a building or a house, or a column, a floor and a ceiling.
  • the displacement detection means detects the vibration caused by the abnormal vibration or the abnormal sound, and activates the processing means as in the first embodiment.
  • the activated processing means starts processing. Examples of the processing include activation of an inspection device for specifying a deterioration portion of a structure, notification of deterioration of the structure due to an alarm, and the like.
  • the signal detection device and the operation method of the signal detection device of the present invention are, for example, crime prevention applications such as intrusion detection, water leakage or water pipe breakage detection in water pipe systems of social infrastructure business, deterioration of structures such as buildings or residences, etc. It can be applied to detection, detection of oil leak or pipeline breakage in oil pipeline system, detection of gas leak or pipeline breakage in gas pipeline, etc. The use is not limited and wide.
  • the displacement detection means includes The two electrodes are facing each other with the distance between the electrodes being displaceable, A dielectric layer is formed on one of the two electrodes; One of the two electrodes is grounded through a current-voltage conversion means, A DC voltage is applied between the opposing electrodes, When a displacement change between the two electrodes occurs, a voltage change caused by a capacitance change between the electrodes is output as a signal,
  • the processing means detects and processes an output signal output from the displacement detection means
  • the semiconductor switch is a switch that detects the output voltage, and a current flows when the voltage becomes a certain value or more
  • the boosting means is a means for boosting the output signal output from the displacement detection means to near the constant voltage of the semiconductor switch, The semiconductor switch detects the boosted output signal and activates the processing means triggered by the flow of the current, and the activated processing means starts processing.
  • the voltage dividing resistor has first and second resistors, The first and second resistors have first and second terminals, respectively.
  • the first terminal of the first resistor is electrically connected to a power source;
  • the second terminal of the first resistor is electrically connected to the other electrode of the displacement detection means and the first terminal of the second resistor, respectively.
  • the signal detection device according to appendix 5, wherein the second terminal of the second resistor is grounded.
  • Appendix 7 The signal detection device according to appendix 5 or 6, wherein the boosting unit further includes a voltage dividing capacitor.
  • the voltage dividing capacitor has first and second terminals, The first terminal of the voltage dividing capacitor is electrically connected to the first terminal of the second resistor; The signal detection device according to appendix 7, wherein the second terminal of the voltage dividing capacitor is grounded.
  • a method for operating a signal detection device including:
  • the two electrodes are facing each other with the distance between the electrodes being displaceable, A dielectric layer is formed on one of the two electrodes; One of the two electrodes is grounded through a current-voltage conversion means, A DC voltage is applied between the opposing electrodes, A displacement detection device that outputs a change in voltage caused by a change in capacitance between the electrodes as a signal when a change in displacement between the two electrodes occurs.
  • a convex portion is formed on one electrode, and a concave portion is formed on the other electrode.
  • Appendix 14 The displacement detection device according to appendix 13, wherein a groove extending in a direction perpendicular to the insertion direction is formed on at least one of the surface of the convex portion and the surface of the concave portion.

Landscapes

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Abstract

　低消費電力で動作し、かつ、事象の周波数に関係なく検知可能な、信号検知装置および信号検知装置の動作方法を提供する。　変位検出手段と、昇圧手段と、半導体スイッチと、処理手段とを含み、変位検出手段は、２つの電極が、電極間距離が変位可能な状態で対向し、一方の電極上に誘電体層が形成され、いずれか一方の電極は、電流－電圧変換手段を介して接地され、対向する電極間に直流電圧が印加され、２つの電極間の変位変化が発生すると、電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力し、処理手段は、変位検出手段から出力される出力信号を、検知して処理し、半導体スイッチは、出力された電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流が流れるスイッチであり、昇圧手段は、前記出力信号を、前記一定値の電圧付近まで昇圧する手段であり、半導体スイッチは、昇圧された出力信号を検知して電流が流れることをトリガとして、処理手段を起動し、起動した処理手段は、処理を開始する。

Description

信号検知装置および信号検知装置の動作方法
　本発明は、信号検知装置および信号検知装置の動作方法に関する。
　近年、屋内外の様々な場所に無線端末であるセンサノードを設置し、気温、湿度、明るさ、人の動きを観測し、そこで得られたデータを元に、照明や空調の制御を行うことが提案され、一部で実施されている。しかし、時間的に不規則に発生する事象に対応する場合には、常時、センサ（事象検知センサ）を起動しておく必要があり、事象検知センサ自身の電力消費が問題となっていた。
　そこで、電源を必要としないセンサが提案されている。例えば、特許文献１に記載の衝撃センサは、外部衝撃による慣性力を圧電素子に与え、その際に得られる電荷量を検知するセンサである。また、特許文献２に記載の加速度センサは、平行平板とエレクトレットからなり、慣性力で相対的に変動する対向電極面積の時間変化による静電容量変化を加速度に変換する静電誘導型加速度センサである。
特開２００６－２６６８７８号公報 国際公開第２００９／１２３０２２号
　しかし、前記特許文献１および２のセンサでは、周波数特性を有しているために、振動周期が未知の事象に対応できなかった。
　本発明の目的は、低消費電力で動作し、かつ、事象の周波数に関係なく検知可能な、信号検知装置および信号検知装置の動作方法を提供することにある。
　前記目的を達成するために、本発明の信号検知装置は、
変位検出手段と、昇圧手段と、半導体スイッチと、処理手段とを含み、
前記変位検出手段は、
　２つの電極が、電極間距離が変位可能な状態で対向しており、
　前記２つの電極の一方の電極上に誘電体層が形成されており、
　前記２つの電極のうち、いずれか一方の電極は、電流－電圧変換手段を介して接地され、
　前記対向する電極間に直流電圧が印加され、
　前記２つの電極間の変位変化が発生すると、前記電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力し、
前記処理手段は、前記変位検出手段から出力される出力信号を、検知して処理し、
前記半導体スイッチは、前記出力された電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流が流れるスイッチであり、
前記昇圧手段は、前記変位検出手段から出力される出力信号を、前記半導体スイッチの前記一定値の電圧付近まで昇圧する手段であり、
前記半導体スイッチは、前記昇圧された出力信号を検知して前記電流が流れることをトリガとして、前記処理手段を起動し、起動した前記処理手段は、処理を開始する装置である。
　本発明の信号検知装置の動作方法は、電極間の変位変化により、前記電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力する信号出力工程と、
前記信号出力工程により出力した出力信号を昇圧する昇圧工程と、
前記昇圧工程により昇圧した前記出力信号が一定値以上の場合、トリガ信号を伝送するトリガ信号伝送工程と、
前記トリガ信号伝送工程により伝送した前記トリガ信号を契機として、装置を起動するための処理を開始する工程と、を含む。
　本発明の信号検知装置および信号検知装置の動作方法によれば、低消費電力で動作し、かつ、事象の周波数に関係なく信号の検知が可能である。
図１は、本発明の信号検知装置の一例（実施形態１）の構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態１における変位検出手段の構造の概略図である。 図３は、前記実施形態１の信号検知装置の具体的構成の一例を示す回路図である。 図４は、実施形態２における変位検出手段の構造の概略図である。 図５は、図４に示す変位検出手段の動作と出力特性を説明する図である。 図６は、実施形態３における変位検出手段の構造の概略図である。 図７は、図６に示す変位検出手段の動作と出力特性を説明する図である。 図８は、前記実施形態３における変位検出手段の変形例の構造の概略図である。 図９は、実施形態４における変位検出手段の構造の概略図である。 図１０は、前記実施形態４における変位検出手段の変形例の構造の概略図である。 図１１は、本発明の信号検知装置の一例（実施形態５）の構成を示す概略回路図である。
　以下、本発明の信号検知装置および信号検知装置の動作方法について、図面を参照し、例をあげて詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定されない。なお、以下の図１から図１１において、同一部分には、同一符号を付している。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なり、模式的に示す場合がある。
（実施形態１）
　図１に、実施形態１の信号検知装置の概略構成のブロック図を示す。図１に示すように、本実施形態の信号検知装置１００は、変位検出手段１１０と、昇圧手段１２０と、半導体スイッチ１３０と、処理手段１４０とを主要な構成要素として含む。変位検出手段１１０は、昇圧手段１２０および半導体スイッチ１３０に接続されている。半導体スイッチ１３０は、処理手段１４０に接続されている。信号検知装置１００は、昇圧手段１２０および半導体スイッチ１３０が、電源１５０と接続されている。
　本実施形態における変位検出手段１１０（容量変位型の変位センサ）の構造を、図２に示す。図２に示すとおり、本実施形態における変位検出手段１１０は、電極１１および電極１２の２つの電極が、電極間距離が変位可能な状態で対向している。電極１１上には、誘電体層１３が形成されている。電極１１および電極１２には、電極間に直流電圧を印加させる端子が設けられ、待機時は常時直流電圧が印加されている。電極１２には、出力端子を設け、電流－電圧変換手段１４を介して接地されている。前記２つの電極間の変位変化が発生すると、前記電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力する。このように、変位検出手段１１０は、慣性力を使わないセンサであり、周波数特性がない。したがって、信号検知装置１００は、あらゆる周波数に対応することができるので、検知したい信号の振動周期が既知である場合に限られず、振動周期が未知である場合にも用いることができる。また、用途によって構造を変更する必要も生じない。変位検出手段１１０としては、容量変位型の変位センサを用いることができる。電流－電圧変換手段１４としては、抵抗およびオペアンプ等を用いることができるが、抵抗を用いることが好ましい。電流－電圧変換手段１４として抵抗を用いると、待機時の消費電力を低減することができ、特に、少なくとも１００ｋｏｈｍ以上の高負荷の抵抗を用いると、待機時の消費電力を抑制することができ、より好ましい。上記では、電極１１上に誘電体層１３が設けられている態様を示したが、本発明はこれに限られず、誘電体層１３は、前記２つの電極の一方の電極上に設けられていればよい。また、上記では、電極１２が、電流－電圧変換手段１４を介して接地される態様を示したが、本発明はこれに限られず、前記２つの電極のうち、いずれか一方の電極が電流－電圧変換手段を介して接地されていればよい。
　なお、本発明において、変位検出手段１１０は、直流電圧を印加した状態で待機し、その状態で容量変化が発生すると電荷が溢れ（または不足し）、その電荷が負荷側へ流れ、過渡的（一時的）に電圧が上昇する。負荷が一定だと仮定すると、電圧上昇は容量の変化量に依存し、出力は変化量が大きいほど大きくなる。容量変位型の変位センサで形成される容量Ｃは次式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、ε０は真空の誘電率、εｒは対向電極間に設けた誘電体の比誘電率、Ｓは電極面積、ｄは容量形成する距離（電極間距離）である。
　前記電極は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム材で形成することができ、削り出し等の通常の金型作製と同様の方法で得ることができる。また、前記誘電体層は、前記アルミニウム材を陽極酸化して、アルミナとすることにより、形成することができる。２つの電極のうち、いずれか一方の電極上に前記誘電体層が形成されるが、電流－電圧変換手段を介して接地される電極は、誘電体層が形成された電極であっても、誘電体層が形成されていない電極であってもよい。
　半導体スイッチ１３０は、変位検出手段１１０から出力された電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流が流れるスイッチであり、例えば、トランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等である。半導体スイッチ１３０が、ＦＥＴである場合、前記電圧をゲート電圧として検知し、前記電圧が一定値以上となるとドレイン電流が流れる。
　昇圧手段１２０は、変位検出手段１１０から出力される出力信号を、半導体スイッチ１３０の前記一定値の（スレッショルド）電圧付近まで昇圧する手段である。昇圧手段１２０としては、例えば、分圧抵抗、分圧コンデンサ、コンバータ等を用いることができるが、分圧抵抗を用いることが好ましい。分圧抵抗を用いる場合、分圧コンデンサを使用する場合にみられる、周波数によるインピーダンスの変化のため、過渡的な変動があった場合の電圧変動は起こらず、本実施形態のように軽負荷で使用する場合であっても、コンバータを使用する場合にみられる変換効率の低下が生じず、好ましい。
　処理手段１４０は、変位検出手段１１０から出力される出力信号を、検知して処理する手段であり、例えば、マイクロコンピュータ等である。処理手段１４０は、半導体スイッチ１３０によって、変位検出手段１１０から出力される出力信号が一定値を超えた場合に起動される。起動した処理手段１４０は、処理を開始する。
　信号検知装置１００は、次のように動作する。直流電圧が印加された対向する２つの電極１１、１２間の変位変化が発生すると、変位検出手段１１０は、前記電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力する。そして、変位検出手段１１０から出力される出力信号は、昇圧手段１２０によって、半導体スイッチ１３０の前記一定値の電圧付近まで昇圧される。半導体スイッチ１３０は、前記昇圧された出力信号が、前記一定値以上の電圧である場合、処理手段１４０に前記電流をトリガ信号として伝送し、処理手段１４０を起動する。そして、起動した処理手段１４０は、処理を開始する。
　変位検出手段１１０は、トリガ信号の生成を目的とするだけではなく、処理手段１４０の起動後に、センサとして働いてもよい。変位検出手段１１０において、トリガ信号生成のための出力信号となる電圧変化、および、トリガ信号生成後の変位変化に起因する電圧変化のどちらも検出対象とすることができる。変位検出手段１１０が、トリガ信号生成後の変位変化に起因する電圧変化の検出および出力を続けることで、トリガ信号により起動された処理手段１４０において、前記変位の解析、変位検出手段１１０の設置場所の状態分析等を行うことができる。なお、起動された処理手段１４０は、一定時間経過後に、自動的に終了させるように設定しておいてもよい。
　本実施形態の信号検知装置の具体的な構成の一例を、図３に示す。図示のように、この装置では、電源ＶＤＤとＧＮＤ間に、抵抗Ｒと半導体スイッチ（ＦＥＴ）１３０とが直列に接続され、処理手段１４０のリセット信号用の入力ポートあるいは割り込み信号用の入力ポートが、ＦＥＴの電源側の電極、すなわち、ドレイン電極Ｄに接続されている。また、電源ＶＤＤとＧＮＤ間には、抵抗分圧でＦＥＴ１３０のスレッショルド電圧付近まで昇圧するバイアス回路を設け（昇圧手段１２０）、バイアス電圧を変位検出手段１１０の前記対向する２つの電極に接続し、変位検出手段１１０の直流電圧源とする。変位検出手段１１０の出力端子は、ＦＥＴ１３０のゲート電極Ｇに接続されている。また、ＦＥＴ１３０のソース電極Ｓは、接地されている。この装置において、振動等で変位検出手段１１０の出力電圧が一時的に上昇し、ＦＥＴ１３０が導通状態となると、処理手段１４０の入力ポートの電位は、ＶＤＤからＧＮＤ（ＨｉｇｈからＬｏｗ）に低下する。処理手段１４０がスリープ状態（ＣＰＵは停止状態であるが入力信号に対しては反応する状態）の場合、処理手段１４０はこの電位の変動を検出しスリープ状態から起動状態に遷移することが可能である。すなわち、振動を起点として処理手段１４０を起動し、その後、センサデバイスや無線モジュール等の周辺デバイスの起動を完了することができる。あるいは、ＦＥＴ１３０を処理手段１４０と電源を接続する電源ラインに挿入し、ＦＥＴ１３０が導通すると処理手段１４０に電力が供給されるように構成してもよい。
　また、前記装置は、変位検出手段の設置場所の状態分析を、以下のとおり行うことができる。半導体スイッチ１３０を経由したトリガ信号の電圧は、ＦＥＴに印加する電圧（ＶＤＤ）がＨＩＧＨ、ＧＮＤがＬＯＷとなるデジタル信号である。検出される変位の大きさはＨＩＧＨおよびＬＯＷに遷移している時間（Ｄｕｔｙ比）に依存する。前記Ｄｕｔｙ比は、変位センサの構造等で変化するが、前記Ｄｕｔｙ比の情報は、処理手段１４０に予め記憶させておけばよい。
　このように、本発明によれば、低消費電力で動作し、かつ、変位に対する感度が高く、事象の周波数に関係なく検知可能な信号検知装置および信号検知装置の動作方法を提供することができる。検知したい事象が、振動等の事象である場合には、一方の電極を振動系に、他方の電極を固定部に取り付けることで、振動の周波数とは無関係に、変位変化を検知することができる、信号検知装置（事象検知装置）を得ることができる。
（実施形態２）
　本実施形態では、変位検出手段において、一方の電極に凸部が形成され、他方の電極に凹部が形成されている。この点を除いて、本実施形態の信号検知装置および信号検知装置の動作方法は、実施形態１の信号検知装置および信号検知装置の動作方法と同様である。
　本実施形態の変位検出手段２１０を有する信号検知装置の例を、図４に示す。図４に示すように、変位検出手段２１０は、電極２２に凸部が形成され、電極２１に凹部が形成されている。前記凸部は、前記凹部に挿入可能である。電極２１上には誘電体層２３が形成されている。電極２１および電極２２は、ガイド２５により位置決めが可能となっている。電極２２には、出力端子を設け、電流－電圧変換手段（抵抗）２４を介して接地されている。電極２１、２２および誘電体層２３は、実施形態１と同様の材料で形成することができる。
　図４に示す変位検出手段２１０の動作と出力特性を図５に示す。図５（ａ）は、図４のＡ部分を示す部分拡大図である。電極２１の凹部と電極２２の凸部とは、凹凸方向に噛み合うように変位する。電極２２の凸部が電極２１の凹部に挿入された状態（図５（ａ）下図）から、電極間距離（ｄ）が、電極２２の凸部長さよりも長い状態（図５（ａ）上図）になった場合、容量を形成する電極２１および電極２２間の電極間距離（ｄ）が増大し、電極間の比誘電率（εｒ）および電極面積（Ｓ）が小さくなる。そのため、前記式（１）によると、容量（Ｃ）が小さくなる。このとき、出力端子に設けた抵抗２４の両端電圧は、図５（ｂ）に示すように、前記電極間距離がある瞬間、一時的に増加する。このように本実施形態における変位検出手段２１０は、電極間距離、電極間の比誘電率、電極面積の３つのパラメータで容量変化させるため、微小な変位でも容量変化が大きくなる。したがって、本実施形態における変位検出手段２１０を用いると、微小変位でも高出力が得られ、変位を、より高感度で検出することができる。なお、電極が平行平板でない場合、電極間距離（ｄ）、電極間の比誘電率（εｒ）および電極面積（Ｓ）は、平行平板で近似して前記式（１）が成り立つように、等価的に見積もった値とすることができる。
（実施形態３）
　本実施形態では、変位検出手段において、一方の電極に凸部が形成され、他方の電極に凹部が形成されており、さらに、前記凸部の表面上に、前記挿入方向に垂直な方向に延びる溝部が形成されている。この点を除いて、本実施形態の信号検知装置および信号検知装置の動作方法は、実施形態２の信号検知装置および信号検知装置の動作方法と同様である。
　本実施形態の変位検出手段３１０を有する信号検知装置の例を、図６に示す。図６（ａ）は、断面図、図６（ｂ）は、電極３２の鳥瞰図である。図６に示すように、変位検出手段３１０は、電極３２に凸部が形成され、電極３１に凹部が形成されている。前記凸部は、前記凹部に挿入可能であり、前記凸部には、前記挿入方向に垂直な方向に延びる溝部３６が形成されている。また、前記凹部には、前記挿入方向に垂直な方向に延びる溝部３７が形成されている。電極３１上には誘電体層３３が形成されている。溝部３７内に誘電体層を形成してもよいが、変位変化で電極間距離の比誘電率（εｒ）を大きく変化させるには形成しないほうが好ましい。電極３１、３２および誘電体層３３は、実施形態１と同様の材料で形成することができる。
　図６に示す変位検出手段３１０の動作と出力特性を図７に示す。図７（ａ）は、図６のＡ部分を示す部分拡大図である。電極３１の凹部と電極３２の凸部とは、凹凸方向に噛み合うように変位する。電極３２の凸部が電極３１の凹部に挿入された状態（図７（ａ）状態１）から、電極間距離（ｄ）が、わずかに広がった状態（図７（ａ）状態２）に変位（ΔＸ）した場合、電極面積（Ｓ）が減少し、凸部に設けた溝部３６および凹部に設けた溝部３７の深さや間隔に応じて、比誘電率（εｒ）が実質的に減少し、よって、容量（Ｃ）も減少する。出力ピークを発生させることができる変位量は、溝部３６および溝部３７の間隔に依存する。したがって、溝部３６および溝部３７を設けることにより、実施形態１および２よりも、微小な変位であっても、出力ピークを発生させることができ、変位を、さらに高感度で検出することができる。本実施形態において、溝部３６および溝部３７は、複数本形成されているが、溝部は１本であってもよい。
　なお、本実施形態においては、電極３１の凹部と電極３２の凸部との双方に溝部を設けた態様について説明したが、本発明はこれに限られず、電極３１の凹部と電極３２の凸部のいずれか一方に溝部を設けてもよい。電極３２の凸部のみに溝部３６を設けた変位検出手段の例を、図８に示す。この場合も、いずれか一方の電極に溝部を設けることで、電極の変位（ΔＸ）に起因する、電極面積（Ｓ）および比誘電率（εｒ）の変化により生じる容量（Ｃ）の変化は、前記溝部を有しない場合よりも大きくなる。このように、微小な変位であっても出力ピークを発生させることができ、変位を高感度で検出することができる。
（実施形態４）
　本実施形態では、変位検出手段において、一方の電極に凸部が形成され、他方の電極に凹部が形成されており、さらに、前記凸部の表面上に、前記挿入方向に平行な方向に延びる溝部が形成されている。この点を除いて、本実施形態の信号検知装置および信号検知装置の動作方法は、実施形態２の信号検知装置および信号検知装置の動作方法と同様である。
　本実施形態の変位検出手段４１０を有する信号検知装置の例を、図９に示す。図９（ａ）は、断面図、図９（ｂ）は、電極４２の鳥瞰図である。図９に示すように、変位検出手段４１０は、電極４２に凸部が形成され、電極４１に凹部が形成されている。前記凸部は、前記凹部に挿入可能であり、前記凸部には、前記挿入方向に垂直な方向に延びる溝部４６および前記挿入方向に平行な方向に延びる溝部４８が形成されている。電極４１上には誘電体層４３が形成されている。電極４１、４２および誘電体層４３は、実施形態１と同様の材料で形成することができる。
　本実施形態では前記挿入方向に平行な方向に溝部４８を設けたことで、例えば、図における紙面奥行き方向の変位に対しても、変位検出手段４１０は容量変化を起こす。このような変位検出手段４１０を用いることで、前記挿入方向における微小な変位であっても、出力ピークを発生させることができ、変位を高感度で検出することができるとともに、電極の挿入方向に対して垂直な方向の変位についても検知できる信号検知装置とすることができる。本実施形態において、溝部４８は、複数本形成されているが、溝部は１本であってもよい。
　なお、図１０の鳥瞰図に示すように、電極４２の前記凸部には、前記挿入方向に平行な方向に延びる溝部４８のみが形成されていてもよい。このような構成の電極とすることで、電極の挿入方向に対して垂直な方向の変位について検知できる信号検知装置とすることができる。
（実施形態５）
　図１１に示すように、本実施形態の信号検知装置５００は、半導体スイッチとして、ＦＥＴ５３１およびトランジスタ５３２を含む多段式スイッチを含む。この点を除いて、本実施形態の信号検知装置および信号検知装置の動作方法は、実施形態１の信号検知装置および信号検知装置の動作方法と同様である。
　前記信号検知装置を含む装置において、処理手段の起動は、例えば、次のように行うことができる。電源ＶＤＤとＧＮＤ間に、抵抗ＲとＦＥＴ５３１が直列に接続され、ＦＥＴ５３１のドレイン電極がトランジスタ用の電流制限抵抗を介してトランジスタ５３２のベースにつながっている。また、電源ＶＤＤと処理手段５４０のリセット信号用の入力ボードまたは割り込み信号用の入力ボードとが、それぞれトランジスタ５３２のエミッタと、コレクタとに接続されている。さらに、電源ＶＤＤとＧＮＤ間には、抵抗分圧でＦＥＴ５３１のスレッショルド電圧付近まで昇圧するバイアス回路を設け（昇圧手段５２０）、バイアス電圧を変位検出手段５１０の前記対向する２つの電極に接続し、変位検出手段５１０の直流電圧源とする。変位検出手段５１０の出力端子は、ＦＥＴ５３１のゲート電極に接続されている。
　本実施形態において、昇圧手段５２０は分圧抵抗であって、前記分圧抵抗は、第１および第２の抵抗を有している。前記第１および第２の抵抗は、それぞれ第１および第２の端子を有し、前記第１の抵抗の前記第１の端子が電源ＶＤＤに電気的に接続され、前記第１の抵抗の前記第２の端子が、変位検出手段５１０のいずれか他方の電極および前記第２の抵抗の前記第１の端子に、それぞれ電気的に接続され、前記第２の抵抗の前記第２の端子は接地されている。
　また、本実施形態において、昇圧手段５２０が、さらに分圧用コンデンサを含んでいてもよい。この場合、前記分圧用コンデンサは、第１および第２の端子を有し、前記分圧用コンデンサの前記第１の端子が、前記第２の抵抗の前記第１の端子に電気的に接続され、前記分圧用コンデンサの前記第２の端子が接地されることが好ましい。
　本実施形態においては、ＦＥＴ５３１の出力をトランジスタ５３２で受けて増幅されたコレクタ電流でＨｉｇｈ－Ｌｏｗ信号を作るため、ＦＥＴ５３１のゲート電圧変動が小さい、すなわち変位検出手段５１０の出力特性が微小であっても、処理手段５４０にリセット信号または割り込み信号を送信する事が可能となる。したがって、本実施形態のように、半導体スイッチとして、半導体素子を複数含む前記多段式スイッチを用いると、変位検出手段を小型化することができ、ひいては、信号検知装置を小型化することができる。
［実施例１］
　本発明の信号検知装置および信号検知装置の動作方法は、侵入検知装置および侵入検知方法に適用することができる。侵入検知に適用する場合、前記信号検知装置の変位検出手段の設置箇所は、例えば、窓枠、ガラス、ドア、床面、地表等とすればよい。前記変位検出手段を、建造物の窓枠に設置する場合、前記変位検出手段の一方の電極を窓枠に、他方の電極を窓に取り付けるように設置すると、例えば、窓の開閉を検知することができる。前記変位検知手段から出力される出力信号は、前記昇圧手段によって昇圧され、前記昇圧された出力信号が、前記半導体スイッチのスレッショルド電圧を超える電圧である場合、前記半導体スイッチはドレイン電流を、前記処理手段にトリガ信号として伝送し、前記処理手段を起動する。そして、起動した前記処理手段は、処理を開始する。前記処理としては、例えば、監視カメラの作動、防犯ブザーの起動等があげられる。
［実施例２］
　本発明の信号検知装置および信号検知装置の動作方法は、例えば、漏水検知装置および漏水検知方法に適用することができる。漏水検知に適用する場合、前記信号検知装置の変位検出手段の設置箇所は相対的に変位する箇所が望ましい。例えば、導水管とそれに付随する部品等の継ぎ手部分とすればよい。例えば、導水管に異常が発生し、漏水による異常振動や異常音が発生する場合、前記変位検出手段により、異常振動や異常音に起因する振動を検知し、実施例１と同様に、処理手段を起動する。起動した前記処理手段は、処理を開始する。前記処理としては、例えば、導水管の異常箇所の特定のための検査装置の起動、アラームによる漏水の通知等があげられる。
［実施例３］
　本発明の信号検知装置および信号検知装置の動作方法は、例えば、構造物の劣化検知装置および構造物の劣化検知方法に適用することができる。構造物劣化検知に適用する場合、前記信号検知装置の変位検出手段の設置箇所は、例えば、ビルもしくは住宅等の壁と床および天井、また、柱と床および天井等とすればよい。例えば、構造物に劣化が発生した場合、地震や強風等で構造物が加振された際に劣化に起因する異常振動や異常音が発生する。前記変位検出手段により、前記異常振動や異常音に起因する振動を検知し、実施例１と同様に、処理手段を起動する。起動した前記処理手段は、処理を開始する。前記処理としては、例えば、構造物の劣化箇所の特定のための検査装置の起動、アラームによる構造物の劣化の通知等があげられる。
　本発明の信号検知装置および信号検知装置の動作方法は、例えば、侵入検知等の防犯用途、社会インフラ事業の水道管システムにおける水漏れもしくは水道管の破壊検知、ビルもしくは住居等の構造物の劣化検知、石油パイプラインシステムにおける石油漏れもしくはパイプラインの破壊検知、ガスパイプラインにおけるガス漏れもしくはパイプラインの破壊検知等に応用でき、その用途は制限されず、広い。
　上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載しうるが、以下には限定されない。
（付記１）
　変位検出手段と、昇圧手段と、半導体スイッチと、処理手段とを含み、
前記変位検出手段は、
　２つの電極が、電極間距離が変位可能な状態で対向しており、
　前記２つの電極の一方の電極上に誘電体層が形成されており、
　前記２つの電極のうち、いずれか一方の電極は、電流－電圧変換手段を介して接地され、
　前記対向する電極間に直流電圧が印加され、
　前記２つの電極間の変位変化が発生すると、前記電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力し、
前記処理手段は、前記変位検出手段から出力される出力信号を、検知して処理し、
前記半導体スイッチは、前記出力された電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流が流れるスイッチであり、
前記昇圧手段は、前記変位検出手段から出力される出力信号を、前記半導体スイッチの前記一定値の電圧付近まで昇圧する手段であり、
前記半導体スイッチは、前記昇圧された出力信号を検知して前記電流が流れることをトリガとして、前記処理手段を起動し、起動した前記処理手段は、処理を開始する、信号検知装置。
（付記２）
　前記変位検出手段において、一方の電極に凸部が形成され、他方の電極に凹部が形成され、
前記凸部が前記凹部に挿入可能である、付記１記載の信号検知装置。
（付記３）
　前記凸部の表面上および前記凹部の表面上の少なくとも一方に、前記挿入方向に垂直な方向に延びる溝部が形成されている、付記２記載の信号検知装置。
（付記４）
　前記凸部の表面上および前記凹部の表面上の少なくとも一方に、前記挿入方向に平行な方向に延びる溝部が形成されている、付記２または３記載の信号検知装置。
（付記５）
　前記昇圧手段が、分圧抵抗を含む、付記１から４のいずれかに記載の信号検知装置。
（付記６）
　前記分圧抵抗は、第１および第２の抵抗を有し、
前記第１および第２の抵抗は、それぞれ第１および第２の端子を有し、
前記第１の抵抗の前記第１の端子が、電源に電気的に接続され、
前記第１の抵抗の前記第２の端子が、前記変位検出手段のいずれか他方の電極および
前記第２の抵抗の前記第１の端子に、それぞれ電気的に接続され、
前記第２の抵抗の前記第２の端子が接地される、付記５記載の信号検知装置。
（付記７）
　前記昇圧手段が、さらに分圧用コンデンサを含む、付記５または６記載の信号検知装置。
（付記８）
　前記分圧用コンデンサは、第１および第２の端子を有し、
前記分圧用コンデンサの前記第１の端子が、前記第２の抵抗の前記第１の端子に電気的に接続され、
前記分圧用コンデンサの前記第２の端子が接地される、付記７記載の信号検知装置。
（付記９）
　前記半導体スイッチは、半導体素子を複数含む多段式スイッチである、付記１から８のいずれかに記載の信号検知装置。
（付記１０）
　前記電流－電圧変換手段は、抵抗である、付記１から９のいずれかに記載の信号検知装置。
（付記１１）
　電極間の変位変化により、前記電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力する信号出力工程と、
前記信号出力工程により出力した出力信号を昇圧する昇圧工程と、
前記昇圧工程により昇圧した前記出力信号が一定値以上の場合、トリガ信号を伝送するトリガ信号伝送工程と、
前記トリガ信号伝送工程により伝送した前記トリガ信号を契機として、装置を起動するための処理を開始する工程と、
を含む信号検知装置の動作方法。
（付記１２）
　２つの電極が、電極間距離が変位可能な状態で対向しており、
前記２つの電極の一方の電極上に誘電体層が形成されており、
前記２つの電極のうち、いずれか一方の電極は、電流－電圧変換手段を介して接地され、
前記対向する電極間に直流電圧が印加され、
前記２つの電極間の変位変化が発生すると、前記電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力する変位検出装置。
（付記１３）
　一方の電極に凸部が形成され、他方の電極に凹部が形成され、
前記凸部が前記凹部に挿入可能である、付記１２記載の変位検出装置。
（付記１４）
　前記凸部の表面上および前記凹部の表面上の少なくとも一方に、前記挿入方向に垂直な方向に延びる溝部が形成されている、付記１３記載の変位検出装置。
（付記１５）
　前記凸部の表面上および前記凹部の表面上の少なくとも一方に、前記挿入方向に平行な方向に延びる溝部が形成されている、付記１３または１４記載の変位検出装置。
　以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１２年６月１８日に出願された日本出願特願２０１２－１３７３３８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１００、５００　　信号検知装置
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０　　変位検出手段
１２０、５２０　　昇圧手段
１３０　　半導体スイッチ
１４０、５４０　　処理手段
１５０　　電源
１１、１２、２１、２２、３１、３２、４１、４２　　電極
１３、２３、３３、４３　　誘電体層
１４、２４　　電流－電圧変換手段（抵抗）
２５　　ガイド
３６、３７、４６、４８　　溝部
５３１　　ＦＥＴ
５３２　　トランジスタ

Claims (11)

  1. 変位検出手段と、昇圧手段と、半導体スイッチと、処理手段とを含み、
    前記変位検出手段は、
    　２つの電極が、電極間距離が変位可能な状態で対向しており、
    　前記２つの電極の一方の電極上に誘電体層が形成されており、
    　前記２つの電極のうち、いずれか一方の電極は、電流－電圧変換手段を介して接地され、
    　前記対向する電極間に直流電圧が印加され、
    　前記２つの電極間の変位変化が発生すると、前記電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力し、
    前記処理手段は、前記変位検出手段から出力される出力信号を、検知して処理し、
    前記半導体スイッチは、前記出力された電圧を検知し、前記電圧が一定値以上となると、電流が流れるスイッチであり、
    前記昇圧手段は、前記変位検出手段から出力される出力信号を、前記半導体スイッチの前記一定値の電圧付近まで昇圧する手段であり、
    前記半導体スイッチは、前記昇圧された出力信号を検知して前記電流が流れることをトリガとして、前記処理手段を起動し、起動した前記処理手段は、処理を開始する、信号検知装置。
  2. 前記変位検出手段において、一方の電極に凸部が形成され、他方の電極に凹部が形成され、
    前記凸部が前記凹部に挿入可能である、請求項１記載の信号検知装置。
  3. 前記凸部の表面上および前記凹部の表面上の少なくとも一方に、前記挿入方向に垂直な方向に延びる溝部が形成されている、請求項２記載の信号検知装置。
  4. 前記凸部の表面上および前記凹部の表面上の少なくとも一方に、前記挿入方向に平行な方向に延びる溝部が形成されている、請求項２または３記載の信号検知装置。
  5. 前記昇圧手段が、分圧抵抗を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の信号検知装置。
  6. 前記分圧抵抗は、第１および第２の抵抗を有し、
    前記第１および第２の抵抗は、それぞれ第１および第２の端子を有し、
    前記第１の抵抗の前記第１の端子が、電源に電気的に接続され、
    前記第１の抵抗の前記第２の端子が、前記変位検出手段のいずれか他方の電極および
    前記第２の抵抗の前記第１の端子に、それぞれ電気的に接続され、
    前記第２の抵抗の前記第２の端子が接地される、
    請求項５記載の信号検知装置。
  7. 前記昇圧手段が、さらに分圧用コンデンサを含む、請求項５または６記載の信号検知装置。
  8. 前記分圧用コンデンサは、第１および第２の端子を有し、
    前記分圧用コンデンサの前記第１の端子が、前記第２の抵抗の前記第１の端子に電気的に接続され、
    前記分圧用コンデンサの前記第２の端子が接地される、
    請求項７記載の信号検知装置。
  9. 前記半導体スイッチは、半導体素子を複数含む多段式スイッチである、請求項１から８のいずれか一項に記載の信号検知装置。
  10. 前記電流－電圧変換手段は、抵抗である、請求項１から９のいずれか一項に記載の信号検知装置。
  11. 電極間の変位変化により、前記電極間の容量変化に起因する電圧変化を信号として出力する信号出力工程と、
    前記信号出力工程により出力した出力信号を昇圧する昇圧工程と、
    前記昇圧工程により昇圧した前記出力信号が一定値以上の場合、トリガ信号を伝送するトリガ信号伝送工程と、
    前記トリガ信号伝送工程により伝送した前記トリガ信号を契機として、装置を起動するための処理を開始する工程と、
    を含む信号検知装置の動作方法。
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