TWI453416B - Acceleration sensor device and sensor network system - Google Patents

Description

加速度感測器裝置及感測器網路系統 發明領域

本發明係有關於一種使用靜電感應型加速度感測器之加速度感測器裝置及使用該加速度感測器裝置之感測器網路系統，該靜電感應型加速度感測器係進行動能與電能之轉換的靜電感應型元件，且具有相對導體相對變位之駐極體者。

發明背景

習知，檢測加速度之加速度感測器，係將搭載有砝碼之壓電元件安裝於金屬製箱體底部，利用由外部施加之加速度使砝碼產生慣性力。藉此，利用砝碼之慣性力對壓電元件賦予應力，並根據壓電元件因該賦予之應力所發生之電壓值，將電壓值換算為加速度來測量加速度(請參考例如專利文獻1)。

又，也已製造出多軸加速度感測器(請參考例如專利文獻2)，係將上述加速度感測器之搭載有砝碼之壓電元件，分別配置成與欲檢測之加速度方向垂直相交，使其可檢測出三次元方向x、y、z所有方向之加速度。

上述加速度感測器係使用所謂壓電雙壓電晶片，該壓電雙壓電晶片係將已使兩面附著具有導電性之金屬膜金屬化的矩形壓電陶瓷板，在各自之平面相對向的情形下，直接或透過金屬板加以貼合者。

將該壓電雙壓電晶片之長度方向端部的其中一端固定一框架等，並使另一端成自由端。

在該狀態下，對壓電雙壓電晶片之厚度方向(與作為壓電陶瓷板之主面的平面垂直之方向)施加加速度時，壓電雙壓電晶片會撓曲，於壓電雙壓電晶片兩側之電極產生對應該撓曲量之電壓。接著，根據該電壓之電壓值大小，檢測已施加於壓電雙壓電晶片之加速度。

製造搭載於電路基板之加速度感測器，使朝上述壓電雙壓電晶片之主面方向垂直相交的2方向安裝之構成(請參考例如專利文獻3)、或單一壓電雙壓電晶片等感測器元件朝向任意方向。藉組合複數個前述加速度感測器，可檢測各種方向之加速度(請參考例如專利文獻4)。

再者，藉施加之加速度，使用與對向電極之位置相對地變化之慣性質量板，根據對應該慣性質量板之位置變化(即對向電極與慣性質量板間之靜電容量變化)，檢測已施加於慣性質量板之加速度(請參考例如專利文獻5)。

另一方面，近年來所謂無線感測器網路已受到注目，其係利用無線通訊技術將分散配置於複數場所之感測器相互連接者。

上述無線網路系統中，感測器節點已藉無線而網路化，該感測器節點係組合有將各感測器檢測之物理量轉換為電性訊號之感測器電路、及具有資料儲存或診斷功能、傳送接收功能之無線電路。

利用該無線網路提供的拓撲或網路控制功能、安全功 能，可輕易地建構極大規模且廣範圍的感測系統。

且，上述無線網路系統可利用於大規模化學工廠之設定監控、道路、橋或水壩等構造物之保全、或山崖坍方之預測等。

無線感測器網路係利用其便利性、擴充性、對於難以架設網路之場所的架設容易性等無線之特質。

故，針對上述各感測器節點，無法由外部以有線供給電源。因此，一般各感測器節點必須內藏電池來作為使內部電路等功能動作之電力源。

又，從用途來考量，感測器節點之設置場所多為交換電池困難之處，因此電池之長效化為一課題。

故，低消耗電力化的其中一手段，係利用無線通訊之同步化等來進行通訊時序之控制(請參考例如非專利文獻1之第4章)。

又，其它低消耗電力化之方法有利用感測器電路進行感測或對無線通訊之時序等進行彈性之間歇動作控制等(請參考例如專利文獻6)。

專利文獻1：日本專利特開昭64-41865號公報

專利文獻2：日本專利實開平1-112468號公報

專利文獻3：日本專利特開平3-156375號公報

專利文獻4：日本專利特開平08-15302號公報

專利文獻5：日本專利特開2007-333618號公報

專利文獻6：日本專利特開2008-28499號公報

非專利文獻1：「感測器網路実現向 最終報告」之第3章「感測器網路将来」，http：//www.soumu.go.jp/s-news/2004/040806_4_b2.html，總務省、平成16年7月(2008年3月6日存取)

發明揭示

惟，為了確實且迅速地檢測異常震動，必須將檢測該異常震動所施加之加速度的感測器經常維持在動作狀態。故，上述無線感測器網路之各感測器節點的內部電路會因經常消耗之電力量而使用內藏之電池電力。該電力消耗係控制為了延長感測器節點所內藏之電池壽命的低消耗電力化。

又，上述加速度感測器本身，由於使用了壓電感測器、壓電雙壓電晶片之感測器為了將加速度作為慣性力加以檢測，因此需要砝碼，而有無法將感測器小型化之缺點。

再者，使用上述慣性質量板之感測器時，必須預先對慣性質量板及對向電極間施加電位，因此會導致感測器構造複雜。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種加速度感測器及感測器網路系統，係可使消耗之消耗電力降低，且在不使用上述壓電感測器、壓電雙壓電晶片的情形下，使感測器本身小型化者。

本發明之加速度感測器裝置，係具有加速度感測器 者，該加速度感測器(例如實施形態之加速度感測器1)由導體(例如實施形態之電極板12、13)與相對該導體運動之駐極體(例如實施形態之駐極體11)構成，為一可轉換電能與動能之靜電感應型轉換元件，且該加速度感測器裝置包含有：加速度檢測部(例如實施形態之比較器5及檢測部7)，係由前述加速度感測器輸出之交流電壓來檢測對應加速度之訊號者；整流部(例如本實施形態之整流部2)，係將前述交流電壓加以整流者；及，電源電路，係具有使裝置內之電路動作的電池(例如本實施形態之電源部3)，並可將經整流之直流電壓作為電能而對前述電池充電者。

本發明之加速度感測器裝置具有一異常震動檢測電路(例如實施形態之比較器5)，該異常震動檢測電路將前述加速度檢測部預設之臨界值電壓，與由前述加速度感測器輸出且經整流之電壓的電壓值加以比較後，於超過前述臨界值電壓時，輸出一通知異常之異常訊號。

本發明之加速度感測器裝置更具有一記錄電路，該記錄電路係前述加速度檢測部以異常震動作為觸發，根據前述異常震動檢測電路輸出之前述異常訊號而啟動，開始記錄對應前述加速度之訊號，並於預設之時間點結束記錄。

本發明之加速度感測器裝置更具有一記錄電路，該記錄電路係前述加速度檢測部以異常震動作為觸發，根據前述異常震動檢測電路輸出之前述異常訊號而啟動，開始記錄對應前述加速度之訊號，且，前述異常震動檢測電路檢測異常震動之結束，並輸出異常震動結束訊號，且根據前 述異常震動結束訊號停止記錄對應前述加速度之訊號。

本發明之加速度檢測器裝置更具有判定部，該判定部針對前述異常震動是否為應記錄之震動，將由頻率與對應頻率之頻譜強度構成的預設之參考震動圖形，和由對應前述加速度之訊號的頻率與對應頻率之頻譜強度構成之對象震動圖形加以比較後，根據該比較結果判斷是否記錄對應前述加速度之訊號。

本發明之加速度檢測器裝置，其中前述判定部具有一設定範圍，該設定範圍係由前述參考震動圖形之各頻率與頻率之頻譜強度求得，且依各頻率具有頻譜強度之上限值及下限值者，又，前述判定部根據前述對象震動圖形之各頻率的頻譜強度是否包含於前述設定範圍之比較結果，判定是否記錄對應前述加速度之訊號。

本發明之加速度檢測器裝置中，前述判定部係於預設之各時間寬度進行傅立葉轉換，該傅立葉轉換係求取與前述加速度對應之震動的頻率與對應該頻率之頻譜強度者。

本發明之加速度檢測器裝置中，前述加速度檢測部將與由異常訊號開始到異常結束為止之前述加速度對應的震動之電壓值記憶於內部，而前述判定部則依每一前述時間寬度，依序依對應前述時間寬度之各時刻範圍來讀取與前述加速度對應之震動的電壓之電壓值，並進行傅立葉轉換來生成對象震動圖形。

本發明之加速度檢測器裝置中，預設於前述判定部之設定範圍係由參考震動圖形生成，該參考震動圖形係起因 於已在預設期間取得之環境中之外部干擾震動。

本發明之加速度檢測器裝置中，前述異常震動檢測電路檢測異常震動之結束，並輸出異常震動結束訊號，而前述記錄電路則根據前述異常震動結束訊號，停止記錄與前述加速度對應之訊號。

本發明之加速度檢測器裝置中，前述加速度感測器之前述駐極體之材料由有機材料構成。

本發明之加速度檢測器裝置中，前述加速度感測器之前述駐極體之材料至少包含1種環烯烴聚合物。

本發明之加速度檢測器裝置中，前述加速度感測器之前述駐極體之材料由氟系聚合物構成。

本發明之加速度檢測器裝置中，前述加速度感測器之前述駐極體之材料由主鏈具有含氟脂肪族環構造的聚合物構成。

本發明之加速度檢測器裝置中，前述記錄電路更具有檢測前述加速度之數值的數值檢測用加速度感測器。

本發明之加速度檢測器裝置中，前述數值檢測用加速度感測器較前述加速度感測器之精確度高。

本發明之無線感測器網路，係具有複數感測器節點及收集該檢測器節點所檢測出之資料的資料收集伺服器；且，至少包含上述其中1個加速度感測器裝置組入無線通訊功能之感測器節點。

本發明之大範圍異常震動記錄系統，係使用上述無線感測器網路，將前述感測器節點作為上述其中1個加速度感 測器裝置，記錄複數地點之異常震動者。

如以上所說明，依據本發明，藉使用具有與導體相對運動之駐極體的加速度感測器(為一可轉換電能與動能之靜電感應型轉換元件)，可用單純之構造來實現各種方向之加速度檢測。

又，依據本發明，利用由上述加速度感測器輸出且對應施加之加速度輸出的電訊號來檢測該加速度，並藉該電訊號進行發電後，將獲得之電能充電於電池並活用為本身各電路之驅動電力，藉此可較習知延長電池壽命。

又，依據本發明，由於只有在以駐極體所構成之加速度感測器檢測出異常震動時，即只有在必須檢測加速度值時，啟動記錄電路，因此可在不追加會影響電池壽命之電路方塊的情形下，進行檢測消耗電池電力之加速度數值的記錄電路及控制內部電路之控制部(CPU等)的間歇動作控制，而可經常維持感測狀態而較電池之習知例實現長效化。

圖式簡單說明

第1圖係顯示本發明第1實施形態之加速度感測器裝置的構成例之方塊圖。

第2圖係說明本發明第1及第2實施形態之加速度感測器1構造，由側面觀看加速度感測器1之概念圖。

第3圖係顯示第1圖之整流部2的電路構成例之概念圖。

第4圖係顯示第1圖之轉換電路4的電路構成例之概念 圖。

第5圖係顯示加速度感測器1輸出之輸出電壓波形的波形圖。

第6圖係顯示轉換電路4輸出之輸出電壓波形的波形圖。

第7圖係顯示比較器5輸出之輸出電壓波形的波形圖。

第8圖係顯示第1實施形態之加速度感測器裝置的動作例之流程圖。

第9圖係顯示本發明第2實施形態之加速度感測器裝置的構成例之方塊圖。

第10圖係顯示第9圖之限制電路9的電路構成例之概念圖。

第11圖係顯示限制電路9輸出之輸出電壓波形的波形圖。

第12圖係顯示比較器5輸出之輸出電壓波形的波形圖。

第13圖係顯示控制部6之常態震動及異常震動各期間的消耗電力控制所產生之消耗電力狀態的波形圖。

第14圖係顯示第9圖實施形態之加速度感測器裝置的變形例之方塊圖。

第15圖係說明第14圖之加速度感測器裝置的動作之概念圖。

第16圖係顯示第14圖所示之加速度感測器裝置的動作例之流程圖。

第17圖係顯示藉第1及第2實施形態之加速度感測器裝 置來測量2次元震動之加速度感測器配置的概念圖。

第18圖係顯示藉第1及第2實施形態之加速度感測器裝置來測量2次元震動之加速度感測器配置的概念圖。

第19圖係顯示藉第1及第2實施形態之加速度感測器裝置來測量3次元震動之加速度感測器配置的概念圖。

第20圖係顯示使用了第1及第2實施形態之加速度感測器裝置的無線感測器網路系統之概念圖。

較佳實施例之詳細說明

第1實施形態

以下，參考圖式來說明本發明第1實施形態之加速度感測器裝置。第1圖係顯示同實施形態之加速度感測器裝置構成例的方塊圖。

該圖中，本實施形態之加速度感測器裝置具有加速度感測器1、整流部2、電源部3、轉換電路4、比較器5、控制部6、檢測部7及記錄部8。在此，由電源部3對各部供給動作電源Vdd。

第2圖係由側面觀看加速度感測器1之概念圖。上述加速度感測器1為將動能轉換為電能之靜電感應型轉換元件，導電體之電極板12及13配置成分別與板平面平行且分開呈相對向。又，該相對向之空間中，板狀駐極體11同樣地配置成與電極板12及13各自之板平面平行。

在此，電極板12及13的其中一者係固定於未圖示之平行運動機構，以使與駐極體11相對向之至少一電極板(即 電極板12或13的其中一者)可朝箭頭R方向(電極板之平面部相對駐極體11之平面部平行移動之方向)相對於駐極體11而相對地運動。此時，駐極體11亦可固定於其中一電極板。

第2圖中，舉例言之，駐極體11係以下部平面11b固定於電極板12之上部平面12a，並配置成上部平面11a與電極板13之下部平面13b相對向。在此，電極板12及13係透過電阻14連接。

該電阻14表示連接於加速度感測器1之次段以後的負載電阻。

又，駐極體11係對絕緣材料注入電荷(第2圖中為負電荷)而形成。對駐極體11注入電荷，可使用諸如液體接觸、電暈放電、電子束、背光閘流管等眾所皆知的方法。

藉上述構成，可使電極板13相對駐極體11朝箭頭R方向相對地運動。在此，乃構造成電極板13與駐極體11相對向之面可分別平行移動。且，藉利用該相對運動注入於駐極體11之電荷(第2圖為負電荷)，對於電極板13，與注入於駐極體11之電荷極性相反的電荷(第2圖為正電荷)會受到靜電感應。結果，和電極板13與駐極體11之相對運動距離成比例之電流會流到電阻14。藉電阻14流通電流，在電阻14之端子間，會因該電阻14的電阻值與流通之電流的電流值產生電壓。藉此，本實施形態之加速度感測器可作為靜電感應型轉換元件之感測器，而可將對應加速度平行移動之動能轉換為電能之電壓值，並將該電壓值作為檢測結果 加以輸出。

接著，如第3圖所示，第1圖之整流部2由二極體D1~D4構成之二極體橋接器、設於該二極體橋接器之輸出端子T5與T6間之平滑用電容器Ch所構成。

整流部2之輸入端子T3及T4分別連接於加速度感測器1之輸出端子T1、T2。

藉此，整流部2將由加速度感測器1輸入之與相對駐極體11之電極板13之相對運動距離對應，即與施加於電極板13之加速度對應之交流電壓加以整流，且平滑化為直流電壓後，輸出至電源部3。

回到第1圖，電源部3於內部具有電池(二次電池)，對轉換電路4、比較器5、控制部6、檢測部7及記錄部8供給各電路消耗之驅動電力。又，電源部3具有充電電路，將由整流部2供給之直流電壓轉換為適於對電池之充電的電壓後，作為電能對上述電池充電。故，加速度感測器1之駐極體11可將判定為正常之加速度所產生的交流電壓之電壓值加以調整，以作為可獲得足以對一般電池充電之直流電壓的數值而輸出。

如第4圖所示，轉換電路4依電阻R1(電阻值r1)及R2(電阻值r2)將由整流部2輸入之直流電壓的電壓Va分壓，將分壓電壓Vs設為，Vs=Va×{r2/(r1+r2)}

並利用由運算放大器OP1構成之電壓隨動器電路，進行阻抗轉換並輸出。又，電阻R1及R2相對加速度感測器1之 輸出阻抗而設定為高電阻，可將加速度感測器1所產生的交流電壓作為高電壓輸出，因此用於充電之電能可有效率地供給至電源電路3。

比較器5比較由轉換電路4輸入之分壓電壓Vs與預設之設定電壓Vt(臨界值)。該比較結果中，比較器5在分壓電壓Vs為設定電壓Vt以下時，將異常訊號以「L」位準(正常範圍之加速度)輸出，而當分壓電壓Vs超過設定電壓Vt時，將異常訊號以「H」位準(異常範圍之加速度)輸出。上述設定電壓Vt係利用可變電阻之分壓電路等所構成的設定電壓生成電路(未圖示)來變更視為異常之加速度大小時，可對應轉換電路4之分壓比調整而任意變更。

當由比較器5輸出之異常訊號自「L」位準改變為「H」位準時，即，檢測出異常加速度(例如因異常速度之變化速度的震動而對電極板13施加之加速度)時，控制部6使檢測部7及記錄部8啟動。另一方面，異常訊號由「H」位準改變為「L」位準時，即，檢測出正常加速度時，控制部6輸出記錄結束訊號，使檢測部7及記錄部8停止。

或者，可構造成當異常訊號由「L」位準改變為「H」位準並使各電路呈驅動狀態後，在經過預設之測定時間後，控制部6輸出記錄結束訊號，使檢測部7及記錄部8停止。

在此，控制部6使用MPU等，將上述異常訊號輸入IRQ(中斷請求)端子。又，控制部6可構造成當本身也是異常訊號以「L」位準輸入時，呈停止狀態而不消耗上述電池之電力(輸入內部IRQ端子時啟動MPU之功能以外為停止狀 態)，而當呈「H」位準時則啟動。當對上述IRQ端子輸入「H」位準之訊號時開始中斷處理，即控制部6呈啟動狀態。

檢測部7由A/D轉換器構成，可將類比值之分壓電壓Vs的電壓值轉換為數位值，並將轉換結果之數位資料輸出至記錄部8。

又，檢測部7構造成在由控制部6輸入啟動控制之訊號前，不進行來自電源部3之電力供給。換言之，檢測部7通常呈以切換機構切斷對A/D轉換器之電力供給的狀態，當輸入啟動控制之訊號時，連接切換機構並進行電力供給。另一方面，檢測部7當輸入記錄結束訊號時，使該切換機構呈切斷狀態，停止對A/D轉換器之電力供給。

記錄部8與上述檢測部7同樣地，構造成以切換機構切斷或連接對內部電路供給電力之路徑，以控制內部電路之驅動。又，記錄部8具有以非依電性記憶體構成之記憶部，當啟動時，由檢測部7將輸入時間系列之數位資料連同時間資訊依序寫入上述非依電性記憶體，以記錄加速度資料。

換言之，記錄部8通常呈以切換機構切斷對內部電路之電力供給的狀態。又，記錄部8當輸入啟動控制之訊號時，連接切斷機構並進行電力供給。另一方面，記錄部8當輸入記錄結束訊號時，使該切換機構呈切斷狀態，停止對A/D轉換器之電力供給。

上述檢測部7及記錄部8中，使各切換機構動作之控制電路係呈驅動狀態。

如上所述，依據本實施形態，可將駐極體11所形成之 加速度感測器1檢測出的異常震動作為觸發，啟動已停止之檢測部7及記錄部8。另一方面，依據本實施形態，若異常震動結束，可停止已啟動之檢測部7及記錄部8。故，依據本實施形態，可只在需要取得加速度資料之期間驅動檢測部7及記錄部8，並比較以一定間隔進行之間歇動作，而可更減少檢測部7及記錄部8之動作時間比例，進行電池之長效化。控制部6可使用A/D轉換器為內藏有足以記錄異常訊號之記憶容量的記憶體之MPU，藉此可進行電路簡化。

接著，以第5圖、第6圖、第7圖及第8圖說明第1實施形態之加速度感測器裝置動作。第5圖顯示與加速度感測器所施加之加速度對應輸出的交流電壓，橫軸表示時刻，縱軸表示加速度感測器1輸出之電壓值。第6圖顯示整流部2輸出之直流電壓，橫軸顯示時刻，縱軸顯示直流電壓之電壓值。第7圖顯示比較器5之輸出(異常訊號)，橫軸顯示時刻，縱軸顯示輸出電壓之電壓值。第8圖係顯示本實施形態之加速度感測器裝置動作例的流程圖。

在自然地施加之震動(第5圖之常態震動範圍)中，也會由加速度感測器1輸出足以發電之電壓。

第5圖所示的常態震動之時刻範圍中，由於由轉換電路4輸出之分壓電壓Vs不超過常態震動時預設的設定電壓Vt(臨界值)，因此如第7圖所示，比較器5將異常訊號輸出一表示常態震動而非異常之「L」位準(步驟S1)。

故，由於控制部6不進行本身的啟動，因此檢測部7及記錄部8會維持停止狀態，呈控制電力消耗之狀態。

接著，如第7圖所示，比較器5針對異常訊號判斷是否為異常震動而施加了較常態震動大的加速度(步驟S2)。

接著，當呈第5圖所示之異常震動狀態之範圍時，由轉換電路4輸出之分壓電壓Vs會超過預設之設定電壓Vt(臨界值)。因此，如第7圖所示，比較器5將異常訊號輸出一表示異常震動而施加了較常態震動大的加速度之「H」位準，並將處理前進至步驟S3。

根據異常訊號呈「H」位準，控制部6進行本身之啟動，輸出啟動控制之訊號來啟動檢測部7及記錄部8(步驟S3及步驟S4)。

接著，檢測部7將由轉換電路4輸入且已將由整流部2輸入之直流電壓的電壓Va分壓之分壓電壓Vs進行A/D轉換，並將經轉換之數位資料輸出至記錄部8。

藉此，記錄部8將輸入之數位資料按各時刻記憶於內部之由非依電性記憶體等構成之記憶部(步驟S5)。

在此，控制部6判斷由比較器5輸入之異常訊號為「H」位準或「L」位準(步驟S6)。

接著，如第5圖所示，比較器5根據震動模式由異常震動改變為常態震動，且轉換電路4輸出之分壓電壓Vs低於設定電壓Vt，如第7圖所示，使異常訊號由異常震動之常態的「H」位準改變為表示常態震動而非異常之「L」位準。

故，控制部6根據異常訊號由「H」位準改變為「L」位準，輸出記錄結束訊號並使檢測部7及記錄部8呈停止狀態(步驟S7及步驟S8)，且本身也呈休眠狀態，呈已控制電 力消耗之狀態。

另一方面，控制部6在異常訊號變為「H」位準時，將處理回到步驟S5。

又，控制部6計數異常訊號變為「H」位準後，即本身啟動後之時間。且，亦可使控制部6在經過該計數結果設定之測定時間後，輸出記錄結束訊號，使檢測部7及記錄部8停止。

<第2實施形態>

以下，參考圖式說明本發明第2實施形態之加速度感測器裝置。第9圖係顯示同實施形態之加速度感測器裝置構成例的方塊圖。

該圖中，本實施形態之加速度感測器裝置具有加速度感測器1、整流部2、電源部3、比較器5、控制部6、檢測部7、記錄部8及限制電路9。第9圖中，對與第1實施形態相同之構成標示同一標號，並省略說明。以下，就與第1實施形態不同之構成及動作進行說明。又，比較器5及限制電路9中，為了內部運算放大器電路之動作，係以電源部3供給動作電壓Vdd與-Vdd。

限制電路9將由加速度感測器1輸出之交流電壓va分壓以使其達到檢測範圍內，並作為正訊號脈波輸出至比較器5。

換言之，如第10圖所示，上述限制電路9由分壓電路、電壓限制電路、半波整流電路及箝位電路構成。

上述分壓電路由電阻901(電阻值r901)、電阻902(電 阻值r902)構成，將由加速度感測器1輸入之交流電壓va分壓，並生成分壓電壓vs。

vs=va×{r902/(r901+r902)}

在此，電阻901及902相對於加速度感測器1之輸出阻抗設定為高電阻，將交流電壓va精確地分壓。又，電阻901、902相對於加速度感測器1之輸出阻抗設定為高電阻，使加速度感測器1所產生之電能有效率地供給至電源電路3。

電壓限制電路由二極體904及905構成，將上述交流電壓vs之電壓值限制於二極體之順方向電壓降下電壓之幅度範圍內。

半波整流電路由運算放大器906、二極體907、908、電容器917及電阻903(電阻值r903)、909(電阻值r909)、910、916構成，交流電壓vs受半波整流時，電阻916及電容器917會同時作為低通濾波器動作，去除不必要之雜訊，轉換為以r909/r903放大率放大後的脈波波形Vp並輸出。

箝位電路由電阻911、915、運算放大器912及齊納二極體913、914構成，將上述脈波波形Vp以電阻值911及915所設定之放大率放大，並在與齊納二極體913、914之崩潰電壓對應之最大值及最小值範圍內，將放大之波形箝制而作為電壓Vb後，輸出至比較器5。

又，檢測部7與第1實施形態之檢測部7為相同構成，但追加了一功能，即將來自加速度感測器1之交流電壓va分壓後，並將經分壓之交流電壓vs轉換為直流電壓後，進行A/D轉換。又，該檢測部7在其它構成及動作上，與第1實施形 態之檢測部7相同。

接著，以第5圖、第6圖、第11圖、第12圖及第13圖說明第2實施形態之加速度感測器裝置動作。第11圖顯示限制電路9之輸出，橫軸顯示時刻，縱軸顯示輸出電壓之電壓值。第12圖顯示比較器5之輸出(異常訊號)，橫軸顯示時刻，縱軸顯示輸出電壓之電壓值。第13圖顯示加速度感測器裝置全體之消耗電力，橫軸顯示時刻，縱軸顯示消耗電力之電力值。

在自然地施加之震動(第5圖之常態震動範圍)中，也由加速度感測器1輸出足以發電之電壓。

第5圖所示之常態震動之時刻範圍中，由限制電路9輸出之經半波整流的脈波形狀之直流電壓Vb不會超過常態震動時預設之設定電壓Vt(臨界值)，因此如第12圖所示，比較器5將異常訊號作為表示常態震動而非異常之「L」位準並輸出。

故，由於控制部6不進行本身之啟動，因此檢測部7及記錄部8也會維持停止狀態，如第13圖所示，呈已控制加速度感測器裝置之電力消耗的狀態。

接著，於時刻t1中，當到達第5圖所示之異常震動狀態的範圍時，由限制電路9輸出之經半波整流的脈波形狀之直流電壓Vb會超過預設之設定電壓Vt(臨界值)，因此比較器5將異常訊號作為表示異常震動而施加了較常態震動大的加速度之「H」位準並輸出。

當因異常訊號變成「H」位準而控制部6進行本身之啟 動後，輸出一啟動控制之訊號來啟動檢測部7及記錄部8。

接著，檢測部7將由轉換電路4輸入且已將由整流部2輸入之直流電壓之電壓Va分壓的分壓電壓Vs進行A/D轉換後，將經轉換之數位資料輸出至記錄部8。

藉此，記錄部8依各時刻使輸入之數位資料記憶於由內部之非依電性記憶體等構成之記憶部。此時，如第13圖所示，加速度感測器裝置之消耗電力會增加至運作狀態之電力消耗量。

接著，控制部6在已由常態震動改變為異常訊號時(即比較器5所輸出之異常訊號由「L」位準改變為「H」位準時)，自時刻t1開始計數時間，並判斷計數之時間是否超過預設之測定時間。

接著，在時刻t2中，控制部6在計數之時間超過預設之測定時間時，輸出結束訊號，使檢測部7及記錄部8之動作停止，且自身亦呈休眠狀態，而呈控制了電力消耗之狀態。藉此，如第13圖所示，可降低加速度感測器裝置之電力消耗量。

又，比較器5在與上述計數之測定時間無關的情形下，根據震動模式由輸入之第5圖所示之異常震動改變為常態震動，使限制電路9輸出之經半波整流的脈波形狀之直流電壓Vb低於設定電壓Vt以下，藉此如第12圖所示，使異常訊號由異常震動狀態之「H」位準改變為表示常態震動而非異常之「L」位準。

<相對第1及第2實施形態之追加功能>

如上所述，第1及第2實施形態之加速度感測器裝置中，比較器5將與加速度感測器1所施予之加速度對應而輸出之電壓值(經轉換電路4分壓為實際上可比較之電壓值)，與預設為臨界值之設定電壓Vt加以比較，當加速度感測器1輸出之電壓值超過設定電壓Vt時，輸出異常訊號。

接著，控制部6由停止狀態變為啟動狀態，開始由電源部3對檢測部7及記錄部8供給電源。藉此，檢測部7將與來自加速度感測器1之加速度對應之電壓值轉換為數位值並輸出至記錄部8。記錄部8將輸入之數位資料(包含記錄了異常震動之日期資訊)對應已輸入該數位資料之時刻而記憶於內部之記憶部。該數位資料之記錄處理在加速度感測器1輸出之電壓值低於設定電壓Vt以下時，控制部6會由啟動狀態改變為停止狀態並結束。

惟，由於異常震動之性質會因使用環境而異，無法明確判斷施加於加速度感測器1之加速度是異常震動所產生者、在正常狀態下突發性施加之震動、因周圍環境引起的外部干擾之震動、或是因設有加速度感測器1之裝置的正常震動(常態震動)所產生者，因此可能會記錄例如不必要之外部干擾等震動之資料。換言之，若加速度感測器1輸出之瞬時值只因電壓值而判定施加於加速度感測器1之加速度為異常，在將引起該加速度之震動判定是否為異常震動之精確度上有時會較低。

故，如第14圖所示，可設置一判定部20，當加速度感測器1輸出之電壓值超過設定電壓Vt時，可判斷因此時之震 動引起的加速度感測器1所輸出的交流電壓之震動是否為異常震動，或是雖然震動之強度超過臨界值但並非異常之震動(存在於外部環境之震動，將於後述)。藉設置該判定部20，可只記錄依據預設震動圖形以外之震動的數位資料。又，相反地，亦可構造成只記錄依據預設震動圖形的數位資料。第14圖係於第9圖所示之第2實施形態構成例設置了上述判定部20。對進行與第9圖相同動作之構成標以同一標號，以下說明不同之動作。

在此，第14圖的檢測部7除了沒有轉換為直流的功能這點之外，與第2實施形態之第9圖的檢測部7為相同構成，如第4圖所示，將來自加速度感測器1之交流電壓va分壓後作為已分壓之交流電壓vs，連接於由運算放大器OP1構成之電壓隨動器電路，且具有A/D轉換之功能。為了使這些功能有效，係對檢測部7供給動作電源Vdd及-Vdd。接著，以下說明與判定部20進行之震動圖形一致或類似之判定處理。如上所述，使用經傅立葉轉換之震動圖形，判斷是否將已轉換加速度感測器1所檢測出之異常震動的數位資料記錄於記錄部8。

舉例言之，在監視異常震動之地點環境中，針對必須解析震動原因之對象震動圖形，如第15圖所示，存在外部干擾之外部干擾震動圖形時，根據外部干擾震動圖形超過比較器5之臨界值，第2實施形態中，控制部6會啟動而將檢測部7及記錄部8啟動，並記錄於記錄部8。在外部干擾震動圖形非常多的地點，當檢測出對象震動圖形時，必須在之 後抽出記錄之數位資料何時會受對象震動圖形影響。

又，根據記錄對應大量外部干擾震動圖形之數位資料，將會濫用記錄部8之記憶容量，而使用用於記錄的消耗電力。

舉例言之，以工場內使用之馬達的異常震動(因安裝模具之鬆脫或旋轉軸之歪斜等原因)為對象震動而檢測時，若因周圍裝置之震動引起之外部干擾震動多時，必須使其不記錄因周圍裝置之震動引起之外部干擾震動的數位資料。

通常檢測對象震動之馬達的異常狀態之特有震動與設置馬達之周圍環境所引起的外部干擾(包含突發性施加之震動)的特有震動會各自不同。因此，設置加速度感測器1後，立刻以加速度感測器1預先檢測出周圍環境所引起之外部干擾的特有震動，並對常態特有震動之常態震動圖形與外部干擾之外部干擾震動圖形進行傅立葉轉換。藉此，生成一顯示包含外部干擾之特有震動的頻率與每一頻率之頻譜強度之範圍的参考震動圖形。且，在該參考震動圖形中，求取由各頻率之頻譜強度上限值及下限值構成的設定範圍(第15圖之外部干擾震動引起的頻率與頻率之頻譜強度構成的正常區域)，並將該設定範圍預先記憶於判定部20內之記憶部。

接著，在實際檢測過程中，判定部20將比較器5視為異常震動之震動的數位資料進行傅立葉轉換，生成對象震動圖形。

生成對象震動圖形後，判定部20判定對象震動圖形之各頻率的頻譜強度是否包含在內部所記憶之設定範圍內。

該判定中，當參考震動圖形所預設之上述設定範圍內，包含對象震動圖形之各頻率的頻譜強度時，判定部20會判定為一致或類似之圖形。

另一方面，當參考震動圖形所預設之設定範圍內，不包含對象震動圖形之上述頻譜強度時，判定部20會判定並非一致或類似之震動圖形。

又，上述判定中，可構造成判定部20檢測參考震動圖形與對象震動圖形之形狀類似性。

換言之，可在對象震動圖形、各外部干擾之頻率與頻率之頻譜強度的參考震動圖形(此時，頻率與其頻率之各外部干擾的頻譜強度之平均值構成的圖形)中，求取每一相同頻率之頻譜強度的差分，當該差分之合計進入預設之範圍時則判斷為類似。

如上所述，判定部20與檢測部7相同地，當由控制部6輸入啟動控制之訊號時，會連接切換機構由電源部3接受電力供給而呈啟動狀態，當由控制部6輸入停止控制之訊號時，則使切換機構處於切斷狀態而呈不接受來自電源部3之電力供給的狀態(即停止狀態)。

接著，判定部20將比較已將判定對象之數位資料進行傅立葉轉換之對象震動圖形的設定範圍(由各頻率之頻譜強度上限值及下限值構成)，記憶於本身內部之記憶部。

又，判定部20讀取暫時記憶於檢測部7之暫時記憶電路 的震動之數位資料，對該讀取之數位資料進行傅立葉轉換後，生成由頻率與該各頻率之頻譜強度構成的對象震動圖形。

接著，判定部20比較上述對象震動圖形是否包含於設定範圍內，當一致或類似時，對控制部6輸出結束訊號(第15圖之時間領域A)，以使各部呈停止狀態。

另一方面，判定部20比較上述對象震動圖形是否包含於設定範圍內，當不一致或類似時，將檢測部7之暫時記憶電路所暫時記憶之震動的數位資料，輸出一對記錄部8輸出之寫入訊號，並啟動記錄部8來進行寫入處理(記錄)(第15圖之時間領域B)，以使對應該比較震動圖形之數位資料記錄於記錄部8。

接著，以第14圖及第16圖說明已加入上述判定部20之加速度感測器裝置之動作。第16圖係顯示已加入判定部20加速度感測器裝置之動作例的流程圖。

在自然地施加之震動(第5圖之常態震動範圍)中，也由加速度感測器1輸出足以發電之電壓。

第5圖所示之常態震動的時刻範圍中，由於限制電路9輸出之分壓電壓Vs不超過常態震動時預設之設定電壓Vt(臨界值)，因此比較器5將第12圖所示之異常訊號輸出表示常態震動而非異常之「L」位準(步驟S1)。

故，由於控制部6不進行本身之啟動，因此檢測部7及記錄部8也會維持停止狀態，呈已控制電力消耗之狀態。

接著，比較器5對第12圖所示之異常訊號判斷是否為異 常震動而施加了較常態震動大的加速度(步驟S2)。

接著，當到達第5圖所示之異常震動狀態之範圍時，限制電路9輸出之分壓電壓Vs會超過預設之設定電壓Vt。故，比較器5將第12圖所示之異常訊號輸出一表示異常震動而施加了較常態震動大的加速度之「H」位準，並將處理前進至步驟S3。

根據異常訊號變為「H」位準，控制部6進行本身之啟動，並輸出啟動控制之訊號來啟動檢測部7及判定部20(步驟S3、步驟S14)。

接著，當檢測部7呈啟動狀態後，將加速度感測器1輸入之交流電壓的分壓vs進行A/D轉換，並對判定部20輸出判定委託訊號，且輸出經A/D轉換之數位資料。

當由檢測部7輸入判定委託訊號時，判定部20將已輸入之數位資料暫時記憶於內部之暫時記憶部，並以預設之時間寬度單位讀取後，將該時間寬度之數位資料所示的波形進行傳立葉轉換，生成顯示頻率與該頻率之頻譜強度之對應的對象震動圖形，並記憶於本身內部之記憶部。該時間寬度係設定為記憶於記錄部8之對象震動週期的n倍，為足以取得頻率與頻率之頻譜強度的時間長度。

接著，判定部20比較已預先記憶於內部之設定範圍與所生成之對象震動圖形(步驟S15)，當一致或類似時，由於不需取得數位資料，因此會對控制部6輸出結束訊號。

藉此，控制部6將改變為停止狀態之控制訊號輸出至檢測部7，使檢測部7呈停止狀態(步驟S18)。

又，控制部6將改變為停止狀態之控制訊號輸出至判定部20，使判定部20呈停止狀態(步驟S19)。

又，控制部6將改變為停止狀態之控制訊號輸出至記錄部8，使記錄部8呈停止狀態(步驟S20)，並將處理前進至步驟S1，且本身也呈休眠狀態，而呈已控制電力消耗之狀態。

另一方面，判定部20在並非一致或類似時，由於必須記憶數位資料，因此會輸出一控制訊號，該控制訊號係將包含已暫時記憶於內部之對象震動圖形的時刻範圍之控制訊號，連同已記憶於檢測內部之時刻範圍一起輸出至記錄部8者。

藉此，檢測部7對記錄部8輸出寫入訊號，使記錄部8呈啟動狀態(步驟S16)，並將對應上述時刻範圍之範圍的數位資料輸出至記錄部8。

根據輸入寫入訊號，記錄部8將輸入之時刻範圍的數位資料記憶於內部之記憶部(步驟S17)，且當數位資料之記憶結束時，將處理前進至步驟S15。

藉此，判定部20針對已輸出至檢測部7之時刻範圍，由檢測部8讀取下個時間寬度之時刻範圍的數位資料後，進行傅立葉轉換來生成對象震動圖形，並根據是否包含於設定範圍內來判定是否一致或類似(步驟S15)。

藉上述處理，由於不需將與大量外部干擾震動圖形對應之數位資料記錄於記憶部8，而只要記錄必要之震動圖形，因此可有效地使用記錄部8之記憶容量，並降低記錄外 部干擾震動圖形之時間，藉此可使消耗電流降低。

又，將加速度感測器1設置於檢測對象時，可使判定部20在正常動作之一定期間(例如，1週至1個月間)，進行起因於常態下的震動及外部干擾引起之震動的參考震動圖形之取得處理(訓練期間)，並作為數位資料記憶於記憶部。

接著，判定部20將於一定期間後記憶於記憶部之複數震動引起的數位資料進行傅立葉轉換後，求取獲得之頻率與頻率之頻譜強度。求得頻譜強度後，判定部20針對獲得之上述頻譜強度，進行各頻率之頻譜強度的平均值、偏差、最大值及最小值等的算出處理、或與由初始設定之上限值及下限值所構成的設定範圍進行比較。藉此，可精確地獲得在常態下的震動及設置場所特有而非異常之震動頻率的頻譜強度。換言之，判定部20在新獲得之上限值及下限值的設定範圍與初始狀態不同時，對新獲得之上限值及下限值考量偏差來進行初始設定範圍之修正，並作為新的設定範圍設定於內部。

再者，例如當環境改變時等，可重新設置訓練期間，使判定部20在檢測出經設定之訓練期間週期(內部計時器)時，抽出起因於常態下之震動及外部干擾引起之震動的參考震動圖形，並藉上述預處理設定由各頻率之頻譜強度的上限值及下限值構成的設定範圍後，記憶於內部記憶部。

又，上述構成中，係構造成當比較器5之異常訊號為「H」位準時，將經轉換之數位資料暫時記憶於檢測部8，但亦可構造成，在時間寬度之時刻範圍內對如下所示輸入之數位 資料依序取樣後，判定是否依該取樣之時刻範圍的各數位資料進行記錄。

故，判定部20藉比較上述取樣之時刻範圍的對象震動圖形與設定範圍，判定是否將該時刻範圍之數位資料記憶於記錄部8。

該比較處理及比較處理後之動作與上述第16圖所說明之步驟S15以後的各步驟之處理相同。此時，判定期間之數位資料雖不記憶，但異常震動變為「H」位準後，會只以上述時間寬度進行判定，因此可使檢測部7、記錄部8及判定部20所消耗之電力進一步降低。

上述判定部20之附加，對於第2實施形態而言，亦可與第1實施形態同樣地進行。

<第1及第2實施形態之其它形態>

如上所述，本發明之加速度感測器具有因震動產生之發電及異常震動之感測等2個功能。

惟，這2個功能之最佳化未必可兩者兼顧。舉例言之，利用平時之常態震動(作為異常震動檢測出之強度以下的震動)進行發電，並利用發電之電能一面對電池充電一面檢測震動(加速度)之改變，當檢測出異常時之震動時，會記錄該異常震動之加速度。

常態震動與異常震動具有不同振幅或頻譜，必須提高異常震動之加速度測量或記錄精確度來使駐極體之震動機構最佳化。惟，有時震動所產生的交流電壓之電壓值會變小，常態震動之發電效率會降低。

上述情況會分為2個過程，即發電及異常震動之檢測，以及檢測出異常震動後之異常震動的加速度之檢測，關於分為這2個過程之技術思想在第1及第2實施形態中為共通之概念，而對各過程分配最適當的加速度感測器。

第1過程係加速度感測器1一面進行發電，一面只檢測異常震動之程序，可將加速度感測器1之駐極體11與電極板13之相對運動調整為重視發電效率之機構(微調)。

第2過程係在檢測出異常震動後，進行異常震動之震動的加速度測量，並記錄測量結果之程序，且根據後述之理由不需發電功能。故，對加速度感測器而言，為了測量作為測量對象之檢測範圍的加速度，係設定作為測量對象之異常震動的加速度及對應該加速度之輸出電壓，並非以發電電壓為主，只要進行重視加速度之測量精確度的最佳化即可。

換言之，並非將對應發電的大交流電壓以高阻抗之電阻加以分壓而使精確度降低，而是使用將可不分壓直接測量之電壓值對應加速度產生的加速度感測器。結果，藉第2過程之加速度感測器，可控制雜訊重疊等誤差，而可精確地測量異常震動之加速度。

換言之，當除了進行發電功能及異常震動檢測之加速度感測器外，並設置可正確測量異常震動之加速度的加速度感測器時，由於相較於處於常態震動之期間，異常震動之期間極為短暫，因此不需進行該異常狀態之發電。故，即使測量該異常震動之加速度的加速度感測器不具有發電 功能，藉只於異常震動時使該加速度感測器動作，亦可使電池消耗變得非常少。

在此，在檢測出異常震動後的第2過程中，實際測量異常震動之加速度的加速度感測器，可由使用了已設定加速度及與該加速度對應之電壓的駐極體之加速度感測器構成。又，加速度感測器可為由半導體應變計型、伺服型、壓電體型等駐極體以外者構成的一般所用之加速度感測器。

換言之，本發明之加速度感測器裝置中，除了進行發電及異常震動之檢測的加速度感測器1外，使用測量異常震動之加速度的加速度感測器時，控制部6在第1過程之動作中，將第2過程所用的加速度感測器(設於檢測部7)由電池截斷，藉加速度感測器1超過預定臨界值而檢測異常震動並輸出異常訊號，使第2過程啟動。

該第2過程中，藉設於檢測部7之上述其它加速度感測器，進行加速度之高精確度測量與記錄。

接著，控制部6當檢測出回到低於預定臨界值之常態震動的加速度(根據來自加速度感測器1之檢測資訊)或檢測出已經過預定時間時，藉截斷其它加速度感測器之加速度測量的電源使其停止，且本身亦改變為休眠狀態。

如上所述，本發明之第1及第2實施形態的加速度感測器裝置包含設置了進行異常訊號測量之其它加速度感測器的情況，可極力限制電路規模較大且消耗電流也較大的、控制部6、加速度感測器之進行加速度測量的檢測部7及記 錄測量結果的記錄部8等電路方塊之動作時間，並維持加速度測量與記錄功能之性能。

<本發明第1及第2實施形態之加速度感測器1的配置例>

接著，第17圖顯示例如第1及第2實施形態之加速度感測器1a及1b的配置例。加速度感測器1a及1b分別配置成對應方向a及與方向a垂直相交之方向b的各震動方向。換言之，加速度感測器1a中，電極板13相對駐極體11相對移動之方向係平行於方向a之軸上。又，加速度感測器1b中，電極板13相對駐極體11相對移動之方向係平行於方向b之軸上。上述相對移動表示相對向配置之駐極體11與電極板13之面係在平行之狀態下相對運動，亦即進行平行移動。

如上所述，藉配置於垂直相交的2個方向a(x軸方向)、方向b(y軸方向)，可檢測2個方向的加速度。

又，上述加速度感測器1a及1b中，駐極體11係配置於2個電極板12與13間，且駐極體11固定於電極板12。雖已說明該駐極體11相對於相對向之電極板13而相對地平行移動之構成，但亦可反過來構造成駐極體11固定於電極板13，而相對於相對向之電極板12相對地平行移動。在此，若將駐極體11配置成可相對於相對向之其中一電極板而相對地平行移動，則加速度感測器配置成縱向或橫向皆可。(在此，縱向及橫向係指，駐極體11與電極板13相對地平行移動之方向若與測量對象之震動的加速度方向平行，則只要是在平行於該方向之平面上，不管如何配置皆可。)

又，如第18圖所示，顯示例如第1及第2實施形態之加速度感測器1c及1d的配置例。加速度感測器1c及1d分別配置成對應方向c及與方向c垂直相交之方向d的各震動方向。換言之，加速度感測器1c中，電極板13相對於駐極體11相對移動之方向係平行於方向c之軸上。又，加速度感測器1d中，電極板13相對於駐極體11相對移動之方向係平行於方向d之軸上。

如上所述，藉配置於垂直相交的2個方向c(x軸方向)、方向d(z軸方向)，可檢測2個方向的加速度。

又，上述加速度感測器1c及1d中，駐極體11配置於2個電極板12及13間，駐極體11固定於電極板12。以上已說明相對於相對向之電極板13相對地平行移動之構成。惟，其它構成亦可反過來構造成駐極體11固定於電極板13，並相對於相對向之電極板12相對地平行移動。在此，若將駐極體11配置成可相對於相對向之其中一電極板而相對地平行移動，則加速度感測器配置成縱向或橫向皆可。

又，如第19圖所示，顯示例如第1及第2實施形態之加速度感測器1g、1f及1e的配置例。加速度感測器1g、1f及1e分別配置成對應方向g、與該方向g垂直相交之方向f、與方向g、方向f形成之平面垂直相交的方向e之各震動方向。換言之，加速度感測器1g中，電極板13相對於駐極體11相對移動之方向係平行於方向g之軸上。又，加速度感測器1f中，電極板13相對於駐極體11相對移動之方向係平行於方向f之軸上。又，加速度感測器1e中，電極板13相對於駐極 體11相對移動之方向係平行於方向e之軸上。

如上所述，藉配置於垂直相交的3個方向g(x軸方向)、方向f(y軸方向)、方向e(z軸方向)，可檢測3個方向的加速度。

又，上述加速度感測器1g、1f及1e中，已說明駐極體11配置於2個電極板12及13間，駐極體11固定於電極板12，相對於相對向之電極板13而相對地平行移動之構成。惟，亦可反過來構造成駐極體11固定於電極板13，並相對於相對向之電極板12相對地平行移動。

舉例言之，藉配置於垂直相交之南北、東西、上下之各方向，可掌握地面之三次元動作，便可作為地震計使用。地震之搖動振幅會從μm等級至長週期大振幅等。換言之，微小地震係從振幅為數nm而震動數為數十Hz，而大地震則振幅為數m、週期為數十秒，藉變更使駐極體及相對向之導體相對地平行移動之機構，便可對應各種震動數。在此，若將駐極體11配置成可相對於相對向之其中一電極板而相對地平行移動，則加速度感測器配置成縱向或橫向皆可。

又，第17圖、第18圖及第19圖之加速度感測器分別構成加速度感測器裝置。換言之，相對於加速度感測器1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g，構成第1圖或第9圖之加速度感測器裝置。

<用於本發明第1及第2實施形態之駐極體之說明>

接著，說明用於加速度感測器1之駐極體。

本實施形態中，形成駐極體11之材料有各種樹脂。

樹脂之具体例有氟系聚合物、環烯烴聚合物、聚乙烯或聚丙烯等聚烯烴類、乙烯．醋酸乙烯酯共聚合物、乙烯．(甲基)丙烯酸共聚合物、乙烯．衣康酸共聚合物、乙烯．順丁烯二酸酐共聚合物、乙烯．乙烯醇共聚合物等乙烯共聚合物類、聚丙烯腈、聚酯、聚醯胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯酸-苯乙烯共聚合物(AS)系樹脂、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)系樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚氯乙烯、聚苯醚、聚縮醛、聚碸、聚酮、聚醯亞胺、纖維素酯等。

使用與上述不飽和羧酸之共聚合物時，可使用經鹼土類金屬離子所中和者。鹼土類金屬離子以鎂、鈣等為佳。

環烯烴聚合物為包含主鏈具有脂肪族環構造之重複單元的環烯烴，有例如降冰片烯類與烯烴之加成共聚合物、降冰片烯類之開環複分解聚合物之加氫聚合物、亞烷基降冰片烯之跨環聚合物、降冰片烯類之加成聚合物、環戊二烯之1,2-及1,4-加成聚合物之加氫聚合物、環己二烯之1,2-及1,4-加成聚合物之加氫聚合物、共軛二烯之環化聚合物等。

氟系聚合物有例如聚四氟乙烯(PTFE)、改質聚四氟乙烯(改質PTFE)、聚亞乙烯基氟化物(PVDF)、亞乙烯基氟化物-三氟乙烯共聚合物(VDF-TrFE)、亞乙烯基氟化物-四氟乙烯共聚合物、四氟乙烯共聚合物-六氟丙烯共聚合物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚合物(ETFE)、聚四氟乙烯-丙烯共聚合物、四氟乙烯-全氟(烷基乙烯基 醚)共聚合物(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)，三氟乙烯乙酸酯均聚物、三氟乙烯乙酸酯-乙烯性不飽和化合物共聚合物等，這些可單獨使用或組合2種以上使用。

氟系聚合物以具有含氟脂肪族環構造之聚合物為佳。具有含氟脂肪族環構造之聚合物，以將具有2個以上的聚合性雙鍵的含氟單體加以環化聚合而獲得的，主鏈具有含氟脂肪族環構造之聚合物為佳。

主鏈具有含氟脂肪族環構造係指，構成脂肪族環之碳原子的1個以上為構成主鏈之碳鏈中的碳原子，且構成脂肪族環之碳原子的至少一部份具有氟原子或含氟原子基鐸結之構造。又，含氟脂肪族環構造可包含1個以上醚性氧原子。

具有含氟脂肪族環構造之聚合物的具體例，有例如全氟(2,2-二甲基-1,3-二唑)、全氟(1,3-二唑)、全氟(4-甲氧基-1,3-二唑)等全氟(1,3-二唑)類、全氟(2-亞甲基-4-甲基-1,3-二)、全氟(2-亞甲基-4-丙基-1,3-二)等全氟(2-亞甲基-1,3-二)類等、具有含氟脂肪族環構造之單體的均聚物、以及具有含脂肪族環構造之單體與其它含氟單體之共聚合物。在此，其它含氟單體有四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟化亞乙烯基等全氟烯烴類、全氟(甲基乙烯基醚)等全氟(烷基乙烯基醚)類等。

將具有2個以上之聚合性雙鍵的含氟單體加以環化聚獲得的，主鏈具有含氟脂肪族環構造之聚合物有例如日本專利公報第特開昭63-238111號或第特開昭63-238115號 等。換言之，有例如全氟(烯丙基乙烯基醚)或全氟(丁烯基乙烯基醚)等具有2個以上聚合性雙鍵之含氟單體的環化聚合物、或具有2個以上聚合性雙鍵之含氟單體與四氟乙烯等之自由基可聚合單體的共聚合物。或者，亦可為將全氟(2,2-二甲基-1,3-二唑)等具有含氟脂肪族環構造之單體與全氟(烯丙基乙烯基醚)或全氟(丁烯基乙烯基醚)等具有2個以上之聚合性雙鍵的含氟單體共聚合而獲得之聚合物。

具有含氟脂肪族環構造之聚合物以主鏈具有含氟脂肪族環構造之聚合物為佳，而以機械特性等面來看，形成聚合物之單體單元中具有含氟脂肪族環構造之單體單元，以含有20莫耳單元以上為佳。

上述主鏈具有含氟脂肪族環構造之聚合物以CYTOP(原文為，登錄商標，旭硝子公司製造)為佳，本發明可使用這類公知的含氟聚合物。

上述聚合物可含有適當的帶電調節劑或適當的帶電調節劑之混合物。帶電調節劑有例如三苯甲烷及其衍生物、銨化合物、高分子銨化合物、亞銨化合物、芳基硫化合物、鉻偶氮錯合物、二烯丙基銨化合物等。

使用上述具有含氟脂肪族環構造之聚合物並以旋塗法等方法來形成駐極體11時，可使駐極體11之厚度為10μm以上。

又，將本實施形態之靜電感應型轉換元件作為發電機使用時，最大發電輸出Pmax係以下式表示。

Pmax=[σ2．n．A．2πf]/[(εε0/d)．((εg/d)+1)]

在此，σ為駐極體11之表面電荷密度，n為極數(即駐極體11之數量)，A為電極板13之面積，f為電極板12之往返運動之震動數，d為駐極體11之厚度，g為駐極體11與電極板13之距離，ε為相對電容率。

由上述式可知，駐極體11之厚度d越大，發電輸出也越大。習知用於駐極體之材料中，就可加工為1mm以下之細片狀者而言，駐極體11之厚度d只可為數μm~10μm左右，但使用上述具有含氟脂肪族環構造之聚合物時，如上所述，駐極體之厚度d可為10μm以上，因此適合作為駐極體11之材料。

又，上述具有含氟脂肪族環構造之聚合物的CYTOP(登錄商標)之絕緣破壞強度為11kV/0.1mm，較習知使用之材料的TEFLON(登錄商標)AF之絕緣破壞強度5kV/0.1mm高。若可提高絕緣破壞強度，便可增加對駐極體11之電荷注入量，在將駐極體11用於感測器時可提高感測器之靈敏度。

如此，駐極體11之高發電能力對提高加速度感測器之靈敏度很有效，且同時亦可作為加速度感測器之周邊電路之輔助電源來活用。藉駐極體11與電極板13之相對運動，感應電荷會改變，產生非常高的交流電壓。由於該交流電壓之大小取決於施加在駐極體11之加速度，因此會將這一部份藉電阻R1及R2(分洩電阻)分壓取出，作為輸出至檢測部7之感測器訊號。

另一方面，為了提高轉換電路4之輸入阻抗，係提高電阻R1及R2之電阻值，且增大由運算放大器OP1構成的電壓隨動器之輸入阻抗，藉此，由駐極體11構成的加速度感測器1所發電之電力幾乎不會被消耗。

故，可將加速度感測器1發電之交流電壓透過整流部2用於電池(二次電池)之充電。在此，電池可為鋰離子二次電池、鎳氫電池等化學二次電池，或是電偶層電容器等電源用電容器。再者，亦可併用化學二次電池與電源用電容器。

<本發明第1及第2實施形態之加速度感測器裝置之應用>

根據設置第1及第2實施形態之加速度感測器裝置的場所或應用程式，有時機械性震動會經常地施加於感測器。例如，當用於檢測馬達之異常等時。藉通常運作時的馬達震動(常態震動)進行發電，並用該發電所獲得的電能來進行電池充電，另一方面，因軸變形或產生負載變動而馬達發生異常震動時，亦可用於檢測。

在此，只要將加速度感測器裝置之各電路消耗電力控制成較使用駐極體之加速度感測器1產生的發電電力低，便不需設置電池，可實現裝置之小型化及低價化。

又，藉使用駐極體之加速度感測器1，即使在無法期待超過速度感測器裝置之各電路消耗電力之發電電力時，利用作為對電池充電之輔助電源的功能，相較於由習知電池供給電源而動作之感測器裝置，仍具有使電池長效化之效 果。

舉例言之，如第20圖所示，有一無線感測器網路系統，係對加速度感測器裝置設置以無線進行資料傳送接收之無線傳送接收機來作為感測器節點，並透過中繼節點形成複數感測器網，透過閘道器對位於網際網路上之伺服器傳送異常震動之資料。在此，伺服器將由各感測器節點接收之異常震動的發生時刻及異常震動之大小對應各感測器節點之配置位置(或感測器之識別號碼)記錄於資料庫，進行大範圍之地震檢測或檢測複數對象物(例如上述馬達等)之狀態。

若考慮上述應用於無線感測器網路之，第1及第2實施形態之加速度感測器裝置應用，可預測因無線傳送接收或裝置內之各電路的規模增大，在測量震動之期間成為峰值之消耗電力會變得相當大。

惟，藉將加速度感測器之發電作為輔助電源功能活用，可期待延長電池之壽命。

在此，通訊協定或微電腦之控制程式、感測或通訊之頻率、時序等所有系統動作條件當然要進行最佳化，以活用該輔助電源功能來延長電池壽命。

而，可將用以實現第1圖、第9圖之加速度感測器裝置之控制部6及記錄部8(除了記錄資料之記憶體外的功能)、第14圖之控制部6、記錄部8(除了記錄資料之記憶體外的功能)及判定部20之功能的程式記錄於電腦可讀取之記錄媒體，使電腦系統讀取並執行已記錄於該記錄媒體之程 式，藉此進行加速度感測器之動作控制處理。而，在此所稱之「電腦系統」包含OS或周邊機器等硬體。又，「電腦系統」包含具有主頁提供環境(或顯示環境)之WWW系統。又，「電腦可讀取之記錄媒體」係指軟性磁碟、光磁碟、ROM、CD-ROM等可攜式媒體、內藏於電腦系統之硬碟等記憶裝置。再者，「電腦可讀取之記錄媒體」係指如透過網際網路等網路或電話線路等通訊線路傳送程式時的伺服器或作為用戶端之電腦系統內部的依電性記憶體(RAM)般，包含可在一定時間保持程式者。

又，前述程式可由已將該程式儲存於記憶裝置等之電腦系統，透過傳送媒體，或藉傳送媒體中之傳送波傳送至其它電腦系統。在此，傳送程式之「傳送媒體」係指如網際網路等網路(通訊網)或電話線路等通訊線路(通訊線)般，具有傳送資訊之功能的媒體。又，前述程式可為用以實現前述功能之一部份者。再者，可利用與已將前述功能記錄於電腦系統之程式之組合(即所謂的差分檔案(差分程式))來實現。

以上，已參考圖式詳述本發明之實施形態，但具體構成並未受限於本實施形態，亦包含不悖離本發明要旨之範圍的設計等。

產業上之利用可能性

本發明之加速度感測器裝置可作為地震計使用。又，使用該裝置之感測器網路系統可用於大規模化學工廠之設備監控、道路、橋、水壩等構造物之保全、或山崖坍方之 預測等。

而，將已於2008年3月31日申請之日本專利申請案第2008-093278號之說明書、申請專利範圍、圖式及摘要之全內容引用至此，作為本發明說明書之揭示並予以採用。

1、1a~1f‧‧‧加速度感測器

2‧‧‧整流部

3‧‧‧電源部

4‧‧‧轉換電路

5‧‧‧比較器

6‧‧‧控制部

7‧‧‧檢測部

8‧‧‧記錄部

9‧‧‧限制電路

11‧‧‧駐極體

11a‧‧‧上部平面

11b‧‧‧下部平面

12、13‧‧‧電極板

12a‧‧‧上部平面

13b‧‧‧下部平面

14、R1、R2、901、902、903‧‧‧電阻

20‧‧‧判定部

909、910、911、915、916‧‧‧電阻

906、912、OP1‧‧‧運算放大器

904、905、907、908、D1、D2、D3、D4‧‧‧二極體

913、914‧‧‧齊納二極體

917‧‧‧電容器

T1、T2‧‧‧輸出端子

T3、T4‧‧‧輸入端子

T5、T6‧‧‧輸出端子

Ch‧‧‧平滑用電容器

Vs‧‧‧分壓電壓

Vt‧‧‧設定電壓

第1圖係顯示本發明第1實施形態之加速度感測器裝置的構成例之方塊圖。

第2圖係說明本發明第1及第2實施形態之加速度感測器1構造，由側面觀看加速度感測器1之概念圖。

第3圖係顯示第1圖之整流部2的電路構成例之概念圖。

第4圖係顯示第1圖之轉換電路4的電路構成例之概念圖。

第5圖係顯示加速度感測器1輸出之輸出電壓波形的波形圖。

第6圖係顯示轉換電路4輸出之輸出電壓波形的波形圖。

第7圖係顯示比較器5輸出之輸出電壓波形的波形圖。

第8圖係顯示第1實施形態之加速度感測器裝置的動作例之流程圖。

第9圖係顯示本發明第2實施形態之加速度感測器裝置的構成例之方塊圖。

第10圖係顯示第9圖之限制電路9的電路構成例之概念圖。

第11圖係顯示限制電路9輸出之輸出電壓波形的波形 圖。

第12圖係顯示比較器5輸出之輸出電壓波形的波形圖。

第13圖係顯示控制部6之常態震動及異常震動各期間的消耗電力控制所產生之消耗電力狀態的波形圖。

第14圖係顯示第9圖實施形態之加速度感測器裝置的變形例之方塊圖。

第15圖係說明第14圖之加速度感測器裝置的動作之概念圖。

第16圖係顯示第14圖所示之加速度感測器裝置的動作例之流程圖。

第17圖係顯示藉第1及第2實施形態之加速度感測器裝置來測量2次元震動之加速度感測器配置的概念圖。

第18圖係顯示藉第1及第2實施形態之加速度感測器裝置來測量2次元震動之加速度感測器配置的概念圖。

第19圖係顯示藉第1及第2實施形態之加速度感測器裝置來測量3次元震動之加速度感測器配置的概念圖。

第20圖係顯示使用了第1及第2實施形態之加速度感測器裝置的無線感測器網路系統之概念圖。

1‧‧‧加速度感測器

2‧‧‧整流部

3‧‧‧電源部

4‧‧‧轉換電路

5‧‧‧比較器

6‧‧‧控制部

7‧‧‧檢測部

8‧‧‧記錄部

Claims (14)

1. 一種加速度感測器裝置，係具有加速度感測器者，該加速度感測器由導體與對該導體相對運動之駐極體構成，且為一可轉換電能與動能之靜電感應型轉換元件，且該加速度感測器裝置包含有：加速度檢測部，係由前述加速度感測器輸出之交流電壓來檢測對應加速度之訊號者；整流部，係將前述交流電壓加以整流者；電源電路，係具有使裝置內之電路動作的電池，並可將前述整流部輸出的經整流之電壓作為電能而對前述電池充電者；異常震動檢測電路，係將預設之臨界值電壓與前述經整流之電壓的電壓值加以比較，於超過前述臨界值電壓時，輸出通知異常之異常訊號；記錄電路，該記錄電路係根據前述加速度檢測部以異常震動作為觸發而從前述異常震動檢測電路輸出之前述異常訊號來啟動，開始記錄對應前述加速度之訊號，並於預設之時間點結束記錄；及判定部，該判定部判定前述異常震動是否為應記錄之震動，即將由頻率與對應頻率之頻譜強度構成的預設之參考震動圖形，和由對應前述加速度之訊號的頻率與對應頻率之頻譜強度構成之對象震動圖形加以比較，再根據該比較結果判斷是否進行對應前述加速度之訊號的紀錄。
2. 一種加速度感測器裝置，係具有加速度感測器者，該加 速度感測器由導體與相對該導體相對運動之駐極體構成，為一可轉換電能與動能之靜電感應型轉換元件，且該加速度感測器裝置包含有：加速度檢測部，係由前述加速度感測器輸出之交流電壓來檢測對應加速度之訊號者；整流部，係將前述交流電壓加以整流者；電源電路，係具有使裝置內之電路動作的電池，並可將前述整流部輸出的經整流之電壓作為電能而對前述電池充電者；異常震動檢測電路，係將預設之臨界值電壓與前述經整流之電壓的電壓值加以比較，於超過前述臨界值電壓時，輸出通知異常之異常訊號；記錄電路，該記錄電路係根據前述加速度檢測部以異常震動作為觸發而從前述異常震動檢測電路輸出之前述異常訊號來啟動，開始記錄對應前述加速度之訊號，且，前述異常震動檢測電路檢測異常震動之結束，並輸出異常震動結束訊號，且根據前述異常震動結束訊號停止記錄對應前述加速度之訊號；及判定部，該判定部判定前述異常震動是否為應記錄之震動，即將由頻率與對應頻率之頻譜強度構成的預設之參考震動圖形，和由對應前述加速度之訊號的頻率與對應頻率之頻譜強度構成之對象震動圖形加以比較後，根據該比較結果判斷是否進行對應前述加速度之訊號的記錄。
3. 如申請專利範圍第1或2項之加速度檢測器裝置，其中前 述判定部具有一設定範圍，該設定範圍係由前述參考震動圖形之各頻率與頻率之頻譜強度求得，並依各頻率具有頻譜強度之上限值及下限值者，且前述判定部根據前述對象震動圖形之各頻率的頻譜強度是否包含於前述設定範圍之比較結果，判斷是否記錄對應前述加速度之訊號。
4. 如申請專利範圍第1或2項之加速度檢測器裝置，其中前述判定部於預設之各時間寬度進行傅立葉轉換，該傅立葉轉換係求取與前述加速度對應之震動的頻率與對應該頻率之頻譜強度者。
5. 如申請專利範圍第4項之加速度檢測器裝置，其中前述加速度檢測部將與由異常訊號開始到異常結束為止之前述加速度對應的震動之電壓值記憶於內部，而前述判定部則依每一前述時間寬度，依序依對應前述時間寬度之各時刻範圍來讀取與前述加速度對應之震動的電壓之電壓值，並進行傅立葉轉換來生成對象震動圖形。
6. 如申請專利範圍第1項之加速度檢測器裝置，其中預設於前述判定部之設定範圍係由參考震動圖形生成，該參考震動圖形係起因於已在預設期間取得之環境中之外部干擾震動。
7. 如申請專利範圍第1項之加速度檢測器裝置，其中前述加速度感測器之前述駐極體之材料由有機材料構成。
8. 如申請專利範圍第1項之加速度檢測器裝置，其中前述加速度感測器之前述駐極體之材料至少包含1種環烯烴聚合物。
9. 如申請專利範圍第1項之加速度檢測器裝置，其中前述加速度感測器之前述駐極體之材料由氟系聚合物構成。
10. 如申請專利範圍第1項之加速度檢測器裝置，其中前述加速度感測器之前述駐極體之材料由主鏈具有含氟脂肪族環構造的聚合物構成。
11. 如申請專利範圍第1或2項之加速度檢測器裝置，其中前述記錄電路更具有檢測前述加速度之數值的數值檢測用加速度感測器。
12. 如申請專利範圍第11項之加速度檢測器裝置，其中前述數值檢測用加速度感測器較前述加速度感測器之精確度高。
13. 一種無線感測器網路，係具有複數感測器節點及收集該檢測器節點所檢測出之資料的資料收集伺服器；且，至少包含1個已於申請專利範圍第1項之前述加速度感測器裝置裝入無線通訊功能之感測器節點。
14. 一種大範圍異常震動記錄系統，係使用申請專利範圍第13項之無線感測器網路，將前述感測器節點作為申請專利範圍第1或2項之前述加速度感測器裝置，記錄複數地點之異常震動者。