特許 6243547 センサネットワーク用センサ装置とセンサネットワークへのデータ送信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243547

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】センサネットワーク用センサ装置とセンサネットワークへのデータ送信方法

(51)【国際特許分類】

   G08C 19/00 20060101AFI20171127BHJP

   G08C 17/00 20060101ALI20171127BHJP

   G08C 15/00 20060101ALI20171127BHJP

   H04Q 9/00 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   G08C19/00 G

   G08C17/00 Z

   G08C15/00 E

   H04Q9/00 301A

   H04Q9/00 311J

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-548863(P2016-548863)

(86)(22)【出願日】2015年9月10日

(86)【国際出願番号】JP2015075774

(87)【国際公開番号】WO2016043126

(87)【国際公開日】20160324

【審査請求日】2017年3月7日

(31)【優先権主張番号】特願2014-190546(P2014-190546)

(32)【優先日】2014年9月18日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】517177729

【氏名又は名称】仙台スマートマシーンズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095359

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100143834

【弁理士】

【氏名又は名称】楠 修二

(72)【発明者】

【氏名】今野 智一

(72)【発明者】

【氏名】原 基揚

(72)【発明者】

【氏名】桑野 博喜

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２５６１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平３−２８８９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特公昭４３−２２４０８（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０８Ｃ １９／００

Ｇ０８Ｃ １５／００

Ｇ０８Ｃ １７／００

Ｈ０４Ｑ ９／００

Ｈ０４Ｌ ４１／１１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械的な振動子により発振する発振型センサと、
前記発振型センサからの出力信号を処理し、外部へデータ送信するデータ処理・通信手段と、
前記発振型センサ及び前記データ処理・通信手段に対して電力を供給する電源と、
前記電源と前記発振型センサとの間の電力供給ラインの接続、及び前記電源と前記データ処理・通信手段との間の電力供給ラインの接続をそれぞれ制御する電力供給制御部と、
を備え、
前記電力供給制御部は、前記電源と前記発振型センサとの間の電力供給ラインを接続した後に、前記電源と前記データ処理・通信手段との間の電力供給ラインを接続する、センサネットワーク用センサ装置。

【請求項2】

さらに、前記発振型センサの発振状態を監視する監視部を備え、
前記電力供給制御部が、前記監視部による監視状態に基いて、前記電源と前記データ処理・通信手段との間の電力供給ラインを接続する、請求項１に記載のセンサネットワーク用センサ装置。

【請求項3】

さらに、前記データ処理・通信手段の起動状態を監視する別の監視部を備え、
前記別の監視部は、前記データ処理・通信手段の起動状態及びセンサネットワークとの通信接続状態を確認すると、前記データ処理・通信手段に対し、前記センサネットワークへのデータ通信を開始するよう指示する、請求項１又は２に記載のセンサネットワーク用センサ装置。

【請求項4】

前記電力供給制御部は、センサネットワークを経由して指令を受けると、前記電源と前記発振型センサとの間の電力供給ラインの接続を開始する、請求項１乃至３の何れかに記載のセンサネットワーク用センサ装置。

【請求項5】

前記データ処理・通信手段は、前記発振型センサからの出力信号を処理するデータ処理手段と、前記データ処理手段から入力したデータを外部へ送信する通信手段とを備え、
前記電力供給制御部は、前記電源と前記データ処理手段との間の電力供給ラインと、前記電源と前記通信手段との間の電力供給ラインと、をそれぞれ別々に制御する、請求項１に記載のセンサネットワーク用センサ装置。

【請求項6】

前記発振型センサは表面弾性波センサである、請求項１乃至５の何れかに記載のセンサネットワーク用センサ装置。

【請求項7】

前記機械的な振動子が、水晶振動子又は圧電薄膜振動子である、請求項１乃至６の何れかに記載のセンサネットワーク用センサ装置。

【請求項8】

機械的な振動子により発振する発振型センサと、前記発振型センサからの信号を処理して外部に送信するデータ処置・通信手段と、を備えたセンサネットワーク用センサ装置により、センサネットワークへデータを送信するに当たり、
前記発振型センサを起動し、
前記発振型センサの発振が安定した後に、前記データ処理・通信手段を起動し、
前記データ処理・通信手段の起動状態及び前記センサネットワークへの通信接続状態が確認されると、前記発振型センサからの信号を前記データ処理・通信手段で処理して前記センサネットワークへデータを送信する、センサネットワークへのデータ送信方法。

【請求項9】

機械的な振動子により発振する発振型センサと、前記発振型センサからの信号を処理するデータ処理手段と、前記データ処理手段から入力されたデータを外部に送信する通信手段と、を備えたセンサネットワーク用センサ装置により、センサネットワークへデータを送信するに当たり、
前記発振型センサを起動し、
前記発振型センサの発振が安定した後に、前記データ処理手段及び前記通信手段の何れかを起動し、
前記データ処理手段及び前記通信手段の何れかの起動状態が確認されると、未起動の前記通信手段又は前記データ処理手段を起動し、この起動を確認すると、前記発振型センサからの信号を前記データ処理手段で処理し、前記通信手段を経由して前記センサネットワークへデータを送信する、センサネットワークへのデータ送信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、精度を保ちつつ低消費電力化を図ったセンサネットワーク用センサ装置とセンサネットワークへのデータ送信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

センサネットワークは、ヒト、モノ、環境、エネルギーなどの状態を各種のセンサが認識し、各種のセンサからの出力信号が情報として流通し、相互の関係性を明確にすることによって、リアルタイムな状況把握、時系列情報解析による推測を可能とするＩＣＴ（Information and Communication Technology）システムとして有望視されている。

【0003】

例えば、橋脚、トンネル、高速道路、鉄道など交通システムにおける構造物の老朽化が近年問題となっている。この老朽化は、構造物の部分的な剥離落下や崩壊などを引き起こし、甚大な損害を引き起こす。そのため、交通システムにおける構造物には、適切な管理が欠かせない。しかしながら、交通システムの構造物は、人為的な監視や管理では、適切なタイミングで定期健診を行うことが難しい。

【0004】

このような問題に対しては、次のような試みがなされている。即ち、交通システムの構造物にセンサを分散配置してネットワークシステムを構築する。すると、交通システムの構造物に関する詳細な情報が取得されて監視や管理に利用される（例えば、特許文献１乃至３参照）。このようなネットワークシステムを構築するためには、センサから取得した情報を無線で通信するための無線センサノードの開発が重要視される。

【0005】

無線センサノードは、一般に、センサと、センサ周辺回路、処理回路、通信回路その他の処理回路と、電源制御ユニットで構成される。無線センサノードは、一般に、低消費電力化から間欠動作がなされる。

【0006】

このような低消費電力化を図るために、機械振動を利用したセンサが応用されている（非特許文献１）。そのセンサでは、共振を利用しており、効率的な機械振動を励起することにより、低電力化と高感度化が両立される。本発明者らは、このようなセンサを無線センサノードに組み込む試みをしている（非特許文献２）。

【0007】

非特許文献２では、機械振動子を周波数リファレンスとする発振器をセンサとして用い、周波数領域での出力を実現し、耐ノイズ性を高めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−２５５５７２号公報

【特許文献2】特開２００５−３５３０１５号公報

【特許文献3】特開２００４−３０１５７１号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Z Bao et. al. “Experimental Study of Highly Sensitive Sensor Using a Surface Acoustic Wave Resonator for Wireless Strain Detection”, 51,07GC23

【非特許文献2】T. Konno et. al. “Oscillator-based strain gauges employing surface acoustic wave resonators for wireless sensor network”, In Proc. International Ultrasonic Symposium 2013, pp.1930

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところが、非特許文献２に示すような発振型センサを用いて間欠動作を行うと、発振器が起動して安定するまでに時間を要し、精度の維持と低電力化とを両立することが難しい。

【0011】

そこで、本発明の目的は、精度と低電力化の両立を図るセンサネットワーク用センサ装置と、センサネットワークへのデータ送信方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、上記目的を達成するために、次の手段を採用する。
［１］ 機械的な振動子により発振する発振型センサと、
前記発振型センサからの出力信号を処理し、外部へデータ送信するデータ処理・通信手段と、
前記発振型センサ及び前記データ処理・通信手段に対して電力を供給する電源と、
前記電源と前記発振型センサとの間の電力供給ラインの接続、及び、前記電源と前記データ処理・通信手段との間の電力供給ラインの接続、をそれぞれ制御する電力供給制御部と、
を備え、
前記電力供給制御部は、前記電源と前記発振型センサとの間の電力供給ラインを接続した後に、前記電源と前記データ処理・通信手段との間の電力供給ラインを接続する、センサネットワーク用センサ装置。
［２］ さらに、前記発振型センサの発振状態を監視する監視部を備え、
前記電力供給制御部が、前記監視部による監視状態に基いて、前記電源と前記データ処理・通信手段との間の電力供給ラインを接続する、前記［１］に記載のセンサネットワーク用センサ装置。
［３］ さらに、前記データ処理・通信手段の起動状態を監視する別の監視部を備え、
前記別の監視部は、前記データ処理・通信手段の起動状態及びセンサネットワークとの通信接続状態を確認すると、前記データ処理・通信手段に対し、前記センサネットワークへのデータ通信を開始するよう指示する、前記［１］又は［２］に記載のセンサネットワーク用センサ装置。
［４］ 前記電力供給制御部は、センサネットワークを経由して指令を受けると、前記電源と前記発振型センサとの間の電力供給ラインの接続を開始する、前記［１］乃至［３］の何れかに記載のセンサネットワーク用センサ装置。
［５］ 前記データ処理・通信手段は、前記発振型センサからの出力信号を処理するデータ処理手段と、前記データ処理手段から入力したデータを外部へ送信する通信手段とを備え、
前記電力供給制御部は、前記電源と前記データ処理手段との間の電力供給ラインと、前記電源と前記通信手段との間の電力供給ラインと、をそれぞれ別々に制御する、請求項［１］に記載のセンサネットワーク用センサ装置。
［６］ 前記発振型センサは表面弾性波センサである、前記［１］乃至［５］の何れかに記載のセンサネットワーク用センサ装置。
［７］ 前記機械的な振動子が、水晶振動子又は圧電薄膜振動子である、前記［１］乃至［６］の何れかに記載のセンサネットワーク用センサ装置。
［８］ 機械的な振動子により発振する発振型センサと、前記発振型センサからの信号を処理して外部に送信するデータ処置・通信手段と、を備えたセンサネットワーク用センサ装置により、センサネットワークへデータを送信するに当たり、
前記発振型センサを起動し、
前記発振型センサの発振状態が安定した後に、前記データ処理・通信手段を起動し、
前記データ処理・通信手段の起動状態及び前記センサネットワークへの通信接続状態が確認されると、前記発振型センサからの信号を前記データ処理・通信手段で処理して前記センサネットワークへデータを送信する、センサネットワークへのデータ送信方法。
［９］ 機械的な振動子により発振する発振型センサと、前記発振型センサからの信号を処理するデータ処理手段と、前記データ処理手段から入力されたデータを外部に送信する通信手段と、を備えたセンサネットワーク用センサ装置により、センサネットワークへデータを送信するに当たり、
前記発振型センサを起動し、
前記発振型センサの発振が安定した後に、前記データ処理手段及び前記通信手段の何れかを起動し、
前記データ処理手段及び前記通信手段の何れかの起動状態が確認されると、未起動の前記通信手段又は前記データ処理手段を起動し、この起動を確認すると、前記発振型センサからの信号を前記データ処理手段で処理し、前記通信手段を経由して前記センサネットワークへデータを送信する、センサネットワークへのデータ送信方法。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、発振型センサを起動し、発振型センサの発振が安定するとデータ処理・通信手段又はデータ処理手段若しくは通信手段が起動されるので、発振型センサが安定に発振するまでの間、データ処理・通信手段又はデータ処理手段若しくは通信手段が消費電力を無駄に消費せず、低消費電力化を実現することができる。また同時に、発振型センサが安定しないとデータ処理・通信手段又はデータ処理手段若しくは通信手段が起動しないため、センサの情報が無駄に外部に送信されず、低い精度のデータが外部に送信されることもない。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係るセンサネットワーク用センサ装置の構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係るセンサネットワーク用センサ装置を用いて構築されるセンサネットワークの一例を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係るセンサネットワークへのデータ送信方法のフローチャートである。

【図4】（ａ）は図３に示すＳＴＥＰ４の一部を示し、（ｂ）はその残部を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係るセンサネットワーク用センサ装置であって、図１とは異なる構成図である。

【図6】本発明の実施形態に係るセンサネットワークへのデータ送信方法に関し、図３とは異なるフローチャートである。

【図7】本発明の実施形態に係るセンサネットワークへのデータ送信方法に関し、図３及び図６とは異なるフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。

【0016】

［センサネットワーク用センサ装置の基本的な構成］
図１は、本発明の実施形態に係るセンサネットワーク用センサ装置の構成図である。本発明の実施形態に係るセンサネットワーク用センサ装置１０は、図１に示すように、発振型センサ１１と、データ処理・通信手段１２と、電源１３と、電力供給制御部１４とを備える。

【0017】

発振型センサ１１は、機械的な振動子により発振するユニットであり、そのユニットにはＬＣ発振器を備える。発振型センサ１１が機械的な振動子による発振器から構成されることにより、計測値の変化を発振周波数の変化として出力することができ、耐ノイズ性を有する。

【0018】

発振型センサ１１は、図１に示す形態にあっては、測定用発振器１１ａと、参照用発振器１１ｂと、からなっている。測定用発振器１１ａは被測定物に取り付けられ、被測定物が歪むことにより、共振周波数が変化する。すると、データ処理・通信手段１２に対して、測定用発振器１１ａからの信号と参照用発振器１１ｂからの参照信号とが入力されるので、共振周波数の変化として、被測定物の情報が得られる。被測定物の情報を取得する際に共振周波数の変化を求めているため、ゲージ率（ゲージファクタ）を大きく改善している。

【0019】

発振型センサ１１としては、電力供給ラインに接続される表面弾性波（SAW:surface acoustic wave）センサを用いることができる。従来のＳＡＷセンサを用いた場合には、アンテナとＳＡＷ遅延線とでタグを構成し、タグに電波を外部から送信し、その反射波を解析することにより、タグに加わる物理量を検出している。このようなタグ自身は駆動に電源が不要であるので低消費電力化に資する。ところが、タグとの間で電波を送受信するのに必要なインタロゲータが不可欠となるので、電源供給系統を備えないＳＡＷセンサは好ましくはない。また、ＳＡＷタグとインタロゲータとは一対一で送受信するため、センサネットワークには適さない。

【0020】

ここで、機械的な振動子としては、水晶振動子や圧電薄膜振動子など圧電効果を利用した素子が機械電気変換の観点から好ましい。

【0021】

データ処理・通信手段１２は、発振型センサ１１からの出力信号を処理し、外部へデータ送信するユニットである。データ処理・通信手段１２は、図１に示す形態では、ミキサー１２ａと、コンパレータ１２ｂと、周波数カウンタ１２ｃと、通信部１２ｄと、アンテナ１２ｅと、を備える。

【0022】

ミキサー１２ａは、発振型センサ１１の測定用発振器１１ａからの出力信号と参照用発振器１１ｂからの出力信号との入力を受け、両信号の差分を出力する。即ち、測定用発振器１１ａからの出力信号ｆ_ｏｕｔ１が下記式（１）で示されるとすると、
ｆ_ｏｕｔ１＝発振周波数ｆ_ｏ＋外乱ｆ_ｄ＋歪みによる周波数シフト量Δｆ （１）
参照用周波数ｆ_ｏｕｔ２は下記式（２）で示され、
ｆ_ｏｕｔ２＝発振周波数ｆ_ｏ＋外乱ｆ_ｄ （２）
ミキサー１２ａからの出力は、歪みによる周波数シフト量Δｆに依存する。

【0023】

コンパレータ１２ｂは、ミキサー１２ａからの出力波形を方形波に整形する。これによって、コンパレータ１２ｂの後段において、出力波形をデジタル波形として処理することが可能となる。ここで、ミキサー１２ａからの出力周波数は歪みによる周波数シフト量Δｆに相当する。

【0024】

周波数カウンタ１２ｃは、コンパレータ１２ｂから出力される方形波をデジタル波形として一定時間内カウントし、通信部１２ｄに出力する。

【0025】

通信部１２ｄは、アンテナ１２ｅを介在して外部のセンサネットワークを経由して中継局や監視局と無線で通信接続をする機能を備えると共に、その通信接続により周波数カウンタ１２ｃから入力されたセンサの情報をデジタル信号として出力する。通信部１２ｄには、アンテナ１２ｅを介在して外部のセンサネットワークに対してテストパケットを送受信する機能を備える。

【0026】

電源１３は、発振型センサ１１及びデータ処理・通信手段１２に対して電力を供給する。ここでの電源１３は、外部から電力の供給を受けてもよいし、エネルギーハーベストのような自然エネルギーを用いて自ら発電により電力を生み出してもよい。すなわち、センサネットワーク用センサ装置１０が屋外に設置される場合には、センサネットワーク用センサ装置１０は図示しない給電線に接続されていたり、センサネットワーク用センサ装置１０が図示しない自家発電機を備えたりしてもよい。

【0027】

電力供給制御部１４は、電源１３と発振型センサ１１との間の電力供給ラインの接続、電源１３とデータ処理・通信手段１２との間の電力供給ラインの接続を、それぞれ制御する。これにより、電源１３は、発振型センサ１１に対してのみ電力を供給することで先行駆動することができ、発振型センサ１１の状況に応じてデータ処理・通信手段１２に電力の供給を開始することができる。

【0028】

このように、本発明の実施形態では、電力供給制御部１４が、電源１３と発振型センサ１１との間の電力供給ラインを接続することにより発振型センサ１１を先行駆動した後に、電源１３とデータ処理・通信手段１２との間の電力供給ラインを接続する。よって、発振型センサ１１が安定に発振した後に、データ処理・通信手段１２に対して電力を供給するため、発振型センサ１１の安定に必要な時間、データ処理・通信手段１２に電力を供給する必要がない。発振型センサ１１の安定は、センサネットワーク用センサ装置１０の精度を決める要因となる。よって、精度の維持と省電力化との両方に資する。

【0029】

データ処理・通信手段１２を構成するミキサー１２ａ、コンパレータ１２ｂ、周波数カウンタ１２ｃ及び通信部１２ｄは半導体増幅回路により構成されるため、暖気運転を必要とせず、起動時間が極めて短い。そのため、発振型センサ１１を起動して安定発振するために必要な時間に比べて、データ処理・通信手段１２の起動時間は無視できる程度である。よって、発振型センサ１１の消費電力量を抑えることができる。

【0030】

［さらに好ましい実施形態に係るセンサネットワーク用センサ装置］
図１に示すように、センサネットワーク用センサ装置１０は発振監視手段１５、データ処理通信監視手段１６の何れか一方又は双方を備えることが好ましい。

【0031】

発振監視手段１５は、発振型センサ１１の発振状態を監視する監視部である。発振監視手段１５は、例えば、発振型センサ１１から出力される信号における周波数、波長、振幅などの波の一以上の要素をモニタリングし、波の一以上の要素が所定の範囲に収まっている場合には、発振が安定していると判断する。このように、発振監視手段１５による発振型センサ１１の監視状態に応じて、つまり発振型センサ１１の発振が安定すると、電源１３とデータ処理・通信手段１２との電力供給ラインを接続する。なお、発振の安定性を判断する際には、外乱要素により時系列変化を取り除く必要があるところ、本発明の実施形態では、センサネットワーク用センサ装置１０が配置される環境下の温度、湿度など、チップレベルでの範囲で一様とみなすことができる外乱要素は、測定用発振器１１ａの出力と参照用発振器１１ｂの出力とをミキサー１２ａでミキシングすることにより、取り除くことができる。

【0032】

発振監視手段１５は、図１に示す形態では電力供給制御手段１４とは別のユニットとして設けているが、電力供給制御手段１４に内在させてもよく、例えば、電源１３と発振型センサ１１との電力供給ラインを接続してから所定の時間経過したら、電源１３とデータ処理・通信手段１２との電力供給ラインを接続するようにしてもよい。発振型センサ１１を先行駆動して所定の時間経過すると、発振型センサ１１が安定して発振する。また、時間経過による安定性を推定することにより、発振監視手段１５の消費電力を抑えることができる。所定時間の経過に関しては、発振型センサ１１の発振回数をカウントするようにしてもよい。

【0033】

発振監視手段１５は、測定用発振器１１ａの発振状態と参照用発振器１１ｂの発振状態の何れを監視してもよいが、測定用発振器１１ａは被測定物の物理量を測定するため、おかれている環境下で所定の範囲に収まり難いことが考えられる。そのため、発振監視手段１５は、参照用発振器１１ｂの発振状態を監視する方が好ましい。

【0034】

データ処理通信監視手段１６は、データ処理・通信手段１２の起動状態を監視するための発振監視手段とは別の監視部である。データ処理通信監視手段１６は、データ処理・通信手段１２の起動状態、センサネットワークとの通信接続状態を確認するユニットである。

【0035】

データ処理通信監視手段１６は、外部、即ちセンサネットワークに対してテストパケットを送受信して通信路を確保してから、電力供給制御部１４によってミキサー１２ａ、コンパレータ１２ｂ及び周波数カウンタ１２ｃの起動を行う方が好ましい。これは、テストパケットの送受信に際して、センサネットワークという外部の予期しない要因により通信路確保に時間を要する可能性が高いからである。

【0036】

もっとも、電力供給制御部１４は、低消費電力化のために、ミキサー１２ａ、コンパレータ１２ｂ、周波数カウンタ１２ｃ、通信部１２ｄの消費電力の大小を基準に、各ユニットの起動の順序を定めてもよい。その場合でも、通信部１２ｄによるテストパケットの送受信に時間を要すると考えられる場合には通信部１２ｄを最初に起動し、その後、ミキサー１２ａ、コンパレータ１２ｂ及び周波数カウンタ１２ｃの各起動時間と各消費電力で電力の大小を基準に、未起動の残部を順に起動させてもよい。

【0037】

データ処理通信監視手段１６は、ミキサー１２ａ、コンパレータ１２ｂ、周波数カウンタ１２ｃ、通信部１２ｄの各部を起動するのに要する時間を見積もっておいて、その時間が経過すると、データ処理・通信手段１２の起動及び通信路形成の完了と判断してもよい。

【0038】

データ処理通信監視手段１６は、これらの何れかの手法で、データ処理・通信手段１２の起動状態及びセンサネットワークとの通信接続状態を確認すると、データ処理・通信手段１２に対し、センサネットワークへのデータ通信を開始するよう指示する。

【0039】

［センサネットワーク］
図２は、本発明の実施形態に係るセンサネットワーク用センサ装置を用いて構築されるセンサネットワークの一例を示す図である。センサネットワーク１は、例えば図２に示されるように、一以上の中継局２と、一以上の監視局３とを備え、センサネットワーク用センサ装置１０からのセンサの情報を取得可能に構築される。監視局３は質問局とも呼ばれる。中継局２や監視局３は何れか一方の種類だけでもよく、中継局２だけの場合には中継局２が監視局３を兼任する。センサネットワーク１において、センサネットワーク用センサ装置１０は無線により通信することを前提としているが、有線による通信でもよい。中継局２同士、中継局２と監視局３との間は有線通信でも無線通信でもよい。

【0040】

監視局３は中継局２を経由して、また、監視局３を兼任する中継局２は、センサネットワーク用センサ装置１０からのセンサの情報を取得し、センサネットワーク用センサ装置１０が設置されている環境や交通システムの構造物、建物の構造物その他の被測定対象物の情報を取得することができる。

【0041】

その際、各センサネットワーク用センサ装置１０において、定められた日時に電力供給制御手段１４が電源１３から発振型センサ１１への電源供給ラインを接続するようにしてもよい。または、監視局３や中継局２によるトリガーがセンサネットワーク用センサ装置１０に送信されて、センサネットワーク用センサ装置１０の電力供給制御手段１４を起動し、これにより、電力供給制御手段１４が電源１３から発振型センサ１１への電源供給ラインを接続するようにしてもよい。その場合、トリガーは複雑なものを用いず、電波としてＩＤ（identification）を含んだビーコンを用い、受信機能の一部のみを動作しておくことにより、ビーコンのＩＤを判読することができるようにする。これにより、従来の仕様と比べて消費電力が大きく抑制される。

【0042】

［センサネットワークへのデータ送信方法］
図１に示すセンサネットワーク用センサ装置１０によるセンサネットワークへのデータ送信方法を説明する。

【0043】

図３は本発明の実施形態に係るセンサネットワークへのデータ送信方法のフローチャートであり、図４（ａ）は、図３に示す「データ処理・通信手段の準備終了か」（ＳＴＥＰ４）の一部を示し、（ｂ）はその残部を示す図である。

【0044】

センサネットワーク用センサ装置１０は、前述したように、定められた日時又は外部からビーコンの電波などのトリガーを受けて、電力供給制御手段１４が電源１３から発振型センサ１１への電源供給ラインを接続する。これにより、発振型センサ１１が起動する（ＳＴＥＰ１）。

【0045】

次に、発振型センサ１１が安定して発振するまで（ＳＴＥＰ２でＹｅｓ）、ループを繰り返す。発振型センサ１１の発振が安定しているか否かは、発振監視手段１５により、発振型センサ１１の出力信号の波の要素の何れか一つ以上が所定の範囲に収まっているか、又は発振型センサ１１の起動開始から所定時間経過したかによって決せられる。

【0046】

ＳＴＥＰ２でＹｅｓとなると、電力供給制御手段１４が電源１３からデータ処理・通信手段１２への電源供給ラインを接続する。これにより、データ処理・通信手段１２が起動する（ＳＴＥＰ３）。

【0047】

次に、データ処理・通信手段１２の準備が完了するまで（ＳＴＥＰ４でＹｅｓ）、ループを繰り返す。データ処理・通信手段１２の準備が完了するか否かは、データ処理通信監視手段１６により、テストパケットの送受信で通信路の確保が完了していること及び、ミキサー１２ａ、コンパレータ１２ｂ及び周波数カウンタ１２ｃの起動が完了していること又はやデータ処理・通信手段１２の起動開始から所定時間経過したことによって決せられる。

【0048】

ＳＴＥＰ４の具体的な処理の一つは、図４（ａ）に示すように、通信部１２ｄの起動（ＳＴＥＰ４ａ）と、通信接続完了の判断（ＳＴＥＰ４ｂ）とで基本構成される。通信部１２ｄは、テストパケットをセンサネットワーク１の中継局２やその監視局３を経由して監視局３に送信し、返信されたテストパケットを判断することにより、通信路の確立が完了しているか否かを判断する。

【0049】

ＳＴＥＰ４の具体的な処理の別の一つは、図４（ｂ）に示すように、ミキサー１２ａ、コンパレータ１２ｂ、周波数カウンタ１２ｃを決められた順に起動し（ＳＴＥＰ４ｃ）、これらの各部で構成されるデータ処理ユニットが安定しているかを判断する（ＳＴＥＰ４ｄ）。安定していない場合には、判断ループを繰り返す。また、必ずしもデータ処理ユニットの安定性を判断する必要はなく、データ処理ユニットの各部を起動してから何れも各所定時間を経過したことで判断ループをクリアしてもよい。

【0050】

ＳＴＥＰ４でＹｅｓとなると、発振型センサ１１によるセンサの信号をデータ処理・通信手段１２で処理してセンサネットワークを経由して中継局２や監視局３に送信する。

【0051】

その後、電力供給制御手段１４は、電源１３から発振型センサ１１への電源供給ライン、電源１３からデータ処理・通信手段１２への電源供給ラインを切断する（ＳＴＥＰ６）。これにより、センサネットワーク用センサ装置１０は再び休眠状態となる。

【0052】

本発明の実施形態に係るセンサネットワークへのデータの送信方法では、機械的な振動子により発振する発振型センサ１１と、発振型センサ１１からの信号を処理して外部に送信するデータ処置・通信手段１２と、を備えたセンサネットワーク用センサ装置１０により、センサネットワークへデータを送信する。先ず、電力供給制御手段１４により電源１３から発振型センサ１１への電源供給ラインを接続することにより発振型センサ１１を起動する。次に、発振監視手段１５により発振型センサ１１の発振状態が安定したことを確認するか、発振型センサ１１の起動からの時間経過により発振型センサ１１の発振状態が安定したとして、電力供給制御手段１４により電源１３からデータ処理・通信手段１２への電源供給ラインを接続する。これによりデータ処理・通信手段１２を起動する。その後、データ処理・通信手段１２が安定して起動すると共にセンサネットワークを経由した通信接続の確認をした後に、発振型センサ１１からの信号をデータ処理・通信手段１２で処理してセンサネットワークへデータを送信する。そして、所定の時間経過すると、又はセンサネットワーク１からの返信により、電力供給制御手段１４による電源供給ラインの何れも切断する。

【0053】

このように、センサネットワーク用センサ装置１０を間欠的に起動しても、発振型センサ１１が安定して発振した後に、センサの情報を中継局２や監視局３に送信する。よって、省電力化と精度の維持という両立し難い要請を満たすことができる。

【0054】

これにより、交通システムの構造物などの建築・土木の各種インフラの状況を適時に入手することができ、必要な時に必要な処置をとることができる。

【0055】

［別の実施形態に係るセンサネットワークへのデータ送信方法］
本発明の実施形態に係るセンサネットワーク用センサ装置１０は、図１に示す構成に限られない。図５は、本発明の実施形態に係るセンサネットワーク用センサ装置に関し、図１とは異なる構成図である。図５に示すセンサネットワーク用センサ装置２０において、図１と同一又は対応するユニットについては同一の符号を付している。

【0056】

図５に示すセンサネットワークシステム２０は、図１とは異なり、データ処理・通信手段１２の代わりにデータ処理手段２１と通信手段２２とを備える。センサネットワークシステム２０は、図１と同様に、発振型センサ１１と、電源１３と、電力供給制御部１４と、を備える。

【0057】

データ処理手段２１は、発振型センサ１１からの出力信号を処理し、通信手段２２に出力する。データ処理手段２１は、図５に示す形態では、ミキサー２１ａと、コンパレータ２１ｂと、周波数カウンタ２１ｃとを備え、これらの各部は図１に示す各部と同様の機能を有するが、周波数カウンタ２１ｃはコンパレータ２１ｂから出力される方形波をデジタル波形として一定時間内カウントし、通信手段２２に出力する。

【0058】

通信手段２２は、データ処理手段２１から入力されたデータを外部に送信する。通信手段２２は、通信部２２ａと、アンテナ２２ｂとを備え、これらの各部は図１に示す各部と同様の機能を有する。

【0059】

電源１３は、発振型センサ１１、データ処理手段２１及び通信手段２２に対して電力を供給する。電源１３の源は図１に示す場合と同様である。

【0060】

電力供給制御部１４は、電源１３と発振型センサ１１との間の電力供給ラインの接続、電源１３とデータ処理手段２１との間の電力供給ラインの接続、電源１３と通信手段２２との間の電力供給ラインの接続を、それぞれ制御する。これにより、電源１３は、発振型センサ１１に対してのみ電力を供給することで先行駆動することができ、発振型センサ１１の状況に応じてデータ処理手段２１、通信手段２２に電力の供給の何れか一方を開始し、最後に残りの手段に電力供給を開始することができる。

【0061】

このように、本発明の実施形態では、電力供給制御部１４が、電源１３と発振型センサ１１との間の電力供給ラインを接続することにより発振型センサ１１を先行駆動した後に、電源１３とデータ処理手段２１との間の電力供給ライン、電源１３と通信手段２２との間の電力供給ラインの何れか一方を先に接続し、続いて残りのラインを接続する。よって、発振型センサ１１が安定に発振した後に、データ処理手段２１及び通信手段２２の何れかへ電力を供給し、未起動のデータ処理手段２１及び通信手段２２の何れかへ電力を供給する。そのため、発振型センサ１１の安定に必要な時間、データ処理手段２１、通信手段２２に電力を供給する必要がない。発振型センサ１１の安定は、センサネットワーク用センサ装置１０の精度を決める要因となる。よって、精度の維持と省電力化との両方に資する。また、データ処理手段２１、通信手段２２の何れかへの起動を先行するため、より省電力化に資する。

【0062】

センサネットワーク用センサ装置２０は、図１に示すデータ処理通信監視手段１６の代わりにデータ処理監視手段２３、通信監視手段２４の何れか一方又は双方と発振監視手段１５とを備えることが好ましい。

【0063】

発振監視手段１５は、図５に示す形態では電力供給制御部１４とは別のユニットとして設けているが、電力供給制御部１４に内在させてもよく、例えば、電源１３と発振型センサ１１との電力供給ラインを接続してから所定の時間経過したら、電源１３とデータ処理手段２１との電力供給ライン、電源１３と通信手段２２との電力供給ラインの何れかのラインを接続するようにしてもよい。発振型センサ１１を先行駆動して所定の時間経過すると、発振型センサ１１が安定して発振する。また、時間経過による安定性を推定することにより、発振監視手段１５の消費電力を抑えることができる。所定時間の経過に関しては、発振型センサ１１の発振回数をカウントするようにしてもよい。

【0064】

データ処理監視手段２３は、データ処理手段２１の起動状態を監視するための手段であり、発振監視手段１５とは別の監視部である。データ処理監視手段２３は、データ処理手段２１の起動状態を確認する。

【0065】

通信監視手段２４は、通信手段２２の起動状態を監視するための手段であり、発振監視手段１５とは別の監視部である。通信監視手段２４は、センサネットワークとの通信接続状態を確認する。

【0066】

例えば、センサネットワーク用センサ装置２０に通信監視手段２４を備えておく。この場合、電力供給制御部１４が、電源１３と発振型センサ１１との間の電力供給ラインを接続することにより発振型センサ１１を先行駆動した後に、電源１３と通信手段２２との間の電力供給ラインを接続する。通信手段２２は外部、即ちセンサネットワークに対してテストパケットを送受信し、通信監視手段２４が通信路の確保を確認する。その上で、電力供給制御部１４が電源１３とデータ処理手段２１との間の電力供給ラインを接続し、ミキサー２１ａ、コンパレータ２１ｂ及び周波数カウンタ２１ｃの起動を行う。これは、テストパケットの送受信に際して、センサネットワークという外部の予期しない要因により通信路確保に時間を要する可能性が高いからである。

【0067】

それとは逆に、センサネットワーク用センサ装置２０にデータ処理監視手段２３を備えておく。この場合、電力供給制御部１４が、電源１３と発振型センサ１１との間の電力供給ラインを接続することにより発振型センサ１１を先行駆動した後に、電源１３とデータ処理手段２１との間の電力供給ラインを接続する。すると、ミキサー２１ａ、コンパレータ２１ｂ及び周波数カウンタ２１ｃが起動する。データ処理監視手段２３がデータ処理手段２１の起動状態を確認するか又は所定の時間が経過したら、電源１３と通信手段２２との間の電力供給ラインを接続する。通信手段２２が外部、即ちセンサネットワークに対してテストパケットを送受信し、通信監視手段２４が通信路を確保する。データ処理手段２１を起動するために時間と電力との積が、通信手段２２を軌道するために必要な時間と電力量との積が大きい場合には有効である。

【0068】

［別の実施形態に係るセンサネットワークへのデータ送信方法］
図６は、本発明の実施形態に係るセンサネットワークへのデータ送信方法に関し、図３とは異なるフローチャートである。図５に示すセンサネットワーク用センサ装置２０によるセンサネットワークへのデータ送信方法を説明する。

【0069】

センサネットワーク用センサ装置１０は、前述したように、定められた日時又は外部からビーコンの電波などのトリガーを受けて、電力供給制御部１４が電源１３から発振型センサ１１への電源供給ラインを接続する。これにより、発振型センサ１１が起動する（ＳＴＥＰ１１）。

【0070】

次に、発振型センサ１１が安定して発振するまで（ＳＴＥＰ１２でＹｅｓ）、ループを繰り返す。発振型センサ１１の発振が安定しているか否かは、発振監視手段１５により、発振型センサ１１の出力信号の波の要素の何れか一つ以上が所定の範囲に収まっているか又は発振型センサ１１の起動開始から所定時間経過したかによって決せられる。

【0071】

ＳＴＥＰ１２でＹｅｓとなると、電力供給制御部１４が電源１３から通信手段２２への電源供給ラインを接続する。これにより、通信手段２２が起動する（ＳＴＥＰ１３）。

【0072】

次に、通信手段２２の準備が完了するまで（ＳＴＥＰ１４でＹｅｓ）、ループを繰り返す。通信手段２２の準備が完了するか否かは、テストパケットの送受信で通信路の確保が完了していること、通信手段２２の起動開始から所定時間経過したかによって決せられる。通信部２２ａは、テストパケットをセンサネットワーク１の中継局２やその監視局３を経由して監視局３に送信し、返信されたテストパケットを判断することにより、通信路の確立が完了しているか否かを判断する。

【0073】

ＳＴＥＰ１４でＹｅｓとなると、電力供給制御部１４が電源１３からデータ処理手段２１への電源供給ラインを接続する。これにより、データ処理手段２１が起動する（ＳＴＥＰ１５）。

【0074】

次に、データ処理手段２１の起動が完了するまで（ＳＴＥＰ１６でＹｅｓ）、ループを繰り返す。データ処理手段２１の起動が完了するか否かは、データ処理監視手段２３により、ミキサー２１ａ、コンパレータ２１ｂ、周波数カウンタ２１ｃを決められた順に起動し、これらの各部で構成されるデータ処理手段２１が安定しているかを判断する。安定していない場合には、判断ループを繰り返す。また、必ずしもデータ処理手段２１の安定性を判断する必要はなく、データ処理ユニットの各部を起動してから何れも各所定時間を経過したことで判断ループをクリアしてもよい。

【0075】

ＳＴＥＰ１６でＹｅｓとなると、発振型センサ１１によるセンサの信号をデータ処理手段２１で処理して通信手段２２に出力し、通信手段２２からセンサネットワークを経由して中継局２や監視局３に送信する（ＳＴＥＰ１７）。

【0076】

その後、電力供給制御部１４は、電源１３から発振型センサ１１への電源供給ライン、電源１３からデータ処理手段２１への電源供給ライン、電源１３から通信手段２２への電源供給ラインを切断する（ＳＴＥＰ１８）。これにより、センサネットワーク用センサ装置２０は再び休眠状態となる。

【0077】

本発明の実施形態に係るセンサネットワークへのデータの送信方法では、機械的な振動子により発振する発振型センサ１１と、発振型センサ１１からの信号を処理するデータ処理手段２１と、データ処理手段２１からの入力されたデータを外部に送信する通信手段２２と、を備えたセンサネットワーク用センサ装置２０により、センサネットワークへデータを送信する。先ず、電力供給制御部１４により電源１３から発振型センサ１１への電源供給ラインを接続することにより発振型センサ１１を起動する。次に、発振監視手段１５により発振型センサ１１の発振状態が安定したことを確認するか、発振型センサ１１の起動からの時間経過により発振型センサ１１の発振状態が安定したとして、電力供給制御部１４により電源１３から通信手段２２への電源供給ラインを接続する。これにより通信手段２２を起動する。その後、センサネットワークを経由した通信接続の確認を確認するか、通信手段２２が起動してからの経過時間により通信路が確立したとして、電力供給制御部１４により電源１３からデータ処理手段２１への電源供給ラインを接続する。これによりデータ処理手段２１を起動する。データ処理手段２１が安定すると、発振型センサ１１からの信号をデータ処理手段２１で処理し、通信手段２２を経由してセンサネットワークへデータを送信する。そして、所定の時間経過すると、又はセンサネットワーク１からの返信により、電力供給制御部１４による電源供給ラインの何れも切断する。

【0078】

このように、センサネットワーク用センサ装置１０を間欠的に起動しても、発振型センサ１１が安定して発振した後に、センサの情報を中継局２や監視局３に送信する。よって、省電力化と精度の維持という両立し難い要請を満たすことができる。また、データ処理手段２１と通信手段２２とを別々に起動するため、より省電力化を図ることができる。

【0079】

図７は、本発明の実施形態に係るセンサネットワークへのデータ送信方法に関し、図３及び図６とは異なるフローチャートである。図５に示すセンサネットワーク用センサ装置２０によるセンサネットワークへのデータ送信方法を説明する。ＳＴＥＰ２１〜ＳＴＥＰ２２までは、図６のＳＴＥＰ１１〜１２と同様である。

【0080】

ＳＴＥＰ２２でＹｅｓとなると、電力供給制御部１４が電源１３からデータ処理手段２１への電源供給ラインを接続する。これにより、データ処理手段２１が起動する（ＳＴＥＰ２３）。

【0081】

次に、データ処理手段２１の起動が完了するまで（ＳＴＥＰ２４でＹｅｓ）、ループを繰り返す。データ処理手段２１の起動が完了するか否かは、データ処理監視手段２３により、ミキサー２１ａ、コンパレータ２１ｂ、周波数カウンタ２１ｃを決められた順に起動し、これらの各部で構成されるデータ処理手段２１が安定しているかを判断する。安定していない場合には、判断ループを繰り返す。また、必ずしもデータ処理手段２１の安定性を判断する必要はなく、データ処理手段２１の各部を起動してから何れも各所定時間を経過したことで判断ループをクリアしてもよい。

【0082】

ＳＴＥＰ２４でＹｅｓとなると、電力供給制御部１４が電源１３から通信手段２２への電源供給ラインを接続する。これにより、通信手段２２が起動する（ＳＴＥＰ２５）。

【0083】

次に、通信手段２２の準備が完了するまで（ＳＴＥＰ２６でＹｅｓ）、ループを繰り返す。通信手段２２の準備が完了するか否かは、通信監視手段２４により、テストパケットの送受信で通信路の確保が完了していること、通信手段２２の起動開始から所定時間経過したかによって決せられる。通信部２２ａは、テストパケットをセンサネットワーク１の中継局２やその監視局３を経由して監視局３に送信し、返信されたテストパケットを判断することにより、通信路の確立が完了しているか否かを判断する。

【0084】

ＳＴＥＰ２６でＹｅｓとなると、発振型センサ１１によるセンサの信号をデータ処理手段２１で処理して通信手段２２に出力し、通信手段２２からセンサネットワークを経由して中継局２や監視局３に送信する（ＳＴＥＰ２７）。

【0085】

その後、電力供給制御部１４は、電源１３から発振型センサ１１への電源供給ライン、電源１３からデータ処理手段２１への電源供給ライン、電源１３から通信手段２２への電源供給ラインを切断する（ＳＴＥＰ２８）。これにより、センサネットワーク用センサ装置２０は再び休眠状態となる。

【0086】

本発明の実施形態に係るセンサネットワークへのデータの送信方法では、機械的な振動子により発振する発振型センサ１１と、発振型センサ１１からの信号を処理するデータ処理手段２１と、データ処理手段２１からの入力されたデータを外部に送信する通信手段２２と、を備えたセンサネットワーク用センサ装置２０により、センサネットワークへデータを送信する。先ず、電力供給制御部１４により電源１３から発振型センサ１１への電源供給ラインを接続することにより発振型センサ１１を起動する。次に、発振監視手段１５により発振型センサ１１の発振状態が安定したことを確認するか、発振型センサ１１の起動からの時間経過により発振型センサ１１の発振状態が安定したとして、電力供給制御部１４により電源１３からデータ処理手段２１への電源供給ラインを接続する。これによりデータ処理手段２１を起動する。その後、データ処理手段２１の安定を確認するか、又は、データ処理手段２１が起動してからの経過時間によりデータ処理手段２１が安定したと仮定して、電力供給制御部１４により電源１３から通信手段２２への電源供給ラインを接続する。これにより通信手段２２を起動する。センサネットワークを経由した通信接続の確認を確認するか、又は通信手段２２が起動してからの経過時間により通信路が確立したと仮定して、発振型センサ１１からの信号をデータ処理２１で処理し、通信手段２２を経由してセンサネットワークへデータを送信する。そして、所定の時間経過すると、又はセンサネットワーク１からの返信により、電力供給制御部１４による電源供給ラインの何れも切断する。

【0087】

このように、センサネットワーク用センサ装置１０を間欠的に起動しても、発振型センサ１１が安定して発振した後に、センサの情報を中継局２や監視局３に送信する。よって、省電力化と精度の維持という両立し難い要請を満たすことができる。また、データ処理手段２１と通信手段２２とを別々に起動するため、より省電力化を図ることができる。

【0088】

本発明の実施形態は前述した事項に限定されることなく、センサネットワーク用センサ装置が配備される場所、センサによる情報の利用形態に応じて適宜変更してもよい。例えば、時間経過をモニタする場合には、発振型センサの発振回数をカウントしてそれをタイマーとして用いてもよい。

【符号の説明】

【0089】

１：センサネットワーク
２：中継局
３：監視局
１０，２０：センサネットワーク用センサ装置
１１：発振型センサ
１１ａ：測定用発振器
１１ｂ：参照用発振器
１２：データ処理・通信手段
１２ａ：ミキサー
１２ｂ：コンパレータ
１２ｃ：周波数カウンタ
１２ｄ：通信部
１２ｅ：アンテナ
１３：電源
１４：電力供給制御部
１５：発振監視手段
１６：データ処理通信監視手段
２１：データ処理手段
２１ａ：ミキサー
２１ｂ：コンパレータ
２１ｃ：周波数カウンタ
２２：通信手段
２２ａ：通信部
２２ｂ：アンテナ
２３：データ処理監視手段
２４：通信監視手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】