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(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】6929561
(24)【登録日】2021年8月13日
(45)【発行日】2021年9月1日
(54)【発明の名称】無線センサ装置及び無線センサシステム
(51)【国際特許分類】
G08C 15/00 20060101AFI20210823BHJP
G08C 17/02 20060101ALI20210823BHJP
【ＦＩ】
G08C15/00 E
G08C17/02
【請求項の数】13
【全頁数】31
(21)【出願番号】特願2018-543986(P2018-543986)
(86)(22)【出願日】2017年10月6日
(86)【国際出願番号】JP2017036434
(87)【国際公開番号】WO2018066687
(87)【国際公開日】20180412
【審査請求日】2020年7月29日
(31)【優先権主張番号】特願2016-198879(P2016-198879)
(32)【優先日】2016年10月7日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2017-168379(P2017-168379)
(32)【優先日】2017年9月1日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】504133110
【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000925
【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石橋 孝一郎
【審査官】
菅藤 政明
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１４−９６０１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−９７４２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−４０７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５８−１５１３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭６０−２１０７２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平２−４５７４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特公昭４８−３３５２５（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】
特開平７−６８９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１４−６２７７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−１４６０９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２２１３８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０８Ｃ １５／００
Ｇ０８Ｃ １７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
安定した固定電圧を出力する直流電圧源と抵抗と蓄積容量とが接続された回路部と、
前記回路部により得られた電圧を検出する、上限閾値電圧と下側閾値電圧が設定されたシュミットトリガー回路よりなる電圧検出回路と、
前記電圧検出回路が検出した電圧に基づいて予め設定された識別信号を無線送信する無線送信回路と、
前記直流電圧源とは別に用意した可変電圧源の電圧値と、前記抵抗の抵抗値と、前記蓄積容量の容量値と、前記電圧検出回路が検出する閾値との少なくともいずれか１つの値が、検出した物理量に相関して変化するセンサ素子とを備え、
シュミットトリガー回路よりなる前記電圧検出回路は、前記回路部により得られた電圧が前記上限閾値電圧に達したとき、検出信号を出力し、前記回路部により得られた電圧が前記下側閾値電圧に低下したとき、検出信号の出力を停止し、
前記無線送信回路は、前記検出信号が出力される間に、前記識別信号を無線送信することで、前記センサ素子が検出した物理量に相関した間隔で、前記無線送信回路が前記識別信号を無線送信するようにしたことを特徴とする
無線センサ装置。
前記回路部により得られた電圧を検出する、上限閾値電圧と下側閾値電圧が設定されたシュミットトリガー回路よりなる電圧検出回路と、
前記電圧検出回路が検出した電圧に基づいて予め設定された識別信号を無線送信する無線送信回路と、
前記直流電圧源とは別に用意した可変電圧源の電圧値と、前記抵抗の抵抗値と、前記蓄積容量の容量値と、前記電圧検出回路が検出する閾値との少なくともいずれか１つの値が、検出した物理量に相関して変化するセンサ素子とを備え、
シュミットトリガー回路よりなる前記電圧検出回路は、前記回路部により得られた電圧が前記上限閾値電圧に達したとき、検出信号を出力し、前記回路部により得られた電圧が前記下側閾値電圧に低下したとき、検出信号の出力を停止し、
前記無線送信回路は、前記検出信号が出力される間に、前記識別信号を無線送信することで、前記センサ素子が検出した物理量に相関した間隔で、前記無線送信回路が前記識別信号を無線送信するようにしたことを特徴とする
無線センサ装置。
【請求項3】
前記センサ素子は、温度の変化により抵抗値が変化する抵抗であり、
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出した温度に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出した温度に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項4】
前記センサ素子は、対向した電極対に触れる水量の変化により抵抗値が変化する素子であり、
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出した水量に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出した水量に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項5】
前記センサ素子は、湿度の変化により容量値又は抵抗値が変化する素子であり、
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出した湿度に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出した湿度に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項6】
前記センサ素子は、ｐＨ値の変化により電圧値が変化する素子であり、
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出したｐＨ値に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出したｐＨ値に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項7】
前記センサ素子は、照度の変化により電流値又は電圧値が変化する素子であり、
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出した照度に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
前記無線送信回路は、前記センサ素子が検出した照度に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項9】
前記無線送信回路が無線送信する信号には、累積送信番号を付加するようにしたことを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項10】
前記無線送信回路が無線送信する信号には、前記センサ素子についての情報を示す属性信号を付加するようにしたことを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項11】
前記無線送信回路が無線送信する信号には、前記センサ素子が検出した情報の補正又は較正に必要な情報を付加するようにしたことを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項12】
前記センサ素子は、環状の導体に巻かれたコイルであり、
前記センサ素子の出力を所定の周波数で周期的にオン・オフさせて、前記電圧検出回路に供給して、
前記無線送信回路は、前記環状の導体の近傍に配置した被測定対象ラインの電流に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
前記センサ素子の出力を所定の周波数で周期的にオン・オフさせて、前記電圧検出回路に供給して、
前記無線送信回路は、前記環状の導体の近傍に配置した被測定対象ラインの電流に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項13】
前記センサ素子は、電圧検出対象箇所の電圧に依存して抵抗値が変化する素子であり、
前記無線送信回路は、前記電圧検出対象箇所の電圧に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
前記無線送信回路は、前記電圧検出対象箇所の電圧に相関した間隔で、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項14】
前記センサ素子は、物体又は人体の動きを検出するレーダーであり、
前記無線送信回路は、前記レーダーが検出した動きに相関して、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
前記無線送信回路は、前記レーダーが検出した動きに相関して、前記識別信号を無線送信することを特徴とする
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項15】
物理量の検出に基づいて識別信号を無線送信する無線センサ装置と、前記無線センサ装置が無線送信する識別信号を受信する無線受信装置とを備える無線センサシステムであり、
前記無線センサ装置は、
安定した固定電圧を出力する直流電圧源と抵抗と蓄積容量とが接続された回路部と、
前記回路部により得られた電圧を検出する、上限閾値電圧と下側閾値電圧が設定されたシュミットトリガー回路よりなる電圧検出回路と、
前記電圧検出回路が検出した電圧に基づいて予め設定された識別信号を無線送信する無線送信回路と、
前記直流電圧源とは別に用意した可変電圧源の電圧値と、前記抵抗の抵抗値と、前記蓄積容量の容量値と、前記電圧検出回路が検出する閾値との少なくともいずれか１つの値が、検出した物理量に相関して変化するセンサ素子とを備え、
シュミットトリガー回路よりなる前記電圧検出回路は、前記回路部により得られた電圧が前記上限閾値電圧に達したとき、検出信号を出力し、前記回路部により得られた電圧が前記下側閾値電圧に低下したとき、検出信号の出力を停止し、
前記無線送信回路は、前記検出信号が出力される間に、前記識別信号を無線送信することで、前記センサ素子が検出した物理量に相関した間隔で、前記無線送信回路が前記識別信号を前記無線受信装置に無線送信するようにし、
前記無線受信装置は、前記無線センサ装置の無線送信回路が無線送信した識別信号を受信する無線受信回路と、
前記無線受信回路が受信した識別信号の受信間隔を判別する受信間隔判別部と、
前記受信間隔判別部が判別した受信間隔から、物理量を計算する物理量計算部とを備えたことを特徴とする
無線センサシステム。
前記無線センサ装置は、
安定した固定電圧を出力する直流電圧源と抵抗と蓄積容量とが接続された回路部と、
前記回路部により得られた電圧を検出する、上限閾値電圧と下側閾値電圧が設定されたシュミットトリガー回路よりなる電圧検出回路と、
前記電圧検出回路が検出した電圧に基づいて予め設定された識別信号を無線送信する無線送信回路と、
前記直流電圧源とは別に用意した可変電圧源の電圧値と、前記抵抗の抵抗値と、前記蓄積容量の容量値と、前記電圧検出回路が検出する閾値との少なくともいずれか１つの値が、検出した物理量に相関して変化するセンサ素子とを備え、
シュミットトリガー回路よりなる前記電圧検出回路は、前記回路部により得られた電圧が前記上限閾値電圧に達したとき、検出信号を出力し、前記回路部により得られた電圧が前記下側閾値電圧に低下したとき、検出信号の出力を停止し、
前記無線送信回路は、前記検出信号が出力される間に、前記識別信号を無線送信することで、前記センサ素子が検出した物理量に相関した間隔で、前記無線送信回路が前記識別信号を前記無線受信装置に無線送信するようにし、
前記無線受信装置は、前記無線センサ装置の無線送信回路が無線送信した識別信号を受信する無線受信回路と、
前記無線受信回路が受信した識別信号の受信間隔を判別する受信間隔判別部と、
前記受信間隔判別部が判別した受信間隔から、物理量を計算する物理量計算部とを備えたことを特徴とする
無線センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、様々な物理量（温度，湿度，照度，水量，ペーハーなど）を測定して送信する無線センサ装置、及びその無線センサ装置を備えた無線センサシステムに関する。【背景技術】
【0002】
全てのものがインターネットに接続されるＩｏＴ（Internet of Things）の時代の到来により、あらゆるところに小型の無線センサ装置が取り付けられる状況が到来しようとしている。無線センサ装置を取り付けることで、様々な場所で測定した物理量を、受信装置が収集して管理できるようになる。このような様々な場所に配置した無線センサ装置は、センサノードとも称される。【0003】
従来の無線センサ装置は、物理量を測定するセンサ素子と、そのセンサ素子の出力から物理量のデータを取得するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）と、マイコンで得た物理用のデータを送信する無線送信回路と、電池などの電源で構成される。マイコンは、センサ素子から得たアナログ信号を増幅した後に、内部のアナログ／デジタル変換器でデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号を無線送信回路に供給する。無線送信回路は、供給されたデジタル信号を無線伝送する。無線送信回路がデジタル信号を無線送信する際には、送信先を認識するために必要なＩＤ番号等のヘッダを検出データ（デジタル信号）に付加して伝送することが行われている。
【0004】
このような無線センサ装置は、電池で長時間駆動できるようにするために省電力化を図る必要があり、例えば特許文献１には、無線センサ装置を間欠動作させて、スリープ状態と稼働状態を繰り返すようにして、省電力化を図った無線センサノードについての記載がある。また、本発明の発明者らが先に提案した非特許文献１には、電源の消費を計測する無線センサ装置についての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００６−２０４０２４号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】Shohei Ishigaki and Koichiro Ishibashi "Power Beat: A Low‐cost and Energy Harvesting Wireless Electric Power Sensing Scheme for BEMS," ICBEST 2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述したように間欠動作を行うことで、無線センサ装置の省電力化を図ることができる。例えば、スリープ状態となる期間を非常に長くすることで、消費電力を大幅に低くすることができる。しかしながら、あまりスリープ状態となる期間が長すぎると、物理量を測定する周期が長くなるので、好ましくない。また、スリープ状態となる期間を短くすると、消費電力が増えてしまい、省電力化に逆行してしまう。【0008】
また、センサ素子が出力するアナログ信号を増幅したり、マイコンを使用してアナログ信号をデジタルに変換するなどの処理を行うためには、それなりの電力が必要である。また、検出データのデータ量が多くなる場合などは、デジタル情報を圧縮するなどマイコンでの比較的多くの処理が必要になり、送信に要する電力が増加することがある。したがって、従来の無線センサ装置は、稼動状態での消費電力が比較的大きな値になってしまうという問題があり、間欠動作を行ったとしても、省電力化に限界があった。【0009】
さらに、無線送信回路が間欠的に測定信号を無線伝送する構成とした場合、受信側でその測定信号の受信に失敗すると、その受信に失敗した測定信号が集計データから欠落してしまい、物理量の測定の信頼度が低下するという問題もあった。【0010】
本発明は、省電力で信頼性の高い測定が可能な無線センサ装置及び無線センサシステムを提供することを目的とする。【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の無線センサ装置は、安定した固定電圧を出力する直流電圧源と抵抗と蓄積容量とが接続された回路部と、回路部により得られた電圧を検出する、上限閾値電圧と下側閾値電圧が設定されたシュミットトリガー回路よりなる電圧検出回路と、電圧検出回路が検出した電圧に基づいて予め設定された識別信号を無線送信する無線送信回路と、センサ素子とを備える。センサ素子は、前記直流電圧源とは別に用意した可変電圧源の電圧値と、抵抗の抵抗値と、蓄積容量の容量値と、電圧検出回路が検出する閾値との少なくともいずれか１つの値が、検出した物理量に相関して変化するように構成する。
そして、シュミットトリガー回路よりなる前記電圧検出回路は、回路部により得られた電圧が上限閾値電圧に達したとき、検出信号を出力し、回路部により得られた電圧が下側閾値電圧に低下したとき、検出信号の出力を停止し、無線送信回路は、検出信号が出力される間に、識別信号を無線送信することで、センサ素子が検出した物理量に相関した間隔で、無線送信回路が識別信号を無線送信するようにした。
【0012】
また、本発明の無線センサシステムは、上述した無線センサ装置に加えて、無線受信装置を備えたシステムとしたものである。無線受信装置は、無線センサ装置の無線送信回路が無線送信した識別信号を受信する無線受信回路と、無線受信回路が受信した識別信号の受信間隔を判別する受信間隔判別部と、受信間隔判別部が判別した受信間隔から、物理量を計算する物理量計算部とを備えたものである。
【0013】
本発明によれば、無線センサ装置は、センサ素子が検出した物理量に対応した間隔で識別信号を無線送信することができるので、簡単かつ低消費電力の処理で物理量の測定に必要な信号を無線送信できるようになる。このようにしたことで、無線送信された識別信号を受信した側では、その識別信号を受信した間隔から、物理量を計算することができ、低消費電力の無線センサシステムを構築することができる。【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の第１の実施の形態例による無線センサシステムの例を示す構成図である。
【図2】本発明の第２の実施の形態例による無線センサシステムの例を示す構成図である。
【図3】本発明の第２の実施の形態例の無線センサ装置を温度測定用センサノードに適用した例を示す構成図である。
【図9】本発明の第２の実施の形態例の無線センサ装置を水量検出用センサノードに適用した例を示す構成図である。
【図10】本発明の第３の実施の形態例による無線センサ装置の例を示す構成図である。
【図11】本発明の第３の実施の形態例による無線センサ装置を湿度測定用センサノードに適用した例（例１）を示す構成図である。
【図12】本発明の第３の実施の形態例による無線センサ装置を湿度測定用センサノードに適用した例（例２）を示す構成図である。
【図13】本発明の第４の実施の形態例による無線センサ装置の例を示す構成図である。
【図14】本発明の第４の実施の形態例による無線センサ装置をｐＨ測定用センサノードに適用した例を示す構成図である。
【図16】本発明の第４の実施の形態例による無線センサ装置を照度測定用センサノードに適用した例を示す構成図である。
【図17】本発明の第５の実施の形態例による無線センサ装置の例を示す構成図である。
【図18】本発明の第６の実施の形態例による無線センサ装置の例を示す構成図である。
【図19】本発明の第６の実施の形態例による無線センサ装置の例（スイッチ素子を用いた例）を示す構成図である。
【図20】本発明の第７の実施の形態例による無線センサ装置の例を示す構成図である。
【図21】本発明の第８の実施の形態例による無線センサ装置の例（ビート方式直流電流検出用センサノードに適用した例）を示す構成図である。
【図23】本発明の第９の実施の形態例による無線センサ装置の例（ビート方式直流電流検出用センサノードに適用した例）を示す構成図である。
【図26】本発明の第１０の実施の形態例による無線センサ装置の例（小電圧検出用センサノードに適用した例：例１）を示す構成図である。
【図27】本発明の第１０の実施の形態例による無線センサ装置の例（小電圧検出用センサノードに適用した例：例２）を示す構成図である。
【図28】本発明の第１０の実施の形態例による無線センサ装置の例（小電圧検出用センサノードに適用した例：例３）を示す構成図である。
【図29】本発明の第１１の実施の形態例による無線センサ装置の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
［１．第１の実施の形態例］以下、本発明の第１の実施の形態例を、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態例による無線センサシステムの例を示す構成図である。第１の実施の形態例は、本発明の基本的な構成の例を示すものである。
【0016】
無線センサシステムは、無線センサ装置１０ａと無線受信装置２０とで構成される。無線センサ装置１０ａは、物理量を測定する場所に配置される。無線センサ装置１０ａは、直流電圧源１１と、抵抗１２と、蓄積容量１３とを備えた回路部を有し、直流電圧源１１で得られた所定の直流電圧Ｖccが、抵抗１２を介して電圧検出回路１４及び無線送信回路１５に供給される。直流電圧源１１としては、例えば小型の電池が使用される。あるいは、直流電圧源１１として、太陽光発電装置などの環境発電装置を使用してもよい。太陽光発電装置などの発電状態が不安定な発電装置を使用する場合には、例えば二次電池を併用して、安定して電源が得られるようにするのが好ましい。
蓄積容量１３は、直流電圧源１１と並列に接続されており、この蓄積容量１３に直流電圧Ｖccが抵抗１２を介して充電される。
【0017】
電圧検出回路１４は、この蓄積容量１３に充電された電圧Ｖstを検出し、電圧Ｖstの値に応じて検出信号を出力するシュミットトリガー回路である。すなわち、電圧検出回路１４は、電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに達したとき、検出信号の出力を開始し、検出電圧Ｖstが下側閾値ＶＬに低下したとき、検出信号の出力を停止する動作を行う。電圧検出回路１４の検出信号は、無線送信回路１５のイネーブル端子ＥＮに供給する。【0018】
無線送信回路１５の電源入力端子ＶDDには、Ｖstが供給されている。また、電圧検出回路１４で検出された検出信号は、無線送信回路１５のイネーブル端子ＥＮに供給される。無線送信回路１５は、イネーブル端子ＥＮに検出信号が供給されるときに、電源入力端子ＶDDに得られる電圧（電源）をエネルギーとして消費して送信処理を行う。無線送信回路１５のアンテナ端子ＡＮＴは、送信用のアンテナ１６に接続される。なお、無線送信回路１５の接地電位部ＧＮＤは、直流電圧源１１の接地電位部と接続されている。【0019】
無線送信回路１５は、送信処理部１５ａと、識別信号記憶部１５ｂと、送信制御部１５ｃとを備える。図１の例では、識別信号記憶部１５ｂは、送信制御部１５ｃに内蔵される。そして、送信制御部１５ｃの制御により、送信処理部１５ａは、識別信号記憶部１５ｂに記憶された識別信号を所定の周波数帯で無線送信させる処理を行う。識別信号記憶部１５ｂに記憶された識別信号は、１台ごとの無線センサ装置１０ａに付与された識別信号で、例えば無線送信回路に１台ずつ割り当てられているＭＡＣアドレス等でもかまわないし、送信制御部１５ｃにあらかじめ記憶させておくこともできる。【0020】
イネーブル端子ＥＮに検出信号が供給されると、送信処理部１５ａに対して、無線送信処理の開始を指示する。例えば、イネーブル端子ＥＮに得られる信号が、ローレベルからハイレベルに変化して検出信号の供給が開始されるタイミングで、送信制御部１５ｃは無線送信回路１５の初期化処理を実行し、その初期化処理の完了と同時に無線送信の実行を指示する。この指示を受信した送信処理部１５ａは、識別信号記憶部１５ｂに記憶された識別信号を無線信号Ｓとして送信する処理を実行する。送信処理部１５ａが識別信号を無線信号Ｓとして送信処理する際には、識別信号のみを送信すればよいが、必要に応じてヘッダなどを付加して、そのペイロードとして識別信号を載せてもよい。【0021】
この無線送信回路１５での無線送信処理が実行されると、蓄積容量１３から供給されるエネルギーが消費されるので、蓄積容量１３から無線送信回路１５に供給される電圧Ｖstが低下し、電圧検出回路１４は下側閾値ＶＬへの低下を検出する。この下側閾値ＶＬへの低下が検出されると、電圧検出回路１４からイネーブル端子ＥＮへの検出信号の供給がなくなり、送信制御部１５ｃは、無線送信回路１５の動作を停止させる。無線送信回路１５の動作が停止すると、無線センサ装置１０ａ内でのエネルギー消費がなくなり、蓄積容量１３に蓄積された電圧Ｖstが再び上昇する。そして、電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに達したとき、無線送信回路１５における無線送信処理が再開される。【0022】
このように、無線センサ装置１０ａは、蓄積容量１３の電圧Ｖstの上昇及び下降に対応して、無線送信回路１５が識別信号の送信を周期的に実行する。ここで、無線センサ装置１０ａに使用されるセンサ素子としては、直流電圧源１１と、抵抗１２と、蓄積容量１３と、電圧検出回路１４の少なくともいずれか１つが、物理量の検出に相関して値が変化するセンサ素子が使用される。ここで、センサ素子の使用とは、直流電圧源１１、抵抗１２、蓄積容量１３、又は電圧検出回路１４のいずれかを直接にセンサ素子に置き換える場合と、直流電圧源１１、抵抗１２、蓄積容量１３、又は電圧検出回路１４にセンサ素子を接続する場合とがある。なお、具体的なセンサ素子の接続例については後述する。
【0023】
このように物理量を検出するセンサ素子を接続した無線センサ装置１０ａによると、そのセンサ素子が検出した物理量に応じて、無線送信回路１５が無線信号Ｓを無線送信する間隔が変化するようになる。例えば、後述する図３で説明するように、抵抗１２として、物理量（温度）で抵抗値が変化するセンサ素子（サーミスタ）１２ａを使用することで、蓄積容量１３の電圧Ｖstが上昇する速度が物理量（温度）により変化し、無線送信回路１５が無線信号Ｓを送信する間隔が、物理量（温度）に相関した間隔になる。【0024】
次に、無線センサ装置１０ａから送信した無線信号Ｓを受信する無線受信装置２０の構成について説明する。無線受信装置２０は、アンテナ２１が接続された無線受信回路２２を備える。無線受信回路２２は、無線信号Ｓを常時受信できる状態で待機しており、受信した無線信号Ｓを識別信号検出部２３に供給する。識別信号検出部２３は、無線信号Ｓに含まれる識別信号（ＭＡＣアドレス等）を検出する。図１では、無線信号Ｓを送信する無線センサ装置１０ａは１台のみを示すが、無線受信装置２０は複数台の無線センサ装置１０ａからの無線信号Ｓを管理することができ、その場合には、識別信号検出部２３は、それぞれの無線センサ装置１０ａに付与された識別信号を検出することになる。
【0025】
識別信号検出部２３が識別信号を検出すると、識別信号検出部２３は、その検出した識別信号の無線受信回路２２における受信タイミングのデータを、受信間隔判別部２４に供給する。受信間隔判別部２４は、それぞれの識別信号の無線信号Ｓの受信間隔を判別し、判別した受信間隔のデータを物理量計算部２５に供給する。物理量計算部２５は、無線信号Ｓの中の各識別信号の受信間隔に基づいて、それぞれの無線センサ装置１０ａ内のセンサ素子が検出した物理量を計算する。【0026】
上述したように、無線センサ装置１０ａは、センサ素子が検出した物理量に応じて、無線信号Ｓの送信間隔が変化するので、無線受信装置２０では、無線信号Ｓの受信間隔から、センサ素子が検出した物理量を計算することができる。無線信号Ｓの受信間隔から物理量を計算する際には、１回の受信間隔の値から直接物理量の値を得るようにしてもよいが、ある程度の時間内での受信間隔の平均値から、物理量の値を得るようにしてもよい。物理量計算部２５が計算した物理量のデータは、例えば無線受信装置２０に接続されたコンピュータ装置や外部のサーバなどに伝送されて、物理量のデータを受信した機器で物理量の変化の管理などが実行される。【0027】
なお、図１では、無線受信装置２０が識別信号の検出から物理量の計算までを行うようにしたが、例えば無線受信装置２０では無線信号の受信処理のみを行って、識別信号検出部２３、受信間隔判別部２４及び物理量計算部２５での処理については、無線受信装置２０に接続された外部のコンピュータ装置などの情報処理装置が実行するようにしてもよい。この場合、識別信号検出部２３、受信間隔判別部２４及び物理量計算部２５については、該当する処理を実行するソフトウェアで実現してもよい。また、物理量計算部２５では、間隔の値を演算式に代入して物理量を計算する処理の代わりに、間隔の値を物理量に変換する変換テーブルを用意して、その変換テーブルを参照することにより直接物理量を得るようにしてもよい。【0028】
このように構成した無線センサ装置１０ａと無線受信装置２０とを備えた無線センサシステムによると、無線センサ装置１０ａが低消費電力かつ低負荷で無線信号Ｓを送信できるようになる。すなわち、無線センサ装置１０ａ内の無線送信回路１５は、識別信号記憶部１５ｂが記憶した識別信号を送信するだけでよい。つまり、常に同じ信号を繰り返し送信するだけでよいので、センサ素子の出力の増幅やデジタル変換などの電力を大きく消費する処理を必要としない。したがって、例えば直流電圧源１１として、ボタン型電池のような小型の電池を使用した場合でも、無線センサ装置１０ａは、長期間連続稼動させることができる。また、センサ素子の出力の増幅やデジタル変換が不要であることから、無線センサ装置１０ａの構成が非常に簡単になり、様々な物理量を測定する無線センサ装置１０ａが、極めて安価かつ小型に構成できるようになる。無線送信回路１５についても、測定データなどを送信パケットに付加する処理が不要であり、識別信号という常に同じ信号を送信するだけでよく、非常に簡単な送信処理で無線信号を送信できるようになる。【0029】
また、無線受信装置２０では、無線信号の受信間隔から物理量を取得するが、一時的な無線信号の受信欠落があっても、その欠落した時間の間の物理量を推定できるので、信頼性の高い物理量の取得が無線通信で可能になる。すなわち、無線受信装置２０で何らかの要因で一時的に無線信号を受信できない場合、その受信が欠落したことを推定して、適切に処理するようにできる。例えば長時間継続して受信していたときには、連続してほぼ同じ間隔で受信できる状態であり、ほぼ同じ間隔で受信した状態の中で１回受信が欠落したときには、無線伝送状態の不良などで受信できない状態が発生したことを比較的容易に推定することができ、補間処理などで適切な物理量を取得できるようになる。
あるいは、無線受信装置２０側で取得した物理量の値が、一時的にその前後の物理量の値から大きく外れている場合には、受信の欠落によるエラーと推定でき、その大きく外れた物理量の測定値については、計測データから除去する処理を行うようにしてもよい。
【0030】
［２．第２の実施の形態例］次に、本発明の第２の実施の形態例を、図２〜図９を参照して説明する。第２の実施の形態例を説明する図２〜図９において、第１の実施の形態例で説明した図１と同一箇所には同一符号を付している。
まず、図２に、本発明の第２の実施の形態例による無線センサシステムの基本構成を示す。図２に示す無線センサ装置１０ｂは、図１に示す無線センサ装置１０ａと同様に、直流電圧源１１、抵抗１２、及び蓄積容量１３からなる回路部と、蓄積容量１３の電圧Ｖstを検出する電圧検出回路１４とを備える。電圧検出回路１４として、電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに到達したことを検出したとき検出信号を出力し、下側閾値ＶＬに低下したとき、検出信号の出力を停止する点についても、図１例と同じである。また、直流電圧源１１、抵抗１２、蓄積容量１３、及び電圧検出回路１４の少なくともいずれか１つが、物理量を検出するセンサ素子である点でも第１の実施の形態例と同様である。
【0031】
そして、電圧検出回路１４が出力する検出信号は、電源回路１７に供給される。ここで、電源回路１７は、電圧安定化部１７ａと、電圧安定化部１７ａでの安定化動作を制御する電圧安定化制御部１７ｂとを備える。電圧安定化制御部１７ｂは、電圧検出回路１４からイネーブル端子ＥＮに検出信号が供給されると、電圧安定化部１７ａを作動させて、一定電圧に安定化した電源電圧を出力する。また、イネーブル端子ＥＮに検出信号が供給されないときは、電圧安定化制御部１７ｂは、電圧安定化部１７ａの動作を停止させ、電源回路１７から電源電圧を出力させない。この電源回路１７としては、例えばＬＤＯ（Low DropOut）と称される電源回路が適用可能である。【0032】
電源回路１７は、無線送信回路１８の電源入力端子ＶDDに電源電圧を供給する。無線送信回路１８は、電源入力端子ＶDDに得られる電圧（電源）をエネルギーとして消費して、無線信号Ｓの送信処理を行う回路であり、送信処理部１８ａと識別信号記憶部１８ｂとを備える。無線送信回路１８には、無線信号Ｓを送信するアンテナ１６が接続されている。送信処理部１８ａは、電源入力端子ＶDDに規定の範囲内の電圧が供給されると、その電源入力端子ＶDDに得られる電圧（電源）をエネルギーとして消費して、無線信号Ｓの送信処理を行う。無線信号Ｓとしては、識別信号記憶部１８ｂに記憶された識別信号が送信される。送信処理部１８ａが識別信号を無線信号Ｓとして送信処理する際には、識別信号のみを送信すればよいが、ヘッダなどのデータを付加してもよい点は、第１の実施の形態例の無線送信回路１５と同じである。なお、無線送信回路１８及び電源回路１７の接地電位部ＧＮＤは、直流電圧源１１の接地電位部と接続されている。
【0033】
このように構成した無線センサ装置１０ｂによると、第１の実施の形態例の無線センサ装置１０ａと同様に、無線センサ装置１０ｂが内蔵したセンサ素子が検出した物理量に応じて、無線送信回路１８が無線信号Ｓを無線送信する間隔が変化するようになる。すなわち、蓄積容量１３の電圧Ｖstの変化に連動して、電源回路１７が作動状態と非作動状態を繰り返し、電源回路１７が起動するごとに、無線送信回路１８が無線信号Ｓを送信する。このことは、センサ素子での物理量の検出状態に応じて、電源回路１７が作動状態と非作動状態を繰り返す間隔が変化し、無線信号Ｓを送信する間隔が変化することを意味している。【0034】
第２の実施の形態例の無線センサ装置１０ｂの場合には、第２の実施の形態例で説明した効果に加えて、無線信号Ｓの送信が安定してできる効果を有する。すなわち、無線センサ装置１０ｂは、無線送信回路１８に供給される電源電圧ＶDDが、電源回路１７で安定化した電圧であるため、安定した一定電圧で送信処理を行うことができ、無線送信処理が安定して実行できるようになる。無線受信装置２０は、図１に示す無線受信装置２０と同様に構成され、無線信号Ｓを受信して、識別信号ごとの受信間隔から物理量を計算する。
【0035】
図３は、第２の実施の形態例の無線センサ装置１０ｂを、温度測定用センサノードに適用した場合の無線センサ装置１０ｃの構成を示す。図３に示す無線センサ装置１０ｃは、抵抗１２として、温度に対応した抵抗値が得られるサーミスタ（センサ素子）１２ａを使用した例を示す。無線センサ装置１０ｃのその他の部分については、図２に示す無線センサ装置１０ｂと同じ構成である。
【0036】
この図３に示すように温度測定用センサノードとして構成した無線センサ装置１０ｃによると、サーミスタ１２ａが検出した温度によって、サーミスタ１２ａの抵抗値が変化する。そして、直流電圧源１１からの電圧Ｖccで蓄積容量１３に充電される電圧Ｖstの上昇速度が、サーミスタ１２ａが検出した温度により変化する。したがって、無線センサ装置１０ｃが無線信号Ｓを送信する間隔が、サーミスタ１２ａが検出した温度と相関のある間隔になり、無線受信装置２０側で、無線信号Ｓの受信間隔から、サーミスタ１２ａが検出した温度を取得できるようになる。【0037】
図４は、無線センサ装置１０ｃにおいて、サーミスタ１２ａが検出する温度により、蓄積容量１３の電圧Ｖstと電源電圧ＶDDが変化する例を示す。図４Ａは温度が摂氏５℃の場合を示し、図４Ｂは温度が摂氏３０℃の場合を示し、それぞれ縦軸は電圧、横軸は時間を示す。
この例では、サーミスタ１２ａは、摂氏２５℃のとき、１０ｋΩの抵抗を持つ素子を使用し、直流電圧源１１の電圧Ｖccを３．７Ｖ、電圧検出回路１４での上側閾値ＶＨを２．６Ｖ、下側閾値ＶＬを２．０Ｖ、蓄積容量１３の容量値を１ｍＦとする。
【0038】
温度５℃の場合（図４Ａ）と、温度３０℃の場合（図４Ｂ）のいずれでも、蓄積容量１３の電圧Ｖstが徐々に増加するが、温度が高い方が増加速度が早い。この電圧Ｖstが上側閾値ＶＨ（２．６Ｖ）に到達すると、電源回路１７及び無線送信回路１８が作動を開始し、電圧Ｖstが低下し、下側閾値ＶＬ（２．０Ｖ）に達すると、電源回路１７が動作を停止して、再び電圧Ｖstが増加する。なお、電源電圧ＶDDについては、ピーク時の電圧波形を図４Ａ及び図４Ｂに拡大して示すように、電源回路１７による動作で、一定期間、ピーク時の電圧ＶDD-1（図４Ａ）や電圧ＶDD-2（図４Ｂ）を維持する。【0039】
ここで、起動開始から最初に電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに到達するまでは、比較的長い時間がかかるが、その後は、いずれの温度でも、その温度に基づいた間隔で、電圧Ｖstが変動するようになる。例えば、摂氏５℃の場合（図４Ａ）には、上側閾値ＶＨに到達するタイミングＴＸ１１，ＴＸ１２，・・・ごとに無線信号Ｓを送信するようになり、温度３０℃の場合（図４Ｂ）には、上側閾値ＶＨに到達するタイミングＴＸ２１，ＴＸ２２，・・・ごとに無線信号Ｓを送信するようになり、それぞれの温度に対応した間隔で無線信号Ｓを送信するようになる。無線信号Ｓの送信処理は、電源電圧ＶDDが電圧ＶDD-1（図４Ａ）や電圧ＶDD-2（図４Ｂ）を維持している間に行われる。この例では、摂氏５℃で無線信号Ｓを送信する間隔は１１．０秒になり、摂氏３０℃で無線信号Ｓを送信する間隔は３．８秒になる。したがって、無線受信装置２０側では、この無線信号Ｓを受信する間隔を判別することで、無線センサ装置１０ｃ内のサーミスタ１２ａが検出した温度を取得できる。
【0040】
図５は、摂氏５℃程度の環境に設置した無線センサ装置１０ｃが無線信号Ｓを送信するタイミングと、摂氏３０℃程度の環境に設置した無線センサ装置１０ｃが無線信号Ｓを送信するタイミングの例を示す。図５において、縦軸は温度、横軸は時間（秒）である。図５に示すプロット点Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，・・・は、摂氏５℃の環境に設置された無線センサ装置１０ｃから無線信号Ｓが送信されるタイミングである。また、プロット点Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，・・・は、摂氏３０℃の環境に設置された無線センサ装置１０ｃから無線信号Ｓが送信されるタイミングである。
【0041】
摂氏５℃程度の環境に設置された無線センサ装置１０ｃから無線信号Ｓが送信されるタイミングＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，・・・の間隔Ｔｃ１は、１１．０秒である。また、摂氏３０℃程度の環境に設置された無線センサ装置１０ｃから無線信号Ｓが送信されるタイミングＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，・・・の間隔Ｔｃ２は、３．８秒である。
このように、無線センサ装置１０ｃから送信される無線信号は、無線センサ装置１０ｃに内蔵されたサーミスタ１２ａが検出した温度に相関のある送信間隔になる。
無線センサ装置１０ｃを設置して室温や外気温などの温度を計測する場合、温度の急激な変動はほとんどなく、ほぼ一定の間隔での無線信号の受信が連続するようになり、間隔の変動が少ない。したがって、例えば無線受信装置２０側で、受信信号の受信に１回失敗した場合でも、前後の受信間隔から受信失敗が推定でき、補間処理で適切な物理量を取得できるようになる。あるいは、その欠落したと推定されたときには、その前後の受信タイミングについては、間隔の判断に使用しないようにして、取得される物理量が誤った値になるのを防ぐような処理も実行できるようになる。
【0042】
図６は、無線信号の送信サイクル時間と温度との関係を示す特性図である。図６において、縦軸は絶対温度（Ｋ）を示し、横軸は送信間隔に対応した送信サイクル時間を示す。この図６から分かるように、このシステムでは、温度が高くなるほど送信間隔が短くなり、それぞれの送信間隔から温度が１つの値に定まる。【0043】
図７は、実際の環境の温度（横軸）と、無線センサ装置１０ｃが無線信号を送信した間隔から取得した温度（縦軸）とを比較した特性図である。この図７から分かるように、このシステムでは、測定値をプロットした点を結ぶラインが直線状に並び、送信間隔から得た温度が実温度と一致した精度の高い測定ができるようになる。
【0044】
図８は、２台の無線センサ装置１０ｃ−１，１０ｃ−２と、その２台の無線センサ装置１０ｃ−１，１０ｃ−２からの無線信号Ｓを受信する無線受信装置２０とを備えたシステム構成例（図８Ａ）と、それぞれの無線センサ装置１０ｃ−１，１０ｃ−２からの無線信号Ｓを受信して２４時間温度を計測した例を示す。第１無線センサ装置１０ｃ−１は、サーミスタ１２ａ−１を備え、識別信号のＩＤコード１の無線信号Ｓを送信する。第２無線センサ装置１０ｃ−２は、サーミスタ１２ａ−２を備え、識別信号のＩＤコード２の無線信号Ｓを送信する。この例では、第１無線センサ装置１０ｃ−１は、サーミスタ１２ａ−１を窓辺に設置し、第２無線センサ装置１０ｃ−２は、サーミスタ１２ａ−２を土中に設置した。
また、無線受信装置２０には、情報処理装置（コンピュータ装置）３０を接続して、情報処理装置３０側で、無線受信装置２０で得た温度データの記録を行うようにした。
【0045】
図８Ｂの縦軸は温度（℃）、横軸は１日の時刻（時分）を示し、温度Ｔ１はＩＤコード１の無線信号Ｓから検出した値であり、温度Ｔ２はＩＤコード２の無線信号Ｓから検出した値である。この図８から分かるように、２台の無線センサ装置１０ｃ−１，１０ｃ−２から無線信号Ｓを受信した間隔から、窓辺の温度Ｔ１と土中の温度Ｔ２の２４時間の変化が、無線受信装置２０が接続された情報処理装置３０で監視できるようになる。
なお、このように複数台の無線センサ装置１０ｃ−１，１０ｃ−２を設置して、１台の無線受信装置２０でそれぞれの無線センサ装置１０ｃ−１，１０ｃ−２で受信するようにした場合、ごく稀に複数の無線信号の送信タイミングが重なって、その重なった無線信号については無線受信装置２０で正しく受信できない可能性があるが、既に説明したように、一時的な受信欠落があっても対処が可能であり、継続して問題なく温度の監視ができる。
【0046】
図９は、第２の実施の形態例の無線センサ装置１０ｂ（図２）を、水量検出用センサノードに適用した場合の無線センサ装置１０ｄの構成を示す。図９に示す無線センサ装置１０ｄは、抵抗１２として、抵抗１２ｂと電極対１２ｃとを直列に接続した例を示す。電極対１２ｃは、容器１２１内に直立状態で対向して配置した２つの電極板１２２，１２３よりなり、水量検出用センサ素子として機能する。すなわち、容器１２１内に水が溜まることで、その水の水量により、２つ電極板１２２，１２３に水が浸る高さが変化し、２つの電極板１２２，１２３に電気が流れる際の抵抗が水量に応じて変化するものである。
無線センサ装置１０ｄのその他の構成については、図２に示す無線センサ装置１０ｂと同じ構成である。
【0047】
この図９に示すように水量検出用センサノードとして構成した無線センサ装置１０ｄによると、容器１２１内に溜まった水量に応じて、電極対１２ｃの抵抗値が変化する。このため、直流電圧源１１からの電圧Ｖccで蓄積容量１３に充電される電圧Ｖstが上昇する速度が、容器１２１内に溜まった水量により変化する。但し、容器１２１に全く水が溜まっていない状況では、２つの電極板１２２，１２３に電気の流れが生じない。したがって、容器１２１内に水が溜まり始めたとき、無線信号Ｓの送信が開始され、その無線信号Ｓを送信する間隔が、水量と相関のある間隔になり、無線受信装置２０側で、無線信号Ｓの受信間隔から、容器１２１に溜まった水量を取得できるようになる。このため、図９に示すように水量検出用センサノードの場合には、容器１２１に全く水が溜まっていない状況では、全く電力を消費せず、漏水や降雨などがあったときだけ、検出水量に応じた電力消費が生じる。例えば建物や設備などで通常は漏水が発生しない場所で、万一の漏水を監視する用途に使用した場合には、その漏水が発生したときだけ電力消費するため、例えば直流電圧源１１としてコイン型の電池のような小型のものを使用した場合でも、非常に長期間（あるいは半永久的に）、漏水を監視できるようになる。
【0048】
［３．第３の実施の形態例］次に、本発明の第３の実施の形態例を、図１０〜図１２を参照して説明する。第３の実施の形態例を説明する図１０〜図１２において、第１及び第２の実施の形態例で説明した図１〜図９と同一箇所には同一符号を付している。
まず、図１０に、本発明の第３の実施の形態例による無線センサシステムの無線センサ装置１０ｅの基本構成を示す。無線受信装置２０側の構成は、第１及び第２の実施の形態例で説明した無線受信装置２０と同じであり、説明を省略する。
【0049】
図１０に示す無線センサ装置１０ｅは、図２に示す無線センサ装置１０ｂと同様に、直流電圧源１１、抵抗１２、及び蓄積容量１３からなる回路部と、電圧検出回路１４′と、電源回路１７と、無線送信回路１８と、無線送信回路１８に接続されたアンテナ１６とを備える。そして、直流電圧源１１、抵抗１２、蓄積容量１３、及び電圧検出回路１４′の少なくともいずれか１つが、物理量を検出するセンサ素子である。
【0050】
図１０の例では、電圧検出回路１４′として演算増幅器で構成し、その演算増幅器よりなる電圧検出回路１４′の周囲に抵抗３１，３２，３３を接続して、シュミットトリガー回路として機能する構成としたものである。すなわち、蓄積容量１３の電圧Ｖstが得られる電源回路１７の入力端子と、接地電位部との間を、直列接続された２つの抵抗３１，３２で接続する。そして、その２つの抵抗３１，３２の接続点を、電圧検出回路１４′の入力端子に接続する。さらに、演算増幅器である電圧検出回路１４′の入力端子と出力端子との間を、フィードバック用の抵抗３３で接続する。電圧検出回路１４′は、その入力端子に得られる検出信号を電源回路１７のイネーブル端子ＥＮに供給する。【0051】
このように構成したことで、電圧検出回路１４′と抵抗３１，３２，３３とでシュミットトリガー回路が構成される。すなわち、電圧検出回路１４′は、蓄積容量１３の電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに達したとき検出信号を出力し、蓄積容量１３の電圧Ｖstが下側閾値ＶＬに低下したとき検出信号の出力を停止する、いわゆるヒステリシス特性を持つようになる。【0052】
したがって、図１０に示す無線センサ装置１０ｅによると、第２の実施の形態例で説明した無線センサ装置１０ｂと同様に、センサ素子が検出した物理量から、無線送信回路１８が送信する無線信号Ｓの送信間隔が決まり、センサ素子が検出した物理量を無線受信装置２０側で取得できるようになる。なお、図１０に示すシュミットトリガー回路は、上述した演算増幅器以外にも、ＣＭＯＳインバータ回路など様々な回路素子で構成でき、電圧検出回路１４′として、いずれの回路素子により構成してもよい。
【0053】
図１１は、第３の実施の形態例の無線センサ装置１０ｅを、湿度測定用センサノードに適用した場合の無線センサ装置１０ｆの構成（例１）を示す。図１１に示す無線センサ装置１０ｆは、蓄積容量１３として、湿度に対応した容量値が得られる静電容量型高分子湿度センサ素子１３ａを使用した例を示す。無線センサ装置１０ｆのその他の部分については、図１０に示す無線センサ装置１０ｅと同じ構成である。
この図１１に示すように湿度測定用センサノードとして構成した無線センサ装置１０ｆによると、静電容量型高分子湿度センサ素子１３ａが検出した湿度によって、湿度センサ素子１３ａに蓄積可能な容量値が変化する。このため、湿度センサ素子１３ａが検出した湿度により、容量である湿度センサ素子１３ａの充電電圧Ｖstが変化し、無線センサ装置１０ｆが無線信号Ｓを送信する間隔が、静電容量型高分子湿度センサ素子１３ａが検出した湿度と相関のある間隔になる。その結果、無線受信装置２０側で、無線信号Ｓの受信間隔から、静電容量型高分子湿度センサ素子１３ａが検出した湿度を取得できるようになる。
【0054】
図１２は、第３の実施の形態例の無線センサ装置１０ｅを、湿度測定用センサノードに適用した場合の無線センサ装置１０ｇの構成（例２）を示す。図１１例の無線センサ装置１０ｆでは、湿度検出用のセンサ素子として、静電容量型高分子湿度センサ素子１３ａを使用したが、図１２例では、抵抗３３として、湿度に対応した抵抗値が得られる抵抗変化型湿度センサ素子３３ａを使用した。無線センサ装置１０ｇのその他の部分については、図１０に示す無線センサ装置１０ｅと同じ構成である。
【0055】
このように構成したことで、電圧検出回路１４′は、蓄積容量１３の電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに達したとき検出信号を出力し、蓄積容量１３の電圧Ｖstが下側閾値ＶＬに低下したとき検出信号の出力を停止する。そして、その上側閾値ＶＨと下側閾値ＶＬが、抵抗変化型湿度センサ素子３３ａが検出した湿度に応じて変化する。このため、抵抗変化型湿度センサ素子３３ａが検出した湿度により、電圧検出回路１４′が出力する検出信号の出力周期が変化し、無線センサ装置１０ｇが無線信号Ｓを送信する間隔が、抵抗変化型湿度センサ素子３３ａが検出した湿度と相関のある間隔になる。その結果、無線受信装置２０側で、無線信号Ｓの受信間隔から抵抗変化型湿度センサ素子３３ａが検出した湿度を取得できるようになる。
【0056】
［４．第４の実施の形態例］次に、本発明の第４の実施の形態例を、図１３〜図１６を参照して説明する。第４の実施の形態例を説明する図１３〜図１６において、第１〜第３の実施の形態例で説明した図１〜図１２と同一箇所には同一符号を付す。
まず、図１３に、本発明の第４の実施の形態例による無線センサシステムの無線センサ装置１０ｈの基本構成を示す。無線受信装置２０側の構成は、第１及び第２の実施の形態例で説明した無線受信装置２０と同じであり、説明を省略する。
【0057】
図１３に示す無線センサ装置１０ｈは、図１０に示す無線センサ装置１０ｅと同様に、直流電圧源１１、抵抗１２、及び蓄積容量１３からなる回路部と、電源回路１７と、無線送信回路１８と、無線送信回路１８に接続されたアンテナ１６とを備える。そして、電圧検出回路として差動増幅器４１を使用する。
この場合、図１０例の無線センサ装置１０ｅと同様に、蓄積容量１３の電圧Ｖstが得られる電源回路１７の入力端子と、接地電位部との間を、直列接続された２つの抵抗３１，３２で接続する。そして、その２つの抵抗３１，３２の接続点を、差動増幅器４１の＋側入力端子に接続し、差動増幅器４１の＋側入力端子と出力端子との間を、フィードバック用の抵抗３３で接続する。
さらに、差動増幅器４１の−側入力端子には、可変基準電圧源４２が接続される。この可変基準電圧源４２の接地電位部は、直流電圧源１１の接地電位部と共通に接続される。
【0058】
そして、少なくとも可変基準電圧源４２を、物理量を検出するセンサ素子とする。可変基準電圧源４２以外の素子（直流電圧源１１、抵抗１２、蓄積容量１３、抵抗３１〜３３）についても、物理量を検出するセンサ素子としてもよい。【0059】
このように構成したことで、センサ素子である可変基準電圧源４２が検出した物理量に応じて、差動増幅器４１の−側入力端子に供給される電圧が変化し、上側閾値ＶＨと下側閾値ＶＬの値が変化するようになる。したがって、センサ素子である可変基準電圧源４２が検出した物理量に応じて、無線センサ装置１０ｈが無線信号Ｓを送信する間隔が変化する。その結果、無線受信装置２０側で、無線信号Ｓの受信間隔からセンサ素子である可変基準電圧源４２が検出した物理量を取得できるようになる。【0060】
図１４は、第４の実施の形態例の無線センサ装置１０ｈを、ｐＨ測定用センサノードに適用した場合の無線センサ装置１０ｉの構成を示す。図１４例の無線センサ装置１０ｉでは、可変基準電圧源４２として、ｐＨの検出値に応じて電圧が変化するｐＨ電極電圧源（ｐＨ検出用センサ素子）４２ａを使用した。この場合、ｐＨ電極電圧源４２ａの正極側を、差動増幅器４１の−側入力端子に接続し、ｐＨ電極電圧源４２ａの負極側を、直列接続した抵抗４３，４４の接続点に接続する。抵抗４３，４４は、蓄積容量１３の電圧Ｖstが得られる電源回路１７の入力端子と接地電位部との間に直列接続した素子であり、ｐＨ電極電圧源４２ａの負極側にバイアス電圧を得る。
ｐＨの検出値に応じて電圧が変化するｐＨ電極電圧源４２ａとしては、例えば薄いガラス膜を近接して配置したガラス電極型ｐＨ測定用のセンサ素子がある。
【0061】
このように構成したことで、ｐＨ電極電圧源４２ａが検出したｐＨ値に応じて、差動増幅器４１の−側入力端子に供給される電圧が変化し、上側閾値ＶＨと下側閾値ＶＬの値が変化するようになる。したがって、ｐＨ電極電圧源４２ａが検出したｐＨ値に応じて、無線センサ装置１０ｉが無線信号Ｓを送信する間隔が変化する。その結果、無線受信装置２０側で、無線信号Ｓの受信間隔からｐＨ電極電圧源４２ａが検出したｐＨ値を取得できるようになる。【0062】
図１５は、ｐＨ測定用センサノードとしての別の無線センサ装置１０ｊの構成を示す。図１５例の無線センサ装置１０ｊでは、図１３などに示す直流電圧源１１を等価直流電圧源５０に変更し、その等価直流電圧源５０として、ｐＨ検出用センサ素子であるｐＨ電極電圧源５２を備える構成とした。すなわち、等価直流電圧源５０として、ｐＨ値により出力電圧が変化するｐＨ電極電圧源５２を備え、ｐＨ電極電圧源５２の正極側を、抵抗５３を介して差動増幅器５１の＋側入力端子に接続し、ｐＨ電極電圧源５２の負極側を、差動増幅器５１の−側入力端子に接続する。
【0063】
また、一定電圧が得られる端子５４を、抵抗５５，５６の直列回路を介して接地電位部に接続し、抵抗５５，５６の接続点を、差動増幅器５１の−側入力端子に接続する。さらに、差動増幅器５１の＋側入力端子と出力端子とを抵抗５７で接続し、差動増幅器５１の出力端子を、抵抗１２を介して蓄積容量１３に接続する。
なお、電圧検出回路としての差動増幅器４１の−側入力端子には、電圧源３４を接続する。
無線センサ装置１０ｊのその他の部分については、図１３に示す無線センサ装置１０ｈと同じ構成である。
【0064】
このように構成したことで、ｐＨ電極電圧源５２が検出したｐＨ値に応じて、差動増幅器５１の＋側入力端子に供給される電圧が変化し、抵抗１２を介して蓄積容量１３に供給される電圧が、ｐＨ値と相関を持って変化するようになる。したがって、ｐＨ電極電圧源５２が検出したｐＨ値に応じて、無線センサ装置１０ｊが無線信号Ｓを送信する間隔が変化する。その結果、無線受信装置２０側で、無線信号Ｓの受信間隔からｐＨ電極電圧源５２が検出したｐＨ値を取得できるようになる。【0065】
図１６は、第４の実施の形態例の無線センサ装置１０ｈを、照度測定用センサノードに適用した場合の無線センサ装置１０ｋの構成を示す。図１６例の無線センサ装置１０ｋでは、直列接続した抵抗３１，３２の接続点を、電圧検出回路を構成する差動増幅器４１の＋側入力端子に接続し、直列接続した抵抗６３，６２の接続点を、差動増幅器４１の−側入力端子に接続する。これら抵抗３１，３２の直列回路と、抵抗６３，６２の直列回路は、蓄積容量１３の蓄積電圧Ｖstが得られるラインと接地電位部との間に接続される。
そして、抵抗６３と並列に、照度検出用センサ素子であるホトダイオード６１を接続する。差動増幅器４１は、＋側入力端子と出力端子との間に、フィードバック抵抗３３を接続する。
【0066】
このように構成したことで、ホトダイオード６１が検出した照度に応じて、差動増幅器４１の−側入力端子に供給される電圧が変化し、差動増幅器４１が電圧検出動作を行う際の上側閾値ＶＨと下側閾値ＶＬの値が変化するようになる。したがって、ホトダイオード６１が検出した照度に応じて、無線センサ装置１０ｋが無線信号Ｓを送信する間隔が変化する。その結果、無線受信装置２０側で、無線信号Ｓの受信間隔からホトダイオード６１が検出した照度を取得できるようになる。【0067】
［５．第５の実施の形態例］次に、本発明の第５の実施の形態例を、図１７を参照して説明する。図１７において、第１〜第４の実施の形態例で説明した図１〜図１６と同一箇所には同一符号を付す。
図１７は、本発明の第５の実施の形態例による無線センサシステムの無線センサ装置１０ｍの構成のみを示している。無線受信装置２０側の構成は、第１及び第２の実施の形態例で説明した無線受信装置２０と同じなので、説明を省略する。
【0068】
図１７に示す無線センサ装置１０ｍは、電源として、太陽電池７１と２次電池７３とを備える。太陽電池７１の出力が、ダイオード７２を介して２次電池７３に供給され、２次電池７３が充電される。この２次電池７３は、電圧Ｖccを得る直流電圧源として使用される。【0069】
そして、２次電池７３から電圧Ｖccが供給される構成は、図１に示す無線センサ装置１０ａと同様である。すなわち、図１に示す無線センサ装置１０ａと同様に、抵抗１２、及び蓄積容量１３からなる回路部と、蓄積容量１３の電圧Ｖstを検出する電圧検出回路１４とを備える。電圧検出回路１４は、図１例と同様に、電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに到達したことを検出したとき検出信号を出力し、下側閾値ＶＬに低下したとき、検出信号の出力を停止する。また、直流電圧源（太陽電池７１、ダイオード７２、２次電池７３）、抵抗１２、蓄積容量１３、及び電圧検出回路１４の少なくともいずれか１つが、物理量を検出するセンサ素子である点でも第１の実施の形態例と同様である。【0070】
そして、電圧検出回路１４が出力する検出信号は、電源回路１７に供給される。図１７では、電源回路１７の内部構成は示されていないが、電源回路１７は、電圧検出回路１４からイネーブル端子ＥＮに検出信号が供給されると、一定電圧に安定化した電源電圧を出力する。また、イネーブル端子ＥＮに検出信号が供給されないときは、電源回路１７は電源電圧を出力しない。電源回路１７としては、例えばＬＤＯと称される電源回路が適用可能である。【0071】
以上説明したように、第５の実施の形態例の無線センサ装置１０ｍは、電源として太陽電池７１を使用することができるようになる。【0072】
［６．第６の実施の形態例］次に、本発明の第６の実施の形態例を、図１８及び図１９を参照して説明する。第６の実施の形態例を説明する図１８及び図１９において、第１〜第５の実施の形態例で説明した図１〜図１７と同一箇所には同一符号を付す。
図１８は、本発明の第６の実施の形態例による無線センサシステムの無線センサ装置１０ｎの構成のみを示す。無線受信装置２０側の構成は、第１及び第２の実施の形態例で説明した無線受信装置２０と同じなので、説明を省略する。
【0073】
図１８に示す無線センサ装置１０ｎは、電源として、エネルギーハーベスト電源７４と安定化電源回路７５を備える。エネルギーハーベスト電源７４は、光、振動、熱などのエネルギーを電力に変換する。なお、図１７に示す太陽電池７１は、エネルギーハーベスト電源７４の１つの例である。エネルギーハーベスト電源７４の出力電圧は、安定化電源回路７５で一定の電圧に安定化される。
【0074】
安定化電源回路７５から電圧Ｖccが供給される。すなわち、図１に示す無線センサ装置１０ａと同様に、抵抗１２、及び蓄積容量１３からなる回路部と、蓄積容量１３の電圧Ｖstを検出する電圧検出回路１４とを備える。電圧検出回路１４は、図１例と同様に、電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに到達したことを検出したとき検出信号を出力し、下側閾値ＶＬに低下したとき、検出信号の出力を停止する。また、直流電圧源（エネルギーハーベスト電源７４）、抵抗１２、蓄積容量１３、及び電圧検出回路１４の少なくともいずれか１つが、物理量を検出するセンサ素子である点でも第１の実施の形態例と同様である。【0075】
そして、電圧検出回路１４が出力する検出信号は、電源回路１７に供給される。図１７では、電源回路１７の内部構成は示されていないが、電源回路１７は、電圧検出回路１４からイネーブル端子ＥＮに検出信号が供給されると、一定電圧に安定化した電源電圧を出力する。また、イネーブル端子ＥＮに検出信号が供給されないときは、電源回路１７は、電源電圧を出力しない。【0076】
以上説明したように、第６の実施の形態例の無線センサ装置１０ｎは、エネルギーハーベスト電源７４を使用することができるようになる。また、例えばエネルギーハーベスト電源７４をセンサ素子として使用することで、エネルギーハーベスト電源７４に加わる光、振動、熱などの状態に応じて、無線センサ装置１０ｎが無線信号Ｓを送信する間隔が変化する。その結果、無線受信装置２０側で、無線信号Ｓの受信間隔からエネルギーハーベスト電源７４での発電状況などを取得できるようになる。本実施の形態例では、安定化電源７５の出力電圧が一定となるため、センサとして精度が高まる。【0077】
図１９は、本発明の第６の実施の形態例の変形例の無線センサ装置１０ｐの構成を示す。図１９に示す無線センサ装置１０ｐは、図１８に示す無線センサ装置１０ｎと同様に、エネルギーハーベスト電源７４、及び安定化電源回路７５を備える。
そして、図１９に示す無線センサ装置１０ｐは、蓄積容量１３の電圧Ｖstをスイッチ回路７６を介して無線送信回路１８に供給する。スイッチ回路７６の開閉は、電圧検出回路１４の検出信号により制御される。すなわち、電圧検出回路１４は、電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに到達したことを検出したとき、検出信号を出力し、スイッチ回路７６を閉状態とする。また、電圧検出回路１４は、電圧Ｖstが下側閾値ＶＬに低下したとき、検出信号の出力を停止し、スイッチ回路７６を開状態とする。したがって、スイッチ回路７６が閉状態のとき、電圧Ｖstが無線送信回路１８に電圧ＶDDとして供給される。
【0079】
［７．第７の実施の形態例］次に、本発明の第７の実施の形態例を、図２０を参照して説明する。第７の実施の形態例を説明する図２０において、第１〜第６の実施の形態例で説明した図１〜図１９と同一箇所には同一符号を付す。
図２０は、本発明の第７の実施の形態例による無線センサシステムの無線センサ装置１０ｑの構成のみを示している。無線受信装置２０側の構成は、第１及び第２の実施の形態例で説明した無線受信装置２０と同じなので、説明を省略する。
【0080】
図２０に示す無線センサ装置１０ｑは、第２の実施の形態例で説明した無線センサ装置１０ｂと同様に、直流電圧源１１と、抵抗１２と、蓄積容量１３と、電圧検出回路１４の少なくともいずれか１つをセンサ素子として使用することで、そのセンサ素子が検出した物理量に応じて、電源回路１７が電圧ＶDDを出力開始する間隔を変化させるものである。【0081】
そして、図２０に示す無線センサ装置１０ｑでは、電源回路１７が出力する電圧ＶDDが、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理ユニット）７６と無線送信回路１８′に供給される。ＣＰＵ７６は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）とも称され、データの演算処理や記憶処理を実行する演算処理装置である。ＣＰＵ７６は、識別信号などの情報を記憶して、その記憶した識別情報などの送信情報を無線送信回路１８′に供給する。【0082】
また、ＣＰＵ７６は、演算処理を行って得られた情報を、無線送信回路１８′に送信情報として供給するようにしてもよい。例えば、ＣＰＵ７６は、無線送信回路１８′が信号を送信する際の累積送信番号を算出し、その算出した累積送信番号の情報を無線送信回路１８′に供給するようにしてもよい。あるいは、何を測定するセンサであるかを示す属性信号をＣＰＵ７６が無線送信回路１８′に供給するようにしてもよい。さらに、センサ情報の補正（較正）に必要な情報であるキャリブレーション信号を、ＣＰＵ７６が無線送信回路１８′に供給するようにしてもよい。さらにまた、ＣＰＵ７６が、識別信号などの情報を暗号化し、その暗号化された識別情報を無線送信回路１８′に供給するようにしてもよい。【0083】
無線送信回路１８′は、電源回路１７から供給される電圧ＶDDにより、ＣＰＵ７６から供給される識別信号などの情報を付加した無線信号Ｓを無線送信する。なお、ＣＰＵ７６から無線送信回路１８′に識別信号が供給される場合、無線送信回路１８′は、図２に示した識別信号記憶部１８ｂを備えなくてもよい。【0084】
図２０に示す構成とすることで、無線センサ装置１０ｑは、ＣＰＵ７６が出力可能な様々な情報を、無線送信回路１８′が送信できるようになる。したがって、無線受信装置２０側で、無線センサ装置１０ｑを識別する情報以外の各種情報についても取得できるようになり、より高度なセンサシステムが構築できる。【0085】
［８．第８の実施の形態例］次に、本発明の第８の実施の形態例を、図２１及び図２２を参照して説明する。第８の実施の形態例を説明する図２１及び図２２において、第１〜第７の実施の形態例で説明した図１〜図２０と同一箇所には同一符号を付す。
第８の実施の形態例においても、無線受信装置２０側の構成は、第１及び第２の実施の形態例で説明した無線受信装置２０と同じなので、説明を省略する。
【0086】
図２１に示す無線センサ装置１０ｒは、ビート方式直流電流センサとして構成したものである。すなわち、無線センサ装置１０ｒは、環状の導体で構成されるクランプセンサ８１を備え、クランプセンサ８１の中央に、被測定対象ライン８１ａを配置する。無線センサ装置１０ｒは、この被測定対象ライン８１ａを流れる電流値Ｉ０を測定する。なお、図２１には示さないが、クランプセンサ８１は開閉する構造として、被測定対象ライン８１ａを容易に配置できるようにする。
【0087】
クランプセンサ８１には、コイル８１ｂが巻かれている。コイル８１ｂのインダクタンスＬは、被測定対象ライン８１ａを流れる電流値Ｉ０により変化する。無線センサ装置１０ｒは、このコイル８１ｂをセンサ素子として使用する。具体的には、無線センサ装置１０ｒとして、直流電圧電源１１を備え、その直流電圧電源１１の出力直流電圧Ｖccが得られる端子を、コイル８１ｂとダイオード８４の直列回路を介して、電源回路１７に接続する。ダイオード８４は、アノードがコイル８１ｂ側に接続され、カソードが電源回路１７側に接続される。
ここで、コイル８１ｂとダイオード８４の接続点には、トランジスタ８３の一端が接続される。トランジスタ８３としては、例えばＮチャンネルＭＯＳＦＥＴが使用され、ドレインをコイル８１ｂとダイオード８４の接続点に接続される。
【0088】
トランジスタ８３のゲートには、発振器８２が接続される。発振器８２は、所定の周波数（例えば１００ｋＨｚ程度の周波数）で発振するようにし、発振器８２の発振に連動してトランジスタ８３がオン・オフを繰り返す。トランジスタ８３のソースは、直流電圧電源１１の接地電位部ＧＮＤに接続する。【0089】
また、ダイオード８４のカソードと、接地電位部ＧＮＤとの間には、蓄積容量１３が接続される。したがって、電源回路１７に供給される電圧は、この蓄積容量１３の電圧Ｖstになる。また、蓄積容量１３の電圧Ｖstは、電圧検出回路１４に供給される。電圧検出回路１４は、蓄積容量１３に充電された電圧Ｖstを検出し、電圧Ｖstの値に応じて検出信号を出力するシュミットトリガー回路である。この電圧検出回路１４の検出信号は、電源回路１７のイネーブル端子ＥＮに供給される。ここでは、電源回路１７としてＬＤＯが使用される。【0090】
電源回路１７は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ）７６と無線送信回路１８′の電源入力端子ＶDDに電源電圧ＬＤＯＯＵＴを供給する。ＣＰＵ７６は、無線送信回路１８′に対して識別信号などを供給する。無線送信回路１８′は、電源入力端子ＶDDに規定の範囲内の電圧が供給されると、その電源入力端子ＶDDに得られる電圧（電源）をエネルギーとして消費して、無線信号Ｓの送信処理を行う。この無線信号Ｓの送信処理時には、無線送信回路１８′は、ＣＰＵ７６から供給される識別信号などを無線信号Ｓに付加する。なお、電源回路１７、無線送信回路１８′、及びＣＰＵ７６の接地電位部ＧＮＤは、直流電圧源１１の接地電位部と接続されている。
【0091】
次に、図２１に示す無線センサ装置１０ｒの動作について説明する。図２２は、直流電圧電源１１から蓄積容量１３側に供給される電流ＩＬ（図２２Ａ）と電圧Ｖcc（図２２Ｂ）とを示す。
図２１に示す無線センサ装置１０ｒは、クランプセンサ８１に配置されたコイル８１ｂが電流のセンサ素子として使用されるが、発振器８２により駆動されるトランジスタ８３が接続されているため、電流ＩＬ及び電圧Ｖccは、トランジスタ８３のオン・オフに連動して変動する。
【0092】
すなわち、トランジスタ８３がオンのとき、インダクタンスＬのコイル８１ｂに１／２ＬＩmax＾２でエネルギーがたまり、トランジスタ８３がオフになると、蓄積容量１３に放出される。この放出されるエネルギーを蓄電用コンデンサに次々と溜めていく。なお、Ｉmaxは、トランジスタ８３のオン・オフで発生するパルスの電流値である。【0093】
このように変化する蓄積容量１３の電圧Ｖstを電圧検出回路１４が検出し、電圧Ｖstが一定の電圧になったら、電源回路（ＬＤＯ）１７が起動されて、蓄積容量１３が貯めたエネルギーが定電圧で放出される。この電源回路１７が放出する定電圧のエネルギーを使用して、ＣＰＵ（又はＭＰＵ）７６と無線送信回路１８′に電源電圧ＬＤＯＯＵＴが供給され、無線送信回路１８′から無線信号Ｓが送信される。【0094】
ここで、コイル８１ｂのインダクタンスＬは、被測定対象ライン８１ａを流れる電流値Ｉ０により変化するが、電流値Ｉ０が大きいほどコイル８１ｂのインダクタンスＬが小さくなる。このため、蓄積容量１３にエネルギーが溜まるスピードが遅くなる。蓄積容量１３にエネルギーが溜まるスピードが遅くなることで、無線送信回路１８′から無線信号Ｓが送信される間隔が長くなる。この無線信号を受信する無線受信装置２０側では、無線信号Ｓの受信間隔から、被測定対象ライン８１ａを流れる電流値Ｉ０を検出することができる。無線信号Ｓの間隔から電流値Ｉ０を検出するために必要な演算式又は換算表は、無線受信装置２０に予め記憶させておけばよい。このように図２１に示す無線センサ装置１０ｒは、直流電流センサとして機能するようになる。
【0095】
［９．第９の実施の形態例］次に、本発明の第９の実施の形態例を、図２３〜図２５を参照して説明する。第９の実施の形態例を説明する図２３〜図２５において、第１〜第８の実施の形態例で説明した図１〜図２２と同一箇所には同一符号を付す。
第９の実施の形態例においても、無線受信装置２０側の構成は、第１及び第２の実施の形態例で説明した無線受信装置２０と同じであり、説明を省略する。
【0096】
図２３に示す無線センサ装置１０ｓは、図２１に示す無線センサ装置１０ｒと同様に、ビート方式直流電流センサとして構成したものである。以下に説明する図２３に示す無線センサ装置１０ｓは、検出する電流値Ｉ０の増加により、無線信号の送信間隔が短くなるので、図２１に示す無線センサ装置１０ｒとは送信間隔の変化が逆になるようにしている。【0097】
図２３に示す無線センサ装置１０ｓについて説明すると、無線センサ装置１０ｓは、直流電圧電源１１を備え、その直流電圧電源１１の出力直流電圧Ｖccが得られる端子が、コイル８６の一端に接続される。さらに、コイル８６の他端には、クランプセンサ８７に巻回されたコイル８７ｂの一端が接続される。クランプセンサ８７は、図２１に示すクランプセンサ８１と同様に、被測定対象ライン８７ａを配置するものであり、無線センサ装置１０ｓは、この被測定対象ライン８７ａを流れる電流値Ｉ０を測定する。なお、後述する動作説明では、コイル８６のインダクタンスをＬ１、クランプセンサ８７に取り付けられたコイル８７ｂのインダクタンスをＬ２とする。インダクタンスＬ１は固定値であり、インダクタンスＬ２は電流値Ｉ０によって変化する。【0098】
そして、コイル８７ｂの他端には、ダイオード８４のアノードが接続される。また、コイル８６とコイル８７ｂとの接続点に、トランジスタ８３のドレインが接続される。図２３に示す無線センサ装置１０ｓのその他の構成については、図２１に示す無線センサ装置１０ｒと同様に構成される。
【0099】
図２４は、クランプセンサ８７の詳細構造（図２４Ａ）、及び特性（図２４Ｂ）を示す。図２４Ｂの横軸は電流値Ｉ０［Ａ］、縦軸はコイル８７ｂのインダクタンスＬ２［μＨ］を示す。図２４Ｂに示すように、電流値Ｉ０が０のときインダクタンスＬ２が最大となり、電流値から＋方向と−方向のいずれの方向であっても、電流値の増加によりインダクタンスＬ２が小さくなる。但し、図２４Ｂに示すように、電流値Ｉ０とインダクタンスＬ２の変化特性は直線的ではない。【0100】
このようにコイル８７ｂのインダクタンスＬ２が変化するが、図２３に示す無線センサ装置１０ｓの場合、コイル８７ｂは、固定のインダクタンスＬ１と直列接続されているので、固定のインダクタンスのコイル８６から送られたエネルギーは、全て蓄積容量１３に溜まるのではなく、直流電流センサとしてのコイル８７ｂにも溜まる。ここで、被測定対象ライン８７ａの直流電流Ｉ０が増えると、コイル８７ｂのインダクタンスＬ２が小さくなるので、蓄積容量１３に早くエネルギーが溜まるようになる。したがって、図２３に示す無線センサ装置１０ｓは、被測定対象ライン８７ａの直流電流Ｉ０が増えると、無線信号Ｓの送信間隔が短くなる。【0101】
図２５は、蓄積容量１３の電圧Ｖstと、電源回路１７の出力電圧ＬＤＯＯＵＴとの関係を示す。図２５の縦軸は電圧値、横軸は時間である。この例では、電圧検出回路１４の上側閾値ＶＨが２．６Ｖ、下側閾値ＶＬが２．０Ｖであり、電源回路（ＬＤＯ）１７の出力電圧ＬＤＯＯＵＴが１．９Ｖである。
図２５に示すように、蓄積容量１３の電圧Ｖstが上側閾値ＶＨに到達してから、下限閾値ＶＬに低下するまでの間、電源回路１７が１．９Ｖの電圧ＬＤＯＯＵＴを出力し、この電圧ＬＤＯＯＵＴが出力される間に、無線送信回路１８′から無線信号Ｓが送信される。図２５に示すように、電圧ＬＤＯＯＵＴが出力を繰り返す間隔ｔｉが、蓄積容量１３の電圧Ｖstが変化する周期に対応する。この電圧ＬＤＯＯＵＴが出力を繰り返す間隔ｔｉが、無線信号Ｓの送信間隔に相当する。
【0102】
このように図２３に示す無線センサ装置１０ｓを使用することで、この無線センサ装置１０ｓからの無線信号Ｓの送信間隔に基づいて、被測定対象ライン８７ａの直流電流Ｉ０を検出できるようになる。さらに、図２３に示す無線センサ装置１０ｓの場合には、図２１に示す無線センサ装置１０ｒとは直流電流の増減と送信間隔の変化の特性が逆になる。【0103】
［１０．第１０の実施の形態例］次に、本発明の第１０の実施の形態例を、図２６〜図２８を参照して説明する。第１０の実施の形態例を説明する図２６〜図２８において、第１〜第９の実施の形態例で説明した図１〜図２５と同一箇所には同一符号を付す。
図２６，図２７，図２８に、本発明の第１０の実施の形態例による無線センサシステムの３つの例（例１，例２，例３）の無線センサ装置１０ｔ，１０ｕ，１０ｖの構成のみを示す。無線受信装置２０側の構成は、第１及び第２の実施の形態例で説明した無線受信装置２０と同じなので、説明を省略する。
【0104】
図２６〜図２８に示す３つの無線センサ装置１０ｔ，１０ｕ，１０ｖは、いずれも小電圧を検出する電圧検出センサとして構成したものである。まず、図２６に示す無線センサ装置１０ｔの構成について説明する。
無線センサ装置１０ｔは、直流電圧源１１の出力電圧Ｖccを、トランジスタ９２のドレインに供給し、トランジスタ９２のソースを電源回路１７側に接続する。
トランジスタ９２のゲートには、直流電圧源９１を接続する。無線センサ装置１０ｔは、この直流電圧源９１の電圧値を検出するものであり、トランジスタ９２は、ゲート電圧に依存する可変抵抗（センサ素子）として利用される。トランジスタ９２としては、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、又はバイポーラトランジスタなどが使用される。なお、直流電圧源９１は、電圧の検出箇所を示すものであり、電圧検出対象箇所の電圧がトランジスタ９２のゲートに得られるようにすればよい。
【0105】
トランジスタ９２のソースは、蓄積容量１３の一端に接続され、トランジスタ９２を通過した信号が蓄積容量１３に蓄積される。そして、電圧検出回路１４は、蓄積容量１３に充電された電圧Ｖstを検出し、電圧Ｖstの値に応じて検出信号を出力する。電圧検出回路１４は、電圧Ｖstの値に応じて検出信号を出力するシュミットトリガー回路である。電圧検出回路１４の検出信号は、電源回路１７のイネーブル端子ＥＮに供給される。【0106】
電源回路１７は、イネーブル端子ＥＮに検出信号が供給されると、一定電圧に安定化した電源電圧を無線送信回路１８の電源入力端子ＶDDに出力する。無線送信回路１８は、電源入力端子ＶDDに得られる電圧（電源）をエネルギーとして消費して、無線信号Ｓの送信処理を行う。なお、無線送信回路１８及び電源回路１７の接地電位部ＧＮＤは、直流電圧源１１の接地電位部と接続されている。また、蓄積容量１３の他端についても、直流電圧源１１の接地電位部と接続されている。
【0107】
この図２６に示す構成の無線センサ装置１０ｔによると、直流電圧源９１の電圧値に応じて、センサ素子であるトランジスタ９２の抵抗値が変化し、その抵抗値の変化に応じて、無線送信回路１８から無線信号Ｓを送信する間隔が変化する。したがって、無線受信装置２０では、無線信号Ｓの受信間隔から、直流電圧源９１の電圧値を検出することができる。【0108】
次に、図２７に示す無線センサ装置１０ｕの構成について説明する。図２７に示す無線センサ装置１０ｕは、直流電圧源９１とトランジスタ９２のゲートとの間に、増幅器９２を接続したものである。その他の構成については、図２６に示す無線センサ装置１０ｔと同様である。
【0109】
図２７に示すように増幅器９２を接続したことで、検出する電圧である直流電圧源９１の電圧が小さい場合であっても、電圧変化により適切に無線信号Ｓの送信間隔が変化し、無線受信装置２０で適切に電圧を検出できるようになる。【0110】
次に、図２８に示す無線センサ装置１０ｖの構成ついて説明する。図２８に示す無線センサ装置１０ｖは、電圧源として交流電圧源９４を使用したものである。
すなわち、無線センサ装置１０ｖでは、交流電圧源９４が出力する交流電圧を増幅器９５で増幅されると共に、整流素子９６で整流される。そして、トランジスタ９２のゲートには、整流素子９６で整流された直流電圧が供給される。その他の構成については、図２６に示す無線センサ装置１０ｔと同様である。
【0111】
図２８に示す無線センサ装置１０ｖによると、交流電圧源９４の交流電圧値に応じて、センサ素子であるトランジスタ９２の抵抗値が変化し、その抵抗値の変化に応じて、無線送信回路１８から無線信号Ｓを送信する間隔が変化する。したがって、無線受信装置２０では、無線信号Ｓの受信間隔から、センサ素子であるトランジスタ９２の抵抗値が変化し、その抵抗値の変化に応じて、無線送信回路１８から無線信号Ｓを送信する間隔が変化する。したがって、無線受信装置２０では、無線信号Ｓの受信間隔から、直流電圧源９１の電圧値を検出することができる。【0112】
［１１．第１１の実施の形態例］次に、本発明の第１０の実施の形態例を、図２９〜図３１を参照して説明する。第１１の実施の形態例を説明する図２９〜図３１において、第１〜第１０の実施の形態例で説明した図１〜図２８と同一箇所には同一符号を付す。
図２９に、本発明の第１１の実施の形態例による無線センサシステムの無線センサ装置１０ｗの構成を示す。無線受信装置２０側の構成は、第１及び第２の実施の形態例で説明した無線受信装置２０と同じなので、説明を省略する。
【0113】
図２９に示す無線センサ装置１０ｗは、動き検出センサとして構成したものであり、ドップラーレーダー９７を備える。ドップラーレーダー９７は、動きを検出したい物体又は人体に対して電波を発射し、その反射波を受信して、物体又は人体の動きを検出するものである。無線センサ装置１０ｗは、このドップラーレーダー９７をセンサ素子として利用したものである。ドップラーレーダー９７は、ドップラー効果で送信周波数と受信周波数とに生じるずれを利用して、動いている物体又は人体の移動状態（移動速度）を検出する。ここでは、ドップラーレーダー９７は、人体の睡眠状態（静止中か、寝返り中かの判別）を検出する。睡眠状態を検出する場合、例えばドップラーレーダー９７は、被測定者が睡眠するベッドの下側に設置して、被測定者と非接触で睡眠状態を検出する。
【0114】
ドップラーレーダー９７は、検出信号として、相互に位相が異なるＩ信号(In-phase成分)とＱ信号(Quadrature成分)とを出力する。そして、この２つの信号成分の内のいずれか一方の信号（ここではＩ信号）を、直流成分カット用コンデンサ９８を介して増幅器９５に供給し、増幅する。そして、増幅器９５で増幅されたＩ信号が、トランジスタ９２のゲートに供給される。トランジスタ９２は、図２８の例に示す無線センサ装置１０ｖと同様に、直流電圧源１１の出力電圧Ｖccがドレインに供給され、ソースが電源回路１７側に接続される。
【0115】
また、ドップラーレーダー９７が出力するＱ信号を、呼吸・心拍センサ９９に供給する。呼吸・心拍センサ９９は、検出信号から人体の呼吸数や心拍数の情報を取得する。なお、無線センサ装置１０ｗが呼吸・心拍センサ９９を備えるのは一例であり、呼吸・心拍センサ９９を省略してもよい。無線センサ装置１０ｗのその他の構成については、図２８に示す無線センサ装置１０ｖと同様である。
【0116】
図３０は、無線センサ装置１０ｗの動作例を示す波形図である。図３０の縦軸は電圧、横軸は時間（秒）を示す。この図３０の例では、被測定者の動きが大きい状態から、徐々に動きが小さくなる状態を示す。図３０に示す電圧波形ＶＲ１は、ドップラーレーダー９７が出力するＩ信号を示す。Ｉ信号ＶＲ１は、被測定者の動きがあるとき、一定の周波数で振動し、その波高値が被測定者の動きに連動して変化する。被測定者に動きがないときには、Ｉ信号ＶＲ１は、ほぼ一定の電圧値になる。
【0117】
このＩ信号ＶＲ１を増幅器９５で増幅することで、最大５Ｖの増幅信号ＶＲ２が得られる。ここでは、トランジスタ９２は、オンする閾値Ｖｔｈ１を４．５Ｖに設定する。このようなトランジスタ９２の閾値Ｖｔｈ１の設定で、図３０の例の場合、被測定者の動きが大きい状態の場合に、増幅信号ＶＲ２の電圧値の増減に連動して、閾値Ｖｔｈ１を超えたタイミングでオン状態となり、閾値Ｖｔｈ１以下でオフ状態となる。
トランジスタ９２がオンになる期間だけ蓄積容量１３に充電される。トランジスタ９２がオンになる状態が繰り返されると、蓄積容量１３の電圧が上側閾値ＶＨに達するので、電源回路１７が作動し、無線送信回路１８が無線信号Ｓを送信する。無線送信回路１８は無線信号Ｓを送信した後に停止し、蓄積容量１３の電圧が下側閾値ＶＬに達するまで放電を続ける。その後また、トランジスタ９２ｈがオンになる時間だけ充電が行われるが、この動作はドップラーレーダーが交流信号を出力している間続けられる。このような動作により、無線送信回路１８が無線信号Ｓを間欠的に送信するようになる。この無線信号Ｓを間欠的に送信している間は、被測定者に動きがある期間に相当する。
一方、被測定者に動きがないか、あるいは小さな動きである場合には、増幅信号ＶＲ２が４．５Ｖを超えず、トランジスタ９２が全くオン状態にならない。このため、被測定者に動きがないか、あるいは小さな動きである場合には、電源回路１７が作動せず、無線送信回路１８が無線信号Ｓを送信しない。
【0118】
図３１は、無線センサ装置１０ｗが送信した無線信号Ｓの無線受信装置２０での受信状態の例を示す。図３１の横軸は、測定開始からの時間（分）を示し、縦軸は１秒あたりの無線信号Ｓのビート数（１／ｓ）を示す。
図３１の例の場合、測定開始直後に１回目の被測定者の動きｍ１があり、その１回目の被測定者の動きｍ１から約２０秒後に２回目の被測定者の動きｍ２があり、以下、数秒から数十秒ごとに、３回目、４回目、５回目の動きｍ３，ｍ４，ｍ５が発生している。それぞれの動きは、被測定者の寝返りに相当する。
【0119】
無線センサ装置１０ｗによると、図３１に示すように、睡眠中の被測定者に、寝返りに相当する動きが発生したタイミングを測定できるようになる。従来、このような睡眠中の動きをレーダーで測定する場合、ドップラーレーダーの出力を高速フーリエ変換などで周波数解析する必要があり、負担の大きな信号処理を連続して行う必要があった。これに対して、図２９に示す無線センサ装置１０ｗの場合には、ドップラーレーダー２９の出力に基づいて無線信号Ｓの送信を行うだけでよく、非常に簡単な構成であると共に、少ない消費電力で検出ができるようになる。
また、図２９に示す無線センサ装置１０ｗの場合、ドップラーレーダー２９の出力を使って、呼吸・心拍センサ９９が呼吸数や心拍数を検出することもできる。したがって、無線信号Ｓの送信状態から検出した寝返りの期間と、呼吸・心拍センサ９９での呼吸数や心拍数の検出とを総合的に評価して、被測定者の睡眠状態の総合的な診断を行うこともできる。
【0120】
なお、無線センサ装置１０ｗを被測定者の睡眠状態の検出に使用したのは一例であり、無線センサ装置１０ｗを、その他の用途の物体又は生体の動き検出に使用してもよい。例えば、ドップラーレーダー２９が特定の範囲内での物体又は生体の動きを検出して、侵入者の有無などを監視するようにしてもよい。侵入者の監視などを行う場合には、呼吸・心拍センサ９９は必要ない。但し、呼吸・心拍センサ９９を設置して、侵入者（監視対象者）の検出時に、該当者の心拍などを同時に検出してもよい。また、動きを検出するセンサ装置の場合、図２９に示す例のようにドップラーレーダー２９を使用するのが好ましいが、その他の構成のレーダーを使用してもよい。
【0121】
［１２．変形例］なお、ここまで説明した物理量を検出するセンサ素子はそれぞれ好適な例を示したものであり、その他の物理量を測定するセンサ素子を接続した無線センサ装置としてもよい。例えば、圧力（気圧，タイヤ空気圧など）を検出するセンサ素子など、物理量を電気的に検出することが可能なセンサ素子であれば、様々なセンサ素子を使用した無線センサ装置を構成することができる。
【0122】
また、図３以降の各図に示す無線センサ装置は、いずれも図２で説明した電源回路１７を備える構成を適用したが、図１の例のように、電圧検出回路１４が直接的に無線送信回路１５を制御する構成において、図３以降に示すように各素子をセンサ素子とする構成を適用にしてもよい。また、無線センサ装置が無線送信する識別信号としては、送信処理部に固有に割り当てられているＭＡＣアドレス等、システム内に存在する複数の無線センサ装置が識別できる信号であれば、その他の信号を無線送信するようにしてもよい。
また、各実施の形態例の無線センサ装置では、物理量を検出するセンサ素子により電圧値などの１つの値だけを変化させるようにしたが、複数の値を検出した物理量に応じて同時に変化させる構成としてもよい。具体的には、直流電圧源の電圧値と、抵抗の抵抗値と、蓄積容量の容量値と、電圧検出回路が検出する閾値の２つ以上の値を、センサ素子で検出した物理量により変化させる無線センサ装置としてもよい。
【0123】
また、それぞれの実施の形態例で説明した構成を組み合わせて、無線センサ装置を構成するようにしてもよい。例えば、第７の実施の形態例の図２０に示す無線センサ装置１０ｑに示したＣＰＵ７６と無線送信回路１８′を備える構成を、その他の実施の形態例の無線センサ装置（装置１０ｂなど）に適用してもよい。このようにＣＰＵ７６を備えることで、無線信号Ｓとして、識別信号（ＩＤ信号）の他に、第７の実施の形態例で説明した、累積送信番号、属性信号、あるいはキャリブレーション信号を付加することが、その他の実施の形態例の構成においても可能になる。また、無線信号Ｓに含まれる情報を暗号化することも、いずれの実施の形態例の構成において可能になる。なお、これらの様々な信号の生成や暗号化の処理をＣＰＵが行うようにした点についても一例であり、例えば無線送信回路に内蔵された回路が累積送信番号などの生成や、暗号化処理を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【0124】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊ，１０ｋ，１０ｍ，１０ｎ，１０ｐ，１０ｑ，１０ｒ，１０ｓ，１０ｔ，１０ｕ，１０ｖ…無線センサ装置、１１…直流電圧電源、１２…抵抗、１２ａ…サーミスタ（温度検出用センサ素子）、１２ｃ…電極対（水量検出用センサ素子）、１３…蓄積容量、１３ａ…静電容量型高分子湿度センサ素子、１４…電圧検出回路、１５…無線送信回路、１５ａ…送信処理部、１５ｂ…識別信号記憶部、１５ｃ…送信制御部、１６…アンテナ、１７…電源回路、１７ａ…電圧安定化部、１７ｂ…電圧安定化制御部、１８，１８′…無線送信回路、１８ａ…送信処理部、１８ｂ…識別信号記憶部、２０…無線受信装置、２１…アンテナ、２２…無線受信回路、２３…識別信号検出部、２４…受信間隔判別部、２５…物理量計算部、３０…情報処理装置、３１，３２，３３…抵抗、３３ａ…抵抗変化型高分子湿度センサ素子、４１…差動増幅器、４２…可変基準電圧源、４２ａ…ｐＨ電極電圧源（ｐＨ検出用センサ素子）、４３，４４…抵抗、５０…等価直流電圧源、５１…差動増幅器、５２…ｐＨ電極電圧源（ｐＨ検出用センサ素子）、５３…抵抗、５４…電源端子、５５，５６，５７…抵抗、６１…ホトダイオード（照度検出用センサ素子）、６２…電圧変換用抵抗、６３…抵抗、７１…太陽電池、７２…ダイオード、７３…２次電池、７４…エネルギーハーベスト電源、７５…安定化電源回路、７６…スイッチ回路、７６…ＣＰＵ（中央処理ユニット）、８１…クランプセンサ、８１ａ…被測定対象ライン、８１ｂ…コイル、８２…発振器、８３…トランジスタ、８４…ダイオード、８５…ＭＰＵ、８６…コイル、８７…クランプセンサ、８７ａ…被測定対象ライン、８７ｂ…コイル、９１…直流電圧源、９２…トランジスタ、９３…増幅器、９４…交流電圧源、９５…増幅器、９６…整流素子、９７…ドップラーレーダー、９８…コンデンサ、９９…呼吸・心拍センサ、１２１…容器、１２２，１２３…電極板、Ｓ…無線信号