特開 2022-109080 音響センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022109080

(43)【公開日】2022-07-27

(54)【発明の名称】音響センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01H 17/00 20060101AFI20220720BHJP

   G08C 15/00 20060101ALI20220720BHJP

【ＦＩ】

G01H17/00 C

G08C15/00 H

G08C15/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021004421

(22)【出願日】2021-01-14

(71)【出願人】

【識別番号】000191238

【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001896

【氏名又は名称】特許業務法人朝日奈特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鵜戸 真也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 征幸

(72)【発明者】

【氏名】矢田 智春

【テーマコード（参考）】

2F073

2G064

【Ｆターム（参考）】

2F073AA11

2F073AB14

2F073BB04

2F073BC01

2F073CC02

2F073CC08

2F073CD22

2F073DD01

2F073FG04

2F073GG01

2F073GG02

2G064AA01

2G064AA11

2G064AB02

2G064BA02

2G064BD02

2G064CC02

(57)【要約】

【課題】非常に微小な変化を検出し得るセンサを用い、センサの出力信号としてアナログ信号を伝送する音響センサ装置の場合でも、ケーブルを増やすことなく、常時データ処理部側で、そのセンサによる異常検出信号とセンサの故障診断結果とを自動的に受信できる音響センサ装置を提供する。
【解決手段】音響センサ１１及び音響センサ１１の出力信号の直流成分をカットする第１キャパシタ１３を含むセンサ回路部１０と、センサ回路部１０の出力信号を受信し、センサ回路部１０の出力信号を処理するデータ処理部２０と、センサ回路部１０の出力信号をデータ処理部２０に伝送するケーブル３０とを備えている。センサ回路部１０が音響センサ１１の故障を検出する故障検出回路１２を有し、データ処理部２０がセンサ回路部１０の出力信号に重畳した故障信号を受信する故障信号受信回路２１をさらに有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

音響センサ及び該音響センサに直列接続され、前記音響センサの出力信号の直流成分をカットする第１キャパシタを含むセンサ回路部と、
前記センサ回路部の出力信号を受信し、前記センサ回路部の出力信号を処理するデータ処理部と、
前記センサ回路部の出力信号を前記データ処理部に伝送するケーブルと、
を備え、
前記センサ回路部が前記音響センサの故障を検出する故障検出回路をさらに有し、前記故障検出回路からの故障信号を前記音響センサの出力信号に重畳して前記センサ回路部の出力信号とし、
前記データ処理部が前記故障検出回路からの前記故障信号を受信する故障信号受信回路をさらに有している、
音響センサ装置。

【請求項2】

前記故障検出回路が第１コンパレータ及びトランジスタを有し、前記第１コンパレータは前記音響センサの出力で前記第１キャパシタに入力する前の信号を入力し、入力した信号が前記第１コンパレータの予め設定した閾値の範囲に入っていない場合に前記トランジスタを介して故障信号を出力し、前記トランジスタの出力が前記センサ回路部の出力端子に接続される、請求項１に記載の音響センサ装置。

【請求項3】

前記センサ回路部は、前記第１キャパシタの出力信号を増幅する増幅回路及び該増幅回路による増幅後の出力の直流電位を設定する直流電位設定回路をさらに含む、請求項１又は２に記載の音響センサ装置。

【請求項4】

前記故障信号受信回路は第２コンパレータを有し、前記センサ回路部の出力信号を入力し、所定の閾値と比較して、前記音響センサの故障の有無を出力する、請求項１～３のいずれか１項に記載の音響センサ装置。

【請求項5】

前記音響センサが容量型センサである、請求項１～４のいずれか１項に記載の音響センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音響センサを用いた産業用製造装置等の稼働センシングに関する。

【背景技術】

【0002】

特にベアリングや回転軸などを有する産業用製造装置は、部品などの消耗が進むと急激に故障になるため、その稼働状態を常時検知する必要がある。また、これらは故障に至る前に予め故障になりそうだという予兆を発するのでそれを検出することも重要となる。そのために種々のセンサが用いられ、検出したい装置の部品の近くにセンサが設置される。一方、この種のセンサの出力は、センサの設置場所とは離れた場所に設置されたセンサ装置の後段としてのデータ処理部で管理される。

【0003】

これらの産業用製造装置は、それほど短期間で異常をきたすことは少なく、設置されたセンサは長期間に亘って故障予兆の検出作業が続けられる。そのため、その間にセンサが故障する可能性もある。特に高湿度、高温などといった環境条件の厳しい場所などに設置される場合には、産業用製造装置と同じようにセンサも破損する。そのため、センサの故障の有無も検出する必要がある。

【0004】

現在同様の用途で主に使用される加速度センサにおいては、センサにより２種類の方法が一般的である。すなわち、例えばピエゾ素子を用いたＤＣ出力型センサ装置では、図３に示されるように、センサ回路部５０の出力が、ケーブル７０を介してデータ処理部６０に送られ、データ処理部６０においてはセンサ回路部５０から送られる出力信号を処理すると共に、出力信号の直流電位を故障検出回路６１で検出することができる（特許文献１参照）。また、多軸の加速度ＭＥＭＳセンサでは、デジタルＩ／Ｆで処理され、双方向の通信でデータ処理部側から診断情報を読みに行く方法がとられている。

【0005】

図３において、センサ回路部５０は、センサ５１、抵抗５２及び増幅回路５３からなっており、データ処理部６０は、故障検出回路６１、定電流源６５、キャパシタ６６、増幅回路６２、ＡＤＣ６４、制御回路６３からなっている。ケーブル７０は同軸ケーブルなど、信号線７１の周囲をシールド線で被覆した、外部ノイズが混入し難い配線になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平４－３５０５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

センサ回路部５０は監視しようとする産業用製造装置の近傍に設置され、データ処理部６０は、一般的に各産業用製造装置の制御盤や分電盤などに設置されるため、両者は通常離れた場所に設置される。前述のように、センサの出力がＤＣ信号の場合には、データ処理部６０にセンサの故障検出回路６１を形成して、常時センサの故障も検出することができる。しかし、センサの出力がＡＣ信号の場合には、データ処理部６０に伝送される前に直流成分がカットされているため、データ処理部６０ではセンサの直流電位を検出することができず、センサの故障を直接検出することができない。このような場合でも、センサの故障をデータ処理部６０側で検出するには、例えば容量型センサなどのセンサ回路部５０の出力は、ケーブル７０とは別のケーブルを用いて後段のデータ処理部６０に入力する必要があり、配線が１本増えるという問題がある。すなわち、センサ回路部５０と後段のデータ処理部６０との間には、電源線（図示せず）、信号線７１、ＧＮＤ線（図示せず）に加えてセンサの故障検出線（図示せず）の合計４本の配線が必要となり複雑になる。

【0008】

一方、前述の多軸の加速度ＭＥＭＳセンサのように、双方向通信をする構成にすると、出力信号線でセンサ回路部５０の出力とセンサの故障の有無の信号とを切り替えて検出することができる。しかし、この場合には、出力を切り替える制御が必要となるとともに、センサ５１の出力信号とセンサの故障検出信号とを常時、自動的に監視することができないという問題がある。

【0009】

監視しようとする産業用製造装置は、材料が変形又は破損する際、内部に蓄えられている弾性エネルギーを音波（超音波）として放出する。前述の産業用製造装置などの信頼性を高めるため、このような音波を検出することによって、産業用製造装置などの故障の予兆をも検出し得る。すなわち、ベアリングやモータ軸などから発する超音波などに重畳される、疲労などによる僅かな異常を検出することができる。そのためには、例えば微小信号でも超音波帯域まで高精度で検出し得る容量型センサを用い、アナログによるＡＣ信号を増幅して検出する必要がある。

【0010】

このようにセンサ回路部からの出力をＡＣ信号にすると、センサ回路部からの直流電位により、前述の図３に示されるようなデータ処理部で直接センサの故障を検出することができない。そのため、上述したようにセンサの故障を検出するケーブルをセンサの出力用のケーブルとは別に設ける必要が生じる。また、センサが故障して取り換える場合、センサのレベルが変わると、センサを取り換えるごとにデータ処理部にある故障検出回路を対で取り換えるか、新しいセンサと故障検出回路との整合を図る必要があるが、センサの設置される場所と故障検出回路が設置される場所が離れているので、そのレベル調整が煩雑になる。

【0011】

そこで、本発明は、このような非常に微小な変化を検出し得るセンサを用い、センサの出力信号としてアナログ信号を伝送する音響センサ装置の場合でも、ケーブルを増やすことなく、常時データ処理部側で、そのセンサによる異常検出信号とセンサの故障診断結果とを自動的に受信できる音響センサ装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の音響センサ装置の一実施形態は、音響センサ及び該音響センサに直列接続され、前記音響センサの出力信号の直流成分をカットする第１キャパシタを含むセンサ回路部と、前記センサ回路部の出力信号を受信し、前記センサ回路部の出力信号を処理するデータ処理部と、前記センサ回路部の出力信号を前記データ処理部に伝送するケーブルと、を備え、前記センサ回路部が前記音響センサの故障を検出する故障検出回路をさらに有し、前記故障検出回路からの故障信号を前記音響センサの出力信号に重畳して前記センサ回路部の出力信号とし、前記データ処理部が前記故障検出回路からの前記故障信号を受信する故障信号受信回路をさらに有している。

【発明の効果】

【0013】

本発明の音響センサ装置によれば、センサ回路部に音響センサと共に、音響センサの故障を検出する故障検出回路が設けられているので、音響センサからの出力の直流電位によって音響センサの故障を検出し、故障がある場合には、故障検出回路から故障信号、例えばＬｏｗ信号を出力してセンサ回路部の出力信号線に重畳し、データ処理部に伝送される。そのため、センサ回路部からの１本の信号線によって、データ処理部で常時音響センサの出力信号と、音響センサの故障の有無とを自動的に別々に取得できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の音響センサ装置の一実施形態のブロック図である。

【図2】図１の音響センサ部分のさらに具体的な接続回路である。

【図3】従来のこの種のセンサ装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

つぎに、図面を参照しながら本発明の音響センサ装置の実施形態が説明されるが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

【0016】

本発明の音響センサ装置１の一実施形態は、図１に示されるように、音響センサ１１及び音響センサ１１に直列接続され、音響センサ１１の出力信号の直流成分をカットする第１キャパシタ１３を含むセンサ回路部１０と、センサ回路部１０の出力信号を受信し、センサ回路部１０の出力信号を処理するデータ処理部２０と、センサ回路部１０の出力信号をデータ処理部２０に伝送するケーブル３０とを備えている。そして、センサ回路部１０が音響センサ１１の故障を検出する故障検出回路１２をさらに有し、音響センサ１１の故障を検出すると故障信号をセンサ回路部１０の出力信号に重畳して出力する。データ処理部２０はセンサ回路部１０の出力信号に重畳された故障信号を受信する故障信号受信回路２１をさらに有し、故障信号受信回路２１からの故障を示す出力に基づき報知処理などをし得る構成になっている。

【0017】

すなわち、本実施形態の音響センサ装置１は、検出信号が非常に微細で、ＡＣの検出信号をセンサ回路部１０とは離れた場所にあるデータ処理部２０に送り、音響センサ１１により検出した信号に応じて処理をする音響センサ装置に特に適している。本実施形態においては、センサ回路部１０に音響センサ１１の故障を検出する故障検出回路１２が形成されており、その故障検出回路１２の出力が音響センサ１１の出力信号に重畳して信号線３１を介してデータ処理部２０に送られて、データ処理部２０で故障の有無を検出でき、センサの本来の信号と共に、センサの故障診断結果も常時取得できる構成になっていることに特徴がある。その結果、音響センサ１１の出力の直流成分を第１キャパシタ１３によってカットしても、直流成分をカットする前の音響センサ１１の出力が有する直流電圧を検出することによって音響センサ１１の故障を検出することができる。そして、その故障信号を音響センサ１１の出力信号に重畳するため、音響センサ１１の出力信号と音響センサ１１の故障がある場合の故障信号を１本の信号線３１で伝送することができる。以下に、詳細に説明される。

【0018】

本実施形態のセンサ回路部１０は、音響センサ１１と、音響センサ１１の故障を検出する故障検出回路１２と、音響センサ１１の直流成分をカットする第１キャパシタ１３と、直流成分がカットされた検出信号のＡＣ成分を増幅する増幅回路１４と、増幅後の出力信号に一定の直流電位を付与する直流電位設定回路１５とを含んでいる。

【0019】

音響センサ１１は、前述のように、産業用製造装置のベアリングや回転軸などの消耗、故障の予兆などを超音波帯域で検出し得るものが好ましい。そのような高周波帯域の微小信号を検出するには、容量型センサが好ましい。容量型センサを用いた音響センサ１１は、図２に示されるように、２枚の電極が設けられることによって両電極間に電極間の距離ｄなどに応じた容量が形成され、通電されると両電極間に電荷が蓄積されるセンサ素子１１１を含む。この電荷Ｑによって電極間に電圧Ｖが発生する。電極間の容量をＣとすると、発生する電圧Ｖは、Ｖ＝Ｑ／Ｃとなる。超音波によって電極の一方が振動すると電極間の距離ｄが変化し、容量Ｃが変化する（Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ、ここでεは電極間の媒体の誘電率、Ｓは電極の面積である）。そのため、容量の変化、すなわち距離ｄの変化をもたらす音響の変化を両電極間の電圧Ｖによって検出することができる。

【0020】

この容量の変化は、非常に微小であるため、センサ素子１１１に直結した増幅回路１１２で増幅される。すなわち、音響センサ１１は、センサ素子１１１と増幅回路１１２とが一体化したセンサモジュールとして形成されている。

【0021】

この音響センサ１１には、図２に示されるように、バイアス電源が抵抗１７を介して接続される。なお、図２は音響センサ１１をＥＣＭ（Electret Condenser Microphone）で構成した回路例である。この回路で、センサ素子１１１に所望のバイアス電圧が印加され、その両端の電圧が増幅回路１１２により増幅され、交流のセンサ出力として図１の第１キャパシタ１３及び増幅回路１４を介して出力される。また、増幅回路１１２により増幅されたセンサ素子１１１の両端の電圧は、図１の故障検出回路１２に印加され、センサ出力に異常があるか否か、すなわちセンサ素子１１１に異常があるか否かが監視される。

【0022】

センサ素子１１１は、容量型センサが用いられると、水分などの侵入、又は異物の付着などによってセンサなどの動作に異常が生じる場合が想定される。特に、前述のように、産業用製造装置の故障の予兆を検出しようとする場合には、非常に長期間連続的に監視を行うこととなり、特に環境状態が過酷な場所にセンサが設置される場合には、センサ自体の故障が生じ得る。そのため、センサの故障を検出することが不可欠になる。一方で、前述のように、微小の異常を検出するセンサにおいては、ＡＣ信号で増幅回路によって増幅する必要があり、センサの出力を交流信号にする必要がある。そのため、キャパシタによって直流成分をカットするが、本実施形態では、第１キャパシタ１３によって直流成分をカットする前に故障検出回路１２によって音響センサ１１の故障の有無を検出し、その結果を出力信号に重畳するようになっている。

【0023】

故障検出回路１２は、第１コンパレータ１２１と、その比較結果が故障と診断された場合には、例えばＬｏｗ信号などの故障信号を出力するトランジスタ１２２を有している。図１に示される第１コンパレータ１２１は、ウインドウコンパレータが用いられ、上位の閾値１２１ａと下位の閾値１２１ｂとの間に入力信号があれば故障なしと診断してトランジスタ１２２はオープン状態となり、入力信号がその間からいずれかに外れていれば故障と診断して第１コンパレータ１２１の出力によりトランジスタ１２２がオン状態となって例えばＧＮＤ（Ｌｏｗ電位）に接続されたソースとドレインとが導通することによってＬｏｗ信号が出力される。このトランジスタ１２２のドレインがセンサ回路部１０の出力端子１０ａに接続されている。

【0024】

ウインドウコンパレータは、簡単な例としては、２つのコンパレータを有し、一方のコンパレータが上位閾値以下であるか否かを検出し、もう１つのコンパレータが下位の閾値以上であるか否かを検出することにより比較結果が得られる。しかし、第１コンパレータ１２１はウインドウコンパレータに限定されるものではない。なお、この第１コンパレータ１２１に入力される信号は、抵抗１２３及び一方の電極がＧＮＤに接続されるキャパシタ１２４を含むフィルタ回路を介して入力される。

【0025】

第１キャパシタ１３は、音響センサ１１の出力信号から直流成分をカットするために設けられている。

【0026】

増幅回路１４は、音響センサ１１の出力信号のＡＣ成分を増幅する。ＡＣ成分だけになっているので、出力電圧を増幅回路１４の出力電圧範囲内とすることが容易である。

【0027】

直流電位設定回路１５は、増幅されたＡＣ信号に一定の直流電位を付与する。これは、前述の故障検出回路１２のＬｏｗ信号が信号線３１に入力された場合に、そのＬｏｗ信号を認識できるようにするためである。

【0028】

この直流電位設定回路１５では、増幅回路１４でのオフセットの除去のためキャパシタ１５３を介した信号線３１が、電源とＧＮＤとの間に接続された２個の抵抗器１５１と１５２の接続点に接続されている。その結果、信号線３１には、電源電圧とＧＮＤとの間の電圧が２個の抵抗器１５１、１５２の抵抗値の比で分圧された直流電位が付与される。

【0029】

データ処理部２０は、センサ回路部１０とは離れた場所に設置されており、故障信号受信回路２１と、直流成分をカットする第２キャパシタ２２と、増幅回路２３と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ回路２４と、センサ回路部１０の出力信号を重畳する故障信号に応じて処理をする制御回路２５とを有している。

【0030】

故障信号受信回路２１は、第２コンパレータ２１１を有しており、第２コンパレータ２１１の一方の入力端子２１１ａはセンサ回路部１０の出力端子１０ａから送られてきた信号が入力されるように信号線３１に接続され、第２コンパレータ２１１の他方の入力端子２１１ｂは、閾値を設定する基準電位２１２に接続されており、入力された出力信号は閾値である基準電位２１２と比較される。比較の結果を示す第２コンパレータ２１１の出力が制御回路２５に送られるように、第２コンパレータ２１１の出力端子は制御回路２５に接続されている。例えば、入力端子２１１ａが非反転入力端子である場合、入力端子２１１ａに入力されたセンサ回路部１０の出力信号が基準電位よりも小さい場合、第２コンパレータ２１１からはＬｏｗレベル信号が出力され、このＬｏｗレベル信号が、音響センサ１１の異常の検出信号として制御回路２５によって認識されてもよい。

【0031】

第２キャパシタ２２は、センサ回路部１０の出力信号から直流成分をカットするために設けられている。すなわち、センサ回路部１０で第１キャパシタ１３によって出力信号の直流成分はカットされているが、その後、故障検出回路１２による故障検出状態の識別のために、直流電位設定回路１５によって所定の直流電位が付与されているため、その直流電位をカットするものである。

【0032】

増幅回路２３は、直流成分がカットされた音響センサ１１の出力信号をさらに増幅して信号処理を行いやすくするものである。

【0033】

ＡＤＣ回路２４は、アナログ信号をデジタル信号に変換して、信号処理を行う後段の制御回路２５に出力する。本実施形態では、アナログ信号の状態でデータ処理部２０にセンサ信号を伝送していることに特徴がある。

【0034】

制御回路２５は、音響センサ１１により検出した産業用製造装置の故障の予兆を分析し、その予兆の程度に応じて産業用製造装置の修理又は部品の取り換えなどの処置を指示する。また、故障信号受信回路２１から音響センサ１１の故障信号が送られてきた際には、ＬＥＤなどからなる警告灯などによってセンサの交換をすべきことを報知する。

【0035】

音響センサ１１が故障して取り換える場合、音響センサ１１によって、そのレベルが異なり、故障検出回路１２とのレベル調整をする必要があるが、本実施形態では故障検出回路１２がデータ処理部２０ではなく、センサ回路部１０に形成されているため、センサ素子１１１の近くであり、そのレベル調整を容易に行うことができる。

【0036】

ケーブル３０は、外部ノイズが混入しないように同軸ケーブルなどが好ましい。非常に微小の変化を検出するため、外部からの信号などが入り込まないようにＧＮＤ線によりシールド線で保護されていることが好ましい。図１では、信号線３１をケーブル３０としているが、ＧＮＤ線（図示せず）や電源線（図示せず）を含めることもできる。

【0037】

次に、この音響センサ装置の動作について説明する。

【0038】

センサ回路部１０は、産業用製造装置の特に監視したい部品などの近傍に設置される。そのセンサ回路部１０には、電源がバイアス電圧生成回路及び抵抗１７を介して音響センサ１１の、例えば容量型のセンサ素子１１１（図２参照）の一方の電極に接続される。このセンサ素子１１１の他方の電極はＧＮＤに接続される。

【0039】

その結果、両電極間に電流が流れ、両電極間の距離ｄ及び各電極の面積Ｓ並びに両電極間の媒体の誘電率εに応じて定まる容量Ｃに応じた電荷Ｑが蓄積され、両電極間の電圧ＶがＶ＝Ｑ／Ｃで定まる。この音響センサ１１が設置された近傍の産業用製造装置の回転軸などの部品に疲労変位が生じると、疲労の生じていない場合にその部品から発せられる超音波と、疲労が発生している場合の超音波との間に変化が生じる。疲労の初期段階での非常に僅かな変化で、人間の耳には聞こえない異常でも、超音波の変化の検出により異常の予兆を検知し得る。そのような超音波がセンサ素子１１１に達すると、一方の電極が振動し、電極間の間隔が変動するため、容量も変動する。そのため図２に示される回路で、抵抗１７とセンサ素子１１１との間の接続点１８の電位が変動する。すなわち、センサ素子１１１の出力として接続点１８に交流信号が現れる。

【0040】

その接続点１８に現れる信号を増幅回路１１２で増幅した信号が音響センサ１１の出力信号で、第１キャパシタ１３によって直流成分をカットし、増幅回路１４で増幅したアナログのＡＣ信号が出力される。一方、音響センサ１１の出力は、故障検出回路１２にも接続されている。この故障検出回路１２に入力する信号は第１キャパシタ１３を経由していないので、センサ素子１１１の出力信号の直流成分を有している。この直流成分を含む入力信号は抵抗１２３及びキャパシタ１２４を含むフィルタ回路によりＡＣ信号がカットされて直流成分が故障検出回路１２の第１コンパレータ１２１に入力され、その閾値１２１ａ、１２１ｂと比較して、センサ素子１１１に異常があるか否かが検出される。

【0041】

すなわち、容量型センサの故障は、電極間に水分が付着したり、異物が付着したりすることによる場合が多く、電極間に異常が生じ、大きな異常の場合には電極間がショートして電圧が低下したり、異常が軽微の場合でも、電極間の容量が変化したりする。前述のように、電極間の容量が変化すると、電極間の電圧が変わる。この電極間の電圧の変化は、付着した異物などによっては変化しないので、定常的な電圧の変化として現れる。そのため、超音波などの変化とは区別され、直流電位の変化で検出し得る。従って、第１コンパレータ１２１で閾値と比較することによって、音響センサ１１が異常、すなわち故障が生じているか否かを検出することができる。

【0042】

ウインドウコンパレータは、前述のように、上位の閾値１２１ａと、下位の閾値１２１ｂの両方と比較し、その両方の間にある場合は正常とする判定をすることができる。センサ素子１１１の故障がショートになるような場合は、下位の閾値だけで判定し得るが、電極間に何が付着するか不明であるし、どういう故障が生じるか分らないので、両方の閾値を有するウインドウコンパレータで検査することが好ましい。

【0043】

故障検出回路１２で故障が検出された場合は、前述のように、トランジスタ１２２がオン状態となって、故障信号（Ｌｏｗ信号）の出力として、センサ回路部１０の出力端子１０ａがトランジスタ１２２のソース電位（例えばＧＮＤ）に接続される。すなわち、信号線を伝送する音響センサ１１により検出した出力信号と故障検出回路１２により検出した故障を示す故障信号が信号線３１で重畳される。

【0044】

一方、第１キャパシタ１３で直流成分がカットされ、増幅回路１４で増幅されたＡＣの出力信号は、再度キャパシタ１５３で直流成分をカットし、電源とＧＮＤとの間に接続された２個の抵抗器１５１と１５２の接続部に信号線３１を接続して、信号線３１が２個の抵抗器１５１、１５２で分圧された電位が付与されている。その結果、センサ回路部１０の出力端子１０ａでは、出力信号は所定の直流成分を有しているが、故障検出回路１２で故障が検出されると、センサ回路部１０の信号線３１の電位はＬｏｗ電位（例えばＧＮＤレベル）になる。

【0045】

音響センサ１１により検出した産業用製造装置の異常検出信号とセンサ素子１１１の故障を検出する故障検出回路１２の故障信号が信号線３１に重畳されて、データ処理部２０に入力される。センサ素子１１１の故障が検出された場合は、故障検出回路１２の故障信号が重畳された出力信号の直流電位は、Ｌｏｗ電位になっている。そのため、故障検出回路１２の故障信号が重畳された場合には、データ処理部２０に入力された信号は故障信号受信回路２１の第２コンパレータ２１１の閾値から外れ、故障を示す信号が第２コンパレータ２１１から出力され、制御回路２５に送られる。信号線３１を伝送した出力信号は、故障信号受信回路２１と第２キャパシタ２２の両方に接続されているので、センサ素子１１１の故障の有無は常時故障信号受信回路２１で検出される。センサ素子１１１に故障がない場合には、故障検出回路１２の出力はオープン状態なので、出力信号がそのまま、すなわち直流電位設定回路１５で設定された直流成分を含んだままの出力信号が、故障信号受信回路２１に入力される。従って、この場合、故障信号受信回路２１に入力される信号は、第２コンパレータ２１１の閾値以上となり、故障を示す信号は出力されない。

【0046】

一方、音響センサ１１で検出した産業用製造装置の異常の有無を検出する異常検出信号は、これも常時第２キャパシタ２２を経て処理に適したレベルに増幅される。そして、アナログ信号である異常検出信号（センサ回路部１０の出力信号）がＡＤＣ回路２４でデジタル信号に変換され、制御回路２５に送られる。この音響センサ１１によって検出した異常検出信号も常時データ処理部２０に送られ、産業用製造装置に異常のない場合の超音波の信号も受信される。従って、異常な波形になれば制御回路２５からアラームを出すことによって非常にわずかな予兆でも検出し得る。

【0047】

一方、故障信号受信回路２１から故障を示す信号が制御回路２５に送られた場合には、ＬＥＤなどによってアラームを出すことにより、直ちに音響センサ１１の交換手続きを行うことができる。

【0048】

(まとめ)
（１）本発明の音響センサ装置は、音響センサ及び該音響センサに直列接続され、前記音響センサの出力信号の直流成分をカットする第１キャパシタを含むセンサ回路部と、前記センサ回路部の出力信号を受信し、前記センサ回路部の出力信号を処理するデータ処理部と、前記センサ回路部の出力信号を前記データ処理部に伝送するケーブルと、を備え、前記センサ回路部が前記音響センサの故障を検出する故障検出回路をさらに有し、前記故障検出回路からの故障信号を前記音響センサの出力信号に重畳して前記センサ回路部の出力信号とし、前記データ処理部が前記故障検出回路からの前記故障信号を受信する故障信号受信回路をさらに有している。

【0049】

本実施形態の音響センサ装置によれば、容量型センサのように、超音波を有効に検出し得るセンサでＡＣ信号を受信して増幅しているので、産業用製造装置などの部品の消耗など微小な変動を的確に検出することができる。しかも、音響センサが形成されたセンサ回路部にセンサの故障を検出する故障検出回路が形成され、音響センサの故障をその出力信号から検出しながら、その検出によりセンサに故障がある場合の故障信号を、本来の産業用製造装置の異常の有無を検出する異常検出信号と重畳しているので、センサ回路部からデータ処理部に１本の信号線で伝送することができる。

【0050】

（２）前記故障検出回路は、第１コンパレータ及びトランジスタを有し、前記第１コンパレータは前記音響センサの出力で前記第１キャパシタに入力する前の信号を入力し、入力した信号が前記第１コンパレータの予め設定した閾値の範囲に入っていない場合に前記トランジスタを介して故障信号を出力し、前記トランジスタの出力が前記センサ回路部の出力端子に接続される構造にすることができる。その結果、センサの故障を検出しながら、センサの本来の異常検出信号と共に１本の信号線で伝送することができる。

【0051】

（３）前記センサ回路部は、前記第１キャパシタの出力信号を増幅する増幅回路及び該増幅回路による増幅後の出力の直流電位を設定する直流電位設定回路をさらに含むことが好ましい。直流電位設定回路が設けられることによって、故障検出回路の故障信号を確実に検出することができる。

【0052】

（４）前記故障信号受信回路は第２コンパレータを有し、前記センサ回路部の出力信号を入力し、所定の閾値と比較して、前記音響センサの故障の有無を出力することにより、容易にセンサの故障を制御回路に伝送することができる。

【0053】

（５）前記音響センサが容量型センサであることが、微小な超音波信号でもＡＣ信号で正確に検出することができるので好ましい。なお、実施形態では容量型センサをＥＣＭで構成したが、ＭＥＭＳ構造の容量型センサとしてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１ 音響センサ装置
１０ センサ回路部
１０ａ 出力端子
１１ 音響センサ
１２ 故障検出回路
１２１ 第１コンパレータ
１３ 第１キャパシタ
１４ 増幅回路
１５ 直流電位設定回路
２０ データ処理部
２１ 故障信号受信回路
２１１ 第２コンパレータ
２２ 第２キャパシタ
２３ 増幅回路
２４ ＡＤＣ
２５ 制御回路
３０ ケーブル
３１ 信号線

【図1】

【図2】

【図3】