JP2007233626A - 無線センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型で、且つ電池交換の頻度を大きく減らす若しくは無くすことができる無線センサ装置を提供することにある。
【解決手段】本体ハウジングＡは、窓体のガラス板の振動を検出してガラス板の破壊を検知するガラス破壊検知部２Ａと、窓体の開閉を検知する開閉検知部２Ｂと、ガラス破壊検知部２Ａの検知信号を処理するガラス破壊処理回路３Ａと、開閉検知部２Ｂの検知信号を処理する開閉処理回路３Ｂと、両処理回路３Ａ，３Ｂで処理された検知信号の状態に応じた電波信号を送信する超広帯域無線送信回路からなる無線送信回路４と、一次電池１からなる電源部５とを本体ハウジングＡ内に備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、検知部からの検知信号の状態に応じた電波信号を送信する無線センサ装置を提供することにある。

窓ガラスの破壊を検知部で検出してその検出状態に応じた電波信号を送信するガラス破壊検出器が従来提供されている（例えば特許文献１）
特開２００５−７８５００（段落番号００１５〜００１７、図１）

上述の特許文献１に開示されているガラス破壊検出器は、一次電池を電源として用いているが、この一次電池としては電池交換の手間を軽減するために筒型の大容量のものが採用されている。そのためガラス破壊検出器の本体ハウジングの厚みが厚くなって、窓体の開閉時に窓体と本体ハウジングとが干渉する恐れがあった。そこで窓体と本体ハウジングとの干渉を回避するためにガラス破壊検出器の設置位置に制約を設けたり、窓体にガラス破壊検出器を保護するためのストッパを設置するなどの対策を施す場合もあった。

一方、窓体の開閉時の干渉を回避するためにボタン型の一次電池を電源として採用して、本体ハウジングの厚みを薄くしているものもあるが、この場合電池容量を十分に確保することができず、電池交換を頻繁に行う必要があった。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは薄型化が可能で、且つ電池交換の頻度を大きく減らす若しくは無くすことができる無線センサ装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、建物の開口部の状態を検知する検知部と、該検知部の検知信号を処理する処理回路と、該処理回路で処理された検知信号の状態に応じた電波信号を送信する無線送信回路と、前記検知部を含む前記処理回路及び前記無線送信回路に動作用電力を供給する一次電池とを備え、前記無線送信回路を超広帯域無線送信回路により構成していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、無線送信回路が超広帯域無線送信回路であるため、無線送信回路での消費電力を大幅に減じることができ、その結果電源部として用いる一次電池に小容量で且つ薄型のものを採用することができ、そのため本体ハウジングの薄型化が図れ、しかも電池交換の頻度を大幅に減じることができる。

請求項２の発明では、建物の開口部の状態を検知する検知部と、該検知部の検知信号を処理する処理回路と、該処理回路で処理された検知信号の状態に応じて電波信号を送信する無線送信回路と、太陽電池及び該太陽電池の発電エネルギで充電される蓄電要素からなり、前記検知部を含む前記処理回路及び前記無線送信回路に動作用電力を前記蓄電要素から供給する電源部とを備えるとともに、前記太陽電池の受光面が表面に露出されるように接合された本体ハウジングを具備していることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、太陽電池と太陽電池の発電エネルギで充電される蓄電要素とで電源部を構成するため電池交換が不要となり、また太陽電池の受光面がカバーの表面に露出するように接合しているため、太陽電池の受光面に直接光が当たって、効率良く発電ができ、結果蓄電要素として小容量のものが使用できて本体ハウジングを薄型化することができる。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記無線送信回路を超広帯域無線送信回路により構成していることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、無線送信回路が超広帯域無線送信回路であるため、無線送信回路での消費電力を大幅に減じることができ、その結果電源部の太陽電池の発電に必要とされる光の量が少なくて済み、平均照度の低い場所での設置が可能となり、取り付け場所の制約を減らすことができる。更に取り付け場所の制約を同一とした場合は、太陽電池の受光部面積を減じることができ、そのため太陽電池を接合するカバーの面積を小さくすることで本体ハウジングの更なる小型化が可能となる。

請求項４の発明では、請求項２又は３の発明において、前記太陽電池を接合する前記本体ハウジングの面は、前記開口部に設けられる建具のガラス板に装着する面に対して反対側の面であることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、本体ハウジングを窓体等の建具のガラス板に装着することで太陽電池の受光面を室内方向に向けて設置することができ、そのため室内の照明、室外よりの導光を有効に使用して発電でき、また室外方向を向けた場合のように雨戸等による光遮断により発電量不足が生じて動作停止する恐れも無くなり、またガラス板の汚れによる太陽電池の受光面への入射光量の減少もなく、太陽電池の受光量を安定化することができる。

請求項５の発明では、請求項２乃至４の何れかの発明において、前記太陽電池と前記本体ハウジングとの接合部を防水構造としていることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、太陽電池と蓄電池とからなる電源部により電池の交換が不要であるため、本体ハウジングに電池交換のための開閉部や取り外し部を設ける必要がなく、太陽電池と前記本体ハウジングとの接合部を防水構造とすることにより容易に低コストで装置全体の防水が図れ、結果風呂場などの多湿な環境下においても設置することができる。

請求項６の発明では、請求項１乃至５の何れかの発明において、前記検知部は、アコースティックミッションによる振動を検出する圧電セラミック又はマグネットとの距離に応じて開閉するリードスイッチからの少なくとも一方により構成されていることを特徴とする。

請求項６の発明によれば、窓体のガラス板の破壊又は扉、開閉戸等の開成の少なくとも一方を検知して無線信号でその検知情報を送信することができる無線センサ装置を提供することができる。

本発明は、本体ハウジングの小容量で薄型化が可能な電源部を用いることによって、本体ハウジングの薄型化が可能で、しかも電池交換の頻度を大幅に減じる或いは無くすことができる無線センサ装置を提供できるという効果がある。

以下本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
本実施形態の無線センサ装置は、図２（ａ）に示すように合成樹脂成型品からなるケース８ｂの前面開口部に合成樹脂成形品からなるカバー８ａを嵌合被着することで扁平な函形に形成される本体ハウジングＡ内に図１で示す回路部及び一次電池１からなる電源部５を内装して構成されるもので、本体ハウジングＡは図２（ｂ）に示すように警戒対象とする建物の開口部に開閉自在に嵌められた建具たる引き違い用窓体Ｗのガラス板Ｇに両面粘着テープ等により一面（図２（ａ）では後面）が取り付けられ、他面（図２（ａ）では前面）には内装する電源部用の一次電池１を交換する際に開閉する開閉部３を設けている。

ここで本実施形態では一次電池１として薄型のコイン電池を用いることで、本体ハウジングＡの厚みを６ｍｍ以下とし、これにより引き違いによって窓体Ｗを開閉する際に本体ハウジングＡが窓体Ｗに干渉しない（当たらない）ようにしている。尚図２（ｂ）中１１はクレセント錠である。

本体ハウジングＡ内に内装される回路部は、図１に示すように本体ハウジングＡ内に固定されてガラス板Ｇの振動を検知する接触式のガラス破壊検知部２Ａと、窓体Ｗの開閉を検知する開閉検知部２Ｂと、ガラス破壊検知部２Ａの検知信号を処理するガラス破壊処理回路３Ａと、開閉検知部２Ｂの検知信号を処理する開閉処理回路３Ｂと、これら両処理回路３Ａ，３Ｂの検知信号の状態、つまり検知情報をインパルス式超広帯域無線＜ＵＷＢ（Ultra Wide Band）＞による電波信号としてアンテナＡＴより送信する無線送信回路４とからなり、これら回路部に動作用電力を電源部５の一次電池１により供給するのである。ここでインパルス式ＵＷＢによる送信は、搬送波を用いないベースバンド信号により送信データを直接数百ｐｓｅｃのパルス幅のパルス列により送信することで、数ＧＨｚの極めて広い周波数帯域を占有するものであって、送信時の瞬間的な電力しか必要とせず、そのためこのインパルス式のＵＷＢによる送信を行うことで消費電力を抑えることができる。特に検知センサにおいて検知情報を１ビット乃至少数ビットの情報とすることにより、無線センサ装置の識別情報とともに送信してもその情報量が少なく、送信に必要な消費電力を極めて少なくすることができる。

ここで本実施形態に用いるガラス破壊検知部２Ａは、ガラス板Ｇのガラス破壊時に発生するアコースティックエミッション振動を電圧信号からなる検知信号に変換する圧電セラミックによって構成される。

ガラス破壊処理回路３は、ガラス破壊検知部２Ａから出力される検知信号から、フィルター（図示せず）により所定の周波数成分を抽出し、この所定の周波数成分の信号をアンプ（図示せず）で増幅し、その増幅した信号レベルと基準値Ｖｒｅｆとを比較器（図示せず）で比較してガラス破壊の有無を判定するようになっており、この判定結果としてガラス破壊検知信号を検知情報として無線送信回路４へ出力する。

開閉検知部２Ｂは、リードスイッチにより構成され、図２（ａ）に示すように本体ハウジングＡ内の片側部若しくは両側部に取り付けられ、図２（ｂ）に示す窓枠１０の縦枠材１０ａに取り付けられたマグネットＭの磁気を検知することで窓体Ｗの開閉を検知するようになっており、窓体Ｗの閉成時にはマグネットＭとリードスイッチからなる開閉検知部２Ｂとが近接対向して開閉検知部２Ａがオンし、窓体Ｗの開成時には開閉検知部２ＢがマグネットＭから遠ざかる方向に移動してオフする。そしてこの窓体Ｗの開閉に伴う開閉検知部２Ｂのオン／オフ信号（検知信号）は開閉処理回路４で処理されて窓体Ｗが開成したときに開成検知信号（検知情報）として無線送信回路４に出力される。

無線送信回路４は上述のようにインパルス式ＵＷＢの送信回路により構成されているため、例えば開閉検知部２Ａ，２Ｂの何れかの検知情報が入力したときに所定のパルス幅のインパルス列を所定の周期で繰り返して送信するものであり、開閉検知部２Ａ，２Ｂの待機時の消費電流を少なくすることで、当該無線センサ装置の１日当たりの消費エネルギは約３００ｍＡｓとすることも可能となり、電源部の一次電池１として電池容量１７０ｍＡｈの薄型コインタイプの電池を用いた場合には、電池寿命が約５年となる。その結果約５年に一度の電池交換で済むことになる。

一方、無線送信回路４を例えば所謂小電力無線方式の回路により構成した場合は、同一条件にて試算すると、約２年に一度の電池交換が必要となる。

図３（ａ）は、本実施形態に対応するインパルス式ＵＷＢの無線送信回路４の一例を示しており、この図示例では、一次電池１により駆動して所定電圧に変換するレギュレータ４０と、このレギュレータ４０の定電圧出力を電源とするクロック発生回路４１と、各処理回路３，４からの検知情報（データ）をクロック発生回路４１のクロックによって読み出すロジック回路４２と、ロジック回路４２から出力されるデータに対応するパルス信号をそのまま出力し、フィルタ４３を介してアンテナＡＴへ送って送信させるパルスドライバ４４とで構成されており、レギュレータ４０は、検知情報（データ）が与えられるまで待機状態にあって電力消費がほとんどなく、検知情報（データ）が与えられると、それがトリガ信号となって動作状態となり、上述の定電圧を出力する。

このようにインパルス式ＵＷＢの無線送信回路４は搬送波を用いず、直接インパルス送信を行うため比較的回路が小規模となり、待機時及び送信時の消費電力を大きく落とすことができ、特に本発明のようにガラス破壊や窓体Ｗの開成時の検知情報というように送信データ量が少ないので、その分送信データ時間も短く、結果待機時及び無線送信時の平均消費電流を数μＡまで落とすことが可能となる。

図３（ｂ）は、従来の小電力無線の場合の無線送信回路１００の例を示しており、この図示例は検知情報をロジック回路１０１内でＤ／Ａ変換したデータを搬送波生成回路１０２で生成される搬送波に乗せ、アンプ１０３で増幅した後にアンテナＡＴを介して送信させるようになっており、そのためロジック回路１０１内のＤ／Ａ変換回路や、ＶＣＯ１０２ａ、ＰＬＬ１０２ｂ、クロック発生回路１０２ｃからなる搬送波生成回路１０２が必要となって回路規模が大きくなり、結果無線送信回路としての消費電力がインパルス式ＵＷＢの無線送信回路に比べて大きい。尚図３（ｂ）中１０４はレギュレータ、１０５はフィルタである。
（実施形態２）
実施形態１では電源部５を一次電池１で構成しているが、本実施形態の無線センサ装置は図４に示すように太陽電池Ｔ及び太陽電池Ｔの発電エネルギで充電される二次電池（蓄電要素）６とからなる電源部５を用いたもので、太陽電池Ｔの発電エネルギで動作用電力を賄うために、電池交換の必要がなく、そのため本体ハウジングＡには電池交換のための開閉部は設けていない。また太陽電池Ｔとしては、低コストで、エネルギ変換効率の高いアモルファス太陽電池を用いている。

ここで、本実施形態の本体ハウジングＡは、図５（ａ）に示すようにカバ−８ａの前面側に太陽電池Ｔの受光面Ｘが露出するように太陽電池Ｔを接合してある。図５（ｂ）は太陽電池Ｔとカバー８ａの接合部位の断面を示しており、図示するように太陽電池Ｔを嵌め込む嵌合穴９をカバー８ａの表面（前面）側に設けて太陽電池Ｔを嵌め込み、嵌合穴９の底部にケース８ｂ側に連通するように開口してある穴９ａの周囲に塗布した接着剤Ｓ（例えばシリコン製接着剤）で接着することによりカバー８ａと太陽電池Ｔとの接合部位を防水構造としている。またカバー８ａとケース８ｂの嵌合部位を超音波溶着によって接合して、防水構造としている。太陽電池Ｔの発電エネルギは接続線（図示せず）と逆流防止用ダイオードＤを介してケース８ｂ側に配設されている二次電池６に供給され二次電池６を充電するようになっている。

尚電源部５以外の回路部の構成は実施形態１と同じであるので、回路部の構成要素には同じ符号を付し、構成及び機能の説明は省略する。ただし本実施形態では無線送信回路４を小電力無線の回路で構成しても、実施形態１に用いるＵＷＢ方式の回路で構成しても良い。

而して本実施形態の無線センサ装置は、太陽電池Ｔの受光面Ｘが室内方向に向くように太陽電池Ｔとは反対側のケース８ｂの底面を窓体Ｗのガラス板Ｇに両面粘着テープ等により取り付けて使用する。これにより室内の照明や室外よりの導光を有効に使用できる。つまり、同一箇所において、室外方向に太陽電池Ｔの受光面Ｘを向けて設置する場合と比較して、平均照度が高くなって有効に発電ができることになる。

また室外方向に受光面Ｘを向けた場合、雨戸等によって光の遮断が生じて発電量不足が生じ、その結果無線センサ装置の動作が停止する可能性があるが、上述のように取り付けて室内の照明等を利用することで、動作停止の心配もなく、またガラス板Ｇの汚れによる受光面Ｘへの入射光量の減少もなく、太陽電池Ｔの受光量を安定化することもできる。

また本実施形態では、本体ハウジングＡに電池交換のための開閉部が不要なために、太陽電池Ｔとカバー８ａとの間及びカバー８ａとケース８ｂとの間を上述のように防水構造とすることによって、無線センサ装置の防水構造を低コストで実現でき、風呂場等の多湿の場所での使用を可能とする。

更にまた本実施形態において、無線送信回路４に小電力無線の回路を用いた場合は、平均３００ｌｘの環境下にて使用すれば、無線センサ装置全体の消費電力を太陽電池Ｔの発電エネルギにより完全に賄うことができた。一方、無線送信回路４以外の条件が同一で、無線送信回路４にＵＷＢ方式の回路を用いた場合は、平均１５０ｌｘの環境下にて無線センサ装置全体の消費電力を太陽電池Ｔの発電エネルギにより完全に補うことができた。

ところで上述の実施形態１，２ではガラス破壊検知部２Ａと開閉検知部２Ｂとを備えているが、何れか一方のみとしても良く、この場合対応する処理回路３Ａ又は３Ｂが不要となる。

実施形態１の回路構成図である。 （ａ）は実施形態１の斜視図、（ｂ）は実施形態１の取り付け状態説明図である。 （ａ）は実施形態１に用いる無線送信回路の一例の回路図、（ｂ）は比較例としの従来の無線送信回路の回路図である。 実施形態２の回路構成図である。 （ａ）は実施形態２の斜視図、（ｂ）は実施形態２の太陽電池の取り付け状態を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

Ａ 本体ハウジング
Ｍ マグネット
ＡＴ アンテナ
１ 一次電池
２Ａ ガラス破壊検知部
２Ｂ 開閉検知部
３Ａ ガラス破壊処理回路
３Ｂ 開閉処理回路
４ 無線送信回路
５ 電源部

Claims (6)

1. 建物の開口部の状態を検知する検知部と、該検知部の検知信号を処理する処理回路と、該処理回路で処理された検知信号の状態に応じた電波信号を送信する無線送信回路と、前記検知部を含む前記処理回路及び前記無線送信回路に動作用電力を供給する一次電池からなる電源部とを備え、前記無線送信回路を超広帯域無線送信回路により構成していることを特徴とする無線センサ装置。
2. 建物の開口部の状態を検知する検知部と、該検知部の検知信号を処理する処理回路と、該処理回路で処理された検知信号の状態に応じて電波信号を送信する無線送信回路と、太陽電池及び該太陽電池のエネルギで充電される蓄電要素からなり、前記検知部を含む前記処理回路及び前記無線送信回路に動作用電力を前記蓄電要素から供給する電源部とを備えるとともに、前記太陽電池の受光面が表面に露出されるように接合された本体ハウジングを具備していることを特徴とする無線センサ装置。
3. 前記無線送信回路を超広帯域無線送信回路により構成していることを特徴とする請求項２記載の無線センサ装置。
4. 前記太陽電池を接合する前記本体ハウジングの面は、前記開口部に設けられる建具のガラス板に装着する面に対して反対側の面であることを特徴とする請求項２又は３記載の無線センサ装置。
5. 前記太陽電池と前記本体ハウジングとの接合部を防水構造としていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか記載の無線センサ装置。
6. 前記検知部は、アコースティックミッションによる振動を検出する圧電セラミック又はマグネットとの距離に応じて開閉するリードスイッチからの少なくとも一方により構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか記載の無線センサ装置。

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