環境情報計測装置、環境情報計測システム、及び環境情報計測方法
【課題】測定対象箇所の環境情報を、低消費電力な回路構成で測定できる環境情報計測装置を提供する。
【解決手段】電源部２０は、環境情報収集装置５１から受信した電波を基に電源の電力を生成する。サーミスタＲＳＭは、環境（温度）に応じてインピーダンスが変化する回路素子である。そして、最初に、第１のスイッチＳＷ１を閉、第２のスイッチＳＷ２を開とし、電源部２０によりコンデンサＣを充電する。次に、第１のスイッチＳＷ１を開、第２のスイッチＳＷ２を閉とし、サーミスタＲＳＭを通してコンデンサＣの放電を開始する。その後、計時部４０により、コンデンサＣの電位が所定の基準電圧Ｖｒｅｆになるまでの時間（サーミスタの温度により変化する時間）を、計測データとして測定する。この計測データを、通信部１０により環境情報収集装置５１に送信する。
【解決手段】電源部２０は、環境情報収集装置５１から受信した電波を基に電源の電力を生成する。サーミスタＲＳＭは、環境（温度）に応じてインピーダンスが変化する回路素子である。そして、最初に、第１のスイッチＳＷ１を閉、第２のスイッチＳＷ２を開とし、電源部２０によりコンデンサＣを充電する。次に、第１のスイッチＳＷ１を開、第２のスイッチＳＷ２を閉とし、サーミスタＲＳＭを通してコンデンサＣの放電を開始する。その後、計時部４０により、コンデンサＣの電位が所定の基準電圧Ｖｒｅｆになるまでの時間（サーミスタの温度により変化する時間）を、計測データとして測定する。この計測データを、通信部１０により環境情報収集装置５１に送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象箇所の環境情報を測定することができる、環境情報計測装置、環境情報計測システム、及び環境情報計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
広範囲に分散した測定対象箇所ごとの環境情報をそれぞれ測定することが必要とされる場合がある。測定される環境情報には、温度、湿度、気圧などの情報があり、環境情報計測装置がそれらの情報を測定する。測定する情報に対応できる様々な測定方法が知られている。例えば、温度を測定する場合では、被測定対象の温度を非接触で測定する方法としては、赤外線カメラを用いる方法が知られている（非特許文献１を参照）。また、被計測対象に接触して計測する方法には、示温ラベルを用いる方法がある。示温ラベルを用いる方法は、目視で表示色を検出することが必要とされ、示温ラベルを確認できる位置まで測定者が接近して観測している。これらの被測定対象の温度を測定する方法は、間接的な測定であるが気温を測定する方法として用いることができる。
【０００３】
ただし、上記のような方法では、測定者による作業が必要になることから、測定対象箇所、測定頻度が多くなる用途や、測定者が接近できない場所の測定には適さない場合がある。そこで、被計測対象に温度センサを接触させて計測する記録装置が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９６６７７９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】浜松フォトニクス株式会社、”近赤外〜赤外用カメラ／画像計測装置”、［online］、平成２２年７月、浜松フォトニクス株式会社、［平成２２年７月２８日検索］、インターネット＜URL：http://jp.hamamatsu.com/products/camera/0001/index_ja.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電力系統における送電線や配電線の温度管理（例えば、送電線や配電線等の接続点の温度管理）や、電車線へ電力を供給するためのき電線の温度管理（例えば、き電線の接続点の温度管理）を行うことが求められている。測定対象箇所は、広範囲に分散しており、繰り返して測定することが必要とされ測定頻度の要求も高い。
【０００７】
非特許文献１に示されるような赤外線カメラを用いる方法では、測定箇所と被計測対象との間の距離を置いて計測することができる。赤外線カメラを測定箇所ごとに定点設置する場合では、必要とされる設備規模が大きくなり実現困難である。また、赤外線カメラを測定箇所に移動させて測定する場合では、連続的な測定ができなくなり、測定者が、被計測対象に赤外カメラを向けて計測することが必要とされることから、測定箇所ごとの計測時間も長くなる。
また、示温ラベルを用いる方法は、目視で表示色を確認できる位置まで測定者が接近して観測することが必要とされることから、充電状態の電線の温度計測には、安全上の理由で適用条件が制限される場合がある。
そこで、特許文献１に記載の記録装置を用いることにより、測定者の作業量を低減させるとともに、安全に測定を行うことができる。
【０００８】
しかしながら、被測定対象箇所（温度測定対象箇所）がさらに増大する場合や、あるいは測定頻度がさらに高めることが必要となる場合がある。このような要求に応じるために、記録した測定データを通信する時間が長くなり、また、環境情報計測装置の消費電力が増加し、大規模な装置が必要となるなど実現が困難な場合が生じる。上記は、温度計測の場合を示したものであるが、被測定対象箇所の環境情報を収集する場合においても同様の問題が生じる。つまり、気温、湿度や気圧などの環境情報を収集する被測定対象箇所（温度測定対象箇所）が多い場合や、あるいは測定頻度が高い場合には、上記のように温度を計測することが困難であるのと同様に実現が困難な場合が生じる。また、気温以外の測定項目の環境情報（湿度、気圧など）の測定においても、同様に実現が困難な場合が生じるという問題がある。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、被測定対象箇所の環境情報を測定できる低消費電力な環境情報計測装置、環境情報計測システム及び環境情報計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の環境情報計測装置は、受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電源部と、検出した環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部を有しており、前記検出部において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する環境情報検出部と、前記信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測し、前記計測された結果に基づいて前記環境に応じた環境情報を生成する計時部と、前記環境情報検出部の動作を制御する制御部と、を備え、前記負荷には、前記環境情報検出部、前記計時部、及び前記制御部が含まれることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記環境に応じて生成された前記環境情報を要求に応じて送信する通信部を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記制御部は、前記生成された電源の電圧に応じて、前記検出部に含まれる容量への充電と、前記計時部による時間の計測とを制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記制御部は、前記生成された電源の電圧が、予め定められる所定の充電開始電圧に達した場合、前記検出部に含まれる容量への充電を開始させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記計時部は、前記検出部に含まれる容量からの放電を開始してから、前記信号の電圧が前記検知電圧に低下するまでの時間を計測することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記環境情報検出部が、前記電源部から前記検出部に含まれる容量への充電を遮断する第１のスイッチと、前記検出部に含まれる容量からの放電を遮断する第２のスイッチと、を備え、前記制御部は、前記容量に充電する場合に、前記第１のスイッチを接続状態にして前記電源部から前記容量への充電を行い、前記第２のスイッチを開放状態にして前記容量からの放電を停止し、前記容量から放電する場合に、前記第１のスイッチを開放状態にして前記電源部から前記容量への充電を停止し、前記第２のスイッチを接続状態にして前記容量から放電を行い、ことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとにおける接続状態と開放状態は、互いに相補の関係が保たれることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記計時部が、前記検出部に含まれる容量から放電を開始する前に、前記容量への充電を行う過程において、前記信号の電圧が前記検知電圧に達してから、前記充電を停止するまでの時間を計測することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記環境情報検出部は、前記検出部に設けられる回路素子に応じて、前記環境における温度、気圧又は湿度のいずれかを検出することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記環境情報検出部は、温度測定対象である電線と熱的に結合するように設けられることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の環境情報計測システムは、前記検出した環境情報に基づいて計測された情報を送信する上記のいずれかに記載の環境情報計測装置と、前記送信された情報を収集する環境情報収集装置とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の環境情報計測方法は、受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電力生成過程と、環境情報検出部によって検出した環境に応じてインピーダンス又は静電容量が変化する環境情報検出過程と、前記環境情報検出部において前記検出部を含んで形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計時部によって計測する時間計測過程とを含み、前記負荷には、前記環境情報検出部及び前記計時部が含まれることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の環境情報計測装置においては、電源部が、受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する。環境情報検出部は、検出した環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部を有しており、検出部において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する。計時部は、信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測し、計測された結果に基づいて前記環境に応じた環境情報を生成する。制御部は、環境情報検出部の動作を制御する。また、上記負荷には、環境情報検出部、計時部、及び制御部が含まれる。
これにより、被測定対象箇所の環境情報を低消費電力な回路構成で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の環境情報計測装置が設備される電車線の例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係わる環境情報計測装置の構成を示すブロック図である。
【図３】環境情報計測部３０の構成例を示す図である。
【図４】環境情報計測装置１の動作を説明するための図である
【図５】受信検出とコンデンサＣへの充電タミングの例を示す図である。
【図６】サーミスタの温度特性の一例を示す図である。
【図７】倍電圧整流回路２１の構成例を示す図である。
【図８】環境情報計測システムの構成例を示す図である。
【図９】環境情報計測部３０Ａの構成例を示す図である。
【図１０】検出部３５を等価回路で示した動作モデルを示す図である。
【図１１】温度ごとに計算された結果を示す図である。
【図１２】環境情報計測部３０Ａを用いて測定した温度の実測値と理論値とを比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
本実施の形態に示す環境情報計測装置は、き電線の接続点（例えば、電線同士を圧着して接続する圧着スリーブ）等に装着されるものであり、通信手段とするＲＦＩＤタグを備えている。そして、車上等に設置した環境情報収集装置（タグリーダ）は、環境情報計測装置と無線通信を行うことにより、環境情報計測装置によって計測された環境情報を自動で収集して設備管理を行うものである。最初に、環境情報計測装置が、温度を計測する例をあげて説明する。温度の計測と同様の方法を用いることにより、環境情報計測装置が配置された箇所の気温の測定に適用することができる。
【００２６】
（環境情報計測装置が設備される例についての説明）
この実施の形態に示す環境情報計測装置は、電力系統における送電線や配電線の温度管理（例えば、配電線や配電線等の接続点の温度管理）や、電車線へ電力を供給するためのき電線の温度管理（例えば、き電線の圧着スリーブ等による接続点の温度管理）を行うために使用されるものである。
【００２７】
例えば、図１は、本実施形態における環境情報計測装置が設備される電車線の例を示す図である。電車線１００は、き電線１０１、トロリー線１０２、補助吊架線１０３、吊架線１０４、トロリー線１０２と補助吊架線１０３を連結するハンガー１０５、き電線１０１と補助吊架線１０３を接続するき電分岐部１０７ａを有し、吊架線１０４は支持点１０４ａにおいて、図示しない電柱に固定されている。き電分岐部１０７ａの一端はき電線１０１にクランプ１０８ａにより固定されており、き電分岐部１０７ａの他端は補助吊架線１０３にクランプ１０８ｂにより固定されている。
そして、環境情報計測装置１は、き電線１０１のき電分岐部１０７ａのクランプ１０８ａに装着されている。さらに、環境情報計測装置１は、き電線１０１の接続点、例えば、圧着スリーブを用いた接続箇所（圧着スリーブ１０１ａ）に装着されている。このように装着することにより、環境情報計測装置１は、温度測定対象である電線と熱的に結合するように設けることができる。
【００２８】
上記、き電分岐部１０７ａのクランプ１０８ａや、き電線１０１の接続箇所（圧着スリーブ１０１ａ）では、接触抵抗を有しており、常時又は不連続に電流が通過することにより、大なり小なりの熱が発生する。また、その発熱による温度上昇が激しくなくても、長時間にわたり高い温度が続くと、腐蝕、疲労により電気抵抗が増大し、そのまま放置すると発熱により接続箇所の切断が起き、給電に障害が生じることがある。このため、き電分岐部１０７ａや、き電線１０１の接続箇所１０１ａに環境情報計測装置１を設備して、き電分岐部１０７ａのクランプ１０８ａや、き電線１０１の接続箇所１０１ａにおける温度上昇を監視する。なお、環境情報計測装置１は、き電分岐部１０７ａのクランプ１０８ａと、き電線１０１の接続箇所１０１ａとのうちのいずれか一方に設備するようにしてもよい。
【００２９】
（環境情報計測装置の構成例の説明）
図２は、本発明の実施形態に係わる環境情報計測装置１の構成を示すブロック図である。この図の環境情報計測装置１は、アンテナ１３を通して無線により環境情報収集装置（タグリーダ）５１と通信を行う通信部１０と、アンテナ１３により受信した電波の電力から電源（直流電源）を生成する電源部２０と、サーミスタを用いて温度計測を行う環境情報計測部３０と、環境情報計測部３０において検出された結果に基づいて温度計測データを生成する計時部４０と、この環境情報計測装置１の全体を制御する制御部２と、記憶部３とを備えている。
【００３０】
なお、この環境情報計測装置１は、通信部、ＣＰＵ、ＲＯＭ等と、その他の関連するＩＣ回路（集積回路）とを備え、アンテナ１３を通して無線により外部装置と通信を行うパッシブタイプのＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを用いて実現されるものである。なお、ＲＦＩＤタグは、近年、小さなワンチップのＩＣで実現できるようになってきたため、ＩＣタグとも呼ばれる。
【００３１】
通信部１０は、受信部１１と送信部１２とで構成される。受信部１１は、アンテナ１３を通して、外部装置（環境情報収集装置５１）から送られる予め定められた変調方式の電波を受信し、受信した電波を復調して、信号を受信する。また、送信部１２は、環境情報計測部３０で計測された温度計測データに基づく変調波を生成して、この変調波を増幅して、アンテナ１３を通して無線電波として外部装置に送信する。なお、アンテナ１３は、ＲＦＩＤの基板状部材の表面に銅箔のパターン等により形成されるアンテナであり、例えば、アンテナ１３の長さは、無線送信周波数のλ／４長となるように形成されている。
【００３２】
制御部２は、環境情報計測装置１の各部の動作を統括して制御する。例えば、この制御部２は、環境情報計測部３０における温度計測を制御し、また、環境情報計測部３０で計測された温度計測データを信号波として無線送信するための制御を行う。なお、この環境情報計測装置１には、それぞれ固有の識別番号（センサＩＤ）が付与されており、この識別情報は記憶部３にＲＦＩＤ識別情報として記憶されている。
【００３３】
電源部２０は、タグリーダ（受信機）５０からアンテナ１３を通して受信した電波をエネルギー源として、ＲＦＩＤタグ内の各部へ電力を供給するための電源部である。この電源部２０は、倍電圧整流回路２１と充電制御部２２とを備える。倍電圧整流回路２１は、アンテナ１３を通して受信した電波を倍電圧整流して直流電圧を生成するとともに、この直流電圧を所望の電圧まで上昇させる。また、充電制御部２２は、所望の電圧まで上昇させた直流電圧により環境情報計測部３０内のコンデンサＣなどの静電容量成分を充電する。この充電制御部２２は、倍電圧整流回路２１により生成された電源電圧の大きさを検出する電源電圧検出部２２Ａを備える。
【００３４】
この電源電圧検出部２２Ａは、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、無線電波から生成した電源の電圧（電源電圧）が所定の閾値電圧Ｖｔｈ１を超えた場合に、環境情報収集装置（タグリーダ）５１から電波を受信したことを検出し、この受信検出の情報を制御部２に通知する。また、電源電圧検出部２２Ａは、図５（Ａ）に示すように、電源電圧が所定の閾値電圧Ｖｔｈ２（充電開始電圧）を超えた場合に、この情報を制御部２に通知する。制御部２は、電源電圧検出部２２Ａにより電源電圧が閾値電圧Ｖｔｈ２（充電開始電圧）を超えたことが検出された場合に、充電制御部２２により環境情報計測部３０内のコンデンサＣの充電を開始する。また、コンデンサＣに充電を開始するタイミングは、図５（Ｂ）に示すように、電源電圧が所定の閾値電圧Ｖｔｈ１を超えた後、制御部２において所定時間Ｔをタイマにより計数し、この所定時間Ｔの経過後にコンデンサＣへの充電を開始するようにしてもよい。なお、倍電圧整流回路２１の構成例については、後述する。
【００３５】
（環境情報計測部３０と計時部４０の構成と動作の説明）
続いて、環境情報計測部３０と計時部４０の構成と動作について説明する。
図３は、環境情報計測部３０と計時部４０の構成例を示す図である。図３（Ａ）に示すように、環境情報計測部３０は、スイッチＳＷ１（３１）及びＳＷ２（３２）と、電源部２０により生成された電源（電圧Ｖｃｃ）により充電されるコンデンサＣ（３３）と、温度に応じて抵抗値が変化する温度センサであるサーミスタＲＳＭ（３４）と、電源電圧を分圧する抵抗Ｒ１（３８）及びＲ２（３９）を備える。
このコンデンサＣ（３３）と、サーミスタＲＳＭ（３４）とを含んで構成される回路網により検出部３５が形成される。
また、スイッチＳＷ１（３１）及びＳＷ２（３２）は、実際には、ＭＯＳトランジスタやアナログスイッチ等で構成される半導体スイッチである。
また、計時部４０は、コンパレータ４６と、カウンタ４７と、基準クロック発生回路４７Ａと、を備える。コンパレータ４６、カウンタ４７、及び基準クロック発生回路４７Ａは、コンデンサＣの放電開始から、コンデンサＣの充電電位が基準電圧Ｖｒｅｆに至るまでの時間を計測（計時）する。
【００３６】
この図において、スイッチＳＷ１は、一端がコンデンサＣの正極端子に接続され、他端が電源線Ｖ＋を通して電源部（電圧Ｖｃｃ）２０の正極端子に接続される。スイッチＳＷ２は、一端がコンデンサＣの正極端子に接続され、他端がコンパレータ４６の非反転入力端子Ｖｉｎ（＋）に接続される。また、温度センサとなるサーミスタＲＳＭは、一端がコンパレータ４６の非反転入力端子Ｖｉｎ（＋）に接続され、他端が電源線Ｖ−を通して電源部２０の負極端子に接続される。また、コンデンサＣの負極端子が電源線Ｖ−を通して電源部２０の負極端子に接続される。
【００３７】
抵抗Ｒ１は、一端が電源線Ｖ＋に接続され、他端がノードＮ１を通して抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端は、電源線Ｖ−に接続されている。したがって、ノードＮ１は、電源部２０の出力電圧Ｖｃｃの抵抗分圧点となる。また、このノードＮ１は、コンパレータ４６の反転入力端子Ｖｉｎ（−）に接続される。また、コンパレータ４６の出力側はカウンタ４７の計数制御端子ａに接続されている。また、カウンタ４７のクロック入力端子ｂは基準クロック発生回路４７Ａの出力端子に接続されており、このクロック入力端子ｂに基準クロック発生回路４７Ａから基準クロックＣＬＫが入力される。
【００３８】
上記、サーミスタＲＳＭは、例えば、環境情報計測装置１の装着面（温度測定対象箇所への装着面）側に露出されるようにして配置される。そして、環境情報計測装置１は、このサーミスタＲＳＭが温度監視対象箇所（例えば、き電線１０１とき電を接続する圧着スリーブ１０１ａの表面）にシリコンゴムコンパウンド（電気絶縁性と熱伝導性を高めるためのシリコンゴムコンパウンド）あるいはシリコングリース等を介して密着するようにして固定される。なお、サーミスタＲＳＭを環境情報計測装置１の本体から分離し、信号線を介して引き出せるように構成し、サーミスタＲＳＭを単体で温度監視対象箇所に固定するようにしてもよい。
【００３９】
以下、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して、環境情報計測部３０の動作について説明する。なお、この図の説明において、電源部２０から環境情報計測部３０に電源電圧Ｖｃｃ（充電開始電圧）が供給可能な状態にあるものとする。
【００４０】
この状態において、制御部２からの制御指令により、スイッチＳＷ１を閉にし、ＳＷ２を開にすることにより、コンデンサＣを電源電圧Ｖｃｃに充電する（図３（Ｂ）の時刻ｔ０の状態）。次に、同じく制御部２からの制御指令により、スイッチＳＷ１を開にし、ＳＷ２を閉にすることにより、コンデンサＣに蓄積された電荷を、サーミスタＲＳＭを通して放電する。コンデンサＣの充電電圧は次第に低下し、時刻ｔ１において、基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなる。そして、コンデンサＣの充電電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下となった際にコンパレータ４６の出力信号ＶｏｕｔがＨ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ＋相当の電位）からＬ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ−相当の電位）に反転する。
【００４１】
カウンタ４７は、制御部２からの制御指令により、コンデンサＣの放電開始からコンパレータ４６の出力信号がＨ状態からＬ状態に遷移するまでの時間ｔｄの間、基準クロック発生回路４７Ａから出力される基準クロックＣＬＫを計数する。このように、環境情報計測部３０では、コンデンサＣの放電開始からコンパレータ４６が動作するまで時間（基準クロック数）をカウントすることにより温度を時間に変換して測定している。
【００４２】
例えば、サーミスタＲＳＭは、図６に示すように、温度が上昇するに従い、その抵抗値が減少する。したがって、温度が上昇するに従い、コンデンサＣの充電電荷の放電速度が早くなり、カウンタ４７で計数される基準クロックの数が減少する。このように、カウンタ４７で計数される基準クロックの数を基に、サーミスタＲＳＭの温度（すなわち、温度測定対象箇所の温度）を測定することができる。
なお、図３（Ａ）に示す環境情報計測部３０の回路構成を採用した背景と、図３（Ｂ）に示される数式等については、後述する。
【００４３】
また、図４は、環境情報計測装置１の全体の動作を説明するための図である。なお、この例では、環境情報収集装置（タグリーダ）５１が環境情報計測装置（ＲＦＩＤタグ）１に遠方から次第に接近し、環境情報収集装置（タグリーダ）５１と環境情報計測装置（ＲＦＩＤタグ）１とが互い交信可能な距離に接近した状態において、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１から温度データを受信する例を示している。以下、図４を参照して、環境情報計測装置１の動作について説明する。
【００４４】
タグリーダ（環境情報収集装置）５１は、環境情報計測装置（ＲＦＩＤタグ）１に対して、温度情報の送信を要求する信号を電波により送信しつつ（ステップＳ１１）、環境情報計測装置１に接近する。環境情報計測装置１は、環境情報収集装置５１から送信される電波を受信し（ステップＳ２１）、電源部２０により、この受信した電波により得られる電力から電源（直流電源）を生成する。なお、この電源の電圧は、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１に接近するにつれて増大する。
【００４５】
そして、電源部２０では、生成した電源の電圧を電源電圧検出部２２Ａにより検出し（ステップＳ２２）、図５（Ａ）に示すように所定の閾値電圧Ｖｔｈ１以上になったことを検出した場合に、環境情報収集装置５１からの電波を受信検出したことを制御部２に通知する。その後、電源電圧が増大し、電源電圧が図５（Ａ）に示すように所定の閾値電圧Ｖｔｈ２以上になったことを検出した場合（充電開始電圧に到達したことを検出した場合）に、これを制御部２に通知する。
【００４６】
制御部２では、電源電圧が所定の閾値電圧Ｖｔｈ２以上になったことを検知した場合に、環境情報計測部３０中のスイッチＳＷ１を閉、スイッチＳＷ２を開にすることにより、コンデンサＣを、電源電圧により充電する（ステップＳ２３）。そして、所定の時間の経過後、すなわちコンデンサＣへの充電が完了した後に、制御部２は環境情報計測部３０内のスイッチＳＷ１を開、スイッチＳＷ２を閉にすることにより、サーミスタＲＳＭを通して、コンデンサＣに充電された電荷の放電を開始する（ステップＳ２４）。
【００４７】
制御部２は、コンデンサＣの放電を開始するとともに、カウンタ４７を起動し、このカウンタ４７により基準クロックＣＬＫの計数を開始させる（ステップＳ２５）。そして、コンデンサＣの放電に伴い、コンデンサＣの電位が基準電圧Ｖｒｅｆ以下になったか否かをコンパレータ４６により検出する（ステップＳ２６）。そして、コンデンサＣの充電電位が基準電圧Ｖｒｅｆ以下になったことが検出された場合に（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、制御部２は、カウンタ４７の計数動作を停止させるとともに、カウンタ４７の計数値のデータを、時間に変換した温度計測データとして環境情報収集装置５１に送信する（ステップＳ２７）。環境情報収集装置５１では、環境情報計測装置１から温度計測データを受信し（ステップＳ１２）、この温度データを保存するとともに、ディスプレイ装置等に表示する。
上記手順により、環境情報計測装置１が温度測定対象箇所の温度を測定し、環境情報収集装置（タグリーダ）５１は、環境情報計測装置１で測定された温度計測データを自動的に収集することができる。このため、温度測定対象箇所が多数ある場合においても容易かつ自動で温度計測データを収集することができる。
【００４８】
（温度計測部の回路構成についての補足説明）
上述したように、環境情報計測部３０は、スイッチＳＷ１とＳＷ２、コンデンサＣ、サーミスタＲＳＭ、及び抵抗Ｒ１、Ｒ２を備え、計時部４０は、コンパレータ４６、カウンタ４７、基準クロック発生回路４７Ａを備える。このように、環境情報計測装置１では、環境情報計測部３０と計時部４０とを組み合わせることにより、温度を時間に変換して計測するようにしている。このような回路構成にした理由は、環境情報計測装置１ではＲＦＩＤタグを利用しており、このＲＦＩＤタグにおいては、タグリーダから受信した電波を基に電源を生成するために、低消費電力の回路が必要とされるためである。この点について補足して説明しておく。
【００４９】
温度センサにはいくつかの種類が存在し、動作原理で分類すると、熱電対、ＰＮ接合ダイオード、赤外線型、サーミスタなどがある。このうち、熱電対は異種の金属をリング状に接合したときに、二つの接点の温床が異なるときに流れる電流を利用したものである。この方式ではどちらかの接点を測定対象に、もう一方の接点を温度が既知な場所に設置する必要があり、本発明で対象としているＲＦＩＤタグに用いるには適していない。
また、ＰＮ接合ダイオードを用いる方法は、ダイオードの順方向降下電圧の温度依存性を利用したものであり、ＩＣ、ＬＳＩ中のシリコンダイオードをそのまま温度センサとして使うことができるが、その感度は１ｍＶ／℃程度であり、またダイオードに流す電流を一定にする必要があり、取り扱いが難しい。また、赤外線型は、物体が放射する赤外線の量を検出するものであるが、大きさ、消費電力の面からＲＦＩＤタグに内蔵するには適さない。
【００５０】
一方、サーミスタは温度より抵抗率が変化する材料を用いた抵抗で。温度に対する低効率の変化係数が負の値を示すＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｃｉｅｎｔ）は、変化係数が正の値を示すものと比べると比較的線形性が良いのでよく用いられている。また、高精度のものも製造可能であり、所望の精度で温度を計測することが可能である。また、抵抗値も１００ｋΩ程度までなら製造が容易である。なお、低消費電力型の温度センサの一例として、図３にサーミスタの温度特性の例を示したが、このサーミスタの消費電力は、１２．５μＷ（２．５Ｖ×５μＡ）と、低消費電力である。
【００５１】
ところで、サーミスタを含め、温度センサから得られる情報は、アナログ値であるので、これをデジタル信号に変換する必要がある。そのために、一般的には、アナログ・デジタル（ＡＤ）コンバータを用いる。ＡＤコンバータの内部では、２つの入力信号の電圧の大小を比較してその結果をデジタル信号で出力するコンパレータを用いるものが多い。しかしながら、一般にＡＤコンバータの消費電力は、ＲＦＩＤタグに用いるには非常に大きく、低消費電力型のＡＤコンバータでも数百μＷ程度である。このためＡＤコンバータをＲＦＩＤタグに内蔵させることは困難である。
【００５２】
そこで、ＡＤコンバータから出力される信号は、シリアルもしくはパラレルのデジタル信号であるが、本実施形態において必要とされる情報を考えると、必ずしもアナログ信号を逐次デジタル信号にする必要がない。そこで、ＲＣ放電回路と、コンパレータと、カウンタとを用いることにより、温度を時間に変換したデジタル量として、温度計測データを得ている。すなわち、図３で示した回路構成を採用している。
【００５３】
図３で示したように、最初にスイッチＳＷ１を閉、スイッチＳＷ２を開にし、コンデンサＣを電源電圧Ｖｃｃで充電しておく。そして、測定開始とともに、制御部２により、スイッチＳＷ１を開、スイッチＳＷ２を閉に切り替えて、コンデンサＣの充電電荷を、サーミスタＲＳＭを通じて放電させる。このとき、コンデンサＣの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下になるまでの時間を計測する。このとき、抵抗Ｒ１とＲ２を使って電源電圧Ｖｃｃを分圧して、基準電圧Ｖｒｅｆを作成すると、放電開始から基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでの放電時間は電源電圧の大きさに関係なくなる。すなわち、放電電圧Ｖｉｎ（ｔ）を式（１）として示す。
【００５４】
【数１】
【００５５】
式（１）に示された放電電圧Ｖｉｎ（ｔ）は、電源電圧Ｖｃｃと、時定数（ＲＳＭＣ）とにより、一次応答関数として示される。また、基準電圧Ｖｒｅｆは、抵抗Ｒ１とＲ２から式（２）として示される。
【００５６】
【数２】
【００５７】
式（２）において、γは分圧比を示す。
式（２）から、放電電圧Ｖｉｎ（ｔ）が、基準電圧Ｖｒｅｆ以下になるまでの時間ｔｄを求めると、時間ｔｄは、式（３）として示される。
【００５８】
【数３】
【００５９】
これにより、時間ｔｄは、サーミスタの抵抗値ＲＳＭとコンデンサの静電容量Ｃと分圧比によって示すことができ、電源電圧Ｖｃｃに依存していないことがわかる。よって、この回路を用いることにより、測定した温度を時間に変換することが可能になる。
さらに、この回路から出力される信号を、ＲＦＩＤタグ（環境情報計測装置１）からタグリーダ（環境情報収集装置５１）ヘの応答信号として直接利用することも可能である。
例えば、ＲＦＩＤタグがタグリーダにデータの返信を開始するのと同時に温度計測を開始する。つまり、制御部２は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を切り替えて、コンデンサＣの放電を開始させる。そして、ＲＦＩＤタグは、放電電圧Ｖｉｎ（ｔ）が基準電圧Ｖｒｅｆに達してコンパレータの出力が反転するまで、例えば「０」を、コンパレータの出力が反転後に「１」を送信する。タグリーダは、ＲＦＩＤタグからのデータを復調し、データに含まれる「０」の数をカウントすることで、ＲＦＩＤタグが測定した温度を算出することが可能となる。
【００６０】
また、この環境情報計測部３０では、低い電源電圧で動作し、低消費電力型のアナログスイッチ素子を用いる。現在、入手可能なものとしては、例えば、「動作可能電源電圧範囲：１．８Ｖ〜５．５Ｖ」、「消費電力：１μＷ」、「動作周波数帯域：２５０ＭＨｚ」の仕様のものがある。上記のアナログスイッチと、抵抗Ｒ１、Ｒ２に数ＭΩの抵抗を用いたとすると、この回路の消費電力を１μＷ程度に抑えることができる。
このように、本実施形態の環境情報計測装置１は、ＲＦＩＤタグを用いて通信するため低消費電力かつ簡単な回路構成が要求される。そのため、環境情報計測部３０を図３に示したような回路構成としている。
【００６１】
なお、本実施形態では、コンデンサＣを予め充電しておき、コンデンサＣから放電する際の電圧の変化を検出するようにしている。環境情報計測装置１の電源は、ＲＦＩＤタグによって、受信した電波に基づいて電力を生成する電源部から供給されるものである。このため、当該電源は通常の電源と異なり、受信した電波の受信電界強度によって変化する不安定な電源である。仮に、コンデンサＣを充電する際の電圧の変化を検出するようにした場合には、電波の受信電界強度による変化によって電源電圧が変化して、充電電圧が安定しないため、測定の際に誤差が生じる可能性がある。したがって、本実施形態では、コンデンサＣからの放電時の電圧を使用することにより、測定精度を向上させている。
【００６２】
（倍電圧整流回路２１の構成例の説明）
また、ここで、前述した倍電圧整流回路２１の構成例について説明する。
図７は、倍電圧整流回路２１の構成例を示す図である。図７に示す倍電圧整流回路２１は、ダイオードとコンデンサを組み合わせた昇圧整流回路が多段に積み重ねられたコッククロフト・ウォルトン回路（以下「ＣＷ回路」と略称する）で構成される回路であり、周知の構成ものである。この倍電圧整流回路２１は、対称形３段ＣＷ回路に対して、アンテナの入力インピーダンスを接続した例である。図７において、ショートスタブ（Ｓｈｏｒｔ−ｓｔｕｂ）はアンテナと回路を整合させるために用いる。ショートスタブは、その長さによって正負のリアクタンス値を取るため、実際には長さを変化させて負荷電圧を最大にするように調節する。アンテナとして半波長ダイボールアンテナやミアンダアンテナを用いることができる。
【００６３】
（本発明の環境情報計測装置を用いた温度計測システムについての説明）
図８は、本発明による環境情報計測装置と環境情報収集装置から成る温度計測システムの構成例を示す図である。同図においては、線路に沿って直列に繋がる複数のき電線１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ、及び１０１Ｃ）の各温度計測対象箇所（き電線の接続点）に環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）が装着された例を示している。また、環境情報収集装置（タグリーダ）５１は、線路上を走行する電車５０内に設備されている。
この環境情報収集装置５１には、環境情報計測装置（ＲＦＩＤタグ）１に対して、ＲＦＩＤシステムによる無線信号を用いて通信を行うタグリーダの機能が搭載されている。この環境情報収集装置５１は、アンテナ５２、表示部５３、操作スイッチ群５４によって構成されている。表示部５３は液晶ディスプレイ等である。操作スイッチ群５４は押釦ボタン型スイッチ等で構成される。
【００６４】
各環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、電車５０が移動して環境情報収集装置５１が接近したときに、環境情報収集装置５１から送信された無線信号の電波を受信する。そして、環境情報収集装置５１からの電波を受信できた環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、電源部２０により、この受信した電波により得られる電力から電源（直流電源）を生成する。各環境情報計測装置１は、生成した電源によって起動する。そして、起動した環境情報計測装置１では、き電線１０１の温度を計測し、測定した温度計測データを、識別ＩＤ情報（ＲＦＩＤの識別情報）とともに環境情報収集装置５１に送信する。
【００６５】
図８に示す例では、最初に、環境情報収集装置５１と環境情報計測装置１Ａとが接近し、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１Ａから温度計測データを受信する。次に、環境情報収集装置５１と環境情報計測装置１Ｂとが接近し、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１Ｂから温度計測データを受信する。続いて、環境情報収集装置５１と環境情報計測装置１Ｃとが接近し、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１Ｃから温度計測データを受信する。
【００６６】
環境情報収集装置５１では、各環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）から送信される温度計測データを受信するごとに、受信した温度計測データ及び関連情報（例えば、ＲＦＩＤの識別情報）を、表示部５３の液晶ディスプレイに表示する。この温度計測データは、数値表、グラフ等として表示され、温度測定対象箇所の温度が正常範囲にあるか否かが判定される。また、判定結果を基に警報信号を生成し、異常の対策に役立てることができる。また、環境情報収集装置５１で受信した各温度計測データは、環境情報計測装置１の識別ＩＤ情報と、計測日時情報とともに、温度経過データとして保存される。
【００６７】
このように、本発明の温度計測システムでは、環境情報収集装置５１を各環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）に接近させるだけで、各環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）から温度計測データを自動的に収集することができる。このため、温度計測対象箇所が多数ある場合においても、き電線１０１の接続点の良否を容易に判定することができる。
【００６８】
［第２実施形態］
本実施形態では、図３を参照し、環境情報として気圧を検出する場合について示す。
第１実施形態における検出部３５において、符号３４をサーミスタＲＳＭとして説明したが、符号３４をひずみゲージを備える気圧センサに代えることにより、気圧を検出する構成を第１実施形態と同様に構成することができる。
ひずみゲージ（ストレインゲージ）は、弾力性のある絶縁体の上に薄い抵抗体を取り付けた構造になっており、絶縁体が変形すると、抵抗体が伸縮し、その抵抗値が変化する。これを温度センサのサーミスタと置き換えることにより、ひずみ、変位、荷重を測定することができる。また、ひずみゲージを気圧センサに適用することも可能である。
ひずみゲージを適用させた気圧センサでは、内部を真空にした金属密閉容器が、気圧の大小に応じて収縮し、その変位量をひずみゲージによって検出する。これを上記温度センサ回路のサーミスタと置き換えることで気圧センサとすることができる。
このような構成とすることにより、気圧を検出することが可能になる。
【００６９】
あるいは、コンデンサの片側の電極が気圧によって変位するようにすることで、気圧に応じて、コンデンサの静電容量を変化させることができる。このようなコンデンサを、検出部３５におけるコンデンサ３３に適用することで気圧を測定することができる。
【００７０】
［第３実施形態］
本実施形態では、図３を参照し、環境情報として湿度を検出する場合について示す。
第１実施形態における検出部３５において、符号３３を固定値の静電容量を備えるコンデンサＣとして、符号３４をサーミスタＲＳＭとして説明したが、それぞれを、符号３３を変動する静電容量を備える湿度センサ、符号３４を順抵抗に代えることにより、湿度を検出する構成を、第１実施形態と同様に構成することができる。
【００７１】
湿度センサは、湿度によって静電容量が変化する誘電体を挟んで設けられた電極によって、形成されるコンデンサの構造を備えている。この湿度センサを、環境情報計測装置１における温度センサ回路で用いられていたコンデンサＣと置き換え、サーミスタＲＳＭの代わりに通常の抵抗に置き換えることで、環境情報計測装置１によって、湿度を検出することができる。湿度センサを形成する誘電体には、高分子ポリマーが用いられている。
【００７２】
［第４実施形態］
本実施形態では、図１、図９を参照し、図３と構成の異なる環境情報計測部３０Ａを適用する場合について説明する。
図１における環境情報計測部３０に代え、図９に示す環境情報計測部３０Ａを適用する。
（環境情報計測部３０Ａの構成と動作の説明）
続いて、環境情報計測部３０Ａの構成と動作について説明する。
図９は、環境情報計測部３０Ａの構成例を示す図である。図９（Ａ）に示すように、環境情報計測部３０Ａは、スイッチＳＷ１（３１Ａ）及びＳＷ２（３２Ａ）と、電源部２０により生成された電源（電圧Ｖｃｃ）により充電されるコンデンサＣ（３３）と、温度に応じて抵抗値が変化する温度センサであるサーミスタＲＳＭ（３４）と、抵抗Ｒ３（３７）と、電源電圧を分圧する抵抗Ｒ１（３８）及びＲ２（３９）を備える。
【００７３】
このコンデンサＣ（３３）と、サーミスタＲＳＭ（３４）と、抵抗Ｒ３（３７）を含んで構成される回路網により検出部３５Ａが形成される。
また、スイッチＳＷ１（３１Ａ）及びスイッチＳＷ２（３２Ａ）を含んで構成されるスイッチ部３６が形成される。このスイッチ部３６は、実際には、ＭＯＳトランジスタ等で構成される半導体スイッチであり、あるいは、ＣＭＯＳデジタル回路であってもよい。例えば、ＣＭＯＳデジタル回路は、インバータ回路である。このような、スイッチ部３６は、high（ハイ）レベル/low（ロウ）レベルの信号を出力する切り替えスイッチとみなすことができる。つまり、スイッチＳＷ１（３１Ａ）及びスイッチＳＷ２（３２Ａ）における接続状態と開放状態が、互いに相補の関係が保たれることから、スイッチ部３６は、high（ハイ）レベルとlow（ロウ）レベルの信号のいずれか一方の信号を出力する。
【００７４】
この図９（Ａ）において、スイッチ部３６は、出力端子が抵抗Ｒ３（３７）に接続され、電源端子が電源線Ｖ＋を通して電源部（電圧Ｖｃｃ）２０の正極端子に接続され、接地端子が電源線Ｖ−を通して電源部（電圧Ｖｃｃ）２０の負極端子に接続される。抵抗Ｒ３（３７）は、スイッチ部３６に接続されている一端に対する他端が、コンデンサＣの正極端子と、コンパレータ４６の非反転入力端子Ｖｉｎ（＋）とに接続される。また、温度センサとなるサーミスタＲＳＭは、一端がコンパレータ４６の非反転入力端子Ｖｉｎ（＋）に接続され、他端が電源線Ｖ−を通して電源部２０の負極端子に接続される。また、コンデンサＣの負極端子が電源線Ｖ−を通して電源部２０の負極端子に接続される。
【００７５】
抵抗Ｒ１（３８）は、一端が電源線Ｖ＋に接続され、他端がノードＮ１を通して抵抗Ｒ２（３９）の一端に接続され、抵抗Ｒ２（３９）の他端は、電源線Ｖ−に接続されている。したがって、ノードＮ１は、電源部２０の出力電圧Ｖｃｃの抵抗分圧点となる。また、このノードＮ１は、コンパレータ４６の反転入力端子Ｖｉｎ（−）に接続される。また、コンパレータ４６の出力側はカウンタ４７の計数制御端子ａに接続されている。また、カウンタ４７のクロック入力端子ｂは基準クロック発生回路４７Ａの出力端子に接続されており、このクロック入力端子ｂに基準クロック発生回路４７Ａから基準クロックＣＬＫが入力される。
なお、スイッチ部３６は、制御部２(図１)から供給される制御指令に応じて出力端子に出力する電圧を切り替える。
【００７６】
以下、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を参照して、環境情報計測部３０Ａの動作について説明する。
図９（Ｂ）は、環境情報計測部３０Ａの動作を示すタイミングチャートである。この図９（Ｂ）において、縦軸が各信号の電圧を示し、横軸が時間の経過を示す。この図に示される信号波形において、制御部２からの制御指令に応じてスイッチ部３６が検出部３５Ａに供給する入力パルスをVin、コンデンサＣの電位をVc、電源と固定抵抗（抵抗Ｒ１とＲ２）によって作られる基準電位をVref、コンパレータの出力をVoutとしている。tonは、コンデンサＣの充電を開始してから時刻ｔ２に到る期間の入力パルスがhighレベルの時間である。また、tdはコンパレータがlowレベルを出力している時間、つまりVc > Vrefとなる時間である。
また、この図の説明において、電源部２０から環境情報計測部３０Ａに電源電圧Ｖｃｃ（充電開始電圧）が供給可能な状態にあり、コンデンサＣが放電された状態にあるものとする。
【００７７】
この初期状態において、制御部２からの制御指令により、スイッチ部３６は、highレベルの信号を出力する。つまり、スイッチ部３６において、スイッチＳＷ１を閉にし、ＳＷ２を開にすることにより、コンデンサＣの充電を開始する（図９（Ｂ）の時刻ｔ０の状態）。
この充電状態を保持することにより、コンデンサＣに徐々に電荷が蓄積され、抵抗Ｒ３７を介しての充電が進行する。コンデンサＣの充電電圧は次第に上昇し、時刻ｔ１において、基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなる。そして、コンデンサＣの充電電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上となった際にコンパレータ４６の出力信号ＶｏｕｔがＬ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ−相当の電位）からＨ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ＋相当の電位）に反転する。
次に、同じく制御部２からの制御指令により、スイッチ部３６は、lowレベルの信号を出力する（図９（Ｂ）の時刻ｔ２の状態）。つまり、スイッチ部３６において、スイッチＳＷ１を開にし、ＳＷ２を閉にすることにより、コンデンサＣに蓄積された電荷を、サーミスタＲＳＭを通して放電する。コンデンサＣの充電電圧は次第に低下し、時刻ｔ３において、基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなる。そして、コンデンサＣの充電電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下となった際にコンパレータ４６の出力信号ＶｏｕｔがＨ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ＋相当の電位）からＬ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ−相当の電位）に反転する。
【００７８】
上記の充放電の制御に並行して、カウンタ４７は、制御部２からの制御指令により、基準クロック発生回路４７Ａから出力される基準クロックＣＬＫを計数する。カウンタ４７は、コンデンサＣの充電開始（時刻ｔ０）からコンパレータ４６の出力信号がＨ状態からＬ状態に遷移する時刻ｔ１までの時間ｔｄ１、コンデンサＣの充電開始（時刻ｔ０）から放電を開始（時刻ｔ２）するまでの時間ｔｏｎ、コンデンサＣの放電開始（時刻ｔ２）からコンパレータ４６の出力信号がＬ状態からＨ状態に遷移する時刻ｔ３までの時間ｔｄ２についてそれぞれ測定する。
このように、環境情報計測部３０Ａでは、制御部２からの制御指令と、コンパレータ４６の出力状態とに応じて、コンパレータ４６の出力状態がＬ状態を示す時間（基準クロック数）をカウントすることにより温度を時間に変換して測定している。
【００７９】
このように、この環境情報計測部３０Ａは、検出した温度に基づいて時間を示す情報に変換する。環境情報計測部３０Ａは、変換された情報をＲＦＩＤタグからタグリーダへの返信信号に直接利用することができる。
また、基準電位が、抵抗によって電源電圧を分圧して生成されると仮定すると、コンパレータにより判定された結果は、電源電圧の変動に依存して変化しなくなる。なお、実験回路のコンパレータ４６、National Semiconductor社製LPV7215（商標）を用いている。このコンパレータは、電源電圧を2V(ボルト)にして動作させた場合の消費電力が1.2 μW（マイクロワット）と極めて小さく、この環境情報計測部３０Ａ（センサ回路）の低消費電力化に貢献できる。
【００８０】
（検出部の動作モデル）
検出部３５Ａは、コンデンサＣの充電時と放電時とにおいて異なる動作モデルを用いることにより、応答特性の説明を簡略化することができる。
図１０は、検出部３５Ａを等価回路で示した動作モデルを示す図である。
最初に、図１０（Ａ）を参照し、充電時の動作モデルについて説明する。
制御部２からの制御指令により、スイッチ部３６から供給される入力信号（入力パルス）がhighレベルであるとき、これを電源とみなすと、コンパレータ４６の非反転入力端子に接続されている回路は、図１０（Ａ）に示す回路に変換することができる。
【００８１】
この等価回路の過渡応答Vc(t)は、式（４）として示すことができる。
【００８２】
【数４】
【００８３】
この式（４）を解くことにより、入力信号Vinがhighレベルになってから、Vc(t) = Vrefとなるまでの時間td1は、式（５）として示すことができる。
【００８４】
【数５】
【００８５】
続いて、図１０（Ｂ）を参照し、放電時の動作モデルについて説明する。
制御部２からの制御指令により、スイッチ部３６から供給される入力信号（入力パルス）がlowレベルであるとき、これを接地しているとみなすと、コンパレータ４６の非反転入力端子に接続されている回路は、図１０（Ｂ）に示す回路に変換することができる。
【００８６】
この等価回路の過渡応答Vc(t)は、式（６）として示すことができる。
【００８７】
【数６】
【００８８】
なお、放電開始時には、コンデンサＣは、Vc(ton)として示される電圧に充電されているとしている。したがって、この式（６）を解くことにより、入力信号Vinがlowレベルになってから、Vc(t)がVc(ton)から減少し、Vc(t) = Vrefとなるまでの時間td２は、式（７）として示すことができる。
【００８９】
【数７】
【００９０】
また、図９（Ｂ）に示したように、時間tdは、式（８）として示すことができる。
【００９１】
【数８】
【００９２】
すなわち、式（５）、（７）、（８）に基づいて、時間tdの理論値を計算することができる。
【００９３】
図１１を参照し、上記に示した各式に基づいて導かれた時間tdの理論値について示す。
式（５）、（７）、（８）を用いて、試作に用いたサーミスタの温度特性から時間tdについて、温度ごと計算を行った。温度ごとに計算された結果をグラフ化して示す。
図１１は、温度ごとに計算された結果を示す図である。
この図１１の縦軸は、時間tdを示し、横軸は、温度を示す。
このグラフに示されるように、時間tdの値は、温度が高くなるにしたがって単調に減少し、温度と時間tdの値が一対一に対応することが示されている。
本実施形態に示した環境情報計測部３０Ａの構成を、図１０に示した等価回路と、そのモデルに基づいた式（４）から式（８）の演算式よってモデル化することにより、温度の計測が可能となる。
【００９４】
続いて、上記の理論値の妥当性を評価するために、環境情報計測部３０Ａを用いて実測した温度と上記の理論値とを比較した結果を示す。
図１２は、環境情報計測部３０Ａを用いて測定した温度の実測値と理論値とを比較する図である。
この図１２の縦軸は、時間tdを示し、横軸は、温度を示す。
この図１２に示された結果から、測定温度の実験値（図中「×」印）と理論値（図中に実線で示すグラフ）とは概ね一致しており、この環境情報計測部３０Ａの構成によって、温度の計測が行えることが示されている。
またこの評価に用いた構成においては、制御部２と境情報計測部３０Ａとを駆動して温度の計測を行う場合、合計８Ｗ（ワット）の消費電力に省電力化することが可能である。
【００９５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここで本発明と上記実施形態との対応関係について補足して説明しておく。上記実施形態において、本発明における環境情報計測装置は、環境情報計測装置１が対応する。また、本発明における通信部は、通信部１０が対応し、本発明における電源部は電源部２０が対応する。また、本発明における環境情報検出部は、検出部３５、３５Ａ（サーミスタＲＳＭ（３４）とコンデンサＣ（３３）を有する）が対応し、本発明における計時部は、計時部４０（コンパレータ４６及びカウンタ４７等で構成される部分）が対応する。また、本発明における第１のスイッチは、スイッチＳＷ１（３１）が対応し、本発明における第２のスイッチは、スイッチＳＷ２（３２）が対応する。また、本発明における環境情報は、環境情報計測装置１で計測された温度測定対象箇所の温度計測データが対応する。
【００９６】
（１）そして、本発明の実施形態によれば、環境情報計測装置１は、受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電源部２０と、検出した環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部３５を有しており、検出部３５において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する環境情報検出部３０と、その変化する信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測する計時部（コンパレータ４６及びカウンタ４７等）４０と、環境情報検出部３０の動作を制御する制御部２と、を備え、上記負荷には、環境情報検出部３０、計時部４０、及び制御部２が含まれる。
このような構成の環境情報計測装置１においては、電源部２０は、受信した電波の電力を変換して負荷を機能させる電源の電力を生成する。環境情報検出部３０は、環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部３５を備える。環境情報検出部３０は、検出部３５において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する。そして、計時部４０は、検出部３５において形成される回路網によって生成された信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測する。
これにより、測定対象箇所の環境情報、例えば、温度（電力系統における送電線や配電線、あるいは電車線におけるき電線の接続点の温度）、湿度又は気圧を、低消費電力かつ簡単な回路構成で容易に測定できる。
【００９７】
（２）また、上記実施形態において、環境に応じて生成された計測データを要求に応じて送信する通信部１０を備える。
このような構成の環境情報計測装置１では、環境情報検出部３０により計測された環境情報に基づいて生成された計測データ（例えば、より正確には温度を時間した温度計測データ）を、通信部１０により外部の装置（例えば、環境情報収集装置）に送信する。
これにより、測定対象箇所の環境情報、例えば、温度（電力系統における送電線や配電線、あるいは電車線におけるき電線の接続点の温度）、湿度又は気圧を、低消費電力かつ簡単な回路構成で容易に測定できる効果に加えて、測定対象箇所が多数ある場合においても容易かつ自動で測定（計測データを収集）することができる。
【００９８】
（３）また、上記実施形態において、制御部２は、生成された電源の電圧に応じて、検出部３５に含まれる容量への充電と、計時部４０による時間の計測とを制御する制御部２と、を備える。
このような構成の環境情報計測装置１では、制御部２では、生成された電源の電圧が所定の電圧（充電開始電圧）に到達した場合に、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）への充電を行う、その後、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）の放電を開始し、計時部４０では、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）の充電電位が所定の基準値Ｖｒｅｆに低下するまでの時間を計測する。
これにより、ＣＲ放電回路を用いて、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して測定することが可能になる。このため、低消費電力かつ簡易な回路で温度測定を行える。
【００９９】
（４）また、上記実施形態において、制御部２は、生成された電源の電圧が、予め定められる所定の充電開始電圧に達した場合、充電部（コンデンサＣ）への充電を開始させる。
このような構成の環境情報計測装置１では、電源部２０で生成される電源電圧が所定の充電開始電圧に到達した場合に、検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）へ充電を行い、その後、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）の放電を開始する。
これにより、ＣＲ放電回路を用いて、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して測定することが可能になる。このため、低消費電力かつ簡易な回路で環境情報の測定を行える。
【０１００】
（５）また、上記実施形態において、計時部４０は、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）からの放電を開始してから、上記信号の電圧が上記検知電圧に低下するまでの時間を計測する。
このような構成の環境情報計測装置１では、電源部２０で生成される電源電圧が所定の充電開始電圧に到達した場合に、検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）への充電を行い、その後、検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）の電荷の放電を開始し、計時部４０では、環境情報（コンデンサＣ）の充電電位が所定の基準電圧Ｖｒｅｆに低下するまでの時間を計測する。
これにより、ＣＲ放電回路を用いて、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して測定することが可能になる。このため、低消費電力かつ簡易な回路で温度測定を行える。
【０１０１】
（６）また、上記実施形態において、環境情報検出部３０は、電源部２０検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）への充電を遮断するスイッチＳＷ１と、検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）からの放電を遮断するスイッチＳＷ２と、を備え、制御部２は、容量（コンデンサＣ）を充電する場合に、スイッチＳＷ１を接続状態にして電源部２０から容量（コンデンサＣ）への充電を行い、スイッチＳＷ２を開放状態にして容量（コンデンサＣ）からの放電を停止し、容量（コンデンサＣ）から放電する場合に、スイッチＳＷ１を開放状態にして電源部２０から容量（コンデンサＣ）への充電を停止し、スイッチＳＷ２を接続状態にして容量（コンデンサＣ）から放電を行う。
このような構成の環境情報計測装置１では、例えば、電源部２０により容量（コンデンサＣ）を充電する際には、スイッチＳＷ１により電源部２０と容量（コンデンサＣ）との間を接続し、スイッチＳＷ２により容量（コンデンサＣ）と温度検出部（サーミスタＲＳＭ）との間を遮断する。そして、容量（コンデンサＣ）を放電する際には、スイッチＳＷ１により電源部２０と容量（コンデンサＣ）との間を遮断し、スイッチＳＷ２により容量（コンデンサＣ）と温度検出部（サーミスタＲＳＭ）との間を接続する。
これにより、制御部２によりスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２を制御することにより、容量（コンデンサＣ）への充電と、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）による放電とを容易に行うことができる。このため、低消費電力かつ簡単な回路構成で、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して計測することができる。
【０１０２】
（７）また、上記実施形態において、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とにおける接続状態と開放状態は、互いに相補の関係に保たれる。
このような構成の環境情報計測装置１では、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とを組み合わせることにより、１つのＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチとすることができる。また、本実施形態に示したようにスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２をＳＰＤＴスイッチとして機能させて、電源電圧又は基準電位のいずれかの電位を選択して出力させることができる。このようなスイッチであれば、ＣＭＯＳ構造を有するデジタル回路素子（半導体装置）に代えることが可能となる。
これにより、制御部２によりスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２を制御することにより、容量（コンデンサＣ）への充電と、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）による放電とを容易に行うことができる。このため、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２の構成をより簡素化することができ、低消費電力かつ簡単な回路構成で、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して計測することができる。
【０１０３】
（８）また、上記実施形態において、計時部４０は、検出部３５に含まれる容量から放電を開始する前に、容量（コンデンサＣ）への充電を行う過程において、信号の電圧が検知電圧に達してから、充電を停止するまでの時間を計測する。
このような構成の環境情報計測装置１では、計測する時間を長くすることができることから、構成を簡素化したままで、検出精度を向上させることができる。
【０１０４】
（９）また、上記実施形態において、環境情報検出部３０は、検出部３５に設けられる回路素子に応じて、環境における温度、気圧又は湿度のいずれかを検出する。
このような構成の環境情報計測装置１では、検出部３５に設けられた回路素子に応じて、環境における温度、気圧又は湿度のいずれかを検出する環境情報検出部３０を構成することができる。この場合に、例えば、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）を設けることにより、温度を検出することができ、湿度検出部を設けることにより、湿度を検出することができ、気圧センサを設けることにより、気圧を検出することができる。
これにより、低消費電力かつ簡単な回路構成で、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して計測することができる。
【０１０５】
（１０）また、上記実施形態において、環境情報検出部３０は、温度測定対象である電線と熱的に結合するように設けられる。
このような構成の環境情報計測装置１では、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）が温度測定対象箇所の表面に接触するように配置される。この場合に、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）と温度測定対象箇所との熱的な結合（熱導電性）と電気絶縁性を高めるために、シリコンゴムコンパウンド等を介して接触させる。
これにより、温度測定対象箇所の温度を正確に計測することができる。
【０１０６】
（１１）また、上記実施形態において、環境情報計測システムは、検出した環境情報に基づいて計測された情報を送信する上記のいずれかに記載の環境情報計測装置と、送信された情報を収集する環境情報収集装置とを備える。
このような構成の環境情報計測システムでは、環境情報収集装置５１が、環境情報計測装置１から送信される計測データを収集して保存する。
これにより、被測定対象の温度、例えば、電力系統における送電線や配電線、あるいは電車線におけるき電線の温度を、低消費電力の回路で容易に測定できる。また、温度測定対象箇所が多数ある場合においても、容易かつ自動で温度データを測定することができる。このような温度計測方法を用いることにより、気温をはじめとする環境情報の収集に適用することが可能である。
【０１０７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した環境情報計測装置１は、ＲＦＩＤタグを用いて構成されており、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した各部の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体（ＲＯＭ等）に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の環境情報計測装置、及び環境情報計測システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。
例えば、実施形態４に示した態様に、実施形態２又は３の態様を適用することができる。これにより、測定の対象を温度測定とする場合に限定されず、様々な環境情報計測を行うことが容易となる。
また、本実施形態に示した構成による環境情報計測において、環境情報計測装置の構成などによる偏差を生じる場合が想定される。環境情報計測装置の構成に依存して生じる偏差について、予め特定しておくことにより、その偏差情報を補正することができる。環境情報収集装置は、環境情報収集装置に備える記憶部に、その偏差情報を予め記憶しておき、環境情報計測装置から通知された計測結果に応じて記憶部に記憶されている偏差情報を参照して、環境情報計測装置から通知された計測結果を補正することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１…環境情報計測装置、２…制御部、３…記憶部、
１０…通信部、１１…受信部、１２…送信部、１３…アンテナ、
２０…電源部、２１…倍電圧整流回路、２２…充電制御部、２２Ａ…電源電圧検出部、
３０、３０Ａ…環境情報計測部、３１…スイッチＳＷ１、３２…スイッチＳＷ２、
３３…コンデンサＣ、３４…サーミスタＲＳＭ、３５、３５Ａ…検出部、
３６、３７、３８…抵抗
４０…計時部、４６…コンパレータ、
４７…カウンタ、４７Ａ…基準クロック発生回路、
５０…電車、５１…環境情報収集装置（タグリーダ）、
５２…アンテナ、５３…表示部、５４…操作スイッチ群、
１００…電車線、１０１…き電線、１０１ａ…き電線の接続箇所（圧着スリーブ）、
１０２…トロリー線、１０７ａ…き電分岐部、１０８ａ…クランプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象箇所の環境情報を測定することができる、環境情報計測装置、環境情報計測システム、及び環境情報計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
広範囲に分散した測定対象箇所ごとの環境情報をそれぞれ測定することが必要とされる場合がある。測定される環境情報には、温度、湿度、気圧などの情報があり、環境情報計測装置がそれらの情報を測定する。測定する情報に対応できる様々な測定方法が知られている。例えば、温度を測定する場合では、被測定対象の温度を非接触で測定する方法としては、赤外線カメラを用いる方法が知られている（非特許文献１を参照）。また、被計測対象に接触して計測する方法には、示温ラベルを用いる方法がある。示温ラベルを用いる方法は、目視で表示色を検出することが必要とされ、示温ラベルを確認できる位置まで測定者が接近して観測している。これらの被測定対象の温度を測定する方法は、間接的な測定であるが気温を測定する方法として用いることができる。
【０００３】
ただし、上記のような方法では、測定者による作業が必要になることから、測定対象箇所、測定頻度が多くなる用途や、測定者が接近できない場所の測定には適さない場合がある。そこで、被計測対象に温度センサを接触させて計測する記録装置が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９６６７７９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】浜松フォトニクス株式会社、”近赤外〜赤外用カメラ／画像計測装置”、［online］、平成２２年７月、浜松フォトニクス株式会社、［平成２２年７月２８日検索］、インターネット＜URL：http://jp.hamamatsu.com/products/camera/0001/index_ja.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電力系統における送電線や配電線の温度管理（例えば、送電線や配電線等の接続点の温度管理）や、電車線へ電力を供給するためのき電線の温度管理（例えば、き電線の接続点の温度管理）を行うことが求められている。測定対象箇所は、広範囲に分散しており、繰り返して測定することが必要とされ測定頻度の要求も高い。
【０００７】
非特許文献１に示されるような赤外線カメラを用いる方法では、測定箇所と被計測対象との間の距離を置いて計測することができる。赤外線カメラを測定箇所ごとに定点設置する場合では、必要とされる設備規模が大きくなり実現困難である。また、赤外線カメラを測定箇所に移動させて測定する場合では、連続的な測定ができなくなり、測定者が、被計測対象に赤外カメラを向けて計測することが必要とされることから、測定箇所ごとの計測時間も長くなる。
また、示温ラベルを用いる方法は、目視で表示色を確認できる位置まで測定者が接近して観測することが必要とされることから、充電状態の電線の温度計測には、安全上の理由で適用条件が制限される場合がある。
そこで、特許文献１に記載の記録装置を用いることにより、測定者の作業量を低減させるとともに、安全に測定を行うことができる。
【０００８】
しかしながら、被測定対象箇所（温度測定対象箇所）がさらに増大する場合や、あるいは測定頻度がさらに高めることが必要となる場合がある。このような要求に応じるために、記録した測定データを通信する時間が長くなり、また、環境情報計測装置の消費電力が増加し、大規模な装置が必要となるなど実現が困難な場合が生じる。上記は、温度計測の場合を示したものであるが、被測定対象箇所の環境情報を収集する場合においても同様の問題が生じる。つまり、気温、湿度や気圧などの環境情報を収集する被測定対象箇所（温度測定対象箇所）が多い場合や、あるいは測定頻度が高い場合には、上記のように温度を計測することが困難であるのと同様に実現が困難な場合が生じる。また、気温以外の測定項目の環境情報（湿度、気圧など）の測定においても、同様に実現が困難な場合が生じるという問題がある。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、被測定対象箇所の環境情報を測定できる低消費電力な環境情報計測装置、環境情報計測システム及び環境情報計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の環境情報計測装置は、受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電源部と、検出した環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部を有しており、前記検出部において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する環境情報検出部と、前記信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測し、前記計測された結果に基づいて前記環境に応じた環境情報を生成する計時部と、前記環境情報検出部の動作を制御する制御部と、を備え、前記負荷には、前記環境情報検出部、前記計時部、及び前記制御部が含まれることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記環境に応じて生成された前記環境情報を要求に応じて送信する通信部を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記制御部は、前記生成された電源の電圧に応じて、前記検出部に含まれる容量への充電と、前記計時部による時間の計測とを制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記制御部は、前記生成された電源の電圧が、予め定められる所定の充電開始電圧に達した場合、前記検出部に含まれる容量への充電を開始させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記計時部は、前記検出部に含まれる容量からの放電を開始してから、前記信号の電圧が前記検知電圧に低下するまでの時間を計測することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記環境情報検出部が、前記電源部から前記検出部に含まれる容量への充電を遮断する第１のスイッチと、前記検出部に含まれる容量からの放電を遮断する第２のスイッチと、を備え、前記制御部は、前記容量に充電する場合に、前記第１のスイッチを接続状態にして前記電源部から前記容量への充電を行い、前記第２のスイッチを開放状態にして前記容量からの放電を停止し、前記容量から放電する場合に、前記第１のスイッチを開放状態にして前記電源部から前記容量への充電を停止し、前記第２のスイッチを接続状態にして前記容量から放電を行い、ことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとにおける接続状態と開放状態は、互いに相補の関係が保たれることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記計時部が、前記検出部に含まれる容量から放電を開始する前に、前記容量への充電を行う過程において、前記信号の電圧が前記検知電圧に達してから、前記充電を停止するまでの時間を計測することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記環境情報検出部は、前記検出部に設けられる回路素子に応じて、前記環境における温度、気圧又は湿度のいずれかを検出することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の環境情報計測装置は、前記環境情報検出部は、温度測定対象である電線と熱的に結合するように設けられることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の環境情報計測システムは、前記検出した環境情報に基づいて計測された情報を送信する上記のいずれかに記載の環境情報計測装置と、前記送信された情報を収集する環境情報収集装置とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の環境情報計測方法は、受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電力生成過程と、環境情報検出部によって検出した環境に応じてインピーダンス又は静電容量が変化する環境情報検出過程と、前記環境情報検出部において前記検出部を含んで形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計時部によって計測する時間計測過程とを含み、前記負荷には、前記環境情報検出部及び前記計時部が含まれることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の環境情報計測装置においては、電源部が、受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する。環境情報検出部は、検出した環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部を有しており、検出部において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する。計時部は、信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測し、計測された結果に基づいて前記環境に応じた環境情報を生成する。制御部は、環境情報検出部の動作を制御する。また、上記負荷には、環境情報検出部、計時部、及び制御部が含まれる。
これにより、被測定対象箇所の環境情報を低消費電力な回路構成で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の環境情報計測装置が設備される電車線の例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係わる環境情報計測装置の構成を示すブロック図である。
【図３】環境情報計測部３０の構成例を示す図である。
【図４】環境情報計測装置１の動作を説明するための図である
【図５】受信検出とコンデンサＣへの充電タミングの例を示す図である。
【図６】サーミスタの温度特性の一例を示す図である。
【図７】倍電圧整流回路２１の構成例を示す図である。
【図８】環境情報計測システムの構成例を示す図である。
【図９】環境情報計測部３０Ａの構成例を示す図である。
【図１０】検出部３５を等価回路で示した動作モデルを示す図である。
【図１１】温度ごとに計算された結果を示す図である。
【図１２】環境情報計測部３０Ａを用いて測定した温度の実測値と理論値とを比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
本実施の形態に示す環境情報計測装置は、き電線の接続点（例えば、電線同士を圧着して接続する圧着スリーブ）等に装着されるものであり、通信手段とするＲＦＩＤタグを備えている。そして、車上等に設置した環境情報収集装置（タグリーダ）は、環境情報計測装置と無線通信を行うことにより、環境情報計測装置によって計測された環境情報を自動で収集して設備管理を行うものである。最初に、環境情報計測装置が、温度を計測する例をあげて説明する。温度の計測と同様の方法を用いることにより、環境情報計測装置が配置された箇所の気温の測定に適用することができる。
【００２６】
（環境情報計測装置が設備される例についての説明）
この実施の形態に示す環境情報計測装置は、電力系統における送電線や配電線の温度管理（例えば、配電線や配電線等の接続点の温度管理）や、電車線へ電力を供給するためのき電線の温度管理（例えば、き電線の圧着スリーブ等による接続点の温度管理）を行うために使用されるものである。
【００２７】
例えば、図１は、本実施形態における環境情報計測装置が設備される電車線の例を示す図である。電車線１００は、き電線１０１、トロリー線１０２、補助吊架線１０３、吊架線１０４、トロリー線１０２と補助吊架線１０３を連結するハンガー１０５、き電線１０１と補助吊架線１０３を接続するき電分岐部１０７ａを有し、吊架線１０４は支持点１０４ａにおいて、図示しない電柱に固定されている。き電分岐部１０７ａの一端はき電線１０１にクランプ１０８ａにより固定されており、き電分岐部１０７ａの他端は補助吊架線１０３にクランプ１０８ｂにより固定されている。
そして、環境情報計測装置１は、き電線１０１のき電分岐部１０７ａのクランプ１０８ａに装着されている。さらに、環境情報計測装置１は、き電線１０１の接続点、例えば、圧着スリーブを用いた接続箇所（圧着スリーブ１０１ａ）に装着されている。このように装着することにより、環境情報計測装置１は、温度測定対象である電線と熱的に結合するように設けることができる。
【００２８】
上記、き電分岐部１０７ａのクランプ１０８ａや、き電線１０１の接続箇所（圧着スリーブ１０１ａ）では、接触抵抗を有しており、常時又は不連続に電流が通過することにより、大なり小なりの熱が発生する。また、その発熱による温度上昇が激しくなくても、長時間にわたり高い温度が続くと、腐蝕、疲労により電気抵抗が増大し、そのまま放置すると発熱により接続箇所の切断が起き、給電に障害が生じることがある。このため、き電分岐部１０７ａや、き電線１０１の接続箇所１０１ａに環境情報計測装置１を設備して、き電分岐部１０７ａのクランプ１０８ａや、き電線１０１の接続箇所１０１ａにおける温度上昇を監視する。なお、環境情報計測装置１は、き電分岐部１０７ａのクランプ１０８ａと、き電線１０１の接続箇所１０１ａとのうちのいずれか一方に設備するようにしてもよい。
【００２９】
（環境情報計測装置の構成例の説明）
図２は、本発明の実施形態に係わる環境情報計測装置１の構成を示すブロック図である。この図の環境情報計測装置１は、アンテナ１３を通して無線により環境情報収集装置（タグリーダ）５１と通信を行う通信部１０と、アンテナ１３により受信した電波の電力から電源（直流電源）を生成する電源部２０と、サーミスタを用いて温度計測を行う環境情報計測部３０と、環境情報計測部３０において検出された結果に基づいて温度計測データを生成する計時部４０と、この環境情報計測装置１の全体を制御する制御部２と、記憶部３とを備えている。
【００３０】
なお、この環境情報計測装置１は、通信部、ＣＰＵ、ＲＯＭ等と、その他の関連するＩＣ回路（集積回路）とを備え、アンテナ１３を通して無線により外部装置と通信を行うパッシブタイプのＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを用いて実現されるものである。なお、ＲＦＩＤタグは、近年、小さなワンチップのＩＣで実現できるようになってきたため、ＩＣタグとも呼ばれる。
【００３１】
通信部１０は、受信部１１と送信部１２とで構成される。受信部１１は、アンテナ１３を通して、外部装置（環境情報収集装置５１）から送られる予め定められた変調方式の電波を受信し、受信した電波を復調して、信号を受信する。また、送信部１２は、環境情報計測部３０で計測された温度計測データに基づく変調波を生成して、この変調波を増幅して、アンテナ１３を通して無線電波として外部装置に送信する。なお、アンテナ１３は、ＲＦＩＤの基板状部材の表面に銅箔のパターン等により形成されるアンテナであり、例えば、アンテナ１３の長さは、無線送信周波数のλ／４長となるように形成されている。
【００３２】
制御部２は、環境情報計測装置１の各部の動作を統括して制御する。例えば、この制御部２は、環境情報計測部３０における温度計測を制御し、また、環境情報計測部３０で計測された温度計測データを信号波として無線送信するための制御を行う。なお、この環境情報計測装置１には、それぞれ固有の識別番号（センサＩＤ）が付与されており、この識別情報は記憶部３にＲＦＩＤ識別情報として記憶されている。
【００３３】
電源部２０は、タグリーダ（受信機）５０からアンテナ１３を通して受信した電波をエネルギー源として、ＲＦＩＤタグ内の各部へ電力を供給するための電源部である。この電源部２０は、倍電圧整流回路２１と充電制御部２２とを備える。倍電圧整流回路２１は、アンテナ１３を通して受信した電波を倍電圧整流して直流電圧を生成するとともに、この直流電圧を所望の電圧まで上昇させる。また、充電制御部２２は、所望の電圧まで上昇させた直流電圧により環境情報計測部３０内のコンデンサＣなどの静電容量成分を充電する。この充電制御部２２は、倍電圧整流回路２１により生成された電源電圧の大きさを検出する電源電圧検出部２２Ａを備える。
【００３４】
この電源電圧検出部２２Ａは、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、無線電波から生成した電源の電圧（電源電圧）が所定の閾値電圧Ｖｔｈ１を超えた場合に、環境情報収集装置（タグリーダ）５１から電波を受信したことを検出し、この受信検出の情報を制御部２に通知する。また、電源電圧検出部２２Ａは、図５（Ａ）に示すように、電源電圧が所定の閾値電圧Ｖｔｈ２（充電開始電圧）を超えた場合に、この情報を制御部２に通知する。制御部２は、電源電圧検出部２２Ａにより電源電圧が閾値電圧Ｖｔｈ２（充電開始電圧）を超えたことが検出された場合に、充電制御部２２により環境情報計測部３０内のコンデンサＣの充電を開始する。また、コンデンサＣに充電を開始するタイミングは、図５（Ｂ）に示すように、電源電圧が所定の閾値電圧Ｖｔｈ１を超えた後、制御部２において所定時間Ｔをタイマにより計数し、この所定時間Ｔの経過後にコンデンサＣへの充電を開始するようにしてもよい。なお、倍電圧整流回路２１の構成例については、後述する。
【００３５】
（環境情報計測部３０と計時部４０の構成と動作の説明）
続いて、環境情報計測部３０と計時部４０の構成と動作について説明する。
図３は、環境情報計測部３０と計時部４０の構成例を示す図である。図３（Ａ）に示すように、環境情報計測部３０は、スイッチＳＷ１（３１）及びＳＷ２（３２）と、電源部２０により生成された電源（電圧Ｖｃｃ）により充電されるコンデンサＣ（３３）と、温度に応じて抵抗値が変化する温度センサであるサーミスタＲＳＭ（３４）と、電源電圧を分圧する抵抗Ｒ１（３８）及びＲ２（３９）を備える。
このコンデンサＣ（３３）と、サーミスタＲＳＭ（３４）とを含んで構成される回路網により検出部３５が形成される。
また、スイッチＳＷ１（３１）及びＳＷ２（３２）は、実際には、ＭＯＳトランジスタやアナログスイッチ等で構成される半導体スイッチである。
また、計時部４０は、コンパレータ４６と、カウンタ４７と、基準クロック発生回路４７Ａと、を備える。コンパレータ４６、カウンタ４７、及び基準クロック発生回路４７Ａは、コンデンサＣの放電開始から、コンデンサＣの充電電位が基準電圧Ｖｒｅｆに至るまでの時間を計測（計時）する。
【００３６】
この図において、スイッチＳＷ１は、一端がコンデンサＣの正極端子に接続され、他端が電源線Ｖ＋を通して電源部（電圧Ｖｃｃ）２０の正極端子に接続される。スイッチＳＷ２は、一端がコンデンサＣの正極端子に接続され、他端がコンパレータ４６の非反転入力端子Ｖｉｎ（＋）に接続される。また、温度センサとなるサーミスタＲＳＭは、一端がコンパレータ４６の非反転入力端子Ｖｉｎ（＋）に接続され、他端が電源線Ｖ−を通して電源部２０の負極端子に接続される。また、コンデンサＣの負極端子が電源線Ｖ−を通して電源部２０の負極端子に接続される。
【００３７】
抵抗Ｒ１は、一端が電源線Ｖ＋に接続され、他端がノードＮ１を通して抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端は、電源線Ｖ−に接続されている。したがって、ノードＮ１は、電源部２０の出力電圧Ｖｃｃの抵抗分圧点となる。また、このノードＮ１は、コンパレータ４６の反転入力端子Ｖｉｎ（−）に接続される。また、コンパレータ４６の出力側はカウンタ４７の計数制御端子ａに接続されている。また、カウンタ４７のクロック入力端子ｂは基準クロック発生回路４７Ａの出力端子に接続されており、このクロック入力端子ｂに基準クロック発生回路４７Ａから基準クロックＣＬＫが入力される。
【００３８】
上記、サーミスタＲＳＭは、例えば、環境情報計測装置１の装着面（温度測定対象箇所への装着面）側に露出されるようにして配置される。そして、環境情報計測装置１は、このサーミスタＲＳＭが温度監視対象箇所（例えば、き電線１０１とき電を接続する圧着スリーブ１０１ａの表面）にシリコンゴムコンパウンド（電気絶縁性と熱伝導性を高めるためのシリコンゴムコンパウンド）あるいはシリコングリース等を介して密着するようにして固定される。なお、サーミスタＲＳＭを環境情報計測装置１の本体から分離し、信号線を介して引き出せるように構成し、サーミスタＲＳＭを単体で温度監視対象箇所に固定するようにしてもよい。
【００３９】
以下、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して、環境情報計測部３０の動作について説明する。なお、この図の説明において、電源部２０から環境情報計測部３０に電源電圧Ｖｃｃ（充電開始電圧）が供給可能な状態にあるものとする。
【００４０】
この状態において、制御部２からの制御指令により、スイッチＳＷ１を閉にし、ＳＷ２を開にすることにより、コンデンサＣを電源電圧Ｖｃｃに充電する（図３（Ｂ）の時刻ｔ０の状態）。次に、同じく制御部２からの制御指令により、スイッチＳＷ１を開にし、ＳＷ２を閉にすることにより、コンデンサＣに蓄積された電荷を、サーミスタＲＳＭを通して放電する。コンデンサＣの充電電圧は次第に低下し、時刻ｔ１において、基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなる。そして、コンデンサＣの充電電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下となった際にコンパレータ４６の出力信号ＶｏｕｔがＨ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ＋相当の電位）からＬ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ−相当の電位）に反転する。
【００４１】
カウンタ４７は、制御部２からの制御指令により、コンデンサＣの放電開始からコンパレータ４６の出力信号がＨ状態からＬ状態に遷移するまでの時間ｔｄの間、基準クロック発生回路４７Ａから出力される基準クロックＣＬＫを計数する。このように、環境情報計測部３０では、コンデンサＣの放電開始からコンパレータ４６が動作するまで時間（基準クロック数）をカウントすることにより温度を時間に変換して測定している。
【００４２】
例えば、サーミスタＲＳＭは、図６に示すように、温度が上昇するに従い、その抵抗値が減少する。したがって、温度が上昇するに従い、コンデンサＣの充電電荷の放電速度が早くなり、カウンタ４７で計数される基準クロックの数が減少する。このように、カウンタ４７で計数される基準クロックの数を基に、サーミスタＲＳＭの温度（すなわち、温度測定対象箇所の温度）を測定することができる。
なお、図３（Ａ）に示す環境情報計測部３０の回路構成を採用した背景と、図３（Ｂ）に示される数式等については、後述する。
【００４３】
また、図４は、環境情報計測装置１の全体の動作を説明するための図である。なお、この例では、環境情報収集装置（タグリーダ）５１が環境情報計測装置（ＲＦＩＤタグ）１に遠方から次第に接近し、環境情報収集装置（タグリーダ）５１と環境情報計測装置（ＲＦＩＤタグ）１とが互い交信可能な距離に接近した状態において、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１から温度データを受信する例を示している。以下、図４を参照して、環境情報計測装置１の動作について説明する。
【００４４】
タグリーダ（環境情報収集装置）５１は、環境情報計測装置（ＲＦＩＤタグ）１に対して、温度情報の送信を要求する信号を電波により送信しつつ（ステップＳ１１）、環境情報計測装置１に接近する。環境情報計測装置１は、環境情報収集装置５１から送信される電波を受信し（ステップＳ２１）、電源部２０により、この受信した電波により得られる電力から電源（直流電源）を生成する。なお、この電源の電圧は、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１に接近するにつれて増大する。
【００４５】
そして、電源部２０では、生成した電源の電圧を電源電圧検出部２２Ａにより検出し（ステップＳ２２）、図５（Ａ）に示すように所定の閾値電圧Ｖｔｈ１以上になったことを検出した場合に、環境情報収集装置５１からの電波を受信検出したことを制御部２に通知する。その後、電源電圧が増大し、電源電圧が図５（Ａ）に示すように所定の閾値電圧Ｖｔｈ２以上になったことを検出した場合（充電開始電圧に到達したことを検出した場合）に、これを制御部２に通知する。
【００４６】
制御部２では、電源電圧が所定の閾値電圧Ｖｔｈ２以上になったことを検知した場合に、環境情報計測部３０中のスイッチＳＷ１を閉、スイッチＳＷ２を開にすることにより、コンデンサＣを、電源電圧により充電する（ステップＳ２３）。そして、所定の時間の経過後、すなわちコンデンサＣへの充電が完了した後に、制御部２は環境情報計測部３０内のスイッチＳＷ１を開、スイッチＳＷ２を閉にすることにより、サーミスタＲＳＭを通して、コンデンサＣに充電された電荷の放電を開始する（ステップＳ２４）。
【００４７】
制御部２は、コンデンサＣの放電を開始するとともに、カウンタ４７を起動し、このカウンタ４７により基準クロックＣＬＫの計数を開始させる（ステップＳ２５）。そして、コンデンサＣの放電に伴い、コンデンサＣの電位が基準電圧Ｖｒｅｆ以下になったか否かをコンパレータ４６により検出する（ステップＳ２６）。そして、コンデンサＣの充電電位が基準電圧Ｖｒｅｆ以下になったことが検出された場合に（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、制御部２は、カウンタ４７の計数動作を停止させるとともに、カウンタ４７の計数値のデータを、時間に変換した温度計測データとして環境情報収集装置５１に送信する（ステップＳ２７）。環境情報収集装置５１では、環境情報計測装置１から温度計測データを受信し（ステップＳ１２）、この温度データを保存するとともに、ディスプレイ装置等に表示する。
上記手順により、環境情報計測装置１が温度測定対象箇所の温度を測定し、環境情報収集装置（タグリーダ）５１は、環境情報計測装置１で測定された温度計測データを自動的に収集することができる。このため、温度測定対象箇所が多数ある場合においても容易かつ自動で温度計測データを収集することができる。
【００４８】
（温度計測部の回路構成についての補足説明）
上述したように、環境情報計測部３０は、スイッチＳＷ１とＳＷ２、コンデンサＣ、サーミスタＲＳＭ、及び抵抗Ｒ１、Ｒ２を備え、計時部４０は、コンパレータ４６、カウンタ４７、基準クロック発生回路４７Ａを備える。このように、環境情報計測装置１では、環境情報計測部３０と計時部４０とを組み合わせることにより、温度を時間に変換して計測するようにしている。このような回路構成にした理由は、環境情報計測装置１ではＲＦＩＤタグを利用しており、このＲＦＩＤタグにおいては、タグリーダから受信した電波を基に電源を生成するために、低消費電力の回路が必要とされるためである。この点について補足して説明しておく。
【００４９】
温度センサにはいくつかの種類が存在し、動作原理で分類すると、熱電対、ＰＮ接合ダイオード、赤外線型、サーミスタなどがある。このうち、熱電対は異種の金属をリング状に接合したときに、二つの接点の温床が異なるときに流れる電流を利用したものである。この方式ではどちらかの接点を測定対象に、もう一方の接点を温度が既知な場所に設置する必要があり、本発明で対象としているＲＦＩＤタグに用いるには適していない。
また、ＰＮ接合ダイオードを用いる方法は、ダイオードの順方向降下電圧の温度依存性を利用したものであり、ＩＣ、ＬＳＩ中のシリコンダイオードをそのまま温度センサとして使うことができるが、その感度は１ｍＶ／℃程度であり、またダイオードに流す電流を一定にする必要があり、取り扱いが難しい。また、赤外線型は、物体が放射する赤外線の量を検出するものであるが、大きさ、消費電力の面からＲＦＩＤタグに内蔵するには適さない。
【００５０】
一方、サーミスタは温度より抵抗率が変化する材料を用いた抵抗で。温度に対する低効率の変化係数が負の値を示すＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｃｉｅｎｔ）は、変化係数が正の値を示すものと比べると比較的線形性が良いのでよく用いられている。また、高精度のものも製造可能であり、所望の精度で温度を計測することが可能である。また、抵抗値も１００ｋΩ程度までなら製造が容易である。なお、低消費電力型の温度センサの一例として、図３にサーミスタの温度特性の例を示したが、このサーミスタの消費電力は、１２．５μＷ（２．５Ｖ×５μＡ）と、低消費電力である。
【００５１】
ところで、サーミスタを含め、温度センサから得られる情報は、アナログ値であるので、これをデジタル信号に変換する必要がある。そのために、一般的には、アナログ・デジタル（ＡＤ）コンバータを用いる。ＡＤコンバータの内部では、２つの入力信号の電圧の大小を比較してその結果をデジタル信号で出力するコンパレータを用いるものが多い。しかしながら、一般にＡＤコンバータの消費電力は、ＲＦＩＤタグに用いるには非常に大きく、低消費電力型のＡＤコンバータでも数百μＷ程度である。このためＡＤコンバータをＲＦＩＤタグに内蔵させることは困難である。
【００５２】
そこで、ＡＤコンバータから出力される信号は、シリアルもしくはパラレルのデジタル信号であるが、本実施形態において必要とされる情報を考えると、必ずしもアナログ信号を逐次デジタル信号にする必要がない。そこで、ＲＣ放電回路と、コンパレータと、カウンタとを用いることにより、温度を時間に変換したデジタル量として、温度計測データを得ている。すなわち、図３で示した回路構成を採用している。
【００５３】
図３で示したように、最初にスイッチＳＷ１を閉、スイッチＳＷ２を開にし、コンデンサＣを電源電圧Ｖｃｃで充電しておく。そして、測定開始とともに、制御部２により、スイッチＳＷ１を開、スイッチＳＷ２を閉に切り替えて、コンデンサＣの充電電荷を、サーミスタＲＳＭを通じて放電させる。このとき、コンデンサＣの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下になるまでの時間を計測する。このとき、抵抗Ｒ１とＲ２を使って電源電圧Ｖｃｃを分圧して、基準電圧Ｖｒｅｆを作成すると、放電開始から基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでの放電時間は電源電圧の大きさに関係なくなる。すなわち、放電電圧Ｖｉｎ（ｔ）を式（１）として示す。
【００５４】
【数１】
【００５５】
式（１）に示された放電電圧Ｖｉｎ（ｔ）は、電源電圧Ｖｃｃと、時定数（ＲＳＭＣ）とにより、一次応答関数として示される。また、基準電圧Ｖｒｅｆは、抵抗Ｒ１とＲ２から式（２）として示される。
【００５６】
【数２】
【００５７】
式（２）において、γは分圧比を示す。
式（２）から、放電電圧Ｖｉｎ（ｔ）が、基準電圧Ｖｒｅｆ以下になるまでの時間ｔｄを求めると、時間ｔｄは、式（３）として示される。
【００５８】
【数３】
【００５９】
これにより、時間ｔｄは、サーミスタの抵抗値ＲＳＭとコンデンサの静電容量Ｃと分圧比によって示すことができ、電源電圧Ｖｃｃに依存していないことがわかる。よって、この回路を用いることにより、測定した温度を時間に変換することが可能になる。
さらに、この回路から出力される信号を、ＲＦＩＤタグ（環境情報計測装置１）からタグリーダ（環境情報収集装置５１）ヘの応答信号として直接利用することも可能である。
例えば、ＲＦＩＤタグがタグリーダにデータの返信を開始するのと同時に温度計測を開始する。つまり、制御部２は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を切り替えて、コンデンサＣの放電を開始させる。そして、ＲＦＩＤタグは、放電電圧Ｖｉｎ（ｔ）が基準電圧Ｖｒｅｆに達してコンパレータの出力が反転するまで、例えば「０」を、コンパレータの出力が反転後に「１」を送信する。タグリーダは、ＲＦＩＤタグからのデータを復調し、データに含まれる「０」の数をカウントすることで、ＲＦＩＤタグが測定した温度を算出することが可能となる。
【００６０】
また、この環境情報計測部３０では、低い電源電圧で動作し、低消費電力型のアナログスイッチ素子を用いる。現在、入手可能なものとしては、例えば、「動作可能電源電圧範囲：１．８Ｖ〜５．５Ｖ」、「消費電力：１μＷ」、「動作周波数帯域：２５０ＭＨｚ」の仕様のものがある。上記のアナログスイッチと、抵抗Ｒ１、Ｒ２に数ＭΩの抵抗を用いたとすると、この回路の消費電力を１μＷ程度に抑えることができる。
このように、本実施形態の環境情報計測装置１は、ＲＦＩＤタグを用いて通信するため低消費電力かつ簡単な回路構成が要求される。そのため、環境情報計測部３０を図３に示したような回路構成としている。
【００６１】
なお、本実施形態では、コンデンサＣを予め充電しておき、コンデンサＣから放電する際の電圧の変化を検出するようにしている。環境情報計測装置１の電源は、ＲＦＩＤタグによって、受信した電波に基づいて電力を生成する電源部から供給されるものである。このため、当該電源は通常の電源と異なり、受信した電波の受信電界強度によって変化する不安定な電源である。仮に、コンデンサＣを充電する際の電圧の変化を検出するようにした場合には、電波の受信電界強度による変化によって電源電圧が変化して、充電電圧が安定しないため、測定の際に誤差が生じる可能性がある。したがって、本実施形態では、コンデンサＣからの放電時の電圧を使用することにより、測定精度を向上させている。
【００６２】
（倍電圧整流回路２１の構成例の説明）
また、ここで、前述した倍電圧整流回路２１の構成例について説明する。
図７は、倍電圧整流回路２１の構成例を示す図である。図７に示す倍電圧整流回路２１は、ダイオードとコンデンサを組み合わせた昇圧整流回路が多段に積み重ねられたコッククロフト・ウォルトン回路（以下「ＣＷ回路」と略称する）で構成される回路であり、周知の構成ものである。この倍電圧整流回路２１は、対称形３段ＣＷ回路に対して、アンテナの入力インピーダンスを接続した例である。図７において、ショートスタブ（Ｓｈｏｒｔ−ｓｔｕｂ）はアンテナと回路を整合させるために用いる。ショートスタブは、その長さによって正負のリアクタンス値を取るため、実際には長さを変化させて負荷電圧を最大にするように調節する。アンテナとして半波長ダイボールアンテナやミアンダアンテナを用いることができる。
【００６３】
（本発明の環境情報計測装置を用いた温度計測システムについての説明）
図８は、本発明による環境情報計測装置と環境情報収集装置から成る温度計測システムの構成例を示す図である。同図においては、線路に沿って直列に繋がる複数のき電線１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ、及び１０１Ｃ）の各温度計測対象箇所（き電線の接続点）に環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）が装着された例を示している。また、環境情報収集装置（タグリーダ）５１は、線路上を走行する電車５０内に設備されている。
この環境情報収集装置５１には、環境情報計測装置（ＲＦＩＤタグ）１に対して、ＲＦＩＤシステムによる無線信号を用いて通信を行うタグリーダの機能が搭載されている。この環境情報収集装置５１は、アンテナ５２、表示部５３、操作スイッチ群５４によって構成されている。表示部５３は液晶ディスプレイ等である。操作スイッチ群５４は押釦ボタン型スイッチ等で構成される。
【００６４】
各環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、電車５０が移動して環境情報収集装置５１が接近したときに、環境情報収集装置５１から送信された無線信号の電波を受信する。そして、環境情報収集装置５１からの電波を受信できた環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、電源部２０により、この受信した電波により得られる電力から電源（直流電源）を生成する。各環境情報計測装置１は、生成した電源によって起動する。そして、起動した環境情報計測装置１では、き電線１０１の温度を計測し、測定した温度計測データを、識別ＩＤ情報（ＲＦＩＤの識別情報）とともに環境情報収集装置５１に送信する。
【００６５】
図８に示す例では、最初に、環境情報収集装置５１と環境情報計測装置１Ａとが接近し、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１Ａから温度計測データを受信する。次に、環境情報収集装置５１と環境情報計測装置１Ｂとが接近し、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１Ｂから温度計測データを受信する。続いて、環境情報収集装置５１と環境情報計測装置１Ｃとが接近し、環境情報収集装置５１が環境情報計測装置１Ｃから温度計測データを受信する。
【００６６】
環境情報収集装置５１では、各環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）から送信される温度計測データを受信するごとに、受信した温度計測データ及び関連情報（例えば、ＲＦＩＤの識別情報）を、表示部５３の液晶ディスプレイに表示する。この温度計測データは、数値表、グラフ等として表示され、温度測定対象箇所の温度が正常範囲にあるか否かが判定される。また、判定結果を基に警報信号を生成し、異常の対策に役立てることができる。また、環境情報収集装置５１で受信した各温度計測データは、環境情報計測装置１の識別ＩＤ情報と、計測日時情報とともに、温度経過データとして保存される。
【００６７】
このように、本発明の温度計測システムでは、環境情報収集装置５１を各環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）に接近させるだけで、各環境情報計測装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）から温度計測データを自動的に収集することができる。このため、温度計測対象箇所が多数ある場合においても、き電線１０１の接続点の良否を容易に判定することができる。
【００６８】
［第２実施形態］
本実施形態では、図３を参照し、環境情報として気圧を検出する場合について示す。
第１実施形態における検出部３５において、符号３４をサーミスタＲＳＭとして説明したが、符号３４をひずみゲージを備える気圧センサに代えることにより、気圧を検出する構成を第１実施形態と同様に構成することができる。
ひずみゲージ（ストレインゲージ）は、弾力性のある絶縁体の上に薄い抵抗体を取り付けた構造になっており、絶縁体が変形すると、抵抗体が伸縮し、その抵抗値が変化する。これを温度センサのサーミスタと置き換えることにより、ひずみ、変位、荷重を測定することができる。また、ひずみゲージを気圧センサに適用することも可能である。
ひずみゲージを適用させた気圧センサでは、内部を真空にした金属密閉容器が、気圧の大小に応じて収縮し、その変位量をひずみゲージによって検出する。これを上記温度センサ回路のサーミスタと置き換えることで気圧センサとすることができる。
このような構成とすることにより、気圧を検出することが可能になる。
【００６９】
あるいは、コンデンサの片側の電極が気圧によって変位するようにすることで、気圧に応じて、コンデンサの静電容量を変化させることができる。このようなコンデンサを、検出部３５におけるコンデンサ３３に適用することで気圧を測定することができる。
【００７０】
［第３実施形態］
本実施形態では、図３を参照し、環境情報として湿度を検出する場合について示す。
第１実施形態における検出部３５において、符号３３を固定値の静電容量を備えるコンデンサＣとして、符号３４をサーミスタＲＳＭとして説明したが、それぞれを、符号３３を変動する静電容量を備える湿度センサ、符号３４を順抵抗に代えることにより、湿度を検出する構成を、第１実施形態と同様に構成することができる。
【００７１】
湿度センサは、湿度によって静電容量が変化する誘電体を挟んで設けられた電極によって、形成されるコンデンサの構造を備えている。この湿度センサを、環境情報計測装置１における温度センサ回路で用いられていたコンデンサＣと置き換え、サーミスタＲＳＭの代わりに通常の抵抗に置き換えることで、環境情報計測装置１によって、湿度を検出することができる。湿度センサを形成する誘電体には、高分子ポリマーが用いられている。
【００７２】
［第４実施形態］
本実施形態では、図１、図９を参照し、図３と構成の異なる環境情報計測部３０Ａを適用する場合について説明する。
図１における環境情報計測部３０に代え、図９に示す環境情報計測部３０Ａを適用する。
（環境情報計測部３０Ａの構成と動作の説明）
続いて、環境情報計測部３０Ａの構成と動作について説明する。
図９は、環境情報計測部３０Ａの構成例を示す図である。図９（Ａ）に示すように、環境情報計測部３０Ａは、スイッチＳＷ１（３１Ａ）及びＳＷ２（３２Ａ）と、電源部２０により生成された電源（電圧Ｖｃｃ）により充電されるコンデンサＣ（３３）と、温度に応じて抵抗値が変化する温度センサであるサーミスタＲＳＭ（３４）と、抵抗Ｒ３（３７）と、電源電圧を分圧する抵抗Ｒ１（３８）及びＲ２（３９）を備える。
【００７３】
このコンデンサＣ（３３）と、サーミスタＲＳＭ（３４）と、抵抗Ｒ３（３７）を含んで構成される回路網により検出部３５Ａが形成される。
また、スイッチＳＷ１（３１Ａ）及びスイッチＳＷ２（３２Ａ）を含んで構成されるスイッチ部３６が形成される。このスイッチ部３６は、実際には、ＭＯＳトランジスタ等で構成される半導体スイッチであり、あるいは、ＣＭＯＳデジタル回路であってもよい。例えば、ＣＭＯＳデジタル回路は、インバータ回路である。このような、スイッチ部３６は、high（ハイ）レベル/low（ロウ）レベルの信号を出力する切り替えスイッチとみなすことができる。つまり、スイッチＳＷ１（３１Ａ）及びスイッチＳＷ２（３２Ａ）における接続状態と開放状態が、互いに相補の関係が保たれることから、スイッチ部３６は、high（ハイ）レベルとlow（ロウ）レベルの信号のいずれか一方の信号を出力する。
【００７４】
この図９（Ａ）において、スイッチ部３６は、出力端子が抵抗Ｒ３（３７）に接続され、電源端子が電源線Ｖ＋を通して電源部（電圧Ｖｃｃ）２０の正極端子に接続され、接地端子が電源線Ｖ−を通して電源部（電圧Ｖｃｃ）２０の負極端子に接続される。抵抗Ｒ３（３７）は、スイッチ部３６に接続されている一端に対する他端が、コンデンサＣの正極端子と、コンパレータ４６の非反転入力端子Ｖｉｎ（＋）とに接続される。また、温度センサとなるサーミスタＲＳＭは、一端がコンパレータ４６の非反転入力端子Ｖｉｎ（＋）に接続され、他端が電源線Ｖ−を通して電源部２０の負極端子に接続される。また、コンデンサＣの負極端子が電源線Ｖ−を通して電源部２０の負極端子に接続される。
【００７５】
抵抗Ｒ１（３８）は、一端が電源線Ｖ＋に接続され、他端がノードＮ１を通して抵抗Ｒ２（３９）の一端に接続され、抵抗Ｒ２（３９）の他端は、電源線Ｖ−に接続されている。したがって、ノードＮ１は、電源部２０の出力電圧Ｖｃｃの抵抗分圧点となる。また、このノードＮ１は、コンパレータ４６の反転入力端子Ｖｉｎ（−）に接続される。また、コンパレータ４６の出力側はカウンタ４７の計数制御端子ａに接続されている。また、カウンタ４７のクロック入力端子ｂは基準クロック発生回路４７Ａの出力端子に接続されており、このクロック入力端子ｂに基準クロック発生回路４７Ａから基準クロックＣＬＫが入力される。
なお、スイッチ部３６は、制御部２(図１)から供給される制御指令に応じて出力端子に出力する電圧を切り替える。
【００７６】
以下、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を参照して、環境情報計測部３０Ａの動作について説明する。
図９（Ｂ）は、環境情報計測部３０Ａの動作を示すタイミングチャートである。この図９（Ｂ）において、縦軸が各信号の電圧を示し、横軸が時間の経過を示す。この図に示される信号波形において、制御部２からの制御指令に応じてスイッチ部３６が検出部３５Ａに供給する入力パルスをVin、コンデンサＣの電位をVc、電源と固定抵抗（抵抗Ｒ１とＲ２）によって作られる基準電位をVref、コンパレータの出力をVoutとしている。tonは、コンデンサＣの充電を開始してから時刻ｔ２に到る期間の入力パルスがhighレベルの時間である。また、tdはコンパレータがlowレベルを出力している時間、つまりVc > Vrefとなる時間である。
また、この図の説明において、電源部２０から環境情報計測部３０Ａに電源電圧Ｖｃｃ（充電開始電圧）が供給可能な状態にあり、コンデンサＣが放電された状態にあるものとする。
【００７７】
この初期状態において、制御部２からの制御指令により、スイッチ部３６は、highレベルの信号を出力する。つまり、スイッチ部３６において、スイッチＳＷ１を閉にし、ＳＷ２を開にすることにより、コンデンサＣの充電を開始する（図９（Ｂ）の時刻ｔ０の状態）。
この充電状態を保持することにより、コンデンサＣに徐々に電荷が蓄積され、抵抗Ｒ３７を介しての充電が進行する。コンデンサＣの充電電圧は次第に上昇し、時刻ｔ１において、基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなる。そして、コンデンサＣの充電電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上となった際にコンパレータ４６の出力信号ＶｏｕｔがＬ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ−相当の電位）からＨ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ＋相当の電位）に反転する。
次に、同じく制御部２からの制御指令により、スイッチ部３６は、lowレベルの信号を出力する（図９（Ｂ）の時刻ｔ２の状態）。つまり、スイッチ部３６において、スイッチＳＷ１を開にし、ＳＷ２を閉にすることにより、コンデンサＣに蓄積された電荷を、サーミスタＲＳＭを通して放電する。コンデンサＣの充電電圧は次第に低下し、時刻ｔ３において、基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなる。そして、コンデンサＣの充電電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下となった際にコンパレータ４６の出力信号ＶｏｕｔがＨ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ＋相当の電位）からＬ状態（コンパレータへの電源供給電圧Ｖ−相当の電位）に反転する。
【００７８】
上記の充放電の制御に並行して、カウンタ４７は、制御部２からの制御指令により、基準クロック発生回路４７Ａから出力される基準クロックＣＬＫを計数する。カウンタ４７は、コンデンサＣの充電開始（時刻ｔ０）からコンパレータ４６の出力信号がＨ状態からＬ状態に遷移する時刻ｔ１までの時間ｔｄ１、コンデンサＣの充電開始（時刻ｔ０）から放電を開始（時刻ｔ２）するまでの時間ｔｏｎ、コンデンサＣの放電開始（時刻ｔ２）からコンパレータ４６の出力信号がＬ状態からＨ状態に遷移する時刻ｔ３までの時間ｔｄ２についてそれぞれ測定する。
このように、環境情報計測部３０Ａでは、制御部２からの制御指令と、コンパレータ４６の出力状態とに応じて、コンパレータ４６の出力状態がＬ状態を示す時間（基準クロック数）をカウントすることにより温度を時間に変換して測定している。
【００７９】
このように、この環境情報計測部３０Ａは、検出した温度に基づいて時間を示す情報に変換する。環境情報計測部３０Ａは、変換された情報をＲＦＩＤタグからタグリーダへの返信信号に直接利用することができる。
また、基準電位が、抵抗によって電源電圧を分圧して生成されると仮定すると、コンパレータにより判定された結果は、電源電圧の変動に依存して変化しなくなる。なお、実験回路のコンパレータ４６、National Semiconductor社製LPV7215（商標）を用いている。このコンパレータは、電源電圧を2V(ボルト)にして動作させた場合の消費電力が1.2 μW（マイクロワット）と極めて小さく、この環境情報計測部３０Ａ（センサ回路）の低消費電力化に貢献できる。
【００８０】
（検出部の動作モデル）
検出部３５Ａは、コンデンサＣの充電時と放電時とにおいて異なる動作モデルを用いることにより、応答特性の説明を簡略化することができる。
図１０は、検出部３５Ａを等価回路で示した動作モデルを示す図である。
最初に、図１０（Ａ）を参照し、充電時の動作モデルについて説明する。
制御部２からの制御指令により、スイッチ部３６から供給される入力信号（入力パルス）がhighレベルであるとき、これを電源とみなすと、コンパレータ４６の非反転入力端子に接続されている回路は、図１０（Ａ）に示す回路に変換することができる。
【００８１】
この等価回路の過渡応答Vc(t)は、式（４）として示すことができる。
【００８２】
【数４】
【００８３】
この式（４）を解くことにより、入力信号Vinがhighレベルになってから、Vc(t) = Vrefとなるまでの時間td1は、式（５）として示すことができる。
【００８４】
【数５】
【００８５】
続いて、図１０（Ｂ）を参照し、放電時の動作モデルについて説明する。
制御部２からの制御指令により、スイッチ部３６から供給される入力信号（入力パルス）がlowレベルであるとき、これを接地しているとみなすと、コンパレータ４６の非反転入力端子に接続されている回路は、図１０（Ｂ）に示す回路に変換することができる。
【００８６】
この等価回路の過渡応答Vc(t)は、式（６）として示すことができる。
【００８７】
【数６】
【００８８】
なお、放電開始時には、コンデンサＣは、Vc(ton)として示される電圧に充電されているとしている。したがって、この式（６）を解くことにより、入力信号Vinがlowレベルになってから、Vc(t)がVc(ton)から減少し、Vc(t) = Vrefとなるまでの時間td２は、式（７）として示すことができる。
【００８９】
【数７】
【００９０】
また、図９（Ｂ）に示したように、時間tdは、式（８）として示すことができる。
【００９１】
【数８】
【００９２】
すなわち、式（５）、（７）、（８）に基づいて、時間tdの理論値を計算することができる。
【００９３】
図１１を参照し、上記に示した各式に基づいて導かれた時間tdの理論値について示す。
式（５）、（７）、（８）を用いて、試作に用いたサーミスタの温度特性から時間tdについて、温度ごと計算を行った。温度ごとに計算された結果をグラフ化して示す。
図１１は、温度ごとに計算された結果を示す図である。
この図１１の縦軸は、時間tdを示し、横軸は、温度を示す。
このグラフに示されるように、時間tdの値は、温度が高くなるにしたがって単調に減少し、温度と時間tdの値が一対一に対応することが示されている。
本実施形態に示した環境情報計測部３０Ａの構成を、図１０に示した等価回路と、そのモデルに基づいた式（４）から式（８）の演算式よってモデル化することにより、温度の計測が可能となる。
【００９４】
続いて、上記の理論値の妥当性を評価するために、環境情報計測部３０Ａを用いて実測した温度と上記の理論値とを比較した結果を示す。
図１２は、環境情報計測部３０Ａを用いて測定した温度の実測値と理論値とを比較する図である。
この図１２の縦軸は、時間tdを示し、横軸は、温度を示す。
この図１２に示された結果から、測定温度の実験値（図中「×」印）と理論値（図中に実線で示すグラフ）とは概ね一致しており、この環境情報計測部３０Ａの構成によって、温度の計測が行えることが示されている。
またこの評価に用いた構成においては、制御部２と境情報計測部３０Ａとを駆動して温度の計測を行う場合、合計８Ｗ（ワット）の消費電力に省電力化することが可能である。
【００９５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここで本発明と上記実施形態との対応関係について補足して説明しておく。上記実施形態において、本発明における環境情報計測装置は、環境情報計測装置１が対応する。また、本発明における通信部は、通信部１０が対応し、本発明における電源部は電源部２０が対応する。また、本発明における環境情報検出部は、検出部３５、３５Ａ（サーミスタＲＳＭ（３４）とコンデンサＣ（３３）を有する）が対応し、本発明における計時部は、計時部４０（コンパレータ４６及びカウンタ４７等で構成される部分）が対応する。また、本発明における第１のスイッチは、スイッチＳＷ１（３１）が対応し、本発明における第２のスイッチは、スイッチＳＷ２（３２）が対応する。また、本発明における環境情報は、環境情報計測装置１で計測された温度測定対象箇所の温度計測データが対応する。
【００９６】
（１）そして、本発明の実施形態によれば、環境情報計測装置１は、受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電源部２０と、検出した環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部３５を有しており、検出部３５において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する環境情報検出部３０と、その変化する信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測する計時部（コンパレータ４６及びカウンタ４７等）４０と、環境情報検出部３０の動作を制御する制御部２と、を備え、上記負荷には、環境情報検出部３０、計時部４０、及び制御部２が含まれる。
このような構成の環境情報計測装置１においては、電源部２０は、受信した電波の電力を変換して負荷を機能させる電源の電力を生成する。環境情報検出部３０は、環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部３５を備える。環境情報検出部３０は、検出部３５において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する。そして、計時部４０は、検出部３５において形成される回路網によって生成された信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測する。
これにより、測定対象箇所の環境情報、例えば、温度（電力系統における送電線や配電線、あるいは電車線におけるき電線の接続点の温度）、湿度又は気圧を、低消費電力かつ簡単な回路構成で容易に測定できる。
【００９７】
（２）また、上記実施形態において、環境に応じて生成された計測データを要求に応じて送信する通信部１０を備える。
このような構成の環境情報計測装置１では、環境情報検出部３０により計測された環境情報に基づいて生成された計測データ（例えば、より正確には温度を時間した温度計測データ）を、通信部１０により外部の装置（例えば、環境情報収集装置）に送信する。
これにより、測定対象箇所の環境情報、例えば、温度（電力系統における送電線や配電線、あるいは電車線におけるき電線の接続点の温度）、湿度又は気圧を、低消費電力かつ簡単な回路構成で容易に測定できる効果に加えて、測定対象箇所が多数ある場合においても容易かつ自動で測定（計測データを収集）することができる。
【００９８】
（３）また、上記実施形態において、制御部２は、生成された電源の電圧に応じて、検出部３５に含まれる容量への充電と、計時部４０による時間の計測とを制御する制御部２と、を備える。
このような構成の環境情報計測装置１では、制御部２では、生成された電源の電圧が所定の電圧（充電開始電圧）に到達した場合に、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）への充電を行う、その後、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）の放電を開始し、計時部４０では、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）の充電電位が所定の基準値Ｖｒｅｆに低下するまでの時間を計測する。
これにより、ＣＲ放電回路を用いて、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して測定することが可能になる。このため、低消費電力かつ簡易な回路で温度測定を行える。
【００９９】
（４）また、上記実施形態において、制御部２は、生成された電源の電圧が、予め定められる所定の充電開始電圧に達した場合、充電部（コンデンサＣ）への充電を開始させる。
このような構成の環境情報計測装置１では、電源部２０で生成される電源電圧が所定の充電開始電圧に到達した場合に、検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）へ充電を行い、その後、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）の放電を開始する。
これにより、ＣＲ放電回路を用いて、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して測定することが可能になる。このため、低消費電力かつ簡易な回路で環境情報の測定を行える。
【０１００】
（５）また、上記実施形態において、計時部４０は、検出部３５に含まれる容量（コンデンサＣ）からの放電を開始してから、上記信号の電圧が上記検知電圧に低下するまでの時間を計測する。
このような構成の環境情報計測装置１では、電源部２０で生成される電源電圧が所定の充電開始電圧に到達した場合に、検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）への充電を行い、その後、検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）の電荷の放電を開始し、計時部４０では、環境情報（コンデンサＣ）の充電電位が所定の基準電圧Ｖｒｅｆに低下するまでの時間を計測する。
これにより、ＣＲ放電回路を用いて、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して測定することが可能になる。このため、低消費電力かつ簡易な回路で温度測定を行える。
【０１０１】
（６）また、上記実施形態において、環境情報検出部３０は、電源部２０検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）への充電を遮断するスイッチＳＷ１と、検出部に含まれる容量（コンデンサＣ）からの放電を遮断するスイッチＳＷ２と、を備え、制御部２は、容量（コンデンサＣ）を充電する場合に、スイッチＳＷ１を接続状態にして電源部２０から容量（コンデンサＣ）への充電を行い、スイッチＳＷ２を開放状態にして容量（コンデンサＣ）からの放電を停止し、容量（コンデンサＣ）から放電する場合に、スイッチＳＷ１を開放状態にして電源部２０から容量（コンデンサＣ）への充電を停止し、スイッチＳＷ２を接続状態にして容量（コンデンサＣ）から放電を行う。
このような構成の環境情報計測装置１では、例えば、電源部２０により容量（コンデンサＣ）を充電する際には、スイッチＳＷ１により電源部２０と容量（コンデンサＣ）との間を接続し、スイッチＳＷ２により容量（コンデンサＣ）と温度検出部（サーミスタＲＳＭ）との間を遮断する。そして、容量（コンデンサＣ）を放電する際には、スイッチＳＷ１により電源部２０と容量（コンデンサＣ）との間を遮断し、スイッチＳＷ２により容量（コンデンサＣ）と温度検出部（サーミスタＲＳＭ）との間を接続する。
これにより、制御部２によりスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２を制御することにより、容量（コンデンサＣ）への充電と、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）による放電とを容易に行うことができる。このため、低消費電力かつ簡単な回路構成で、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して計測することができる。
【０１０２】
（７）また、上記実施形態において、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とにおける接続状態と開放状態は、互いに相補の関係に保たれる。
このような構成の環境情報計測装置１では、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とを組み合わせることにより、１つのＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチとすることができる。また、本実施形態に示したようにスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２をＳＰＤＴスイッチとして機能させて、電源電圧又は基準電位のいずれかの電位を選択して出力させることができる。このようなスイッチであれば、ＣＭＯＳ構造を有するデジタル回路素子（半導体装置）に代えることが可能となる。
これにより、制御部２によりスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２を制御することにより、容量（コンデンサＣ）への充電と、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）による放電とを容易に行うことができる。このため、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２の構成をより簡素化することができ、低消費電力かつ簡単な回路構成で、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して計測することができる。
【０１０３】
（８）また、上記実施形態において、計時部４０は、検出部３５に含まれる容量から放電を開始する前に、容量（コンデンサＣ）への充電を行う過程において、信号の電圧が検知電圧に達してから、充電を停止するまでの時間を計測する。
このような構成の環境情報計測装置１では、計測する時間を長くすることができることから、構成を簡素化したままで、検出精度を向上させることができる。
【０１０４】
（９）また、上記実施形態において、環境情報検出部３０は、検出部３５に設けられる回路素子に応じて、環境における温度、気圧又は湿度のいずれかを検出する。
このような構成の環境情報計測装置１では、検出部３５に設けられた回路素子に応じて、環境における温度、気圧又は湿度のいずれかを検出する環境情報検出部３０を構成することができる。この場合に、例えば、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）を設けることにより、温度を検出することができ、湿度検出部を設けることにより、湿度を検出することができ、気圧センサを設けることにより、気圧を検出することができる。
これにより、低消費電力かつ簡単な回路構成で、測定対象箇所の環境情報を時間に変換して計測することができる。
【０１０５】
（１０）また、上記実施形態において、環境情報検出部３０は、温度測定対象である電線と熱的に結合するように設けられる。
このような構成の環境情報計測装置１では、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）が温度測定対象箇所の表面に接触するように配置される。この場合に、温度検出部（サーミスタＲＳＭ）と温度測定対象箇所との熱的な結合（熱導電性）と電気絶縁性を高めるために、シリコンゴムコンパウンド等を介して接触させる。
これにより、温度測定対象箇所の温度を正確に計測することができる。
【０１０６】
（１１）また、上記実施形態において、環境情報計測システムは、検出した環境情報に基づいて計測された情報を送信する上記のいずれかに記載の環境情報計測装置と、送信された情報を収集する環境情報収集装置とを備える。
このような構成の環境情報計測システムでは、環境情報収集装置５１が、環境情報計測装置１から送信される計測データを収集して保存する。
これにより、被測定対象の温度、例えば、電力系統における送電線や配電線、あるいは電車線におけるき電線の温度を、低消費電力の回路で容易に測定できる。また、温度測定対象箇所が多数ある場合においても、容易かつ自動で温度データを測定することができる。このような温度計測方法を用いることにより、気温をはじめとする環境情報の収集に適用することが可能である。
【０１０７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した環境情報計測装置１は、ＲＦＩＤタグを用いて構成されており、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した各部の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体（ＲＯＭ等）に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の環境情報計測装置、及び環境情報計測システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。
例えば、実施形態４に示した態様に、実施形態２又は３の態様を適用することができる。これにより、測定の対象を温度測定とする場合に限定されず、様々な環境情報計測を行うことが容易となる。
また、本実施形態に示した構成による環境情報計測において、環境情報計測装置の構成などによる偏差を生じる場合が想定される。環境情報計測装置の構成に依存して生じる偏差について、予め特定しておくことにより、その偏差情報を補正することができる。環境情報収集装置は、環境情報収集装置に備える記憶部に、その偏差情報を予め記憶しておき、環境情報計測装置から通知された計測結果に応じて記憶部に記憶されている偏差情報を参照して、環境情報計測装置から通知された計測結果を補正することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１…環境情報計測装置、２…制御部、３…記憶部、
１０…通信部、１１…受信部、１２…送信部、１３…アンテナ、
２０…電源部、２１…倍電圧整流回路、２２…充電制御部、２２Ａ…電源電圧検出部、
３０、３０Ａ…環境情報計測部、３１…スイッチＳＷ１、３２…スイッチＳＷ２、
３３…コンデンサＣ、３４…サーミスタＲＳＭ、３５、３５Ａ…検出部、
３６、３７、３８…抵抗
４０…計時部、４６…コンパレータ、
４７…カウンタ、４７Ａ…基準クロック発生回路、
５０…電車、５１…環境情報収集装置（タグリーダ）、
５２…アンテナ、５３…表示部、５４…操作スイッチ群、
１００…電車線、１０１…き電線、１０１ａ…き電線の接続箇所（圧着スリーブ）、
１０２…トロリー線、１０７ａ…き電分岐部、１０８ａ…クランプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電源部と、
検出した環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部を有しており、前記検出部において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する環境情報検出部と、
前記信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測し、前記計測された結果に基づいて前記環境に応じた環境情報を生成する計時部と、
前記環境情報検出部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記負荷には、前記環境情報検出部、前記計時部、及び前記制御部が含まれる
ことを特徴とする環境情報計測装置。
【請求項２】
前記環境に応じて生成された前記環境情報を要求に応じて送信する通信部
を備えることを特徴とする請求項１に記載の環境情報計測装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記生成された電源の電圧に応じて、前記検出部に含まれる容量への充電と、前記計時部による時間の計測とを制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の環境情報計測装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記生成された電源の電圧が、予め定められる所定の充電開始電圧に達した場合、前記検出部に含まれる容量への充電を開始させる
ことを特徴とする請求項３に記載の環境情報計測装置。
【請求項５】
前記計時部は、
前記検出部に含まれる容量からの放電を開始してから、前記信号の電圧が前記検知電圧に低下するまでの時間を計測する
ことを特徴とする請求項３から４のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項６】
前記環境情報検出部は、
前記電源部から前記検出部に含まれる容量への充電を遮断する第１のスイッチと、
前記検出部に含まれる容量からの放電を遮断する第２のスイッチと、
を備え、
前記制御部は、
前記容量に充電する場合に、
前記第１のスイッチを接続状態にして前記電源部から前記容量への充電を行い、
前記第２のスイッチを開放状態にして前記容量からの放電を停止し、
前記容量から放電する場合に、
前記第１のスイッチを開放状態にして前記電源部から前記容量への充電を停止し、
前記第２のスイッチを接続状態にして前記容量から放電を行い、
ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項７】
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとにおける接続状態と開放状態は、互いに相補の関係が保たれる
ことを特徴とする請求項６に記載の環境情報計測装置。
【請求項８】
前記計時部は、
前記検出部に含まれる容量から放電を開始する前に、前記容量への充電を行う過程において、前記信号の電圧が前記検知電圧に達してから、前記充電を停止するまでの時間を計測する
ことを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項９】
前記環境情報検出部は、
前記検出部に設けられる回路素子に応じて、前記環境における温度、気圧又は湿度のいずれかを検出する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項１０】
前記環境情報検出部は、
温度測定対象である電線と熱的に結合するように設けられる
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項１１】
前記検出した環境情報に基づいて計測された情報を送信する請求項１から１０のいずれか１項に記載の環境情報計測装置と、
前記送信された情報を収集する環境情報収集装置と
を備えることを特徴とする環境情報計測システム。
【請求項１２】
受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電力生成過程と、
環境情報検出部によって検出した環境に応じてインピーダンス又は静電容量が変化する環境情報検出過程と、
前記環境情報検出部において前記検出部を含んで形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計時部によって計測する時間計測過程と
を含み、
前記負荷には、前記環境情報検出部及び前記計時部が含まれる
ことを特徴とする環境情報計測方法。
【請求項１】
受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電源部と、
検出した環境に応じてインピーダンスが変化する回路素子又は静電容量が変化する回路素子のうちいずれかを備える検出部を有しており、前記検出部において形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号を出力する環境情報検出部と、
前記信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計測し、前記計測された結果に基づいて前記環境に応じた環境情報を生成する計時部と、
前記環境情報検出部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記負荷には、前記環境情報検出部、前記計時部、及び前記制御部が含まれる
ことを特徴とする環境情報計測装置。
【請求項２】
前記環境に応じて生成された前記環境情報を要求に応じて送信する通信部
を備えることを特徴とする請求項１に記載の環境情報計測装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記生成された電源の電圧に応じて、前記検出部に含まれる容量への充電と、前記計時部による時間の計測とを制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の環境情報計測装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記生成された電源の電圧が、予め定められる所定の充電開始電圧に達した場合、前記検出部に含まれる容量への充電を開始させる
ことを特徴とする請求項３に記載の環境情報計測装置。
【請求項５】
前記計時部は、
前記検出部に含まれる容量からの放電を開始してから、前記信号の電圧が前記検知電圧に低下するまでの時間を計測する
ことを特徴とする請求項３から４のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項６】
前記環境情報検出部は、
前記電源部から前記検出部に含まれる容量への充電を遮断する第１のスイッチと、
前記検出部に含まれる容量からの放電を遮断する第２のスイッチと、
を備え、
前記制御部は、
前記容量に充電する場合に、
前記第１のスイッチを接続状態にして前記電源部から前記容量への充電を行い、
前記第２のスイッチを開放状態にして前記容量からの放電を停止し、
前記容量から放電する場合に、
前記第１のスイッチを開放状態にして前記電源部から前記容量への充電を停止し、
前記第２のスイッチを接続状態にして前記容量から放電を行い、
ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項７】
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとにおける接続状態と開放状態は、互いに相補の関係が保たれる
ことを特徴とする請求項６に記載の環境情報計測装置。
【請求項８】
前記計時部は、
前記検出部に含まれる容量から放電を開始する前に、前記容量への充電を行う過程において、前記信号の電圧が前記検知電圧に達してから、前記充電を停止するまでの時間を計測する
ことを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項９】
前記環境情報検出部は、
前記検出部に設けられる回路素子に応じて、前記環境における温度、気圧又は湿度のいずれかを検出する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項１０】
前記環境情報検出部は、
温度測定対象である電線と熱的に結合するように設けられる
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の環境情報計測装置。
【請求項１１】
前記検出した環境情報に基づいて計測された情報を送信する請求項１から１０のいずれか１項に記載の環境情報計測装置と、
前記送信された情報を収集する環境情報収集装置と
を備えることを特徴とする環境情報計測システム。
【請求項１２】
受信した電波に基づいて、負荷に供給する電源の電力を生成する電力生成過程と、
環境情報検出部によって検出した環境に応じてインピーダンス又は静電容量が変化する環境情報検出過程と、
前記環境情報検出部において前記検出部を含んで形成される回路網の応答特性に応じて変化する信号の電圧が、計測開始から予め定められる検知電圧に達するまでの時間を計時部によって計測する時間計測過程と
を含み、
前記負荷には、前記環境情報検出部及び前記計時部が含まれる
ことを特徴とする環境情報計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−６４０３５（Ｐ２０１２−６４０３５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８４５２（Ｐ２０１０−２０８４５２）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
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