专利名称：环境传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的若干形态涉及检测环境中的物理量的环境传感器。
背景技术：
以往，作为此种传感器，所知的有2个电极间存在有感湿膜的湿度传感器(例如，参照专利文献I)。该湿度传感器中，感湿膜的静电容量值会根据测定环境中的湿度而变化。因此，只要事先调查湿度与静电容量值的对应关系的话，可以将检测到的静电容量值转换(换算)为湿度。此外，除了专利文献I记载的静电容量型的环境传感器以外，所知的还有通过热式、光学式、化学式或电气式等的方法检测环境中的物理量的环境传感器。专利文献I日本专利特开平6-94663号公报
发明内容
但是，这些以往的环境传感器中，一般由所谓的固定电源供给电力，耗电量的多寡(多少)并不是问题。但是，近年来，希望在任意环境下检测物理量的要求(需求)增加，例如，在搭载于如便携型或可搬型的设备那样的电源电量有限的设备上的情况下，期望降低环境传感器的耗电量。本实施形态的若干形态是鉴于上述的问题，目的之一是提供可以降低耗电量的环境传感器。本发明涉及的环境传感器具备有检测环境中的规定的物理量的传感器部和向传感器部施加交流电压的电源部，传感器部的阻抗高于以往的环境传感器的传感器部的阻抗。根据此种构成，被施加了交流电压的传感器部的阻抗高于以往的环境传感器的传感器部。由此，较之于以往的环境传感器，可以降低传感器部的耗电量。优选传感器部含有第I电极板、第2电极板、以及配置于上述的第I电极板和上述的第2电极板之间的电介质，上述的第I电极板与上述的第2电极板之间的静电容量根据环境中的规定的物理量而变化，电源部向第I电极板与第2电极板之间施加交流电压，根据传感器部的阻抗，设定第I电极板与第2电极板之间的距离和第I电极板以及第2电极板的面积。根据此种构成，根据传感器部的阻抗，设定第I电极板与第2电极板之间的距离和第I电极板以及第2电极板的面积。此处，在静电容量根据规定的物理量而变化的静电容量型的以往的环境传感器中，具有2个电极板间的距离为屯、2个电极板的面积为S1、灵敏度系数为Dh、静电容量为C1 (= DhXS1M1)的传感器部的情况下，通过将本发明的环境传感器中的第I电极板与第2电极板之间的距离dh设定为大于距离Cl1 Cdh >屯)、或将本发明的环境传感器中的第I电极板以及第2电极板的面积Sh设定为小于面积S1 (Sh < S1X或设定为这两者，传感器部的静电容量Ch小于静电容量C1 (Ch < C1),本发明的传感器部的阻抗Zk高于以往的环境传感器的传感器部的阻抗Z1 (Z^Z1)0因此，通过根据传感器部的阻抗Zh设定距离dh与面积Sh，可以令本发明的传感器部的静电容量Ch小于以往的环境传感器的传感器部的静电容量C1，令本发明的传感器部的阻抗Zh高于以往的环境传感器的传感器部的阻抗Zp由此，可以容易地实现(构成)本发明的环境传感器。优选为在第I电极板的电介质侧的表面上形成有多个凹凸。根据此种构成，在第I电极板的电介质侧的表面上形成有多个凹凸。此处，采用以往的环境传感器的话，在配置于高湿度的环境的情况下、或使用后经过了规定时间的情况下，存在电介质膨润、对湿度的灵敏度下降(劣化)的问题。此外，由于电介质的膨润(膨胀)而产生应力，电介质可能会从电极板剥离(剥落)。与此相对，本发明的环境传感器，由于在第I电极板的电介质侧的表面形成有凹凸，第I电极板的电介质一侧的表面的表面积增加。由此，较之于第I电极板的电介质一侧的表面没有形成凹凸的情况，可以缓和施加到电介质的单位面积的力，电介质难以剥离，且可以抑制电介质膨润造成的灵敏度下降(劣化)，可 以进行长时间稳定检测。此外，特别是根据传感器部的阻抗Zh而设定为较小的第I电极板的面积sh，可以提升静电容量CX的检测灵敏度。优选为在第I电极板的电介质侧的表面还具备有令电介质附着的耦联层。根据此种构成，在第I电极板的电介质侧的表面还具备有令电介质附着的耦联层。由此，第I电极板与电介质的附着性提升，电介质难以剥离，且可以抑制电介质膨润造成的灵敏度下降。由此，可以进行长时间稳定检测。优选为还具备有支撑第I电极板的基材。根据此种构成，还具备有支撑第I电极板的基材。由此，可以补强第I电极板的机械强度，特别是在根据传感器部的阻抗Zh而将第I电极板的面积Sh设定为较小的情况下较为有效。优选为还具备有间歇驱动电源部的控制部。根据此种构成，还具备有间歇驱动电源部的控制部。由此，较之于连续驱动电源部而使传感器部始终通电的情况，可以进一步降低环境传感器的耗电量。此外，本发明的环境传感器，由于根据传感器部的阻抗zh，静电容量Ch设定为小于以往的环境传感器的静电容量C1 (Ch < C1),当内部电阻Rif相同的情况下，本发明的环境传感器的时间常数Th小于以往的环境传感器的时间常数T1(ThCi1)tj因此，通过控制部间歇驱动向第I电极板与第2电极板之间施加交流电压的电源部，可以缩短到达稳态的时间，即至启动或停止传感器部为止的等待时间(稳定时间)。由此，可以降低等待时间中的耗电量，较之于以往的环境传感器，可以进一步降低本发明的环境传感器的耗电量。优选为还具备有含有电源部、检测上述的静电容量的接口电路部和将接口电路部所检测到的上述的静电容量发送到外部的通信部。根据此种构成，还具备有含有电源部、检测上述的静电容量的接口电路部和将接口电路部所检测到的上述的静电容量发送到外部的通信部。由此，根据上述的规定的物理量而变化的静电容量被发送到外部。由此，可将传感器部检测到的上述的规定的物理量通知(告知)到外部的设备。发明效果根据本发明的环境传感器，较之于以往的环境传感器，可以降低传感器部的耗电量。由此，较之于以往的环境传感器，可以降低包含传感器部的本发明的环境传感器整体的耗电量。此外，本发明的环境传感器，不仅适用于具备固定电源的设备，还适用于通过移动电源或电池(二次电池)供应电力的设备，例如，通过太阳发电、温度差发电、振动发电、生物发电、气流或风力发电、水力发电、波浪发电、旋转发电等的微弱能源自主发电的能量收集(环境发电)设备或具备便携型燃料电池的设备，特别是便携型或可搬型的进行有线或无线通信的设备。
图1是说明本实施形态中的湿度传感器的框图。图2是显示间歇驱动中的电压的时间变化的一例的图表。图3是显示间歇驱动中的电流的时间变化的一例的图表。
图4是说明图1所示的传感器部的一例的立体图。图5是图4所示的传感器部的分解立体图。图6是图4所示的I1-1I线箭头方向截面图。图7是图4所示的II1-1II线箭头方向截面图。图8是说明图4所示的传感器部的变形例的截面图。图9是说明图4所示的传感器部的变形例的截面图。图10是说明图4所示的传感器部的其他例子的截面图。图11是说明图4所示的传感器部的其他例子的截面图。图12是说明图10以及图11所示的传感器部的变形例的截面图。图13是说明图10以及图11所示的传感器部的变形例的截面图。图14是图4所示的传感器部的基本部分放大截面图。图15是显示相对湿度与感湿灵敏度系数关系的图表。图16是显示相对湿度与耗电关系的图表。符号说明10…传感器部11···第I电极板I Ib…凸部Ilc…凹部12…感湿膜13…第2电极板14…基材14a…凸部14b…凹部15…下部电极17…电极垫18…电极垫19…耦联层30…电源部
50…接口电路部70…控制部90···通信部100…湿度传感器
具体实施例方式以下说明本实施形态的实施的形态。以下的附图记载中，同一或类似部分用同一或类似符号表示。但是，附图为示意图。因此，具体的尺寸等应根据以下的说明进行判断。此外，附图之间当然也存在相互尺寸关系和比例不同的部分。此外，以下的说明中，附图的上侧称为“上”、下侧为“下”、左侧为“左”、右侧为“右”。
图1至图16显示的是本发明涉及的环境传感器的一个实施形态。本实施形态中，作为检测环境中的规定的物理量的环境传感器的一例，针对检测测定环境的气氛中的湿度的湿度传感器进行说明。图1是说明本实施形态中的湿度传感器的框图。如图1所示，湿度传感器100配置于作为检测对象的环境中，用于检测气氛(大气)中的湿度。湿度传感器100具备有传感器部10、接口电路部50、控制部70、和通信部90。传感器部10含有第I电极板11、第2电极板13、和配置于第I电极板11与第2电极板12之间的感湿膜12，作为可在第I电极板11与第2电极板13之间储存电荷的电容器(Capacitor)发挥作用。此外,本实施形态中的感湿膜12相当于本实施形态的环境传感器中的“电介质”的一例。一般，电容器中2个电极板间的距离为d [m]、2个电极板的面积为S [m2]、电介质的介电常数为ε [F/m]时,静电容量C表示为下式(I)。C [F] = ε X S/d ... (I)感湿膜12的包括介电常数ε在内的感湿灵敏度系数Dh会根据气氛中的湿度而变化。因此，传感器部10的静电容量会根据气氛中的湿度而变化。因此，第I电极板11以及第2电极板13间的距离为dh、第I电极板11以及第2电极板13的面积为Sh时，传感器部10的静电容量Ch可用感湿灵敏度系数Dh表示为下式(2)。Ch = DhXShMh ... (2)接口电路部50包含电源部30。电源部30与第I电极板11以及第2电极板13电连接，向第I电极板11与第2电极板12之间施加交流电压。因此，由于传感器部10中有与静电容量Ch相应的电流流过，接口电路部50会根据该电流信号而检测传感器部10的静电容量Ch。此外，由于传感器部10的静电容量Ch会根据气氛中的湿度而变化，因此可根据该电流信号检测气氛中的湿度。被施加了交流电压的传感器部10中，阻抗Zh表示为下式(3)。Zh = 1/2 31 fCh... (3)但是，f表示交流电压的频率。此外，将在第I电极板11与第2电极板12之间施加的电压、在第I电极板11与第2电极板12之间流动的电流分别作为时间t的函数而表示为eh (t)、ih (t)的话，满足下式(4)的关系。
eh (t) = Zh · ih (t)…(4)如上所述，电源部30向第I电极板11与第2电极板12之间施加交流电压的话，可检测气氛中的湿度。另一方面，由于第I电极板11与第2电极板12之间有电流流动，因此传感器部10会消耗电力。该传感器部10的耗电ph (t)可用阻抗Zh表示为下式(5)。ph (t) = eh (t) · ih (t) = eh (t)2/Zh ... (5)如式(5)所示，耗电ph (t)与阻抗Zh的倒数成比例(反比例)，因此阻抗Zh的值增加的话，耗电Ph (t)的值、即耗电量会降低。此外，如式(3)所示，由于阻抗Zh与频率f以及静电容量Ch的倒数成比例(反比例)，因此频率f以及静电容量Ch中的至少一方的值减小的话，阻抗Zh的值会增加。又，如式(2)所示，静电容量Ch与距离dh的倒数成比例(反比例)，且与面积Sh成比例，因此当距离dh增加或面积Sh减小或为这两种情况时，静电容量Ch的值会减小。·本实施形态中，被施加了交流电压的传感器部10的阻抗高于以往的环境传感器的传感器部。由此，较之于以往的环境传感器，可降低传感器部10的耗电量。具体的，第I电极板11与第2电极板12之间的距离dh、第I电极板11以及第2电极板12的面积Sh根据传感器部10的阻抗Zh而设定。此处，关于静电容量会根据湿度而变化的静电容量型的以往的湿度传感器，在具有2个电极板的间的距离为屯、2个电极板的面积为S1、感湿灵敏度系数为Dh、静电容量为C1(=DhXS1M1)的传感器部的情况下，通过将本实施形态的湿度传感器100的距离dh设定为大于距离Cl1 Cdh > Cl1),或将本实施形态的湿度传感器100的面积Sh设定为小于面积S1 (Sh
<S1),或将两者设定为适当的值，传感器部10的静电容量Ch小于静电容量(^(Ch < C1),本实施形态的传感器部10的阻抗Zh高于以往的湿度传感器的传感器部的阻抗Z1 (Zh > Z1X因此，通过根据传感器部10的阻抗Zh设定距离dh与面积sh，可以令本实施形态的传感器部10的静电容量Ch小于以往的湿度传感器的传感器部的静电容量C1，可以令本实施形态的传感器部10的阻抗Zh高于以往的湿度传感器的传感器部的阻抗Zp控制部70与接口电路部50电连接，每隔规定时间间隔输出驱动信号，间歇驱动(令其启动或停止)包含电源部30在内的接口电路部50。由此，较之于连续驱动电源部30而使传感器部10始终通电的情况，可进一步降低湿度传感器100的耗电量。一般，由于电路中存在非意图的内部电阻Rif，因此将其作为电阻成分考虑的话，传感器部10的阻抗Zif表示为下式(6)。Zif = Rif + Zh ... (6)此外，传感器部10的电压eh (t)表示为下式(7)。数I
权利要求
1.一种环境传感器,其特征在于,具备 检测环境中的规定的物理量的传感器部；和 对所述传感器部施加交流电压的电源部， 所述传感器部的阻抗高于以往的环境传感器的传感器部的阻抗。
2.根据权利要求1所述的环境传感器，其特征在于，所述传感器部包含第I电极板、第2电极板、以及配置于所述第I电极板和所述第2电极板之间的电介质，所述第I电极板与所述第2电极板之间的静电容量会根据所述规定的物理量而变化， 所述电源部向所述第I电极板和所述第2电极板之间施加所述交流电压， 根据所述传感器部的阻抗，设定所述第I电极板与所述第2电极板之间的距离和所述第I电极板以及所述第2电极板的面积。
3.根据权利要求2所述的环境传感器，其特征在于，在所述第I电极板的所述电介质侧的表面上形成有多个凹凸。
4.根据权利要求2或3所述的环境传感器，其特征在于，在所述第I电极板的所述电介质侧的表面上还具备有令所述电介质附着的耦联层。
5.根据权利要求2或3所述的环境传感器，其特征在于，还具备有支撑所述第I电极板的基材。
6.根据权利要求2或3所述的环境传感器，其特征在于，还具备有间歇驱动所述电源部的控制部。
7.根据权利要求2或3所述的环境传感器，其特征在于，还具备有 包含所述电源部、检测所述静电容量的接口电路部；和 将所述接口电路部所检测到的所述静电容量发送到外部的通信部。
全文摘要
本发明提供可降低耗电量的环境传感器。本实施形态的湿度传感器(100)具备有检测环境气氛中的湿度的传感器部(10)和对传感器部(10)施加交流电压的电源部(30)，传感器部(10)的阻抗高于以往的湿度传感器的传感器部的阻抗。由此，较之于以往的湿度传感器，可降低传感器部(10)中的耗电量。因此，较之于以往的湿度传感器，可降低包含有传感器部(10)的本发明的湿度传感器(100)整体的耗电量。
文档编号G01N27/22GK102998345SQ201210324079
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月4日 优先权日2011年9月9日
发明者沈东演, 添田将 申请人:阿自倍尔株式会社