(57)【要約】【課題】  複数の検出器から検出されたデータのサンプリングを、より簡易な構造で且つ精度よく実施することができるデータサンプリング装置を提供する。【解決手段】  検出されたアナログ検出信号に対して所定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換してサンプリングするセンサ（１０）と、このセンサによりサンプリングされたデジタル検出データを、通信ケーブル（Ｋ２）を介して受信するホスト装置２０と、を備えるデータサンプリングシステム１であって、センサは、ホスト装置から送信されたサンプリング同期信号に基づいて、アナログ検出信号をデジタル変換してサンプリングするデータサンプリング手段（例えば、ＣＰＵ１４等）と、このデジタル検出データを、他のセンサのデジタル検出データと異なるタイミングでホスト装置に送信するデジタル検出データ送信制御手段（例えば、ＣＰＵ１４、Ｉ／Ｆ１７等）と、を備えた。【選択図】図１
2006038694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出されたアナログ検出信号に対して所定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換してサンプリングするセンサと、このセンサによりサンプリングされたデジタル検出データを、通信ケーブルを介して受信するホスト装置と、を備えるデータサンプリングシステムであって、
前記ホスト装置は、
時刻を計時する計時手段と、
前記計時手段により計時された時刻データに基づいてサンプリング同期信号を生成する同期信号生成手段と、
前記複数のセンサに対して、前記同期信号生成手段により生成されたサンプリング同期信号を前記センサに送信する同期信号送信制御手段と、
各センサから送信されたデジタル検出データを記憶部に記憶させる記憶制御手段と、を備え、
前記センサは、
前記ホスト装置から送信されたサンプリング同期信号に基づいて、前記アナログ検出信号をデジタル変換してサンプリングするデータサンプリング手段と、
前記データサンプリング手段によりサンプリングされたデジタル検出データを、他のセンサのデジタル検出データと異なるタイミングで前記ホスト装置に送信するデジタル検出データ送信制御手段と、
を備えることを特徴とするデータサンプリングシステム。
【請求項２】
請求項１記載のデータサンプリングシステムにおいて、
前記記憶制御手段は、
前記デジタル検出データと当該デジタル検出データを検出した時刻データとを対応付けて記憶させることを特徴とするデータサンプリングシステム。
【請求項３】
請求項１又は２記載のデータサンプリングシステムにおいて、
前記ホスト装置は、
前記センサに対する制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記制御信号生成手段により生成された制御信号を、前記デジタル検出データの送信タイミングと異なるタイミングで各センサに送信する制御信号送信制御手段と、
を備えることを特徴とするデータサンプリングシステム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のデータサンプリングシステムにおいて、
前記センサは、地殻変動或いは振動を検出することを特徴とするデータサンプリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセンサにより検出されたアナログ信号を所定の周波数でデータサンプリングを行うデータサンプリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のセンサにより検出されたアナログ信号を所定の周波数でデータサンプリングを行うデータサンプリングシステムとしては、地震計システム、振動計システムなどが知られている。
例えば、図４に示す地震計システム１００は、複数のセンサ１１０…を備えており、各センサ１１０から検出された振動に応じた電気信号は、複数本のケーブルＫを介してホスト装置１２０にアナログ信号として出力される。ホスト装置１２０は、入力されたアナログ信号を、アンプモジュールフィルタ１２１により増幅し、増幅したアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１２２により、計時部１２３からのクロック信号に基づいて所定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換する。そして、ホスト装置１２０のＣＰＵ１２４は、ＲＯＭ１２５内のプログラムをＲＡＭ１２６に展開して実行し、得られたデジタル信号を地震データとして記憶部１２４に記憶させる。
【０００３】
また、地震計システムには、センサにて地震データをＡ／Ｄ変換し、ホスト装置にデジタル出力するものも知られている。この地震計システムの場合、各センサは、内部にサンプリングタイミングを管理するための計時部を備え、各センサ毎に同期をとりながらデータサンプリングを行っている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−３３５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、センサとホスト装置間をアナログ通信する地震計システムの場合、各センサに応じた数のケーブルを必要とするとともに、ホスト装置側にそのケーブルと接続するための入力ポートも必要とするため、センサを増やせば増やすほど部品点数が増えてしまうという問題点があった。また、アナログ通信用のケーブルが長くなるほど、ノイズ等の外乱の影響を受けやすく誤差が生じやすいという問題点もあった。
一方、センサとホスト装置間をデジタル通信する地震計の場合、外乱の影響は出にくいが、各センサは個別に計時部を必要とするため、その分コストアップするとともに、検出器の数に応じたケーブルを必要としていた。
【０００５】
本発明の課題は、複数の検出器から検出されたデータのサンプリングを、より簡易な構造で且つ精度よく実施することができるデータサンプリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば、図１〜３に示すように、
検出されたアナログ検出信号に対して所定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換してサンプリングするセンサ（１０）と、このセンサによりサンプリングされたデジタル検出データを、通信ケーブル（例えば、データ通信ケーブルＫ２）を介して受信するホスト装置２０と、を備えるデータサンプリングシステム１であって、
前記ホスト装置は、
時刻を計時する計時手段（例えば、計時部２４）と、
前記計時手段により計時された時刻データに基づいてサンプリング同期信号を生成する同期信号生成手段（例えば、ＣＰＵ２１等）と、
前記複数のセンサに対して、前記同期信号生成手段により生成されたサンプリング同期信号を前記センサに送信する同期信号送信制御手段（例えば、ＣＰＵ２１、Ｉ／Ｆ２６等）と、
各センサから送信されたデジタル検出データを記憶部（２５）に記憶させる記憶制御手段（例えば、ＣＰＵ２１等）と、を備え、
前記センサは、
前記ホスト装置から送信されたサンプリング同期信号に基づいて、前記アナログ検出信号をデジタル変換してサンプリングするデータサンプリング手段（例えば、ＣＰＵ１４等）と、
前記データサンプリング手段によりサンプリングされたデジタル検出データを、他のセンサのデジタル検出データと異なるタイミングで前記ホスト装置に送信するデジタル検出データ送信制御手段（例えば、ＣＰＵ１４、Ｉ／Ｆ１７等）と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のデータサンプリングシステムにおいて、
前記記憶制御手段は、
前記デジタル検出データと当該デジタル検出データを検出した時刻データとを対応付けて記憶させることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のデータサンプリングシステムにおいて、
前記ホスト装置は、
前記センサに対する制御信号を生成する制御信号生成手段（例えば、ＣＰＵ２１など）と、
前記制御信号生成手段により生成された制御信号を、前記デジタル検出データの送信タイミングと異なるタイミングで各センサに送信する制御信号送信制御手段（例えば、ＣＰＵ２１、Ｉ／Ｆ２６等）と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のデータサンプリングシステムにおいて、
前記センサは、地殻変動或いは振動を検出することを特徴とする。
ここで、地殻変動とは、例えば、地震や地盤の傾斜等をいい、振動とは、地震以外の振動をいう。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、センサにおけるデータサンプリングは、ホスト装置から送信されるサンプリング同期信号に基づいて行われるので、センサ自体にサンプリング管理用の計時手段を必要としないこととなって、システムの簡易化が図れるとともに、同一のサンプリング同期信号により各センサのデータサンプリングが行われるので、各センサ間のデータサンプリングタイミングの精度が向上する。
また、各センサのデジタル検出データは異なるタイミングでホスト装置に送信されるので、一つのケーブルで複数のセンサのデジタル検出データを送信することができることとなって、ケーブルの本数を少なくすることができ、よりシステムの簡素化が図れる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、センサに計時手段が無くても、デジタル検出データと時刻データとを対応付けて記憶することができることとなって、システムの簡素化が可能となる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、センサに対する制御信号が、デジタル検出データの送信タイミングと異なるタイミングでホスト装置から各センサに送信されるので、この制御信号をホスト装置からセンサに送信するためのケーブルとデジタル検出データをセンサからホスト装置に送信するためのケーブルとを兼用することができることとなって、制御信号送信用のケーブルを別個に設けずとも、ホスト装置によりセンサを制御することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、センサが地核変動或いは振動を検出するものであるので、多数の検出データを必要とするため、本発明の効果がより顕著に奏することとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜図３を参照して本発明を適用したデータサンプリングシステムとしての地震計システムの実施の形態を詳細に説明する。
まず、地震計システムの構成を説明する。
図１は、地震計システムの内部構成を示すブロック図である。
図１に示すように、地震計システム１は、地震データを計測するセンサ１０（１０ａ、１０ｂ…）と、センサ１０の動作制御を管理するホスト装置２０と、を備え、センサ１０とホスト装置２０とは、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介して同期信号ケーブルＫ１及びデータ通信ケーブルＫ２で接続されている。
【００１５】
センサ１０は、検出器１１、アンプフィルタモジュール１２、Ａ／Ｄ変換器１３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１５、ＲＯＭ（Read Only Memory)１６、Ｉ／Ｆ１７などを備え、Ａ／Ｄ変換器１３、ＣＰＵ１４、ＲＯＭ１５、ＲＡＭ１６、Ｉ／Ｆ１７は、バス１８により接続さている。
検出器１１は、例えば、加速度計であり、左右方向、前後方向、及び上下方向の３つの方向（例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）の振動の大きさを示すアナログ検出信号としての振動電気信号を検出し、検出した振動電気信号をアンプフィルタモジュール１２に出力する。
【００１６】
アンプフィルタモジュール１２は、各センサ１１から常時送信されるアナログの振動電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器１３へ出力するアンプである。ここで、アンプフィルタモジュール１２は、所定の周波数帯域の信号、例えば、地震波を濾波して、Ａ／Ｄ変換器１３へ出力する。この地震波の検出は、地震波の特徴である、周波数が低く、かつ振幅の大きい振動波のみを濾波することによって実現する。また、センサ１１からは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の振動に係る電気信号が送信されるが、それぞれの電気信号を増幅して出力する。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換器１３は、アンプフィルタモジュール１２によって増幅された電気信号（アナログ信号）を、ホスト装置２０から送信されるサンプリング同期信号に基づいて、所定のサンプリング周波数でデジタル信号であるデジタル検出データとしての地震データに変換し、ＣＰＵ１４に出力する。
【００１８】
ＣＰＵ１４は、ＲＯＭ１６に格納されているＩＰＬ（Initial Program Loader）プログラムや、データ送信プログラム等を実行する。
具体的には、ＣＰＵ１４は、サンプリングされた地震データを、他のセンサ１０の地震データと異なるタイミングでホスト装置２０に送信するデジタル検出データ送信制御手段として機能する。
【００１９】
ＲＡＭ１５は、アンプフィルタモジュール１２等を介してセンサ１１から送信される地震データを格納するリングバッファや、ＣＰＵ１４により演算処理されたデータを格納するワークメモリエリアを形成している。
【００２０】
ＲＯＭ１６は、ＣＰＵ１４によって起動時に実行されるＩＰＬプログラムや、データ送信プログラムの他、ＩＰＬプログラムやデータ送信プログラムに係る各種設定値データ等を格納する。
Ｉ／Ｆ１７は、ホスト装置２０との間で信号やデータを入出力するためのインターフェイスであり、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポートやＲＳ−４８５Ｃ端子をはじめとするシリアル入出力端子、パラレル入出力端子、ＳＣＳＩインターフェイス等が備えられ、データ通信ケーブルＫ２によりホスト装置２０とデジタル通信することが可能である。
【００２１】
ホスト装置２０は、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、ＲＯＭ２３、計時部２４、記憶部２５、Ｉ／Ｆ２６などを備え、これらはバス２７で接続されている。
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２３に格納されている同期信号生成プログラム、同期信号送信プログラム、地震データ記憶プログラム、制御信号生成プログラム、制御信号送信プログラム等をＲＡＭ２２に展開して実行し、得られたデータをＲＡＭ２２に一時的に格納する。
【００２２】
ＣＰＵ２１は、計時部２４により計時された時刻データに基づいてサンプリング同期信号を生成する同期信号生成手段として機能するとともに、生成されたサンプリング同期信号を、同期信号ケーブルＫ１を介して各センサ１０…に送信する制御を行う同期信号送信制御手段として機能する。
また、ＣＰＵ２１は、各センサ１０…から送信された振動データを記憶部２５に記憶させる記憶制御手段として機能する。この際、ＣＰＵ２１は、振動データと当該振動データを検出した時刻データとを対応付けて記憶部２５に記憶させる。
【００２３】
更に、ＣＰＵ２１は、各センサ１０…に対する制御信号を生成する制御信号生成手段として機能するとともに、生成された制御信号を、振動データの送信タイミングと異なるタイミングでデータ通信ケーブルＫ２を介して各センサ１０…に送信する制御を行う制御信号送信制御手段として機能する。
ここで、制御信号とは、例えば、センサ１０に対する各種設定条件やコマンド信号などである。
【００２４】
ＲＡＭ２２は、センサから送信される地震データを格納するリングバッファや、ＣＰＵ２１により演算処理されたデータを格納するワークメモリエリアを形成している。
【００２５】
ＲＯＭ２３は、ＣＰＵ２１によって実行される同期信号生成プログラム、同期信号送信プログラム、地震データ記憶プログラム、制御信号生成プログラム、制御信号送信プログラム等の各種プログラムや、これらプログラムに係る各種設定値データ等を格納する。
Ｉ／Ｆ２６は、センサ１０との間で信号やデータを入出力するためのインターフェイスであり、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポートやＲＳ−４８５Ｃ端子をはじめとするシリアル入出力端子、パラレル入出力端子、ＳＣＳＩインターフェイス等が備えられ、データ通信ケーブルＫ２によりセンサ１０とデジタル通信することが可能である。
【００２６】
記憶部２５は、振動データを記録するための記憶媒体（図示省略）を有しており、この記憶媒体は磁気的、光学的な記憶媒体、若しくは半導体メモリで構成されている。また、この記憶媒体は記憶部２５に固定的に設けられたもの、若しくは着脱自在に装着されるものであり、ハードディスクドライブやメモリカード等の何れの媒体であってもよい。
【００２７】
記録部２５は、センサ１０毎に、振動データおよび時刻データとを対応付けて記録する。
計時部２４は、例えば、発振回路（図示省略）を備え、この発振回路から入力されるクロック信号を計数して、現在時刻データ等を得る。そして、計時部は、この現在時刻データ及びクロック信号をＣＰＵ２１に出力する。
【００２８】
次に、動作を説明する。
図２は、本発明に係る地震計システムのデータ送信処理を示すフローチャートである。
本処理においては、まず、ホスト装置２０のＣＰＵ２１は、計時部２５から入力されるクロック信号の入力に基づいて、サンプリング同期信号を生成し（ステップＳ１）、生成したサンプリング同期信号を、同期信号ケーブルＫ１を介して各センサ１０に送信する（ステップＳ２）。
【００２９】
次いで、センサ１０は、このサンプリング同期信号を受信し（ステップＳ３）、Ａ／Ｄ変換器１３に出力する。そして、Ａ／Ｄ変換器１３は、サンプリング同期信号の入力に基づいて、検出器１１から入力される振動電気信号をＡ／Ｄ変換しデータサンプリングし、サンプリングされたデジタルの振動データをＣＰＵ１４に出力する（ステップＳ４）。
次いで、ＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄ変換器１３から出力された振動データをＲＡＭ１５に一時的に記憶させ（ステップＳ５）、振動データの送信タイミングとなったか否かを判断する（ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ１４は、送信タイミングとなったと判断した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）には、ＲＡＭ１５に記憶されている振動データを、データケーブルを介してホスト装置２０に送信するが、送信タイミングではないと判断した場合には（ステップＳ６；Ｎｏ）、再びステップＳ３に戻る。
【００３０】
ここで、振動データの送信タイミングの判断は、例えば、図３に示すように、ホスト装置２０から送信されるサンプリング同期信号の入力に基づいて行う。即ち、各サンプリング同期信号間にデータを送信するための通信フェーズを取り決め、決められた通信フェーズでのデータ通信を行う。具体的には、図３に示すように、第１のセンサ１０ａの場合、通信フェーズ２のときにデータ送信が可能に取り決められており、ＣＰＵ１４は、サンプリング同期信号をカウントし、通信フェーズ２のサンプリング同期信号の入力があった場合に、振動データを、データ通信ケーブルＫ２を介してホスト装置２０へ送信する。
同様に、第２のセンサ１０ｂの場合、通信フェーズ３のサンプリング同期信号の入力があった場合に、ＣＰＵ１４は、当該第２のセンサ１０ｂのＲＡＭ１５に記憶されている振動データをデータ通信ケーブルＫ２を介してホスト装置２０へ送信する。
【００３１】
また、データ通信ケーブルの通信フェーズには、ホスト装置２０からのセンサ１０への制御信号の通信フェーズも設けられており、例えば、図３に示すように、通信フェーズ１で各センサ１０に対する制御信号を、データ通信ケーブルＫ２を介して各センサ１０に送信する。
【００３２】
次いで、ホスト装置２０は、センサ１０から送信された振動データを受信し（ステップＳ８）、受信した振動データと当該振動データをサンプリングした時刻データとを対応付けて記憶部２５に記憶し（ステップＳ９）、本処理を終了する。
ここで、時刻データと振動データとの対応付けは、以下のように行う。即ち、予め、振動データを送信するフェーズが決められているので、どの期間でサンプリングされた振動データであるかが特定できる。よって、特定された期間の時刻データと振動データとを対応付けることが可能である。
【００３３】
以上説明した本発明に係る地震計システムによれば、センサ１０における振動データのサンプリングは、ホスト装置２０から送信されるサンプリング同期信号に基づいて行われるので、センサ１０自体にサンプリング管理用の計時部を必要としないこととなって、システムの簡易化が図れるとともに、同一のサンプリング同期信号により各センサ１０のデータサンプリングが行われるので、各センサ１０間のデータサンプリングタイミングの精度が向上する。
【００３４】
また、各センサ１０の振動データは予め決められた通信フェーズに従ってホスト装置２０に送信されるので、一つのデータ通信ケーブルＫ２で各センサ１０の振動データ送信をシェアすることができることとなって、データ通信ケーブルＫ２を各センサ１０に対応して設ける必要がなく、よりシステムの簡素化が図れる。
また、センサ１０に計時部が無くても、予め、振動データと時刻データとを対応付けて記憶することができることとなって、よりシステムの簡素化できる。
加えて、センサ１０に対する制御信号も、予め決められた通信フェーズに従って各センサ２０に送信されるので、この制御信号をホスト装置２０からセンサ１０に送信するためのケーブルと振動データをセンサ１０からホスト装置２０に送信するためのケーブルとを兼用することができることとなって、よりシステムの簡素化が図れる。
【００３５】
なお、本発明に係る地震計測システムは、上記構成のものに限るものではなく、適宜変更してもよい。
例えば、センサの数は、何個であってもよいし、それに応じて通信フェーズを増やすようにしてよい。
また、本発明は、地震計システムのみならず、振動計システムにも適用可能であり、更に、センサより検出されたアナログ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするシステムであればどのようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明にかかる地震計システムの内部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかる地震計システムにおけるデータ送信処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明におけるサンプリング同期信号および振動データのタイミングチャートである。
【図４】従来の地震計システムの内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    地震計システム（データサンプリングシステム）
１０    センサ
１４    ＣＰＵ（データサンプリング手段、デジタル検出データ送信制御手段）
１７    Ｉ／Ｆ（デジタル検出データ送信制御手段）
２０    ホスト装置
２１    ＣＰＵ（同期信号生成手段、同期信号送信制御手段、記憶制御手段、制御信号生成手段、制御信号送信制御手段）
２４    計時部（計時手段）
２６    Ｉ／Ｆ（同期信号送信制御手段）
Ｋ１    同期信号ケーブル
Ｋ２    データ通信ケーブル（通信ケーブル）
【図１】
2006038694.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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