(57)【要約】【課題】対象周波数の信号を観測する通信装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、通信装置は、電力線を用いて外部装置と通信を行う。通信装置は、第１の記憶手段と、受信手段と、演算手段と、第２の記憶手段と、を備える。前記第２の記憶手段は、観測対象の周波数の情報を記憶する。前記受信手段は、前記電力線から、前記電力線の電気信号を受信する。前記演算手段は、前記電気信号の電気特性の周波数特性を演算し、前記観測対象の周波数における物理量を演算する。前記第２の記憶手段は、前記信号強度の情報を記憶する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線を用いて外部装置と通信を行う通信装置において、
観測対象の周波数の情報を記憶する第１の記憶手段と、
前記電力線から、前記電力線の電気特性を受信する受信手段と、
前記電気特性の周波数特性を演算し、前記観測対象の周波数における物理量を演算する演算手段と、
前記物理量の情報を記憶する第２の記憶手段と、
を備える、通信装置。
【請求項２】
前記観測対象の周波数は、放送波の周波数である、請求項１記載の通信装置。
【請求項３】
前記観測対象の周波数は、圧電効果、岩石の破壊、界面動電現象の少なくともいずれか１つにより生じる電磁波の周波数である、請求項１記載の通信装置。
【請求項４】
前記電力線を用いて前記外部装置へ前記物理量の情報を送信する送信手段を備える、請求項１記載の通信装置。
【請求項５】
前記電気特性から前記観測対象の周波数の信号を抽出する抽出手段を備える、請求項１記載の通信装置。
【請求項６】
前記物理量は、前記観測対象の周波数における信号強度である、請求項１記載の通信装置。
【請求項７】
時刻を計時するクロック部をさらに備え、
前記第２の記憶手段は、前記物理量の情報と、前記演算手段が前記物理量を演算した時刻とを対応付けて記憶する、
請求項１記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、電力線を用いて通信可能な通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の高機能化、高効率化や太陽光発電や蓄電池などの分散型電源の電力系統への導入を目的とした技術開発が活発に進められている。電力系統の高効率化のためには、状態把握や制御の高度化が必要であり、通信技術は、必要不可欠な技術であると考えられている。電力系統に向けられた通信技術として、無線通信や電力線搬送通信について検討が行われている。これに伴って、より効率的に詳細な状態の把握や制御を行うために多数のセンサ情報を収集するためのセンサネットワーク技術の開発が進められている。センサネットワークの利用例として環境や生態系のモニタリングなどが挙げられる。
【０００３】
また環境のモニタリングに関連して、東日本大震災以降、いかに地震などの自然災害の被害を低減するかが重要なテーマとなっている。地震予知については、これまでに様々な研究が行われており、地震発生に際して、前兆的に起こる事象として電磁波の放射があることが分かっている。そのため、この電磁波を検出することによる地震予知について検討が進められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】早川正士、外２名「地震に伴う電磁気現象と地震予知”」  RF ワールド No.4, CQ 出版 2008年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、地震発生に伴う電磁波の検出には、アンテナ、信号処理ユニットなどを備えた特別な観測装置が用いられている。地震発生の推定精度向上や地震発生位置の推定を行うためには、電磁波を検出するための観測装置を広範囲に配置し、この電磁波の観測を常時行う必要があるが、これは、電力やコストなどの点で困難である。
【０００６】
ここで、配電系統の高効率化を目的として、電力量計に通信機能を付与したスマートメータの家庭への導入が進展している。これは、電力使用量などをスマートメータに搭載された通信機能によりセンター装置で収集し、送配電の高効率化などを図ろうとするものである。スマートメータに観測装置の機能を付与することが可能であれば、地震発生に起因して前兆的に放射される電磁波を検出するためのシステムを広範囲に配置することができる。しかしながら、スマートメータに観測装置の機能としてのアンテナや信号処理回路などの本来、不要である要素を組み込むことは、スマートメータのサイズやコストの増加を招くため好ましくない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、対象周波数の信号を観測する通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、通信装置は、電力線を用いて外部装置と通信を行う。通信装置は、第１の記憶手段と、受信手段と、演算手段と、第２の記憶手段と、を備える。前記第２の記憶手段は、観測対象の周波数の情報を記憶する。前記受信手段は、前記電力線から、前記電力線の電気信号を受信する。前記演算手段は、前記電気信号の電気特性の周波数特性を演算し、前記観測対象の周波数における物理量を演算する。前記第２の記憶手段は、前記信号強度の情報を記憶する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る通信装置の一例となる構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す信号受信部の一例となる詳細な構成を示すブロック図。
【図３】図１に示す信号送信部の一例となる詳細な構成を示すブロック図。
【図４】図１に示す制御部の一例となる詳細な構成を示すブロック図。
【図５】本実施形態に係る動作を示すフローチャート。
【図６】本実施形態に係る周波数特性を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施形態に係る通信装置１０の一例となる構成を示すブロック図である。通信装置１０は、電力を伝送する一対の電力線１０４と接続される。通信装置１０は、電力線１０４を用いて、電力線搬送通信（Power Line Communication、以下、ＰＬＣ と略す）により、電力線１０４に接続された外部装置（例えば、通信装置１０と同様の機能を備える他の通信装置）と通信する機能を備える。通信装置１０は、電力線１０４に情報信号を重畳することで電力線搬送通信を行う。電力線１０４は、電力線搬送通信に用いられ伝送路として機能するだけでなく、放送波信号や地震発生に起因して前兆的に放射される電磁波を受信するアンテナとしても機能する。電力線１０４は、例えば、電線、引き込み線、電灯線など、電力を伝送するケーブルであればよく、限定されない。通信装置１０は、通信装置１０が設置された需要家の電力使用量を自動計測する計測機能を有するスマートメータと接続されている。なお、通信装置１０は、上記計測機能を別個の要素ではなく、同一要素内に備えるスマートメータであってもよい。
【００１１】
通信装置１０ は、結合部１００、信号受信部１０１、信号送信部１０２、制御部１０３ を備える。  
結合部１００は、信号受信部１０１及び信号送信部１０２を、電力線１０４ と接続する。結合部１００は、電力線１０４ によって電力が伝送される伝送周波数（例えば、５０Ｈｚ）では高いインピーダンスを有する。そのため、結合部１００は、電力が通信装置１０側へ流れることを防止する。一方、結合部１００ は、通信に用いる通信周波数（例えば、１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚ）では低いインピーダンスを有する。つまり、結合部１００では、伝送周波数より高い特定の周波数におけるインピーダンスは、伝送周波数におけるインピーダンスよりも低い。  
信号受信部（受信手段）１０１は、外部装置から電力線１０４を介して通信装置１０へ送られてくる信号を受信し、処理する。さらに、信号受信部１０１は、電力線１０４から、電力線１０４を流れる電気信号の電気特性（例えば、電圧など）を受信し、処理する。信号受信部１０１の詳細な構成については後述する。  
信号送信部（送信手段）１０２は、通信装置１０から電力線１０４を介して外部装置へ送信する信号を処理し、処理後の信号を外部機器へ送信する。信号送信部１０２の詳細な構成については後述する。  
制御部１０３は、通信装置１０の動作を制御する。制御部１０３の詳細な構成については後述する。  
図２は、信号受信部１０１の一例となる詳細な構成を示すブロック図である。信号受信部１０１は、制御部１０３から結合部１０１ へ向かう順にＡ(analog)／Ｄ(digital) 変換部２０１と、受信信号調整部２０２とを備える。Ａ／Ｄ変換部２０１ は、アナログ信号をデジタル信号へ変換する手段である。受信信号調整部２０２は、受信増幅器部２０３と、受信フィルタ部２０４とを備える。受信増幅器部２０３は、Ａ／Ｄ 変換部２０１を用いてアナログ信号をデジタル信号へ変換する際に、できる限り信号に含まれる情報の欠損が少なくなるように信号の強度を調整する手段である。受信フィルタ部２０４は、電力線搬送通信に用いる周波数（または周波数帯、周波数帯域）、観測対象の周波数以外の周波数の信号を減衰させる手段である。観測対象の周波数は、例えば、地震発生に起因して信号強度が変動する放送波（例えばＡＭ／ＦＭ放送など送信局からの放送波の信号）の周波数または地震発生に起因して前兆的に放射される電磁波（例えば、圧電効果、岩石の破壊、界面動電現象などのうちの少なくともいずれか１つにより生じる電磁波）の周波数である。本実施形態では、このような観測対象の周波数の信号を観測対象の電磁気信号というものとする。つまり、受信フィルタ部（抽出手段）２０４は、電力線搬送通信に用いる通信信号及び観測対象の電磁気信号を抽出する。
【００１２】
図３は、信号送信部１０２の一例となる詳細な構成を示すブロック図である。信号送信部１０２は、制御部１０３から結合部１００へ向かう順にＤ／Ａ変換部３０１と、送信信号調整部３０２とを備える。Ｄ／Ａ変換部３０１は、デジタルの通信信号をアナログの信号へ変換する手段である。送信信号調整部３０２は、送信増幅器部３０３と、送信フィルタ部３０４とを備える。送信増幅器部３０３は、電力線１０４ を用いて通信信号を伝送できるように、信号強度を調整し、電力線１０４に電流を供給する手段である。送信フィルタ部３０４ は、Ｄ／Ａ変換部３０１の処理または送信増幅器部３０３の処理によって発生するノイズを減衰させる手段である。
【００１３】
図４は、制御部１０３の一例となる詳細な構成を示すブロック図である。制御部１０３は、例えば、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)などの記憶領域を持つマイクロコントローラを用いることができる。制御部１０３は、例えば、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、ＰＬＤ(Programmable Logic Device)などによっても構成可能である。制御部１０３は、計算プロセッサ部４０１と、周波数情報保持部４０２と、信号強度算出部４０３と、演算結果保持部４０４と、クロック部４０５とを備える。  
計算プロセッサ部４０１は、数値演算や制御のための演算を行う手段である。計算プロセッサ部４０１は、マイクロコントローラにおける演算部である。制御部１０３がＦＰＧＡやＰＬＤで構成されている場合は、計算プロセッサ部４０１は、マイクロコントローラ同様の演算部と同様の回路として実装される。
【００１４】
周波数情報保持部（記憶手段）４０２は、観測対象の電磁気信号の周波数情報を記憶する手段である。周波数情報保持部４０２は、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭを用いることができる。
【００１５】
信号強度算出部（演算手段）４０３は、信号受信部１０１が電力線１０４から取得した電気特性の周波数特性を演算する手段である。さらに、信号強度算出部４０３は、周波数情報保持部４０２に記憶された観測対象の電磁気信号の周波数における物理量を演算する手段である。信号強度算出部４０３が演算する物理量は、例えば、観測対象の電磁気信号の周波数における信号強度（電気的信号強度ともいう）や位相などである。なお、本明細書では、一例として、信号強度算出部４０３が周波数特性として信号強度を演算する例について説明する。信号強度算出部４０３は、高速フーリエ変換を用いて演算できる。
【００１６】
演算結果保持部（記憶手段）４０４は、信号強度算出部４０３での演算結果を記憶する手段である。演算結果は、例えば、観測対象の電磁気信号の周波数における物理量そのもの、または、ある基準値からの変化量の情報である。演算結果保持部４０４は、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭを用いることができる。なお、周波数情報保持部４０２と演算結果保持部４０４は、同一の回路素子の異なるデータ領域とすることもできるし、異なる回路素子とすることも可能である。
【００１７】
クロック部４０５は、時刻を計時する手段である。制御部１０３は、クロック部４０５により、現在時刻を認識できる。クロック部４０５は、ＲＴＣ(Real Time Clock)などを用いることができる。つまり、演算結果保持部４０４は、信号強度算出部４０３での演算結果（物理量の情報）と、信号強度算出部４０３が観測対象の電磁気信号の周波数における物理量を演算した時刻とを対応付けて記憶することができる。
【００１８】
次に、通信装置１０の作用について説明する。図５は、通信装置１０の動作を示すフローチャートである。なお、通信装置１０は、電力線１０４に接続されており、電力線１０４から電気信号を取得することが可能な状態であるとする。
【００１９】
信号受信部１０１は、電力線１０４の電気特性を取得する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では、信号受信部１０１は、電力線１０４から、電力線１０４を流れる電力信号を受信し、電力信号から電気特性を取得する。以下では、電気特性を電圧として説明する。
【００２０】
次に、計算プロセッサ部４０１は、周波数情報保持部４０２に観測対象の電磁気信号の周波数情報が保存されているか否かを判断する（ステップＳ１２）。なお、周波数情報は、可変である。周波数情報は、初期設定されていても、電力搬送通信で外部装置から送信される情報に基づいて書き換え可能であってもよい。
【００２１】
周波数情報保持部４０２に周波数情報が保存されていない場合（ステップＳ１２、Ｎｏ）、計算プロセッサ４０１は、通常の通信動作を実行するように制御する（ステップＳ１６）。通常の通信動作とは、例えば、電力使用量などの情報を電力搬送通信により外部装置へ送信する動作である。
【００２２】
周波数情報保持部４０２に周波数情報が保存されている場合（ステップＳ１２、Ｙｅｓ）、信号強度算出部４０３は、信号受信部１０１で取得した電圧の周波数特性を演算する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３では、信号強度算出部４０３は、電気信号の電気特性の周波数特性を演算し、観測対象の周波数における物理量を演算する。つまり、通信装置１０は、観測対象の電磁気信号の周波数における物理量そのもの、または、ある基準値からの変化量を計測する。この際、受信フィルタ部２０４は、電気信号から、観測対象の電磁気信号を抽出するように機能している。次に、計算プロセッサ部４０１は、通常の通信動作を実行するように制御する（ステップＳ１４）。
【００２３】
次に、制御部１０は、ステップＳ１３での信号強度算出部４０３による上述の演算結果を演算結果保持部４０４ に保存する（ステップＳ１５）。その後、信号送信部１０２は、電力線１０４を用いて外部装置へ演算結果の情報を送信するようにしてもよい。この場合、外部装置は、演算結果を地震発生の推定に用いることができる。地震発生の推定の一例については、図６を用いて後述する。なお、通信装置１０は、外部装置へ演算結果を送信することなく、自装置で演算結果を用いて地震発生を推定してもよい。通信装置１０は、推定結果に応じて、自装置で警報を鳴動させる、または、電力線１０４を用いて外部装置へ警報情報を送信するようにしてもよい。なお、通信装置１０による観測対象の周波数における物理量の演算は、ステップＳ１４における通常の通信動作とは無関係に任意のタイミングで実行されてもよい。
【００２４】
次に、地震発生の推定の一例について説明する。図６は、図５のステップＳ１３で演算された周波数特性を示す模式図である。横軸は、周波数、縦軸は、信号強度（電界強度）を示している。ここでは、放送波信号の周波数特性を例として説明する。なお、放送波信号の周波数は、電力線搬送通信に用いられる通信信号の周波数よりも低いものとする。
【００２５】
実線のグラフは、通常時の放送波信号の周波数特性を示している。通常時とは、放送波信号が地震発生以前に生じる電離層の擾乱の影響を受けていない時である。点線のグラフは、地震発生以前に生じる電離層の擾乱の影響を受けた放送波信号の周波数特性を示している。電離層の擾乱の影響を受けた放送波信号の信号強度は、通常時の放送波信号の信号強度よりも低い。つまり、地震発生以前に生じる電離層の擾乱は、放送波信号の伝搬に影響を与え、放送波信号の信号強度を変動させる。
【００２６】
なお、電離層の擾乱の影響を受けた放送波信号の信号強度は、通常時の放送波信号の信号強度よりも高くなる場合もありうる。放送波信号の周波数は、電力線搬送通信に用いられる通信信号の周波数よりも高い場合もありうる。放送波信号の周波数は、電力線搬送通信に用いられる通信信号の周波数と重複する場合もありうる。この場合、制御部１０３は、電力線１０４で通信信号が伝送されていないことを確認した後に、ステップＳ１３のような信号強度算出部４０３による電気特性の周波数特性の演算を実行するようにしてもよい。図６では、放送波信号の周波数特性を例として説明したが、他の観測対象の電磁気信号についても同様である。つまり、電磁気信号の変化は、電離層の擾乱によって生じる放送波の信号強度の変化であるだけでなく、圧電効果、岩石の破壊、界面動電現象などのうちの少なくともいずれか１つにより生じる電磁波の信号強度の変化であってもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態に係る通信装置１０は、電力線１０４を、観測対象の電磁気信号を受信するアンテナとして用いることにより、観測対象の電磁気信号を観測し、データを取得することが可能となる。通信装置１０は、観測対象の電磁気信号を観測する際に必要となるアンテナや特別な信号処理回路を追加することなく、ソフトウェアを変更するだけで、観測対象の電磁気信号の観測装置として機能することが可能となる。通信装置１０は、スマートメータとして、または、スマートメータと共に広範囲に複数設置することができるため、地震発生の推定精度の向上や、地震発生位置の推定に利用することが可能となる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１０…通信装置、１００…結合部、１０１…信号受信部、１０２…信号送信部、１０３…制御部、１０４…電力線、２０１…Ａ／Ｄ 変換部、２０２…受信信号調整部、２０３…受信増幅器部、２０４…受信フィルタ部、３０１…Ｄ／Ａ 変換部、３０２…送信信号調整部、３０３…送信増幅器部、３０４…送信フィルタ部、４０１…計算プロセッサ部、４０２…周波数情報保持部、４０３…信号強度算出部、４０４…演算結果保持部、４０５…クロック部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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