(57)【要約】【課題】測定対象物が振動し水平方向に加速度が作用している場合にも測定対象物の傾斜角を測定することができる。【解決手段】基準時において鉛直方向に対し４５°傾斜した第１軸方向の加速度を測定可能となるようにパラボラアンテナ取付部（測定対象物）１３に取り付けられて、パラボラアンテナ取付部１３が傾斜するとともに傾斜して第１軸方向からパラボラアンテナ取付部１３が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向の加速度を測定する第１加速度センサ２と、基準時において鉛直方向に対し４５°傾斜するとともに第１軸方向に直交する第２軸方向の加速度を測定可能となるようにパラボラアンテナ取付部１３に取り付けられて、パラボラアンテナ取付部１３が傾斜するとともに傾斜して第２軸方向からパラボラアンテナ取付部１３が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向の加速度を測定する第２加速度センサ３と、を有する。【選択図】図２
2016217980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準時において鉛直方向に対し４５°傾斜した第１軸方向の加速度を測定可能となるように測定対象物に取り付けられて、前記測定対象物が傾斜するとともに傾斜して前記第１軸方向から前記測定対象物が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向の加速度を測定する第１加速度センサと、
基準時において鉛直方向に対し４５°傾斜するとともに前記第１軸方向に直交する第２軸方向の加速度を測定可能となるように前記測定対象物に取り付けられて、前記測定対象物が傾斜するとともに傾斜して前記第２軸方向から前記測定対象物が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向の加速度を測定する第２加速度センサと、を有することを特徴とする傾斜計。
【請求項２】
前記第１加速度センサおよび前記第２加速度センサは、一体化されたＭＥＭＳセンサであることを特徴とする請求項１に記載の傾斜計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサを用いた傾斜計に関する。
【背景技術】
【０００２】
頂部にパラボラアンテナを設けた通信塔では、使用する電波の周波数が上がるとともに指向性が高まることになる。安定したテレビ映像を得るためには、設置角度誤差が１．５°以内となる精度でパラボラアンテナが設置される必要がある。
パラボラアンテナは塔状構造物に設置される場合が多く、設置されたパラボラアンテナの傾斜角は傾斜計で計測されている。傾斜計としては、例えば、磁気センサや加速度センサなどが設けられていて、重力を利用したものが知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−８１３０８号公報
【特許文献２】特開２００６−１３３２３０号公報
【特許文献３】特開２００８−１８５５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、傾斜計は重力を利用しているため、暴風などによって測定対象物が振動し水平方向に加速度が作用していると、錘に慣性力が作用して傾斜角を計測できないという問題がある。このため、測定対象物が振動するような暴風時などにも傾斜角を測定できる傾斜計が求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、測定対象物が振動し水平方向に加速度が作用している場合にも測定対象物の傾斜角を測定することができる傾斜計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る傾斜計は、基準時において鉛直方向に対し４５°傾斜した第１軸方向の加速度を測定可能となるように測定対象物に取り付けられて、前記測定対象物が傾斜するとともに傾斜して前記第１軸方向から前記測定対象物が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向の加速度を測定する第１加速度センサと、基準時において鉛直方向に対し４５°傾斜するとともに前記第１軸方向に直交する第２軸方向の加速度を測定可能となるように前記測定対象物に取り付けられて、前記測定対象物が傾斜するとともに傾斜して前記第２軸方向から前記測定対象物が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向の加速度を測定する第２加速度センサと、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、測定対象物が傾斜した際に、第１加速度センサが測定した第１軸方向から測定対象物が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向の加速度と、第２加速度センサが測定した第２軸方向から測定対象物が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向の加速度と、重力加速度と、から測定対象物の傾斜角を算出することができる。これにより、暴風などによって測定対象物が振動し水平方向に加速度が作用している場合でも測定対象物の傾斜角を正確に算出することができる。なお、測定対象物の傾斜角の算出方法の詳細については後述する。
【０００８】
また、第１加速度センサおよび第２加速度センサの双方を鉛直方向に対して４５°傾斜させることで、平常時の計測で２つの特性が揃い異常がないかを容易に把握できるとともに、微小な傾斜角でも加速度変化を検知しやすくすることができる。
なお、鉛直方向の加速度を測定する加速度センサと、水平方向の加速度を測定する加速度センサの２つを測定対象物に設置した場合は、平常時には鉛直方向の加速度が−ｇ、水平方向の加速度が０となるため、２つの加速度センサの特性チェックをすることができない。また、このような場合、測定対象物の傾斜角をθとすると、測定対象物の傾斜角θが小さいと、傾斜した際の鉛直方向の加速度の変動率は１−ｃｏｓθと極めて小さく、加速度の変化を検知しにくい。
また、第１加速度センサおよび第２加速度センサを測定対象物に設置する構成であるため、特別な技能を要さず傾斜計を容易に設置することができるとともに、測定対象物が新設の場合だけでなく既設の場合にも適用することができる。
【０００９】
また、本発明に係る傾斜計では、前記第１加速度センサおよび前記第２加速度センサは、一体化されたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）センサであることが好ましい。
このような構成とすることにより、傾斜計を小型・軽量かつ安価に製造することができる。また、ＭＥＭＳセンサは消費電力がきわめて小さく省電力での駆動が可能であるため、バッテリの小型化が可能であるとともに、長期計測が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、測定対象物が振動し水平方向に加速度が作用している場合にも測定対象物の傾斜角を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による傾斜計が設けられる通信塔を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態による傾斜計の一例でパラボラアンテナ取付部が傾斜していない様子を示す図である。
【図３】パラボラアンテナ取付部が傾斜している際の傾斜計を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態による傾斜計について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態による傾斜計１は、通信塔１１の頂部に設けられたパラボラアンテナ１２の傾斜角を測定するために通信塔１１のパラボラアンテナ１２が取り付けられるパラボラアンテナ取付部（測定対象物）１３に設置されている。本実施形態では、パラボラアンテナ取付部１３の傾斜角はパラボラアンテナ１２の傾斜角と同じ値としている。
図２に示すように、傾斜計１は、パラボラアンテナ取付部１３に取り付けられた第１加速度センサ２および第２加速度センサ３と、第１加速度センサ２および第２加速度センサ３を制御するとともに、それぞれが測定した情報を記憶して処理する制御装置（不図示）と、を有している。
【００１３】
第１加速度センサ２は、暴風などによってパラボラアンテナ取付部１３が傾斜していない基準時において鉛直方向（図２の矢印Ｚの方向）に対し４５°傾斜した第１軸方向（図２の矢印Ａの方向）の加速度を測定可能に構成されている。そして、図３に示すように、第１加速度センサ２は、パラボラアンテナ取付部１３が傾斜するとともに傾斜して第１軸方向からパラボラアンテナ取付部１３が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向（図３の矢印Ｃの方向）の加速度を測定する。
第２加速度センサ３は、基準時において鉛直方向に対し４５°傾斜するとともに第１軸方向に直交する第２軸方向（図２の矢印Ｂの方向）の加速度を測定可能に構成されている。そして、図３に示すように、第２加速度センサ３は、パラボラアンテナ取付部１３が傾斜するとともに傾斜して第２軸方向からパラボラアンテナ取付部１３が傾斜した角度と同じ角度分傾斜した方向（図３の矢印Ｄの方向）の加速度を測定する。
本実施形態では、第１加速度センサ２および第２加速度センサ３は一体化されていて、基準時において第１軸方向および第２軸方向の２つの方向の加速度を測定可能な１つのＭＥＭＳセンサ４で構成されている。
【００１４】
続いて、本実施形態による傾斜計１によるパラボラアンテナ取付部１３（パラボラアンテナ１２）の傾斜角の算出方法について説明する。
【００１５】
暴風などによってパラボラアンテナ取付部１３が鉛直方向に対して傾斜した傾斜角をθとし、パラボラアンテナ取付部１３が傾斜した際に第１加速度センサ２で得られた加速度（以下、第１加速度とする）をαｕ、第２加速度センサ３で得られた加速度（以下第２加速度）をαｖ、重力加速度をｇとする。
パラボラアンテナ取付部１３に作用する水平方向の加速度をα０、鉛直方向の加速度を−ｇとする。
第１加速度αｕおよび第２加速度αｖは、下式（１）で表される。
【００１６】
【数１】
2016217980.tif 000003
【００１７】
ここで、鉛直方向に延びるｚ軸をθ°傾斜させた方向の加速度は下式（２）で表される。
【００１８】
【数２】
2016217980.tif 000004
【００１９】
暴風などのない平常時で、パラボラアンテナ取付部１３が傾斜せず、傾斜角θ＝０、水平方向の加速度α０＝０の場合は、鉛直方向の加速度は下式（３）で表される。
【００２０】
【数３】
2016217980.tif 000005
【００２１】
式（１）を水平方向の加速度α０と鉛直方向の加速度−ｇについて解き、式（２）より以下の式（４）〜（６）のように傾斜角θを求める。
【００２２】
【数４】
2016217980.tif 000006
【００２３】
このように、第１加速度センサ２で得られた第１加速度αｕ、第２加速度センサ３で得られた第２加速度αｖ、重力加速度ｇを用いて傾斜角θを求めることができる。
これにより、暴風などによってパラボラアンテナ取付部１３に水平方向の加速度α０が作用している場合でも正しく傾斜角θを求めることができる。傾斜角θ＝０の場合は、式（５）は平常時の式（３）となる。
なお、水平方向の加速度α０は上記で得られたθと第１加速度αｕおよび第２加速度αｖから下式（７）で求めることができる。
【００２４】
【数５】
2016217980.tif 000007
【００２５】
次に、上述した傾斜計１の作用・効果について図面を用いて説明する。
上述した本実施形態による傾斜計１では、パラボラアンテナ取付部１３が傾斜した際に、第１加速度センサ２が測定した第１加速度αｕと、第２加速度センサ３が測定した第２加速度αｖと、重力加速度ｇと、からパラボラアンテナ取付部１３の傾斜角を算出することができる。これにより、暴風などによってパラボラアンテナ取付部１３が振動し水平方向の加速度α０が作用している場合でもパラボラアンテナ取付部１３の傾斜角を正確に算出することができる。
従来の傾斜計は重力が鉛直下向きに作用していることを利用しているため、パラボラアンテナ取付部１３に水平方向の加速度α０が作用して錘が水平方向に変位してしまうと正確な傾斜角を計測ができないが、本発明によればパラボラアンテナ取付部１３に水平方向の加速度α０が作用していても問題なく使用できる。
また、第１加速度センサ２および第２加速度センサ３の双方を鉛直方向に対して４５°傾斜させることで、平常時の計測で２つの特性が揃い異常がないかを容易に把握できるとともに、微小な傾斜角でも加速度変化を検知しやすくすることができる。
【００２６】
なお、鉛直方向の加速度を測定する加速度センサと、水平方向の加速度α０を測定する加速度センサの２つをパラボラアンテナ取付部１３に設置した場合は、平常時には鉛直方向の加速度が−ｇ、水平方向の加速度α０が０となるため、２つの加速度センサの特性チェックをすることができない。また、このような場合、パラボラアンテナ取付部１３の傾斜角θが小さいと、傾斜した際の鉛直方向の加速度の変動率は１−ｃｏｓθと極めて小さく、加速度の変化を検知しにくい。
【００２７】
また、第１加速度センサ２および第２加速度センサ３をパラボラアンテナ取付部１３に設置する構成であるため、特別な技能を要さず傾斜計１を容易に設置することができるとともに、パラボラアンテナ取付部１３が新設の場合だけでなく既設の場合にも適用することができる。
【００２８】
また、第１加速度センサ２および第２加速度センサ３は、一体化されたＭＥＭＳセンサ４であることにより、傾斜計１を小型・軽量かつ安価に製造することができる。また、ＭＥＭＳセンサ４は消費電力がきわめて小さく省電力での駆動が可能であるため、バッテリの小型化が可能であるとともに、長期計測が可能となる。
【００２９】
以上、本発明による傾斜計の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、傾斜計１を通信塔１１のパラボラアンテナ取付部１３に設置しているが、パラボラアンテナ１２に直接設置してもよい。また、傾斜計１によって傾斜角を測定する測定対象物は、パラボラアンテナ１２やパラボラアンテナ取付部１３以外であってもよい。
また、上記の実施形態では、パラボラアンテナ取付部１３に第１加速度センサ２と第２加速度センサ３とが一体化されたＭＥＭＳセンサ４が設置されているが、第１加速度センサ２と第２加速度センサ３とがそれぞれ個別に設置されていてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  傾斜計
２  第１加速度センサ
３  第２加速度センサ
４  ＭＥＭＳセンサ
１３  パラボラアンテナ取付部（測定対象物）
【図１】
2016217980.tif 000008
【図２】
2016217980.tif 000009
【図３】
2016217980.tif 000010