JP4890791B2 - 信号収録装置 - Google Patents

Description

本発明は、信号記録装置に係り、特に、所定の軌跡上を高速で運動するサイクルを繰り返す運動体に取り付けられた状態で該運動体に関する信号を記録する信号記録装置に関する。

外部からの電力供給を受けることなくアナログ量を測定・収集し、コンピュータを使用した多様なデータ解析を行なうための小型データ収集装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された小型データ収集装置は、アナログ／デジタル変換機能、データ記録部へデータを記録する機能、及びデータ記録部に記録されたデータを外部のパーソナルコンピュータに出力する機能を有するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータ及びデータ記録部に電力を供給する電池とを含んで構成されたデータ収集装置本体を備えており、データ収集装置本体には複数のアナログセンサが接続されている。

このような構成の小型データ収集装置は、他からの電源供給を必要とせず、限られた狭い空間に設置できるように小型に成形されている。そして、複数の異なるアナログ量を測定・収集し、かつ汎用のパーソナルコンピュータを用いて複数の異なるアナログ量を多様に解析することができる。

また、測定データを無線で送信する装置として、テレメータシステム、無線データ送信機、無線ＬＡＮなどが、従来から用いられている。
特開平８−１５９８１７号公報

特許文献１に記載されたような、リアルタイム送信機能を持たないデータ収集装置は、測定対象に独立して装着されるため、測定対象物の運動中では、測定データを外部に伝えることができない。このため、測定対象物の状況、測定が正しく実行されているか否かが分からないという問題がある。

また、測定データを無線で送信するアナログ型テレメータは、電波状態によってノイズが発生して、良好な状態で測定することが困難である。

また、ディジタル型のデータ送信装置は、上述のようなノイズの問題だけでなく、小型化を図ろうとすると、データ転送速度が遅くなってしまう。このため、高速サンプリングを必要とする高周波の測定信号には対応できない問題があった。また、データ転送速度を上げようとすると、複雑な回路が必要になってデータ送信装置が大型になってしまい、高速運動の測定対象物に装着できない問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、高速運動する運動体を確実に測定しつつリアルタイムで測定状況を確認することができる信号収録装置を提供することを目的とする。

本発明に係る信号収記録装置は、所定の軌跡上を運動するサイクルを繰り返す運動体に取り付けられ、前記運動体と一体に運動しつつ該運動体の状態に応じた信号を測定する信号収録装置であって、前記運動体の状態に応じた測定信号が入力され、入力された測定信号をアナログ信号からディジタル信号へ変換するアナログ／ディジタル変換手段と、前記アナログ／ディジタル変換手段によりディジタル信号に変換された信号を記憶する記憶手段と、前記アナログ／ディジタル変換手段によりディジタル信号に変換された信号を無線又は赤外線で通信する通信手段と、を備え、前記通信手段は、転送レートをサンプリングレートと同じ単位に変換した値が前記アナログ／ディジタル変換手段に入力される測定信号のサンプリングレートを超えているときに前記アナログ／ディジタル変換手段に入力されディジタル信号に変換された信号のすべてを通信し、前記転送レートをサンプリングレートと同じ単位に変換した値が前記サンプリングレート以下のときに前記ディジタル信号に変換された信号から間引かれた信号を通信すると共に間引かれる前の前記ディジタル信号の全てを前記記憶手段に入力し、前記記憶手段は、前記測定終了後に取得可能となるように前記ディジタル信号の全てを記憶する。

したがって、信号記録装置は、運動体と一体になって運動すると共に、運動体の状態に応じた信号をディジタル信号に変換して記憶手段に記憶し、その信号を通信することにより、運動体の状態に応じた信号を確実に記録することができると共に、通信先においてその信号をリアルタイムでモニタすることができる。

通信手段は、転送レートをサンプリングレートと同じ単位に変換した値が前記アナログ／ディジタル変換手段に入力される測定信号のサンプリングレートを超えているときに前記アナログ／ディジタル変換手段に入力されディジタル信号に変換された信号のすべてを通信し、前記転送レートをサンプリングレートと同じ単位に変換した値が前記サンプリングレート以下のときに前記ディジタル信号に変換された信号から間引かれた信号を通信すると共に間引かれる前の前記ディジタル信号の全てを前記記憶手段に入力し、前記記憶手段は、前記測定終了後に取得可能となるように前記ディジタル信号の全てを記憶する。これにより、入力された測定信号のサンプリングレートがどのような値であっても、少なくとも入力された測定信号の状況をモニタすることができる。

また、上記信号記録装置は、前記通信手段の通信先に設けられた第１の電磁結合手段と対になる第２の電磁結合手段と、前記第２の電磁結合手段により得られた電力を電源として蓄積する蓄積手段と、を更に備えてもよい。これにより、信号記録装置は、外部から供給される電源を用いて回路を動作させることができる。

本発明に係る信号記録装置は、運動体の状態に応じた信号をディジタル信号に変換して記憶手段に記憶し、その信号を無線又は赤外線で通信することにより、運動体の状態に応じた信号を確実に記録することができると共に、通信先においてその信号をリアルタイムでモニタすることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る運動体測定システムの構成図である。運動体測定システムは、所定の軌跡上を高速で運動するサイクルを繰り返す運動体５を測定するものである。運動体測定システムは、運動体５に取り付けられたデータ収録装置１０と、データ収録装置１０との間で無線通信を行う通信端末装置３０と、通信端末装置３０からのデータを受信するホストコンピュータ４０と、を備えている。

なお、図１において、運動体５は２つのプーリー間で一定の張力で掛けられたベルト部材であるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、運動体５は、所定の軌跡上を運動するサイクルを繰り返すものであればよい。

図２は、データ収録装置１０の詳細な構成を示すブロック図である。データ収録装置１０は、運動体と一体になって運動して、運動体の状態に応じた測定信号を記録する。運動体の状態に応じた測定信号とは、例えば、運動体の温度、運動体の速度などを表す信号である。

データ収録装置１０は、アナログ信号である運動体の測定信号をディジタル信号の測定データに変換するＡ／Ｄコンバータ１１と、測定データの書き込みや読み出しを制御するＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）１２と、測定データを記憶するメモリ１３と、全体的な制御を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１４と、ブルートゥース無線通信を行うブルートゥース無線通信モジュール１５と、無線アンテナ１６と、を備えている。

データ収録装置１０は、更に、電磁結合コイル２１と、電磁誘導を行う電磁誘導回路２２と、電磁誘導回路２２により得られた電力を電源として後述の充電式電池２４に充電する電源・充電回路２３と、各回路に供給すべき電源を蓄積する充電式電池２４と、を備えている。

通信端末装置３０は、データ収録装置１０に対して給電すると共に、データ収録装置１０からのデータを受信する。通信端末装置３０は、データ収録装置１０からの電波を受信するための無線アンテナ３１と、電磁結合コイル２１との間で電磁結合を行うための電磁結合コイル３２と、を備えている。電磁結合コイル３２には通信端末装置３０から電流が供給され、電磁結合コイル３２から磁界が発生している。また、通信端末装置３０は、ＵＳＢケーブルを介してホストコンピュータ４０に接続されている。

運動体５の測定時では、データ収録装置１０は、運動体５と共に回転して、同じ軌跡をたどるように移動する。そして、データ収録装置１０が通信端末装置３０の近傍を通過する毎に、電磁結合コイル２１と電磁結合コイル３２が電磁結合を行う。電磁誘導回路２２は、電磁結合により電力を発生し、その電力を、電源・充電回路２３を介して充電式電池２４に蓄積する。電源・充電回路２３は、充電式電池２４に蓄積された電力を電源電圧としてＣＰＵ１４やその他の回路に供給する。

一方、ＣＰＬＤ１２は、Ａ／Ｄコンバータ１１を介して供給された運動体５の測定データを、メモリ１３に書き込むと共にＣＰＵ１４に供給する。ＣＰＵ１４は、測定データをブルートゥース無線通信モジュール１５に供給すると共に、ブルートゥース無線通信モジュール１５に測定データの無線通信を指示する。ブルートゥース無線通信モジュール１５は、無線アンテナ１６を介して、通信端末装置３０に対して測定データを無線通信する。

以上のように構成されたデータ収録装置１０は、測定対象物である運動体５の状態に応じて以下の２つのモードのいずれかで動作する。

図３は、データ収録装置１０の動作モードと転送レートとの関係を示す図である。ブルートゥースのデータ転送レートを１００ｋｂｓ（消費電力が少ない低速転送モード）とした場合、１データを６４ビット（２バイト４チャンネル）とすると、送信可能データは約１５００データ／ｓｅｃとなる。この転送レートを境にして、モードが分かれている。

（第１モード：ディジタルテレモード）
第１モードは、温度測定のように、比較的低速な現象を測定するときに最適なモードである。サンプリングレートが転送レート１５００データ／ｓｅｃ以下の場合、データ収録装置１０のＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄコンバータ１１、ＣＰＬＤ１２を介して入力された測定データをすべてブルートゥース無線通信モジュール１５に供給する。ブルートゥース無線通信モジュール１５は、すべての測定データをリアルタイムで通信端末装置３０に送信する。これにより、ホストコンピュータ４０は、通信端末装置３０を介して、運動体５の測定データをリアルタイムで受信することができる。なお、ホストコンピュータ４０がすべての測定データを受信すると、測定が終了する。

（第２モード：リアルタイムモニタモード）
第２モードは、高速に変化する現象を測定するに当たり、１５００データ／ｓｅｃを超えるサンプリングレートが必要なときに最適なモードである。

サンプリングレートが１５００データ／ｓｅｃを超えると、ブルートゥース無線通信モジュール１５はすべての測定データをリアルタイムで送信することができない。そこで、ＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄコンバータ１１、ＣＰＬＤ１２を介して入力された測定データを間引きして、このデータ（間欠データ）をブルートゥース無線通信モジュール１５に供給する。このとき、ＣＰＵ１４は、サンプリングレートとブルートゥース無線通信モジュール１５の転送レートとに基づいて、間欠データの時間間隔が等しくなるように演算するとよい。ブルートゥース無線通信モジュール１５は、間欠データを、通信端末装置３０を介してホストコンピュータ４０に送信する。なお、ＣＰＵ１４は測定データのすべてをブルートゥース無線通信モジュール１５に供給し、ブルートゥース無線通信モジュール１５が測定データを間引いて無線通信してもよい。

測定データが無線で通信端末装置３０に送信される一方で、ＣＰＬＤ１２は、Ａ／Ｄコンバータ１１から入力されるすべての測定データをメモリ１３に書き込む。

これにより、ホストコンピュータ４０は測定データの状態をリアルタイムでモニタすることができ、必要なデータはすべてデータ収録装置１０のメモリ１３に記憶される。そして、すべての測定データがメモリ１３に記憶され、測定が終了すると、メモリ１３に記憶された測定データは、ＣＰＬＤ１２、ＣＰＵ１４、無線アンテナ１６を介して、通信端末装置３０に送信される。よって、ホストコンピュータ４０は、測定終了後に、運動体５の測定データをすべて取得することができる。

以上のように、データ収録装置１０は、一定の軌跡を移動する運動体５の測定データを記憶するメモリ１３と、その測定データを無線通信によって通信端末装置３０及びホストコンピュータ４０に送信するするブルートゥース無線通信モジュール１５を備えている。これにより、ホストコンピュータ４０がリアルタイムで運動体５の現象を確認することができると共に、小型化・軽量化されたデータ収録装置１０が運動体５の測定データのすべてを取得することができる。

特に、第１モードでは、ホストコンピュータ４０は運動体５の測定データをすべてリアルタイムで取得することができる。第２モードでは、ホストコンピュータ４０は運動体５の間欠的な現象をリアルタイムで確認すると共に、データ収録装置１０が運動体５のすべての測定データを取得することができる。また、第１及び第２モードでは、測定中であってもデータ収録装置１０とホストコンピュータ４０との通信が確立されているので、測定中にデータ収録装置１０の設定を変更することも可能である。

［第２の実施形態］
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係る運動体測定システムは、運動体５の近くに通信端末装置３０を設置することができない場合にデータ収録装置１０単独で動作させるものである。

データ収録装置１０は、図２に示した回路から、電磁結合コイル２１、電磁誘導回路２２、電源・充電回路２３、充電式電池２４を除いた構成となっている。これにより、データ収録装置１０は、第１の実施形態に比べて、小型化・軽量化を実現することができる。

本実施形態では、データ収録装置１０は、測定時においては、通信端末装置３０との間で無線通信を行うことができず、更に通信端末装置３０から給電されない。そこで、データ収録装置１０のＣＰＵ１４は、ブルートゥース無線通信モジュール１５を停止させて、消費電力を抑制している。

運動体５の測定時では、測定データはすべてメモリ１３に記憶される。測定終了後、ユーザは運動体５からデータ収録装置１０を取り外して、データ収録装置１０を通信端末装置３０に近づければよい。このときデータ収録装置１０のメモリ１３に記憶された測定データは、ＣＰＬＤ１２、ＣＰＵ１４、無線アンテナ１６を介して、通信端末装置３０に送信される。よって、ホストコンピュータ４０は、測定終了後に、運動体５の測定データをすべて取得することができる。

以上のように、第２の実施形態に係るデータ収録装置１０は、運動体５の運動に与える影響を最小限にするように、小型化・軽量化されている。このため、様々な運動体５にデータ収録装置１０を装着することができる。

［第３の実施形態］
図４は、第３の実施形態に係るデータ収録装置１０の詳細な構成を示すブロック図である。

データ収録装置１０は、図２に示したＣＰＬＤ１２、ＣＰＵ１４、ブルートゥース無線通信モジュール１５の代わりに、これらを一体化したブルートゥース内蔵ＣＰＵ１７を備えている。ブルートゥース内蔵ＣＰＵ１７は、無線アンテナ１６を介して、無線通信するためのブルートゥース通信回路１７ａを備えている。上記データ収録装置１０は、１個のＩＣチップ（ブルートゥース内蔵ＣＰＵ１７）で主な機能を実行することができるので、第１の実施形態のデータ収録装置１０に比べて、より小型化・軽量化されている。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。例えば、第１乃至第３の実施形態では、測定データの入力チャンネルが１つの場合を例に挙げたが、入力チャンネルは２つ以上であってもよい。また、第１の実施形態において、運動体５が往復運動をする場合、通信端末装置３０の設置場所を次のようにするとよい。

図５は、運動体５が往復運動をする場合の通信端末装置３０の設置場所を示す図である。同図に示すように、データ収録装置１０が運動体５と共に往復運動の端点に達したときに、データ収録装置１０の電磁結合コイル２１と通信端末装置３０の電磁結合コイル３２が近接するように、通信端末装置３０が配置されている。

これにより、データ収録装置１０が運動体５と共に往復運動の端点に達したときに、データ収録装置１０の電磁結合コイル２１と通信端末装置３０の電磁結合コイル３２が近接する時間が長くなり、通信端末装置３０からデータ収録装置１０への電力供給量を増加させることができる。

また、第１乃至第３の実施形態において、データ収録装置は、ブルートゥース無線通信モジュール１５の代わりに、通信端末装置３０との間で赤外線通信を行うための赤外線通信モジュールを設けてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る運動体測定システムの構成図である。 データ収録装置の詳細な構成を示すブロック図である。 データ収録装置の動作モードと転送レートとの関係を示す図である。 第３の実施形態に係るデータ収録装置の詳細な構成を示すブロック図である。 運動体が往復運動をする場合の通信端末装置の設置場所を示す図である。

符号の説明

１０ データ収録装置
１１ Ａ／Ｄコンバータ
１２ ＣＰＬＤ
１３ メモリ
１４ ＣＰＵ
１５ ブルートゥース無線通信モジュール
１６ 無線アンテナ
２１ 電磁結合コイル
２２ 電磁誘導回路
２３ 電源・充電回路
２４ 充電式電池
３０ 通信端末装置
４０ ホストコンピュータ

Claims (2)

1. 所定の軌跡上を運動するサイクルを繰り返す運動体に取り付けられ、前記運動体と一体に運動しつつ該運動体の状態に応じた信号を測定する信号収録装置であって、
   前記運動体の状態に応じた測定信号が入力され、入力された測定信号をアナログ信号からディジタル信号へ変換するアナログ／ディジタル変換手段と、
   前記アナログ／ディジタル変換手段によりディジタル信号に変換された信号を記憶する記憶手段と、
   前記アナログ／ディジタル変換手段によりディジタル信号に変換された信号を無線又は赤外線で通信する通信手段と、
   を備え、
   前記通信手段は、転送レートをサンプリングレートと同じ単位に変換した値が前記アナログ／ディジタル変換手段に入力される測定信号のサンプリングレートを超えているときに前記アナログ／ディジタル変換手段に入力されディジタル信号に変換された信号のすべてを通信し、前記転送レートをサンプリングレートと同じ単位に変換した値が前記サンプリングレート以下のときに前記ディジタル信号に変換された信号から間引かれた信号を通信すると共に間引かれる前の前記ディジタル信号の全てを前記記憶手段に入力し、前記記憶手段は、前記測定終了後に取得可能となるように前記ディジタル信号の全てを記憶する信号収録装置。
2. 前記通信手段の通信先に設けられた第１の電磁結合手段と対になる第２の電磁結合手段と、
   前記第２の電磁結合手段により得られた電力を電源として蓄積する蓄積手段と、
   を更に備えた請求項１に記載の信号収録装置。

Images