JP5579775B2 - 計測システム - Google Patents
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Description
特許文献1の技術は、騒音レベルが規制基準を超えたときに、その実音(騒音)を伝送させる技術である。具体的には、マイクロホン及び騒音計を介して騒音の騒音レベルが計測され、騒音レベルが規制基準を超えていれば、PHS(Personal Handyphone System)によって通話を確立し、作業員がPHSからその実音を聞くことができるというものである。
特許文献3の技術によれば、測定対象外の環境データ信号を視認し得るようにグラフラインの属性を変えているため、騒音や振動に関する測定データの解析を容易に行うとともに、測定対象の音と測定対象外の音とを容易に区別することができると考えられる。
(1)計測データを無線により送信する場合、計測データが失われてしまう可能性がある。すなわち、無線による通信は、有線による通信と比べて通信障害が発生しやすく、通信が途中で途切れてしまうことがある。計測データが無線通信の途中で失われてしまうと(計測データの欠落が生じると)、計測の信頼性が低下してしまう。また、計測データの再送要求を繰り返していると、計測データの蓄積に通信速度が追いつかず、計測者は、現在の計測データや計測の情報を知ることができなくなってしまう。
また、本発明は、無線通信を採用する場合において省電力化を実現することができる技術の提供を第2の課題とする。
さらに、本発明は、ハードウエア資源を有効に活用することができる技術の提供を第3の課題とする。
さらにまた、本発明は、複数の計測器を効率よく管理することができる技術の提供を第4の課題とする。
センサアンプは、センサから入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号を計測データとしてメモリ等に蓄積する。また、センサアンプは、無線通信機能を用いてデジタル信号をセンサアンプの外部に向けて送信する。
本体ユニットは、無線通信機能を用いてセンサアンプから送信されたデジタル信号を受信し、受信したデジタル信号に基づいて計測データを生成する。生成した計測データは、例えば本体ユニットのメモリ等に記憶したり、本体ユニットで信号処理を施したり、本体ユニットの表示部に表示したりすることができる。
そして、センサアンプは、本体ユニットから欠落情報の通知を受けた場合、例えば一連の計測が完了したのち、本体ユニット側で全計測データを得るために、欠落情報に基づいて欠落部分の計測データを本体ユニットに再送信する。
したがって、仮に通信障害が発生してデジタル信号の一部が失われてしまったとしても、蓄積されている計測データが本体ユニットに再送信されるので、失われてしまったデジタル信号を回復させることができる。また、繰り返しのデータ再送により、データ転送に遅延が発生して現在の最新情報をモニタすることができなくなる事態を回避することができる。
すなわち、リアルタイム転送の実行中にデータの欠落があった場合、その時点でデータの再送信を実行すると、本来送信すべきデータの送信に遅延が発生してリアルタイム性が保てない。しかし、本解決手段では、本来送信すべきデータの送信が終了した後に欠落部分のバッチ転送を行うことができ、リアルタイム転送とバッチ転送とを効果的に組み合わせたデータの転送方法を実現することができる。
そして、再送要求処理が一定時間で終了された場合、一連のデジタル信号の受信を継続して実行させる継続受信処理が実行される。
そして、その場合は、その時点で欠落部分の計測データを再送信することにより、リアルタイム性をより向上させつつ、最新の計測データをモニタリングし続けることができる。ただし、本解決手段では、通信障害が復旧しない場合は再送要求処理を一定時間で切り上げることにしており、再送要求処理をいつまでも継続しないことにして、再送要求処理によるリアルタイム性が損なわれることを抑制している。
センサアンプは、無線通信機能を有する第1センサアンプ側通信手段と、第1センサアンプ側通信手段よりも消費電力が低い無線通信機能を有する第2センサアンプ側通信手段とを備えている。
本体ユニットは、無線通信機能を有し、第1センサアンプ側通信手段と組みになって通信を行う第1本体側通信手段と、第1本体側通信手段よりも消費電力が低い無線通信機能を有し、第2センサアンプ側通信手段と組みになって通信を行う第2本体側通信手段とを備えている。
このため、第1センサアンプ側通信手段と第1本体側通信手段とは、組み(ペア)になって無線により通信を行い、第2センサアンプ側通信手段と第2本体側通信手段とも、同様に組みになって無線により通信を行う。
本体ユニットは、センサアンプを通常電力モードから低消費電力モードに移行させる場合、低消費電力モード移行命令をセンサアンプに通知する。
そして、センサアンプは、本体ユニットから低消費電力モード移行命令の通知を受けた場合、第1センサアンプ側通信手段を稼働状態から停止状態に移行させ、第2センサアンプ側通信手段の稼働状態を維持する。第2センサアンプ側通信手段の稼働状態を維持する理由は、本体ユニットとの通信状態を維持し、いずれは第1センサアンプ側通信手段を停止状態から稼働状態に復帰させるためである。
本体ユニットは、センサアンプを低消費電力モードから通常電力モードに移行させる場合、通常電力モード移行命令をセンサアンプに通知する。
そして、センサアンプは、本体ユニットから通常電力モード移行命令の通知を受けた場合、第1センサアンプ側通信手段を停止状態から稼働状態に移行させる。
また、本体ユニットは、センサアンプに接続されるセンサに物理量の計測を停止させつつ通信を停止させる場合は第2低消費電力モードに対応する低消費電力モード移行命令をセンサアンプに通知する。
また、センサアンプは、第2低消費電力モードに対応する低消費電力モード移行命令の通知を受けた場合は主制御手段及び第1センサアンプ側通信手段を稼働状態から停止状態に移行させる。
ただし、主制御手段及び第1センサアンプ側通信手段を停止状態に移行させた場合には、第1低消費電力モードに移行した場合と比較して、消費電力をさらに低減させることができる。
センサアンプは、センサから入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。センサアンプは、予め定められた演算処理の取り決め(例えば、本体ユニットとセンサアンプのどちら側でどのチャンネルの演算処理を実行するかについての取り決め)に関する設定内容に基づいて複数のセンサにおける一部のセンサに対応するデジタル信号(例えば、3チャンネルの計測であればその中の1チャンネル分)を演算処理する。
そして、センサアンプは、未演算のデジタル信号と演算処理後のデジタル信号とをセンサアンプの外部に向けて送信する。
本体ユニットは、センサアンプから送信された未演算のデジタル信号と演算処理後のデジタル信号とを受信する。そして、本体ユニットは、受信したデジタル信号のうち、複数のセンサにおける残りのセンサに対応する未演算のデジタル信号(例えば、3チャンネルの計測であれば残りの2チャンネル分)を演算処理する。
また、本解決手段では、複数のセンサに対応したチャンネル毎に演算処理を分散しているため、演算処理を分散する際の判断基準が明確となり、制御処理の簡略化を図ることができる。
複数のセンサアンプのそれぞれには、計測対象の物理量に応じたアナログ信号を出力するセンサが接続される。
そして、センサアンプは、本体ユニットから計測開始命令の通知を受けた場合、通知を受けたセンサアンプに接続されているセンサに物理量の計測を開始させる。
複数の本体ユニットのそれぞれには、センサアンプが接続されている。また、センサアンプには、計測対象の物理量に応じたアナログ信号を出力するセンサが接続されている。
そして、他の本体ユニットは、計測開始命令の通知を受けた場合、通知を受けた本体ユニットに接続されているセンサアンプに接続されているセンサに物理量の計測を開始させる。
(1)センサアンプは、無線により送信するデジタル信号を計測データとして蓄積しており、本体ユニットから欠落情報の通知を受けた場合は、欠落部分の計測データを本体ユニットに再送信するので、無線通信におけるデータの欠落があっても後から補うことができる。
(2)本計測システムでは、種類の異なる2つの通信手段を状況によって使い分けているため、効率よく省電力化を実現することができる。
(4)本体ユニットからの計測開始命令を利用して、複数のセンサアンプに接続されるセンサに計測を開始させることができるので、時刻の同期に関して統率のとれた計測を行うことができる。
計測システム100は、音響、振動、温度、湿度、圧力等といった物理量を計測するための装置であり、本体ユニット10と、センサアンプ30とを備える。本体ユニット10とセンサアンプ30とは、無線によりデータの送受信を行う。
本体ユニット10は、その外形が扁平な直方体形状であり、作業員により携帯が可能な大きさを有するタブレット型の端末(タブレット端末)である。
液晶表示装置11には、計測装置100を操作するためのタッチパネルが設置されており、作業員が画面上の表示をタッチすることで本体ユニット10を操作することができる。
図2は、センサアンプ30を裏面側からみた状態で示す斜視図である。
センサアンプ30は、その外形が扁平な直方体形状であり、作業員により携帯が可能な大きさを有する装置である。
4つのコネクタ24a〜24dには、各種センサがケーブルを介して接続される。このため、4つのコネクタ24a〜24dにより、4チャンネルの計測を実現することができる。図示の例では、コネクタ24cには、ケーブル41及び接続プラグ42を介して、計測用マイクロホン40が接続されている。なお、センサアンプ30の入力端子には、計測用マイクロホン40以外にも、振動ピックアップ、温湿センサ、圧力センサ等も接続することができる。
また、コネクタ24eには、例えばスピーカ等の外部機器がケーブルを介して接続される。このため、コネクタ24eは、外部機器に対してアナログ信号以外の信号を出力することができる。なお、各コネクタの入出力の割り当ては、上記の例に限定されず、仕様や設計により変更することができる。
そして、図1に示す計測システム100の基本的な使用態様は、以下の通りである。
例えば、作業員は、計測の現場に本体ユニット10と、センサアンプ30と、騒音計46とを持参する。
そして、作業員は、傾斜面11a付近を掴んで本体ユニット10を保持しながら、本体ユニット10の液晶表示装置11により本体ユニット10を操作して、センサアンプ30に接続された騒音計46に騒音の計測を行わせる。
騒音計46で計測したデータは、センサアンプ30を介して無線により本体ユニット10に送信されるため、作業員は液晶表示装置11を見ながら、その場で計測結果を確認することができる。
次に、上記の本体ユニット10及びセンサアンプ30を用いた接続例について説明する。
図3は、1つの本体ユニット10に対して複数のセンサアンプ30を無線により接続した接続例を示す図である。図示の例では、各センサアンプ30には、計測用マイクロホン40が接続されている。
本接続例によれば、多点計測が必要な場合、センサアンプ30を必要に応じて増台することにより、多点計測に柔軟に対応することができる。
図4は、複数の本体ユニット10がネットワーク70を介して接続される接続例を示す図である。
本接続例では、複数の本体ユニット10が用意されており、各本体ユニット10同士は、携帯電話機の通信網やインターネット等のネットワーク70を介して接続されている。図示の例では、3つの本体ユニット10(10A〜10C)がネットワーク70を介して接続されており、本体ユニット10Aは、他の本体ユニット10B,10Cを管理する管理ユニットである。
具体的には、本体ユニット10Aは、ネットワーク70を介して他の本体ユニット10B,10Cに計測開始命令を送信して計測を行わせたり、ネットワーク70を介して他の本体ユニット10B,10Cにデータ送信要求を送信して他の本体ユニット10B,10Cから計測データを取得したりすることができる。
次に、計測システムの制御に関する構成について説明する。
図5は、本体ユニット10及びセンサアンプ30の構成を概略的に示すブロック図である。
センサアンプ30は、入力部24、増幅器70、A/Dコンバータ71、演算処理部72、主制御部73、副制御部74、外部メモリ75、内部メモリ76、第1無線通信部91、第2無線通信部92、バッテリ93、及び電源部94を備える。
A/Dコンバータ71は、増幅器70により増幅されたアナログの入力信号をデジタルの入力信号に変換する機器である(変換手段)。
また、第1無線通信部91は、高速通信が可能な通信部であり、例えば、通信規格であるIEEE802.11を利用したWi−Fi(ワイファイ、登録商標)を適用することができる。なお、第1無線通信部91は、高速通信が可能であるため、高消費電力の通信部となる。
また、第2無線通信部92は、第1無線通信部91よりも通信速度が遅い通信部であり、例えば、短距離無線通信規格の1つであるZigBee(ジグビー、登録商標)を適用することができる。なお、第2無線通信部92は、電力の消費量が少なく、第1無線通信部91よりも消費電力が低い通信部となる。すなわち、第1無線通信部91は転送速度が速いが消費電力が高く、第2無線通信部92は転送速度が遅いが消費電力が低い。
本体ユニット10は、制御部81、演算処理部82、外部メモリ83、内部メモリ84、液晶表示装置11、第1無線通信部85、第2無線通信部86、バッテリ87、電源部88、LANポート14、及びUSBポート14aを備える。
また、第1無線通信部85は、高速通信が可能な通信部であり、例えば、通信規格であるIEEE802.11を利用したWi−Fi(ワイファイ、登録商標)を適用することができる。なお、第1無線通信部85は、高速通信が可能であるため、高消費電力の通信部となる。
また、第2無線通信部86は、第1無線通信部85よりも通信速度が遅い通信部であり、例えば、短距離無線通信規格の1つであるZigBee(ジグビー、登録商標)を適用することができる。なお、第2無線通信部86は、電力の消費量が少なく、第1無線通信部85よりも消費電力が低い通信部となる。すなわち、第1無線通信部85は転送速度が速いが消費電力が高く、第2無線通信部86は転送速度が遅いが消費電力が低い。
計測データのバッファリング処理については、2つの手順例を採用することができる。ここではまず、第1の手順例について説明する。
図6は、計測データのバッファリング処理の第1の手順例について説明するシーケンス図である。
ステップS01:センサアンプ30は、本体ユニット10に入力信号を送信する場合、入力信号を自装置に記憶する(データ蓄積手段)。具体的には、センサアンプ30は、外部メモリ75又は内部メモリ76に入力信号を計測データとして記憶する。このとき、計測データに伝送の順番を示す伝送順番情報(フレームの番号情報等)を付加して計測データを記憶する。
ここで、本体ユニット10は、入力信号に付加された伝送順番情報を確認することにより入力信号の欠落があるか否かを確認することができる。
ここで、何らかの通信障害が発生して、n番目からn+m番目までの入力信号が失われたものとする。
ステップS06:そして、センサアンプ30は、抽出したn番目からn+m番目までの入力信号データを、本体ユニット10に再送信する(再送実行手段)。具体的には、センサアンプ30は、抽出した欠落部分の入力信号データ(計測データ)を第1無線通信部91を通じて本体ユニット10に再送信する。
ステップS10:センサアンプ30は、本体ユニット10に入力信号を送信する場合、入力信号を自装置に記憶する(データ蓄積手段)。具体的には、センサアンプ30は、外部メモリ75又は内部メモリ76に入力信号を計測データとして記憶する。このとき、入力信号に伝送の順番を示す伝送順番情報(フレームの番号情報等)を付加して計測データを記憶する。
本体ユニット10は、入力信号に付加された伝送順番情報を確認することにより入力信号の欠落があるか否かを確認することができる。
ここで、何らかの通信障害が発生して、n番目からn+m番目までの入力信号が失われたものとする。
そして、再送要求に基づいてセンサアンプ30が欠落部分の入力信号データを送信した場合、本体ユニット10は、入力信号の受信処理を継続する。
ステップS20:そして、本体ユニット10は、センサアンプ30から一連の入力信号を受信し続け、センサアンプ30での計測が終了すると、一連の入力信号の受信が終了する。
ステップS26:そして、センサアンプ30は、抽出したn番目からn+m番目までの入力信号データを、本体ユニット10に再送信する(再送実行手段)。
図8は、通常電力モードや低消費電力モードに移行させる際の手順例について説明するシーケンス図である。
ステップS30:本体ユニット10は、センサアンプ30に入力信号の送信を要求する(データ送信要求)。
ステップS32:センサアンプ30は、本体ユニット10からのデータ送信要求に基づいて、本体ユニット10に入力信号を送信する。データの転送は、第1無線通信部85を用いて通信を行う。
ステップS34:本体ユニット10にて、しばらく入力信号が不要な場合(例えば、砲撃音の計測の場合における砲撃と砲撃の間の時間帯。)、本体ユニット10は、センサアンプ30を通常電力モードから通常電力モードよりも消費電力を低下させた低消費電力モードに移行させると判断する。この場合、本体ユニット10は、第2無線通信部86を通じて、低消費電力モードに移行させる内容のスリープ命令(低消費電力モード移行命令)をセンサアンプ30の副制御部74に通知する(低消費電力モード移行命令通知手段)。
また、センサアンプ30は、第2低消費電力モードに対応するスリープ命令の通知を受けた場合は主制御部73及び第1無線通信部91を稼働状態から停止状態に移行させる。
ステップS42:本体ユニット10は、センサアンプ30を低消費電力モードから通常電力モードに移行させる場合、第2無線通信部86を通じて通常電力モードに移行させる内容のウェイクアップ命令(通常電力モード移行命令)をセンサアンプ30の副制御部74に送信する(通常電力モード移行命令通知手段)。
なお、センサアンプ30は、ウェイクアップ命令を受信しなくても、一定時間経過後(例えば数分後や数時間後)に、低消費電力モードから通常電力モードに移行することにしてもよい。
その後、本体ユニット10は、上記ステップS30及びステップS32により入力信号(計測データ)を取得することができる。
このような場合、本実施形態では、対象とする計測の開始時間が到来したときに、本体ユニット10からウェイクアップ命令を送信し、センサアンプ30に計測を開始させることができるので、必要な場面でのみセンサアンプ30を動作させて電力の消費を節約し、省電力化を図ることができる。
図9は、負荷分散処理の手順例について説明するシーケンス図である。負荷分散処理は、センサアンプ30と本体ユニット10とが協働して動作することにより、演算処理(例えばFFT)の負荷を分散させる処理である。特に図示はしていないが、センサアンプ30には複数のセンサが接続されており、センサアンプ30では多チャンネルでの計測となる。
ここでは、センサアンプ30は、チャンネル数が規定値を超える(例えば3チャンネル)と判断したものとする。
ステップS56:同様に、本体ユニット10は、自装置の演算処理部82で演算処理を実行する(本体側演算処理手段)。具体的には、本体ユニット10は、規定値分の入力信号を自装置の演算処理部82で演算処理する。
図10は、ネットワークトリガ処理の手順例について説明するシーケンス図である。
ここで、ネットワークトリガ処理を実行する場合、本体ユニット10を複数台用意する。そして、複数の本体ユニット10を所定のネットワーク(例えばネットワーク70)を介して接続する。なお、ネットワークトリガ処理とは、ネットワーク上で発生させたトリガ(例えば、計測を開始させるための信号)に基づいて、そのネットワークに属する機器が動作を開始する処理である。
そして、複数の本体ユニット10のうちいずれか1つの本体ユニットは、他の本体ユニットを管理する管理ユニットとなる。
また、各本体ユニット10には、それぞれセンサアンプ30が無線により接続されている。特に図示はしていないが、センサアンプ30には、各種センサが取り付けられている。
図示の例では、1つの本体ユニット10に、2つのセンサアンプ30(30A,30B)が接続されており、1つの本体ユニット10が2つのセンサアンプ30A,30Bを管理する。特に図示はしていないが、センサアンプ30A,30Bには、各種センサが取り付けられている。
ステップS80:またセンサアンプ30Bも同様に、物理量の計測を開始すると、入力信号を本体ユニット10に送信する。
ステップS100:本体ユニット10の制御部81は、通信帯域確認処理を実行する。この処理は、本体ユニット10に対して多くのセンサアンプ30が接続される場合、全ユニットから同時に計測データを取得することができる通信帯域を確保できるか否かを確認する処理である。
その結果、時分割通信処理の実行条件を満たさないと判断した場合(No)、制御部81は次にステップS104を実行し、時分割通信処理の実行条件を満たすと判断した場合(Yes)、制御部81は次にステップS106を実行する。
なお、本体ユニット10は、以上の処理(ステップS100〜ステップS106)を繰り返し実行することにより、通常通信処理又は時分割送信処理のいずれかを選択することができる。
ステップS200:センサアンプ30の主制御部73は、本体ユニット10から送信実行要求を受信したか否かを確認する。
その結果、本体ユニット10から送信実行要求を受信したと判断した場合(Yes)、主制御部73は次にステップS202を実行し、本体ユニット10から送信実行要求を受信していないと判断した場合(No)、主制御部73はステップS202を実行しない。
その結果、本体ユニット10から送信停止要求を受信したと判断した場合(Yes)、主制御部73は次にステップS206を実行し、本体ユニット10から送信停止要求を受信していないと判断した場合(No)、主制御部73はステップS206を実行しない。
なお、センサアンプ30は、以上の処理(ステップS200〜ステップS206)を繰り返し実行することにより、時分割送信処理を実行することができる。
次に、計測システム100の好適な計測シーンについて説明する。
図14は、屋内多点計測、騒音又は振動の計測の様子を示す図である。
屋内多点計測は、例えばマンション等の集合住宅300における騒音や振動等の計測である。屋内多点計測では、集合住宅300の外部から建物内の騒音や振動を計測するとともに、複数の部屋での計測を同時に多点で計測する場合が多い。同じ階や近接階であれば、ケーブルを引き回して多点を同時に計測することができるが、それでも作業員の労力は相当なものとなる。しかも、離れた階の同時多点計測は、あきらめざるを得ず、それぞれの階ごとに計測する必要がある。
さらに、車道400の両脇には、騒音計46のみならず振動レベル計48を取り付けたセンサアンプ30を配置している。このため、本計測例では、道路に面する地域の広範囲な計測が可能となる。
(1)センサアンプ30は、無線通信で送信する信号を自装置に記憶しているため、無線通信におけるデータの欠落に柔軟に対応することができる。
(2)本体ユニット10、センサアンプ30は、種類の異なる2つの無線通信部を状況によって使い分けることで、効率よく省電力化を実現することができる。
(4)本体ユニット10からの計測開始命令を利用して、複数のセンサアンプ30A,30Bに接続されるセンサに計測を開始させることができるので、時刻の同期に関して統率のとれた計測を行うことができる。
30 センサアンプ
100 計測システム
Claims (2)
- 計測対象の物理量に応じたアナログ信号を出力するセンサが接続されたセンサアンプに内蔵され、前記センサから入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する変換手段と、
前記センサアンプに内蔵され、前記デジタル信号を計測データとして蓄積するデータ蓄積手段と、
前記センサアンプに内蔵され、無線通信機能を用いて前記デジタル信号を前記センサアンプの外部に向けて送信するセンサアンプ側通信手段と、
前記センサアンプと対になる本体ユニットに内蔵され、無線通信機能を用いて前記センサアンプから送信された前記デジタル信号を受信する本体側通信手段と、
前記本体ユニットに内蔵され、受信した前記デジタル信号に基づいて計測データを生成するデータ生成手段と、
前記本体ユニットに内蔵され、前記センサアンプから送信された前記デジタル信号に欠落がある場合、前記本体側通信手段を通じて前記センサアンプに欠落部分を表す欠落情報を通知する欠落情報通知手段と、
前記センサアンプに内蔵され、前記センサアンプ側通信手段を通じて前記本体ユニットから欠落情報の通知を受けた場合、前記欠落情報に基づいて前記データ蓄積手段に蓄積された欠落部分の前記計測データを前記センサアンプ側通信手段を通じて前記本体ユニットに再送信する再送実行手段とを備え、
前記欠落情報通知手段は、
前記デジタル信号に欠落があると判断した時点で前記欠落情報を通知し、前記欠落情報を通知したにも関わらず前記欠落部分の前記計測データが再送信されてこない場合、前記欠落情報の通知に基づく再送要求処理を一定時間で終了させ、
前記欠落情報通知手段により前記欠落情報の通知に基づく再送要求処理が一定時間で終了された場合、前記本体側通信手段に一連の前記デジタル信号の受信を継続して実行させる継続受信処理を実行する継続受信処理実行手段をさらに備えることを特徴とする計測システム。 - 請求項1に記載の計測システムにおいて、
前記欠落情報通知手段は、
前記本体側通信手段による一連の前記デジタル信号の受信が終了した後に前記欠落情報を通知することを特徴とする計測システム。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012115000A JP5579775B2 (ja) | 2012-05-18 | 2012-05-18 | 計測システム |
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