JP6610939B2 - 時刻同期方法、振動センサー、振動検知装置、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、時刻同期方法、振動センサー、振動検知装置、プログラム及び記録媒体に関する。

インフラストラクチャー（インフラ）やプラント等に複数のセンサーを設置し、各センサーで収集した情報を解析するシステムが知られている。このシステムでは、解析時に、時刻に基づき各センサーの計測データを比較する場合があるため、各センサーの時刻同期が必要である。

時刻同期方法としては、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や電波時計からの時刻情報を受信する方法や、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）をはじめとしたネットワークを介して時刻同期を行う方法（例えば、特許文献１及び２参照）があげられる。

特開２０１４−９２５２１号公報 特開２００７−１７４３３０号公報

しかしながら、前述の既存の時刻同期方法は、インフラやプラントにおいて、ＧＰＳや電波時計からの時刻情報を受信できない場合や、ネットワークが無くＮＴＰ等を活用できない場合に、時刻同期を行えない。

そこで、本発明は、既存の時刻同期方法を活用できない環境においても、複数のセンサー間の時刻同期を実施可能な時刻同期方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の時刻同期方法は、
第１の振動センサーが、第２の振動センサーに振動波を発振する振動波発振工程と、
前記第２の振動センサーが、前記振動波を検知する振動波検知工程と、
前記第２の振動センサーが、前記第１の振動センサーに第１の折り返し振動波を発振する第１の折り返し振動波発振工程と、
前記第２の振動センサーが、前記振動波の検知から、前記第１の折り返し振動波の発振までに要する振動波の折り返し処理時間を計測する計測工程と、
前記第１の振動センサーが、前記振動波を発振してから前記第１の折り返し振動波を検知するまでの時間を振動波の折り返し合計時間と認識する第１の認識工程と、
前記第２の振動センサーが、前記第１の折り返し振動波を発振してから前記振動波の折り返し処理時間が経過したときに、前記第１の振動センサーに第２の折り返し振動波を発振する第２の折り返し振動波発振工程と、
前記第１の振動センサーが、前記第１の折り返し振動波を検知してから前記第２の折り返し振動波を検知するまでの時間を前記振動波の折り返し処理時間であると認識する第２の認識工程と、
前記第１の振動センサーが、前記振動波の折り返し合計時間と、前記振動波の折り返し処理時間とから、振動波の伝搬時間を算出する算出工程と、
前記第２の振動センサーが、時刻同期間隔毎に、前記第１の振動センサーに同期信号としての振動波を発振する同期信号発振工程と、
前記第１の振動センサーが、前記同期信号検知時に、前記時刻同期間隔及び前記振動波の伝搬時間を用いて、時刻同期を実施する時刻同期工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の時刻同期方法によれば、既存の時刻同期方法を活用できない環境においても、複数のセンサー間の時刻同期を実施可能である。

図１は、実施形態１の振動センサーの構成の一例を示す模式ブロック図である。 図２は、実施形態２の振動センサーの構成の一例を示す模式ブロック図である。 図３は、実施形態１の時刻同期方法を説明する図である。 図４は、実施形態１の時刻同期方法を説明する別の図である。 図５は、実施形態２の時刻同期方法を説明する図である。 図６は、実施形態２の時刻同期方法を説明する別の図である。

以下、本発明の時刻同期方法、振動センサー、振動検知装置、プログラム及び記録媒体について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の説明に限定されない。なお、以下の図１から図６において、同一部分には、同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なり、模式的に示す場合がある。

［実施形態１］
本実施形態は、本発明の時刻同期方法、振動センサー及び振動検知装置の一例である。本実施形態の時刻同期方法は、複数の振動センサーを含む振動検知装置において、センシング（振動の計測、判別）の直前に実施される。本実施形態の振動検知装置は、振動検知システムであってもよい。

まず、図１の模式ブロック図を用いて、本実施形態の時刻同期方法及び振動検知装置に用いる振動センサーについて説明する。図示のとおり、この振動センサー１は、センサー処理部１０と、振動検知手段２０と、振動発振手段３０とを含む。

振動検知手段２０は、振動波を検知する。なお、振動検知手段２０が検知する振動波には、振動センサー１に届いた振動波全てが含まれ、後述の第１の折り返し振動波、第２の折り返し振動波及び同期信号としての振動波を含み得る。振動発振手段３０は、振動波を発振する。振動発振手段３０が発振する振動波も、後述の第１の折り返し振動波、第２の折り返し振動波及び同期信号としての振動波を含み得る。

センサー処理部１０は、検知振動処理部１１と、振動発振処理部１２と、時刻同期部１３と、内部時計１４とを含む。検知振動処理部１１は、振動検知手段２０が検知した振動波を処理する。振動発振処理部１２は、振動発振手段３０からの振動波発振を処理する。時刻同期部１３は、後述の振動波の折り返し処理時間の計測、振動波の折り返し合計時間の認識、振動波の折り返し処理時間の認識、振動波の伝搬時間の算出及び時刻同期を実施する。内部時計１４は、振動センサー１の現在時刻を管理する。なお、センサー処理部１０において、検知振動処理部１１、振動発振処理部１２及び時刻同期部１３は、任意の構成部材であり、例えば、振動検知手段２０、振動発振手段３０及び内部時計１４が、それらの機能を備えていてもよい。

振動検知装置を構成する複数の振動センサーには、振動の伝搬速度がミリ秒以下となるため、各振動センサー間の時刻のずれをマイクロ秒以下に抑えた時刻精度が求められる。しかしながら、一般的な振動センサーは、安価であることが求められる。このため、振動検知装置を構成する各振動センサーには、高価な高精度の内部時計は搭載されておらず、時間の経過とともに各振動センサー間で時刻ずれが生じてしまうので、時刻同期が必要となる。なお、振動センサーで計測されたデータの解析においては、各振動センサー間の時刻同期が行われていればよく、各振動センサーの内部時計を実時間に合わせる必要はない。

つぎに、図３及び図４を用いて、本実施形態の時刻同期方法について説明する。なお、本実施形態の時刻同期方法においては、本実施形態の振動検知装置に含まれる複数（２つ以上）の振動センサーのうち、いずれか２つが、後述の第１の振動センサー及び第２の振動センサーの役割を果たせばよい。本実施形態の振動検知装置に含まれる振動センサーの数は、２つ以上であれば、いくつであってもよい。

（振動波発振工程及び振動波検知工程）
まず、図３に示すように、第１の振動センサーが、第２の振動センサーに振動波ｗ１を発振し、第２の振動センサーが、振動波ｗ１を検知する。

（第１の折り返し振動波発振工程）
つぎに、第２の振動センサーが、第１の振動センサーに第１の折り返し振動波ｗ３を発振する。

（計測工程）
つぎに、第２の振動センサーが、振動波ｗ１の検知から、第１の折り返し振動波ｗ３の発振までに要する振動波の折り返し処理時間ｔ２を計測する。

（第１の認識工程）
つぎに、第１の振動センサーが、振動波ｗ１を発振してから第１の折り返し振動波ｗ３を検知するまでの時間を振動波の折り返し合計時間ｔ６として認識する。

（第２の折り返し振動波発振工程）
つぎに、第２の振動センサーが、第１の折り返し振動波ｗ３を発振してから振動波の折り返し処理時間ｔ２が経過したときに、第１の振動センサーに第２の折り返し振動波ｗ５を発振する。

（第２の認識工程）
つぎに、第１の振動センサーが、第１の折り返し振動波ｗ３を検知してから第２の折り返し振動波ｗ５を検知するまでの時間を振動波の折り返し処理時間ｔ２であると認識する。

（算出工程）
つぎに、第１の振動センサーが、振動波の折り返し合計時間ｔ６と、振動波の折り返し処理時間ｔ２とから、振動波の伝搬時間ｔ７を算出する。具体的には、図３に示すように、振動波ｗ１の伝搬時間と、第１の折り返し振動波ｗ３の伝搬時間を同一と仮定することで、振動波の伝搬時間ｔ７は、振動波の折り返し合計時間ｔ６から振動波の折り返し処理時間ｔ２を差し引いた値を２で割ることで算出できる。すなわち、ｔ７＝（ｔ６−ｔ２）／２となる。

（同期信号発振工程）
つぎに、図４に示すように、第２の振動センサーが、時刻同期間隔ｔｉ毎に、第１の振動センサーに同期信号としての振動波ｗｓを発振する。時間同期間隔ｔｉとしては、例えば、毎１０秒毎（例えば、１０時０分０秒、１０時０分１０秒、・・・等）、毎正分毎（例えば、１０時０分０秒、１０時１分０秒、・・・等）等があげられる。なお、図４において、Ｔ１は、振動波（同期信号）ｗｓの発振タイミングである。

（時刻同期工程）
つぎに、第１の振動センサーが、同期信号ｗｓ検知時Ｔｓに、時刻同期間隔ｔｉ及び振動波の伝搬時間ｔ７を用いて、時刻同期を実施する。同期する時刻は、振動波（同期信号）ｗｓの発振タイミングＴ１において、時刻同期間隔ｔｉと振動波の伝搬時間ｔ７との和（ｔｉ＋ｔ７）である。

本実施形態によれば、ＧＰＳや電波時計からの時刻情報を受信できず、ネットワークが無くＮＴＰ等も活用できない環境でも、振動波を用いることで、複数の振動センサーの時刻同期を実施可能である。

本実施形態の振動検知装置は、例えば、インフラやプラント等に複数の振動センサーを設置し、各振動センサーで収集した情報を解析するシステムをはじめとした、時刻に基づき各振動センサーの計測データを比較、解析する分野に幅広く利用可能である。

［実施形態２］
本実施形態は、本発明の時刻同期方法、振動センサー及び振動検知装置の別の例である。図２の模式ブロック図に、本実施形態の時刻同期方法及び振動検知装置に用いる振動センサーの構成の一例を示す。図示のとおり、本例の振動センサー１は、センサー処理部１０が、さらに、時刻補正部１５を含むこと以外、図１に示す実施形態１の振動センサーと同じである。時刻補正部１５は、単位時間に細分化した時刻補正処理を行う。なお、図２において、時刻補正部１５は、任意の構成部材であり、例えば、内部時計１４が、その機能を備えていてもよい。

本実施形態の時刻同期方法は、さらに、図５及び図６に示す下記工程が追加されること以外、前述の図３及び図４に示す実施形態１の時刻同期方法と同じであるので、その説明は、省略する。

（検出工程）
図５に示すように、第１の振動センサーが、前記時刻同期工程後の同期時刻Ｔｓと、内部時計１４の時刻Ｔｃとの差分を内部時計１４のずれ時間ｔｇとして検出する。

（時刻補正工程）
つぎに、図６に示すように、時刻同期間隔ｔｉをｎ個の単位時間に細分化した時間間隔ｔａ１、ｔａ２、ｔａ３、・・・、ｔａｎ毎に、内部時間のずれ時間ｔｇをｎ個に細分化した値ｔｇ／ｎを補正する。細分化する数（ｎ）は、特に限定されず、いくつであってもよいが、例えば、１０〜１００個である。

本実施形態によれば、実施形態１と同じ効果を奏するとともに、逐次的に時刻を補正することが可能なため、時刻精度の更なる向上が可能である。

［実施形態３］
本実施形態のプログラムは、前述の時刻同期方法を、コンピュータで実行可能なプログラムである。本実施形態のプログラムは、例えば、記録媒体に記録されていてもよい。前記記録媒体としては、特に限定されず、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク（ＨＤ）、光ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク（ＦＤ）等があげられる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

本発明によれば、既存の時刻同期方法が活用できない環境においても、複数のセンサー間の時刻同期を実施可能な時刻同期方法を提供することができる。本発明の時刻同期方法は、例えば、インフラやプラント等に複数の振動センサーを設置し、各振動センサーで収集した情報を解析するシステムをはじめとした、時刻に基づき各振動センサーの計測データを比較、解析する分野に幅広く利用可能である。

１ 振動センサー
１０ センサー処理部
１１ 検知振動処理部
１２ 振動発振処理部
１３ 時刻同期部
１４ 内部時計
１５ 時刻補正部
２０ 振動検知手段
３０ 振動発振手段

Claims (7)

1. 第１の振動センサーが、第２の振動センサーに振動波を発振する振動波発振工程と、
   前記第２の振動センサーが、前記振動波を検知する振動波検知工程と、
   前記第２の振動センサーが、前記第１の振動センサーに第１の折り返し振動波を発振する第１の折り返し振動波発振工程と、
   前記第２の振動センサーが、前記振動波の検知から、前記第１の折り返し振動波の発振までに要する振動波の折り返し処理時間を計測する計測工程と、
   前記第１の振動センサーが、前記振動波を発振してから前記第１の折り返し振動波を検知するまでの時間を振動波の折り返し合計時間と認識する第１の認識工程と、
   前記第２の振動センサーが、前記第１の折り返し振動波を発振してから前記振動波の折り返し処理時間が経過したときに、前記第１の振動センサーに第２の折り返し振動波を発振する第２の折り返し振動波発振工程と、
   前記第１の振動センサーが、前記第１の折り返し振動波を検知してから前記第２の折り返し振動波を検知するまでの時間を前記振動波の折り返し処理時間であると認識する第２の認識工程と、
   前記第１の振動センサーが、前記振動波の折り返し合計時間と、前記振動波の折り返し処理時間とから、振動波の伝搬時間を算出する算出工程と、
   前記第２の振動センサーが、時刻同期間隔毎に、前記第１の振動センサーに同期信号としての振動波を発振する同期信号発振工程と、
   前記第１の振動センサーが、前記同期信号検知時に、前記時刻同期間隔及び前記振動波の伝搬時間を用いて、時刻同期を実施する時刻同期工程と、
   を含むことを特徴とする、時刻同期方法。
2. さらに、
   前記第１の振動センサーが、前記時刻同期工程後の同期時刻と、内部時計の時刻との差分を内部時計のずれ時間として検出する検出工程と、
   前記第１の振動センサーが、前記時刻同期間隔を単位時間に細分化した時間間隔毎に、前記内部時計のずれ時間を細分化した値を補正する時刻補正工程と、
   を含むことを特徴とする、請求項１記載の時刻同期方法。
3. ネットワークを用いずに実施することを特徴とする、請求項１又は２記載の時刻同期方法。
4. 振動検知手段と、振動発振手段と、内部時計とを含み、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の時刻同期方法に用いられることを特徴とする、振動センサー。
5. 複数の振動センサーを含み、
   前記複数の振動センサーが、それぞれ、請求項４記載の振動センサーであることを特徴とする、振動検知装置。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載の時刻同期方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
7. 請求項６記載のプログラムを記録していることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
   

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