JP2006242908A - 信号記録装置及び多点計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】 高速で運動する運動体について同期を取りながら多点で計測する。
【解決手段】 親機のデータ収録装置１０のＣＰＵ１６は、計測開始トリガ信号が光センサ１１に入力されたことを検出すると、同期用信号線に、計測開始を示す同期信号を出力すると共に、Ａ／Ｄ変換器１４から供給されるディジタル信号をメモリ１５に書き込む処理を開始する。子機の各データ収録装置１０のＣＰＵ１６は、親機から供給された同期信号に同期して、Ａ／Ｄ変換器１４から供給されるディジタル信号をメモリ１５に書き込む処理を開始する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、信号記録装置及び多点計測システムに係り、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及び多点計測システムに関する。

外部からの電力供給を受けることなくアナログ量を計測・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計測・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。
特開平８−１５９８１７号公報

近年、ベルト式無段変速機のベルト、ブレーキロータ、エンジンのピストン、ワイパアームなど、車両に対し相対的に高速度で運動する運動体について、同期をとりながら多点計測を行うことが望まれている。

しかし、特許文献１に記載された小型データ収録装置の信号入力数が多くなると、装置が大型になり、その重量が重くなってしまう。このため、測定対象物である運動体に取り付けることが困難になる。また、一箇所に重量物が装着されると、運動体の動きに影響が及ぶおそれもある。

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、高速で運動する運動体について同期をとりながら多点で計測できる信号記録装置及び多点計測システムを提供することを目的とする。

本発明に係る信号記録装置は、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記録する信号記録装置であって、前記運動体の状態に応じた信号を入力する信号入力手段と、同期信号を入力する同期信号入力手段と、信号を記憶する信号記憶手段と、前記同期信号入力手段に入力された同期信号に同期して、前記信号入力手段に入力された信号を前記信号記憶手段に書き込む制御を行う制御手段と、を備えている。

信号記録装置は、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、その運動体と一体になって運動しつつ、その運動体の状態に応じた信号を記録するものである。

信号入力手段は、運動体の状態に応じた信号を入力する。運動体の状態に応じた信号であれば、例えば、アナログ信号、ディジタル信号、光信号でもよい。なお、信号入力手段は１つに限らず、複数であってもよい。同期信号入力手段は、外部から供給される同期信号を入力する。

信号記憶手段には、制御手段によって、信号入力手段に入力された信号が記憶される。すなわち、制御手段は、同期信号入力手段に入力された同期信号に同期して、信号入力手段に入力された信号を信号記憶手段に書き込む制御を行う。

したがって、上記信号記録装置は、同期信号入力手段に入力された同期信号に同期して、信号入力手段に入力された信号を信号記憶手段に書き込むことにより、同期信号に完全に同期した状態で、信号入力手段に入力される信号を記録することができる。

ここで、同期信号入力手段は、電源線に重畳された同期信号を入力するものであってもよい。また、同期信号入力手段は、トリガ信号に同期した同期信号、所定サンプリング周期毎の同期信号の少なくとも１つを入力してもよい。

本発明に係る多点計測システムは、所定の軌跡上を運動するサイクルを繰り返す運動体の異なる箇所にそれぞれ取り付けられた、請求項１に記載の複数の信号記録装置を備え、１つの信号記録装置は、トリガ信号に同期した同期信号、所定サンプリング周期毎の同期信号の少なくとも１つを、他の信号記録装置に出力する同期信号出力手段を更に備えたものである。

したがって、上記多点計測システムは、トリガ信号に同期した同期信号、所定サンプリング周期毎の同期信号の少なくとも１つに同期して、各信号記録装置の信号入力手段に入力された信号を信号記憶手段に書き込む。これにより、上記の同期信号に完全に同期した状態で各信号記録装置の信号入力手段に入力される信号を記録することができる。

本発明に係る信号記録装置及び多点計測システムは、同期信号入力手段に入力された同期信号に同期して、信号入力手段に入力された信号を信号記憶手段に書き込む制御を行うことによって、同期信号に完全に同期した信号を正確に記録することができる。

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の実施形態に係る多点計測システムの構成を示すブロック図である。上記多点計測システムは、複数のデータ収録装置１０と、インターフェースユニット２０を介して、各データ収録装置１０に記録された信号を読み出して集計するホストコンピュータ３０と、を備えている。

図２は、データ収録装置１０の構成を示すブロック図である。データ収録装置１０は、複数（本実施形態では２つ）のアナログ信号を収録対象とする。

データ収録装置１０は、計測開始トリガ信号としての光信号を検出する光センサ１１と、それぞれ異なるアナログ信号を増幅するアンプ１２、１３と、アナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という。）１４と、ディジタル信号を記憶するメモリ１５と、Ａ／Ｄ変換器１４からのディジタル信号をメモリ１５に書き込む処理を行うＣＰＵ１６と、各回路に電源を供給する電池１７と、を備えている。

アンプ１２、１３は、運動体の状態に応じた信号を出力する図示しない２つのアナログセンサにそれぞれ接続されている。したがって、アンプ１２、１３には、運動体の状態に応じた信号が入力される。

ＣＰＵ１６は、インターフェースユニット２０との間でデータ転送を行うためのＩ／Ｏポート１６ａを有している。Ｉ／Ｏポート１６ａは、データ転送用シリアル通信線を介して、インターフェースユニット２０に接続されている。また、Ｉ／Ｏポート１６ａには、同期信号を出力又は入力するための同期用通信線、他のデータ収録装置１０と共に接地するための共通グランド線が接続されている。

したがって、図１に示すように、各データ収録装置１０は、同期用信号線で互いに接続されている。また、各データ収録装置１０は、データ通信線を介してインターフェースユニット２０に接続されている。

図３は、データ収録装置１０が略楕円軌道を運動する運動体であるベルト部材５０に取り付けた状態を示す図である。

ベルト部材５０は、一対のプーリ５１、５２に巻き掛けられており、駆動プーリ５１の回転を従動プーリ５２に伝達する。したがって、ベルト部材５０は、一対のプーリ５１、５２に案内されつつ略楕円軌跡上を運動するサイクルを繰り返す運動体である。これは、例えば、ベルト式無段変速機をモデル化したものである。

ベルト部材５０は、多数の金属ブロックを環状の無端キャリアに隙間なく保持させて構成され変速比に応じて一対のプーリ５１、５２への巻き掛け半径（略楕円状の運動軌跡）が所定範囲内で変更されるＶベルトに相当する。データ収録装置１０は、例えば、金属ブロック間に作用する力に対応して歪ゲージ等が発生するアナログ信号、特定の金属ブロックの温度に対応して熱電対等が発生するアナログ信号等を入力してデジタル信号として記憶する。

以上のように構成された多点計測システムは、次の手順に従って運動体の多点計測を行う。

図４は、多点計測システムによる計測手順を示すフローチャートである。

最初に、各データ収録装置１０とインターフェースユニット２０とがデータ通信線で接続される（ステップＳ１）。

次に、ホストコンピュータ３０は、データ収録前に、インタフェース２０を介して各データ収録装置１０に設定情報を出力する。これにより、各データ収録装置１０には、ホストコンピュータ３０によって所定の設定（例えばサンプリング周期の設定）が施される（ステップＳ２）。さらに、トリガ信号が入力されるデータ収録装置１０（親機）とそれ以外のデータ収録装置１０（子機）が設定され（ステップＳ３）、その後、データ通信線が切り離される（ステップＳ４）。

親機のデータ収録装置１０のＣＰＵ１６は、光センサ１１に計測開始トリガ信号が入力された否かを判定する（ステップＳ５）。そして、ＣＰＵ１６は、計測開始トリガ信号が光センサ１１に入力されたことを検出すると、同期用信号線に、計測開始を示す同期信号を出力すると共に（ステップＳ６）、Ａ／Ｄ変換器１４から供給されるディジタル信号をメモリ１５に書き込む処理を開始する。

子機の各データ収録装置１０のＣＰＵ１６は、親機から供給された同期信号に同期して、Ａ／Ｄ変換器１４から供給されるディジタル信号をメモリ１５に書き込む処理を開始する（ステップＳ７）。

したがって、各データ収録装置１０のＣＰＵ１６は、互いに同期してデータの書き込み処理を開始した後、それぞれのデータ収録装置１０に内蔵されたクロックに基づくサンプリング周期でディジタル信号を書き込んでいく。よって、各データ収録装置１０のサンプリング周期は予め同一にしておくとよい。そして、計測が終了するまでデータ収録が行われる（ステップＳ８）。

データ収録後、各データ収録装置１０とインターフェースユニット２０との間でデータ通信線が接続される（ステップＳ９）。各データ収録装置１０は、インターフェースユニット２０を介して、ホストコンピュータ３０にデータを転送する（ステップＳ１０）。この結果、ホストコンピュータ３０は、転送されたデータを統合することによって、例えば８チャンネルの同時系列データを保存することができる。

以上のように、第１の実施形態に係る多点計測システムは、複数のデータ収録装置１０をそれぞれ同期させて、同時にデータ収録を開始できるので、多点同時計測を容易に行うことができる。また、各データ収録装置１０は入力チャンネルを増やす必要がないので、各々のデータ収録装置１０を小型軽量にすることができる。

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係る多点計測システムの構成を示すブロック図である。図６は、データ収録装置１０の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る多点計測システムは、第１の実施形態と比べて、サンプリングクロック信号を各データ収録装置１０に供給するためのサンプリングクロック線を有している。

すなわち、各データ収録装置１０は、同期用信号線の他に、サンプリングクロック線を介して互いに接続されている。データ収録装置１０のＩ／Ｏポート１６ａには、データ転送用シリアル通信線、同期用通信線、共通グランド線の他に、サンプリングクロック線が接続されている。

第１の実施形態では、各データ収録装置１０のＣＰＵ１６は、トリガ信号に同期してデータの書き込み処理を開始した後、それぞれのデータ収録装置１０に内蔵されたクロックに基づくサンプリング周期でディジタル信号を書き込む。

これに対して、第２の実施形態では、各データ収録装置１０のＣＰＵ１６は、トリガ信号に同期してデータの書き込み処理を開始した後、親機のＣＰＵ１６が、サンプリングクロック線を介して、子機の各々のＣＰＵ１６にサンプリングクロック信号を供給する。これにより、親機及び子機のデータ収録装置１０は、互いに同期したサンプリングクロック信号に基づいてデータを収録するので、完全に同期したデータを得ることがができる。

［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態に係る多点計測システムの構成を示すブロック図である。本実施形態に係る多点計測システムは、図１に示す構成に加えて、電池ユニット４０を備えている。なお、各データ収録装置１０は、図２に示す構成から電池１７が除かれたものである。

電池ユニット４０の正極及び負極は、それぞれ電源線を介して、データ収録装置１０に接続されている。正極に接続された電源線には同期信号が重畳され、この同期信号はＩ／Ｏポート１６ａに入力される。このため、正極に接続された電源線は、同期用信号線の機能も有している。

以上のように構成された多点計測システムは、高速度で運動する運動体を計測する場合、データ収録装置１０と電池ユニット４０とを分散して配置することができるので、システムの重量を分散することができ、運動体の運動を妨げることなく計測することができる。また、電源線に同期信号を重畳させることにより、同期信号線を省いて、システムの簡素化を図ることもできる。

［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態に係る多点計測システムの構成を示すブロック図である。図９は、データ収録装置１０の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る多点計測システムは、第１の実施形態のデータ通信線として、共通シリアルバス通信線を用いたものである。データ収録装置１０は、図１に示す構成に加えて、バストランシーバ１８を備えている。

各データ収録装置１０のバストランシーバ１８は、共通シリアルバス通信線を介して、インターフェースユニット２０に接続されている。そのため、Ｉ／Ｏポート１６ａは、バストランシーバ１８を介して、インターフェースユニット２０との間でデータ通信を行う。

さらに、各データ収録装置１０のＣＰＵ１６は、共通シリアルバス通信線を用いることによって、サンプリングクロック信号を共有することもできる。このため、親機のデータ収録装置１０が計測開始トリガ信号に同期した同期信号を子機のデータ収録装置１０に供給すれば、その後、全てのデータ収録装置１０は完全に同期してデータを収録することができる。

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、計測対象物は、図３に示したベルト式無段変速機のＶベルトに限らず、その他、所定の軌跡上を運動するサイクルを繰り返す運動体であればよいのは勿論である。また、本発明は、上述した各実施形態の内容を任意に組み合わせたものにも適用可能である。

さらに、上述した実施形態では、データ収録装置１０の光センサ１１に計測開始トリガ信号が入力されていたが、アンプ１２又はアンプ１３にトリガ信号が入力されてもよい。このとき、光センサ１１によって検出される信号を収録対象としてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る多点計測システムの構成を示すブロック図である。 データ収録装置の構成を示すブロック図である。 データ収録装置が略楕円軌道を運動する運動体であるベルト部材に取り付けた状態を示す図である。 多点計測システムによる計測手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る多点計測システムの構成を示すブロック図である。 データ収録装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る多点計測システムの構成を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る多点計測システムの構成を示すブロック図である。 データ収録装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ データ収録装置
１１ 光センサ
１２，１３ アンプ
１４ Ａ／Ｄ変換器
１５ メモリ
１６ ＣＰＵ
１６ａ Ｉ／Ｏポート
１７ 電池
１８ バストランシーバ
２０ インターフェースユニット
３０ ホストコンピュータ
４０ 電池ユニット

Claims (4)

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記録する信号記録装置であって、
   前記運動体の状態に応じた信号を入力する信号入力手段と、
   同期信号を入力する同期信号入力手段と、
   信号を記憶する信号記憶手段と、
   前記同期信号入力手段に入力された同期信号に同期して、前記信号入力手段に入力された信号を前記信号記憶手段に書き込む制御を行う制御手段と、
   を備えた信号記録装置。
2. 前記同期信号入力手段は、電源線に重畳された同期信号を入力する
   請求項１に記載の信号記録装置。
3. 前記同期信号入力手段は、トリガ信号に同期した同期信号、所定サンプリング周期毎の同期信号の少なくとも１つを入力する
   請求項１または請求項２に記載の信号記録装置。
4. 所定の軌跡上を運動するサイクルを繰り返す運動体の異なる箇所にそれぞれ取り付けられた、請求項１に記載の複数の信号記録装置を備え、
   １つの信号記録装置は、トリガ信号に同期した同期信号、所定サンプリング周期毎の同期信号の少なくとも１つを、他の信号記録装置に出力する同期信号出力手段を更に備えた
   多点計測システム。

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