JP2009288084A - 電波時計 - Google Patents

Abstract

【課題】、アンテナ受信部が時計本体と独立した電波時計において時計本体や外部機器で発生するノイズ等の影響を受けにくい、高感度な電波時計を提供する。
【解決手段】時計本体とアンテナ受信部との全ての電気的接続を切り離し、アンテナ受信部の電源及び受信した信号は、一度光エネルギー又は磁気エネルギーに変換し、再度電気に変換する事で接続する。
【選択図】図４

Description

本発明は、長波日本標準電波を受信して時刻を修正する電波時計のうち、時計本体とアンテナ部が分離された電波時計に関するものである。

近年、独立法人通信総合研究所が運営管理を行っている長波帯を用いた日本標準電波（ＪＪＹ）の送信所が開局し、現在、福島局４０ＫＨｚと九州局６０ＫＨｚにてこの電波（以下、この電波の事を「標準電波」と表現する）が送信され、標準電波を利用した電波時計が市販されている。
標準電波は高精度の原子時計を基準とした時刻情報がタイムコードとして入っており、一般に市販されている電波時計は定期的に標準電波を受信する事により、水晶発振式の内蔵時計を修正して正確な時刻を保つ仕組みになっている。（図１）

標準電波が使用している長波帯の特性上、鉄筋コンクリートのビルの奥や、地下では電波が届かず、又、標準電波の時刻情報は、瞬時ではなく１分間かけて伝送している関係から、その間にノイズが混入する事で受信が困難になる場合もある。又、標準電波のキャリア周波数（福島局 ４０ＫＨｚ 九州局 ６０ＫＨｚ）の付近は屋内で使用する電気機器が発生するノイズが多い。特にインバーター式蛍光灯やテレビ、ＯＡ機器のノイズが顕著であり、標準電波の受信を困難にする要因になっている。（図２）
従って電波時計を設置したい場所で標準電波が受信出来るとは限らない。特に大型の設備時計では、時計本体を標準電波の都合に合わせて設置する事は困難であり、又、このような時計はビルの奥などの受信環境が劣悪な場所に設置される事が多い。

前記の様な問題から、安定した受信のため、時計本体とアンテナ受信部が分離され、ケーブルで接続する方式の電波時計がいくつかのメーカーから市販されている。

しかしながら、実際にはアンテナ受信部を設置しようとして受信状態を確認してみると、同じ場所で小型電池式の電波時計の様にはうまく受信出来ない。具体的に
（１）時計本体から発生するノイズがアンテナ受信部に回り込み、受信障害を引き起こす。
（２）時計本体に時刻情報を外部機器に出力する機能が搭載されている場合に、時計単体では受信出来るが、外部機器に接続すると受信出来なくなる事がある。

（１）のノイズの主なものは、時計内部の電源回路、表示部であり、近年の電源回路は電力効率のため、スイッチング方式となり、スイッチングノイズを発生する。又、表示部はＬＥＤの場合、ダイナミック点灯方式が多く使われており、点灯切り替え時のノイズが発生する。いずれも標準電波に近い２０〜６０ＫＨｚ近辺のノイズを発生させるものが多く、標準電波の受信障害となる。これらは空中放射により、直接アンテナに入り込む影響もあるが、アンテナ受信部を本体から数メートル離す事により、影響は少なくなる。
問題は本体とアンテナ受信部を接続するケーブルを伝搬するノイズである。アンテナ受信部へ電源を供給する電源線とアンテナ受信部で標準電波を受信し、本体へ復調信号を伝送する信号線とがあり、本体で発生したノイズがこれらを伝わって受信障害となる。
本体からアンテナ受信部へのノイズを遮断する方法として、ノイズの周波数を減衰させるフィルタを入れる事が考えられる。しかしながら、電源線にしても信号線にしてもリターンのための基準電位が必要であり、時計本体の基準電位と接続されている。
残念ながら、時計本体の基準電位と標準電波に対する基準電位（接地電位）は通常、絶縁されており、時計本体で発生するノイズは接地電位に対して、時計本体の基準電位にも乗るため、アンテナ受信部が受信する標準電波は相対的に時計本体で発生するノイズが入った状態となるため、受信障害となる。（図３）
又、（２）の時計本体が外部機器と接続されている状態では、時計本体と外部機器との基準電位が接続された状態となり、外部機器で発生するノイズも基準電位に乗る事になる。
そのため、受信環境によっては、時計単体では受信出来る場合でも、外部機器と接続すると受信出来なくなるといった問題が発生する例もある。

本発明では、以上の問題を解決するためのもので、時計本体や外部機器で発生するノイズ等の影響を受けにくい、高感度な電波時計を提供するものである。

本発明は、前述の問題を解決するため、
時計本体とアンテナ受信部との全ての電気的接続を切り離して、時計本体及び外部機器のノイズが乗った基準電位の影響を受けない様にする。
アンテナ受信部の電源及び受信した信号は、一度光エネルギー又は磁気エネルギーに変換し、再度電気に変換する事で接続する。

以上説明したように本発明の電波時計は、次に示すような効果を発揮する。
標準電波の弱い場所での受信向上。
電波時計に外部機器を接続した場合に於いて、標準電波の受信障害の低減。

本実施例の電波時計は図４に示す構成となっている。
標準電波はアンテナユニット１で受信する。バーアンテナによるＬＣ共振回路で４０ＫＨｚ又は６０ＫＨｚを選択的に入力し、増幅回路とフィルタ及び検波回路により、標準電波からＴＣＯを抽出する。

このアンテナユニットは時計本体２とは離れた場所に設置し、電源ケーブルと通信ケーブルで接続される形態となる。

時計本体側には、電源ケーブル及び通信ケーブルを絶縁する為に、電源ケーブル側にはＤＣ−ＤＣコンバータ１０１、通信ケーブル側にはフォトカプラ１０２を用いて、電気的に切り離している。ＤＣ−ＤＣコンバータ自体が発生するノイズが、標準電波受信に影響しない様、スイッチング周波数が離れたものを選択する。
以後、以下の様な処理を行い、電波時計として機能するが、本発明の趣旨とは直接関係しないため、詳細は省略する。

ＣＰＵ１０３は８ビット又は１６ビットのマイクロプロセッサを想定している。
ＣＰＵはこのＴＣＯのパルスの立ち上がり、立ち下がりを一定のサンプリング周期で監視し、パルスの立ち上がりから立ち下がりまでの期間ａをサンプリング周期をカウントする事で計測する。

計測した期間ａからパルスをマーカー、０符号、１符号及びノイズ等による判別不能のＴＣＯコードとして判定する。

前記で判定したＴＣＯコードから、タイムコードの先頭位置を検出すると、それ以降のタイムコードを１周期分、メモリに格納する。
尚、前記で判別不能のＴＣＯコードを判定した場合は、それまで格納したタイムコードを破棄し、タイムコード先頭を検出する前の状態に戻す。

前記で、タイムコード１周期分格納した後、タイムコードの各内容を解読し、時、分、又必要に応じて年、月、日、曜日などの情報を取得する。

この後、取得した時刻の信頼性を確認するため、パリティチェックや、２回時刻を取得して整合性を取る処理、又、秒位置の精度を向上させる処理を必要に応じて行う。

取得した時刻等の元に計時動作し、表示部１０４に表示する。表示部はＬＥＤ、液晶表示、その他の媒体を用いる。これらの一連の動作が標準電波を受信してから表示するまでの流れである。

必要に応じてＲＴＣの時刻情報を外部機器１０５に出力する。これは一般的にＲＳ２３２Ｃ等のシリアルインターフェイスや時報に同期したパルスを出力する形態、ネットワークに時刻情報を配信するシステムなどが考えられる。

一般的な時刻表示、タイムカード記録装置、時報装置、工場等の管制室、放送、鉄道、機器状態の記録管理、その他各種時計。

電波時計の概念を示した説明図である。 室内のノイズ環境を表したものである。 ノイズ混入の経路を説明した図である。 実施例で示す電波時計の構成を表したものである。

符号の説明

１ アンテナユニット
２ 時計本体
１０１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０２ フォトカプラ
１０３ ＣＰＵ
１０４ 表示部
１０５ 外部機器

Claims (1)

1. 時計本体とアンテナ部が分離し、電気的信号線及び電源線で接続されている電波時計に於いて時計本体内部のアンテナ部に接続する信号線及び電源線が、他の電気回路から電気的に絶縁する手段を備えた事を特徴とする電波時計。
   

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