JP2012251841A - 加速度センサ搭載計量器 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスメータ等の計量器に係り、特に、外部から受けた衝撃の履歴を記録可能とする計量器を提供する。
【課題手段】センサ２ｂは、ＬＰＦ２ｃにより低周波成分（例えば５０Ｈｚ以下）を抽出し（Ｓ１０２）、所定のサンプリング間隔（例えば１００Ｈｚ）で３軸方向加速度値を計測する（Ｓ１０1）。フィルタリングされた低周波成分信号は、ＣＰＵ２ａに伝送される。通常、センサ２ｂは、メータ設置状態において垂直方向の重力加速度を継続的に検出するが、ある瞬間に低周波成分の加速度の絶対値が閾値以上（請求項における第一の閾値に該当）に上昇した場合は（Ｓ１０３においてＹＥＳ）、外部からの衝撃を受けたものと判定して（Ｓ１０４）、その前後一定時間の加速度値、時刻データの取り込みを行い、メモリ部２ｅに時系列にデータ保存する（Ｓ１０５）。さらに、中央監視センター１１に対して被衝撃の発生を通報する（Ｓ１０６）。
【選択図】図３

Description

本発明はガスメータ等の計量器に係り、特に、外部から受けた衝撃の履歴を記録可能とする計量器に関する。

ガスメータは、運搬・取付時の作業ミス等による落下等により外部から著しく大きな衝撃を受けた場合に、機械的に故障が発生し、ガスを流さない不動状態になる場合がある。この場合、外観からの識別が困難なケースがまれにあり、機械的な故障により不動状態となっているメータの故障の確認は、実質的にガスを流すことでなければできないのが現状である。このため、著しく大きな衝撃を受けたメータを速やかに判別する技術が求められている。

従来、機器の落下履歴を残すことにより故障原因を特定する技術に関しては、ノート型パソコン等の携帯型機器について、３軸加速度センサを用いて加速度変化の履歴を記録する技術が開示されている（例えば特許文献１）。
また、ガスメータにおいて地震による震動と衝撃による振動を識別して、地震による震動の場合のみメータ遮断することを可能とする衝撃検出及び制御技術が開示されている（特許文献２）。

特開２００５−３７３００号公報 特開平９−１４５４４４号公報

しかしながら、ガスメータ等の計量器は設置後、通常１０年程度は電池交換することなく連続使用されるという特徴があり、随時充電可能な携帯型機器等を対象とする特許文献１の技術を適用することはできない。
また、特許文献２には、連続検出や落下、被衝撃に特化した信号検出技術については開示されていない。

本願発明者らは鋭意研究の結果、電力消費量が少なく、落下、被衝撃に特化した信号検出を可能とする加速度センサ搭載計量器を発明した。
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係る加速度センサ搭載計量器は、
（１）３軸方向加速度センサと、該加速度センサが計測する３軸方向加速度信号のうち、所定の低周波数成分データを抽出する手段と、所定のサンプリング間隔で、抽出した低周波数成分の加速度値を計測する手段と、計測した該加速度値のうち、少なくともいずれかの軸方向の絶対値が第一の閾値以上の場合には、外部から衝撃を受けたものと判定する被衝撃判定手段と、被衝撃判定した場合に、該加速度値データを一定時間、時系列で記録するデータ記録手段と、を備えて成ることを特徴とする。

本発明において、「計量器」とはガスメータのように需要家先に固定的に設置されるものを対象とし、特に容易に充電困難な制御用電池を内蔵するタイプに好適に適用される。
本発明は、主として設置後に外部からの衝撃発生時のデータロギングに関する。
一般に低周波数の振動では低い加速度値でも振幅が大となるため、低周波成分のみを抽出することが必要となる。フィルタリングする低周波成分の上限は、現場のメータが受ける外部衝撃の特性に合わせて設定することができるが、５０Ｈz以下に設定することが好ましい。

（２）３軸方向加速度センサと、該加速度センサが計測する３軸方向加速度信号のうち、所定の低周波数成分データを抽出する手段と、所定のサンプリング間隔で、抽出した低周波数成分の加速度値を計測する手段と、計測した該加速度値のうち、３軸方向全ての絶対値が第二の閾値以下の場合には、落下と判定する落下判定手段と、落下判定した場合に、該加速度値データを一定時間、時系列で記録するデータ記録手段と、を備えて成ることを特徴とする。
本発明は、主として設置前の作業ミス等による計量器落下時のデータロギングに関する。

（３）上記各発明において、落下判定又は被衝撃判定したときは警告を表示又は発報する手段を、さらに備えて成ることを特徴とする。

（４）上記各発明において、前記落下判定又は前記被衝撃判定したことを外部に送信するデータ送信手段を、さらに備えて成ることを特徴とする。

本発明によれば、落下又は被衝撃を検出した場合のみ加速度の時系列変化データを記録するため、バッテリーの電力消費量を大幅に削減することができ、ガスメータのような随時充電又は電池交換が困難な計量器に適用できるという効果がある。
また、装置内部にデータを保存するため、検査時に実際にガス等を流すことなく、データ読み出しにより落下又は被衝撃判定が可能という効果がある。また、実際にガス等を流して検査する必要がないため、需要家不在であっても検査可能という効果がある。
また、落下、被衝撃の痕跡がなく外観からは判別困難な計量器であっても、定量的に判定が可能という効果がある。

第一の実施形態に係る被衝撃判定システム１０を示す図である。 加速度センサ搭載ガスメータ１の制御ブロック構成を示す図である。 第一の実施形態におけるメータ衝撃判定フローを示す図である。 第一の実施形態における現場判定フローを示す図である。 第二の実施形態におけるメータ落下判定フローを示す図である。 落下時の加速度値の時系列変化を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至６を参照してさらに詳細に説明する。重複説明を回避するため、各図において同一構成には同一符号を付している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

＜第一の実施形態＞
本実施形態はメータ設置後の被衝撃等による情報を、中央監視センターにおいて集中管理する態様に関する。
図１を参照して、本実施形態に係る被衝撃判定システム１０は、各需要家Ｃｉ（ｉ＝１−ｎ）に取り付けられた加速度センサ搭載ガスメータ１と、ガスメータ１の故障情報を常時監視する中央監視センター１１と、これらを結ぶ通信ネットワーク１２と、を主要構成として備えている。

加速度センサ搭載ガスメータ１における被衝撃情報の収集は、制御部２により行われる。図２を参照して、制御部２は、本実施形態の制御・情報処理を行うＣＰＵ２ａと、衝撃加速度を計測する加速度センサ２ｂと、加速度センサ２ｂの検出した加速度信号のうち所定の低周波成分のみ抽出するローパスフィルター（ＬＰＦ）２ｃと、加速度センサ２ｂが検出する信号をＡ／Ｄ変換して出力する信号変換部２ｄと、ＣＰＵ２ａの指令により被衝撃判定された加速度値情報を時系列データとして保存するメモリ部２ｅと、を主要構成として備えている。ＣＰＵ２ａにはさらに、所定の加速度値を超えた場合に警報表示する警報表示部２ｆと、中央監視センター１１又は検査装置（後述）との通信を仲介する通信インターフェイス部２ｇと、が接続されている。
加速度センサ２ｂは、互いに直交するＸ，Ｙ,Ｚ軸の加速度を検出するセンサであり、例えばピエゾ抵抗素子を用いてホイートストーンブリッジ回路を構成し、抵抗値変化を検出するデバイスを用いることができる。
なお、図示を省略するが、ＣＰＵ２ａには演算時のメインメモリとして使用されるＲＡＭ、ＣＰＵ２ａが実行する制御プログラムを記録するＲＯＭ、クロック回路等がバスを介して接続されている。

次に、需要家Ｃｉを例にとり、制御部２による３軸方向加速度値の検出、被衝撃判定、並びに中央監視センター１１への通報フローについて説明する。
図３を参照して、制御開始に伴いセンサ２ｂは、ＬＰＦ２ｃにより低周波成分（例えば５０Ｈｚ以下）を抽出し（Ｓ１０１）、所定のサンプリング間隔（例えば１００Ｈｚ）で３軸方向加速度値を計測する（Ｓ１０２）。計測された信号はＣＰＵ２ａに伝送され、さらに所定の容量を限度としてメモリ部２ｅに順次上書き保存される。
通常、センサ２ｂは、メータ設置状態において垂直方向の重力加速度を継続的に検出するが、ある瞬間に低周波成分の加速度の絶対値が閾値以上（請求項における第一の閾値に該当）に上昇した場合は（Ｓ１０３においてＹＥＳ）、外部からの衝撃を受けたものと判定して（Ｓ１０４）、その前後一定時間の加速度値、時刻データの取り込みを行い、メモリ部２ｅに時系列にデータ保存する（Ｓ１０５）。さらに、中央監視センター１１に対して被衝撃の発生を通報する（Ｓ１０６）。

次に図４を参照して、通報を受けた中央監視センター１１は検査員を現地に派遣する（Ｓ２０１）。検査員は、メモリ部２ｅの内容を解読する機能を備えた検査装置（図示せず）により被衝撃の有無を判定する。メモリ部２ｅに記録されている被衝撃履歴データを読み出し（Ｓ２０２）、加速度の絶対値が閾値以上の場合であり被衝撃と判定した場合には（Ｓ２０３においてＹＥＳ）、必要に応じて交換、修理等の措置をとる（Ｓ２０４）。加速度の絶対値が閾値未満の場合には（Ｓ２０３においてＮＯ）、特別の措置を取ることなく需要家からの連絡を待って対応する（Ｓ２０５）。

＜第二の実施形態＞
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、メータ取付前の落下等による被衝撃情報をメータに警告表示する態様に関する。本実施形態の対象となるメータの構成は、上述の実施形態の加速度センサ搭載ガスメータ１の構成と同様であるので、重複説明を省略する。
図５を参照して、本実施形態における落下判定及び確認のフローについて説明する。制御開始に伴い、センサ２ｂは低周波成分（例えば５０Ｈｚ以下）を抽出するフィルタリングを行い（Ｓ３０１）、所定のサンプリング間隔（例えば１００Ｈｚ）で３軸方向加速度値を計測する（Ｓ３０２）。定常状態では、センサ２ｂは垂直方向の重力加速度を継続的に検出している。抽出された低周波成分信号は、上述の実施形態と同様にメモリ部２ｅに順次上書き保存される。

図６をも参照して、時刻Ｔ１以降、一定時間以上（例えばΔＴ１≧０．１sec）３方向の加速度の絶対値全てが所定の閾値（Δα）以下の状態が継続する場合は、自由落下状態（作業ミス等によるメータ落下）にあると判定する（Ｓ３０３においてＹＥＳ）。
さらに、この間の低周波成分の加速度の絶対値の最大値（αmax）が閾値（αth）以上の場合は（Ｓ３０４においてＹＥＳ）、メータが落下により衝撃を受けたと判定して、時刻Ｔ１の前後にわたる所定時間（ΔＴ２＝Ｔ２−Ｔ０）について、加速度値の時系列データをメモリ部２ｅに保存する（Ｓ３０５）。また、メータ表示部にアラーム点滅させる（Ｓ３０６）。
Ｓ３０４においてＮＯ、すなわちαmax＜αthの場合は、Ｓ３０1に戻ってサンプリング計測を繰り返す。この場合、一旦保存したロギングデータは上書きされる。

Ｓ３０６においてメータ表示部（図示せず）へのアラーム表示により、その後のメータ検針の際や、需要家からの通報等によりメータ異常が発見でき、さらにメモリ部２ｅの内容の確認・精密検査を行い交換、修理等の対応も可能となる。

なお、本実施形態では、落下判定した場合にメータ表示部にアラーム表示する例を示したが、これに替えて、又はこれに加えて、中央監視センターに通報する態様としてもよい。
また，落下による被衝撃の判定を、加速度の絶対値の最大値（αmax）に基づき行う例を示したが、これに替えて平均値に基づき判定する態様としてもよい。

本発明は、ガスメータのみならず、水道メータ、電力メータ等、需要家先に設置される種々の計量器に広く適用可能である。

１・・・・加速度センサ搭載ガスメータ
２・・・・制御部
２ｂ・・・ローパスフィルター（ＬＰＦ）
２ｃ・・・加速度センサ
２ｄ・・・信号変換部
２ｅ・・・メモリ部
２ｆ・・・警報表示部
２ｇ・・・通信インターフェイス部

Claims (4)

1. ３軸方向加速度センサと、
   該加速度センサが計測する３軸方向加速度信号のうち、所定の低周波数成分データを抽出する手段と、
   所定のサンプリング間隔で、抽出した低周波数成分の加速度値を計測する手段と、
   計測した該加速度値のうち、少なくともいずれかの軸方向の絶対値が第一の閾値以上の場合には、外部から衝撃を受けたものと判定する被衝撃判定手段と、
   被衝撃判定した場合に、該加速度値データを一定時間、時系列で記録するデータ記録手段と、
   を備えて成ることを特徴とする加速度センサ搭載計量器。
2. ３軸方向加速度センサと、
   該加速度センサが計測する３軸方向加速度信号のうち、所定の低周波数成分データを抽出する手段と、
   所定のサンプリング間隔で、抽出した低周波数成分の加速度値を計測する手段と、
   計測した該加速度値のうち、３軸方向全ての絶対値が第二の閾値以下の場合には、落下と判定する落下判定手段と、
   落下判定した場合に、該加速度値データを一定時間、時系列で記録するデータ記録手段と、
   を備えて成ることを特徴とする加速度センサ搭載計量器。
3. 落下判定又は被衝撃判定したときは警告を表示又は発報する手段を、さらに備えて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度センサ搭載計量器。
4. 前記落下判定又は前記被衝撃判定したことを外部に送信するデータ送信手段を、さらに備えて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の加速度センサ搭載計量器。
   

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