JP2018119826A - 時刻補正装置、センサ装置、センサシステム、時刻補正方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】外部から時刻情報を取得することなく、高精度に時刻を補正することが可能な時刻補正装置等を提供する。
【解決手段】受電設備５０から商用交流電源が供給されるセンサ装置１０は、商用交流電源を降圧した電源信号と水晶発振器の発振信号を分周したクロック信号の、同位相の時間差を計測しセンサ検出データと共に送信する。同一の受電設備５０から商用交流電源が供給される時刻補正装置３０は、電源信号と水晶発振器の発振信号を分周したクロック信号の、同位相の時間差を計測し、センサ装置１０から受信した時間差と比較する。それぞれの時間差に基づいてセンサ装置１０と時刻補正装置３０の水晶発振器の発振信号に基づく時刻の時刻差を算出し、当該時刻差分、センサ装置１０のセンサ検出時刻を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、時刻を補正する時刻補正装置、センサ検出時刻を補正するセンサ装置、センサシステム、時刻補正方法及びプログラムに関する。

近年、多数のセンサを複数箇所に配置し、各センサから取得した情報を統合させることで空間的な環境や物理的状況を取得するセンサネットワークが活用されている。例えば、加速度センサを広範囲の空間に配置して、加速度センサの検出信号の時間変動から、地震による振動の伝搬や建築物の健全性等を詳細に解析することができる。

このようなセンサネットワークを構成するセンサ装置は時計を備えており、センサの検出信号と検出時刻とを合わせて出力する。各センサ装置のデータ間で時刻同期することで、センサの検出信号を相互比較して事象を解析する。しかし、センサ装置に備える時計は、基準信号源として水晶発振器を搭載し時刻を計測するが、経時的な変化や温度に依存する変化により、計測する時刻がずれてしまう。このため、センサ間の時刻同期が確保できず、正確な解析を行うことができないという問題があった。

この問題に対して、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）を利用するとともに、水晶発振器のずれを補償してサンプリング時刻を取得する方法が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１では、温度を計測することによりずれを補正した水晶発振器の発振信号を用いてクロックをカウントし、ＧＰＳ信号を受信して得た基準タイミング信号を基準としてサンプリング時刻を算出することができると説明されている。

また、商用交流電源の正弦波電圧を用いて、サンプリング時刻を補正する方法も提案されている（例えば特許文献２）。特許文献２では、商用交流電源を降圧した正弦波電圧を周期的にサンプリングして該正弦波電圧値の中央電圧のクロス点を計数して累積回数を求める。この累積回数に対応する時間を水晶発振器リアルタイムクロックの時刻に加算して補正することによりサンプリング時刻を求めることができると説明されている。

特開２００６−３２２８４０号公報 特開２００７−３２７８７１号公報

センサはその用途によって、様々な場所に設置される。例えば、地震観測や地震後の建築物の健全性の解析をするためにセンサを室内や地下に設置する場合があるが、そのような場合にはＧＰＳ信号を受信することができない。このため、特許文献１のように、ＧＰＳ信号に基づく基準タイミング信号を取得することができず、時刻の自動補正ができなかった。

また、地震観測や地震時の建築物の振動解析等を目的とするセンサのデータ取得周期は、１０ｍｓｅｃ程度である。これに対し、特許文献２の時刻修正方法は、1日1回の時刻修正を前提としており、日間誤差が０．３ｓ程度であるため、センサネットワークによる振動解析等を目的として時刻取得をするシステムに適用することはできなかった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、外部から時刻情報を取得することなく、高精度に時刻を補正することが可能な時刻補正装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る時刻補正装置は、
同一の受電設備から供給される商用交流電源を降圧した２以上の電源信号と、２以上の発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した２以上のクロック信号と、の時間差をそれぞれ取得する時間差取得部と、
互いに異なる前記発振器について取得した前記時間差を比較して、各々の前記発振信号を用いて計測するローカル時刻の時刻差を算出する時刻差算出部と、
前記時刻差算出部が算出した前記時刻差に基づいて前記ローカル時刻を補正する時刻補正部と、を備えることを特徴とする。

前記発振器それぞれについて前記時間差取得部が取得した前記時間差の周期変動を示す時間差波形を取得する時間差波形取得部を、更に備え、
前記時刻差算出部は、互いに異なる前記発振器について前記時間差取得部が取得した前記時間差と、前記時間差波形取得部が取得した前記時間差波形のずれと、に基づいて、前記ローカル時刻の前記時刻差を算出してもよい。

外部から時刻情報を受信する時刻情報受信部を更に備え、
前記時刻補正部は、前記時刻情報受信部で受信した時刻情報を基準に、前記時刻差算出部が算出した時刻差を加算又は減算して前記ローカル時刻を補正してもよい。

前記発振器の少なくとも一部は、前記商用交流電源で駆動するセンサ装置内に備えられ、
前記ローカル時刻は、前記センサ装置のセンサ検出時刻であってもよい。

また、本発明の第２の観点に係るセンサ装置は、
商用交流電源と、
発振器と、
前記商用交流電源を降圧した第１電源信号と、前記発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した第１クロック信号と、の時間差を示す第１時間差データ、及び、内部又は外部に有するセンサが出力するセンサ検出データを互いにタイミングを対応付けて送信する送信部と、
を備えるセンサ装置であって、
前記センサ装置から前記第１時間差データ及び前記センサ検出データを受信する時刻補正装置が、前記センサ装置の商用交流電源と同一の受電設備から供給される他の商用交流電源を降圧した第２電源信号と、他の発振器の発振信号を前記分周した第２クロック信号と、の時間差を示す第２時間差データ、及び、前記センサ装置から受信した前記第１時間差データに基づいて前記センサ装置に備える前記発振器の発振信号に基づくローカル時刻を補正することを特徴とする。

また、本発明の第３の観点に係るセンサシステムは、
同一の受電設備から供給される商用交流電源で駆動するセンサ装置と、前記センサ装置のセンサ検出時刻を補正する時刻補正装置と、からなるセンサシステムであって、
前記センサ装置は、
前記センサ装置に供給される前記商用交流電源を降圧した第１電源信号と、前記センサ装置に備える発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した第１クロック信号と、の時間差を示す第１時間差データ、及び、センサ検出データを互いにタイミングを対応付けて送信し、
前記時刻補正装置は、
前記時刻補正装置に供給される前記商用交流電源を降圧した第２電源信号と、前記時刻補正装置に備える発振器の発振信号を前記分周した第２クロック信号と、の時間差を示す第２時間差データ、及び、前記センサ装置から受信した前記第１時間差データを取得する時間差取得部と、
前記第１時間差データと第２時間差データを比較して、前記センサ装置に備える前記発振器の発振信号に基づくローカル時刻と前記時刻補正装置に備える前記発振器の発振信号に基づく基準時刻との時刻差を算出する時刻差算出部と、
前記時刻差算出部が算出した前記時刻差に基づいて前記ローカル時刻を補正する時刻補正部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の第４の観点に係る時刻補正方法は、
同一の受電設備から供給される商用交流電源を降圧した２以上の電源信号と、２以上の発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した２以上のクロック信号と、の時間差をそれぞれ取得する時間差取得ステップと、
互いに異なる前記発振器について取得した前記時間差を比較して、各々の前記発振信号を用いて計測するローカル時刻の時刻差を算出する時刻差算出ステップと、
前記時刻差算出ステップで算出した前記時刻差に基づいて前記ローカル時刻を補正する時刻補正ステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明の第５の観点に係るプログラムは、
コンピュータを
同一の受電設備から供給される商用交流電源を降圧した２以上の電源信号と、２以上の発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した２以上のクロック信号と、の時間差をそれぞれ取得する時間差取得部、
互いに異なる前記発振器について取得した前記時間差を比較して、各々の前記発振信号を用いて計測するローカル時刻の時刻差を算出する時刻差算出部、
前記時刻差算出部が算出した前記時刻差に基づいて前記ローカル時刻を補正する時刻補正部、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、外部から時刻情報を取得することなく、高精度に時刻を補正することが可能となる。

本発明の実施形態１に係るセンサシステムの構成を示すブロック図である。 センサ装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 実施形態１に係る時刻補正装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 電源信号とクロック信号の同位相の時間差を示した図である。 時刻補正処理のフローチャートである。 実施形態２に係る時刻補正装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 電源信号とクロック信号の同位相の時間差の周期変動を示した図である。 時間差波形の実測データを示した図である。 時間差波形の実測データのサイクルスリップを補正した図である。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について図面を参照して詳細に説明する。

センサシステム１は、任意の場所に位置する１以上のセンサ装置１０と、センサ装置１０におけるローカル時刻を補正する時刻補正装置３０と、から構成される。図１は、本実施形態に係るセンサシステム１の構成を示すブロック図である。本実施形態では、地震観測や地震後の建築物の健全性の解析等を目的として複数のセンサ装置１０が加速度データ等を取得するセンサシステム１について説明する。

図１に示すように、各センサ装置１０と時刻補正装置３０は、同一の受電設備５０からケーブル５１を介して商用交流電源が供給される装置であり、例えば、同じ建物内に設置される。各センサ装置１０は、センサによる物理量の検出を要する箇所に備えられ、プラグ１１をコンセント５２に差し込むことで商用交流電源に接続する。ここでは、商用交流電源の周波数が５０Ｈｚの場合について説明する。

時刻補正装置３０は、外部から時刻情報を取得できる位置に設置され、プラグ３１をコンセント５２に差し込むことで商用交流電源に接続する。例えば、時刻補正装置３０は、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）を構成する衛星６０から送信される電波信号をアンテナ３６で受信して時刻情報を取得する。

センサ装置１０は、任意の物理量を検出するセンサを内部又は外部に備え、センサが検出した物理量を出力する装置であるが、本実施形態では、所定の方向における加速度を検出する加速度センサ１６を内部に備えた場合について説明する。

図２は、センサ装置１０の機能構成を示す機能ブロック図である。センサ装置１０は、図２に示すように、水晶発振器１２と、水晶発振器１２の発振信号を分周する分周器１３と、分周器１３の出力の正弦波信号と商用交流（Alternating Current：ＡＣ）電源の正弦波信号の時間差を計測する時間間隔計１４を備える。センサ装置１０は更に、分周器１３の出力に基づいて時刻を計測する時計１５と、加速度センサ１６と、分周器１３の出力をサンプリング信号として用いて加速度センサ１６の出力をＡＤ（Analog-Digital）変換するＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１７と、通信部１８と、記憶部１９と、制御部２０とを備える。センサ装置１０は更に、加速度以外の物理量を計測する他のセンサを外部接続する接続端子２１を備えてもよい。

水晶発振器１２は、特定の周波数の正弦波信号を出力するものであり、例えば、１００ｋＨｚの発振周波数を有する。分周器１３は、水晶発振器１２の発振信号を商用交流電源の電源周波数と同じ周波数になるように分周するものであり、例えば、１００ｋＨｚの正弦波信号を２０００分周して５０Ｈｚの正弦波信号であるクロック信号を生成して出力する。

時間間隔計１４は、分周器１３が出力するクロック信号と、商用交流（ＡＣ）電源を降圧した電源信号と、の時間差を計測する。具体的には、クロック信号と電源信号は略同じ周波数の正弦波であるため、それぞれの正弦波の、互いに同じ特定の位相の時間差（以下、「同位相の時間差」と呼ぶ）を計測する。例えば、クロック信号と電源信号との、位相０°に相当する電圧０Ｖの時間差を計測する。

時計１５は、分周器１３が出力するクロック信号に基づいて、時刻を計測するが、経時変化や温度に依存する変化により時刻にずれが生じるため、数日おきなど定期的に時刻修正する。加速度センサ１６は、所定の方向における加速度を検出し、検出信号を出力する。

ＡＤコンバータ１７は、分周器１３の出力をサンプリング信号として用いて加速度センサ１６の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。ここでは、分周器１３出力のサンプリング周波数５０Ｈｚでデジタル信号を生成する。なお、接続端子２１に他のセンサを接続する場合は、ＡＤコンバータ１７が当該センサの出力であるアナログ信号もデジタル信号に変換して出力する。

通信部１８は任意の通信方式によって、データを送受信する。通信部１８は時刻補正装置３０からデータ取得を指示する指示信号を受信して制御部２０に出力し、制御部２０から入力されたデータを送信する。

記憶部１９は、例えばフラッシュメモリのような不揮発性メモリから構成される。記憶部１９の一部の記憶領域は各種計測データを上書き保存するバッファとして用いられる。また、記憶部１９のその他の記憶領域は制御部２０が実行する各種プログラムを記憶する。

記憶部１９のバッファは、例えば、スカラー値（実数）を所定の個数分だけ格納する１次元バッファであり、取得データを順次格納する。所定の個数分を超えて入力された場合は、既に格納されているデータのうち、最も古いデータから順に上書き保存される仕組みを備えている。

制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory：読み出し専用メモリ）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダムアクセスメモリ）等から構成される。制御部２０は、記憶部１９に記憶されているプログラムを実行することにより、図２に示すように、時間差取得部２０１、時刻取得部２０２、センサ検出値取得部２０３、データ出力部２０４の各機能部として機能する。なお、制御部２０の各機能部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用回路で構成してもよい。

時間差取得部２０１は、時間間隔計１４が出力する、分周器１３出力のクロック信号と商用交流（ＡＣ）電源を降圧した電源信号との同位相の時間差のデータを取得する。時刻取得部２０２は、時計１５が計測する時刻データを取得する。センサ検出値取得部２０３は、加速度センサ１６を含む各センサが検出する検出信号をＡＤ変換したセンサ検出データを取得する。

通信部１８がデータ取得指示を受信すると、時間差取得部２０１、時刻取得部２０２、センサ検出値取得部２０３はデータ取得を開始する。データ出力部２０４は各取得部が出力するデータを、取得したタイミングを互いに対応付けて記憶部１９のバッファに格納する。データ出力部２０４は、バッファに記憶している各種信号を、通信部１８に出力し、通信部１８が送信する。

図３は、時刻補正装置３０の機能構成を示す機能ブロック図である。時刻補正装置３０は、図３に示すように、水晶発振器３２と、水晶発振器３２の発振信号を分周する分周器３３と、分周器３３の出力の正弦波信号と商用交流（ＡＣ）電源の正弦波信号との同位相の時間差を計測する時間間隔計３４を備える。時刻補正装置３０は更に、分周器３３の出力に基づいて時刻を計測する時計３５と、アンテナ３６からＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部３７と、通信部３８と、記憶部３９と、制御部４０と、を備える。

水晶発振器３２、分周器３３、時間間隔計３４、時計３５は、それぞれ、センサ装置１０に備える水晶発振器１２、分周器１３、時間間隔計１４、時計１５と同様の構成を有する。

ＧＰＳ受信部３７は衛星６０から受信するＧＰＳ信号に含まれる時刻情報を取得し、制御部４０に出力する。

通信部３８は任意の通信方式によって、データを送受信する。通信部３８は各センサ装置１０に対してデータ取得の指示を送信し、また、各センサ装置１０から送信された加速度データを含む各種データを受信して制御部４０に出力する。

記憶部３９は、例えばフラッシュメモリのような不揮発性メモリから構成される。記憶部３９は、制御部４０の処理により得られたセンサ検出データ及びセンサ検出した時刻のデータ等の各種データを記憶する。記憶部３９は、制御部４０が実行する各種プログラムを記憶する。

制御部４０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成される。制御部４０は、記憶部３９に記憶されているプログラムを実行することにより、図３に示すように、時間差取得部４０１、時刻取得部４０２、センサデータ取得部４０３、時刻差算出部４０４、時刻補正部４０５の各機能部として機能する。なお、制御部４０の各機能部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用回路で構成してもよい。

時間差取得部４０１はセンサ装置１０の時間差取得部２０１と同様に、時間間隔計３４が出力する、分周器３３が出力するクロック信号と商用交流（ＡＣ）電源を降圧した電源信号との同位相の時間差のデータを取得する。

時刻取得部４０２は時計３５が計測する時刻データを取得するとともに、ＧＰＳ受信部３７が受信するＧＰＳ信号に含まれる時刻情報に基づいて、時計３５が計測する時刻データを補正して基準時刻を出力する。センサデータ取得部４０３は各センサ装置１０から受信した時間差のデータ、時刻データ、センサ検出データを取得する。

時刻差算出部４０４は、時間差取得部４０１が取得した時間差のデータと、センサデータ取得部４０３が取得した時間差のデータを比較することにより、各水晶発振器１２、３２に基づく時刻の時刻差を算出する。

時刻補正部４０５は、センサデータ取得部４０３が取得したセンサの検出時刻、つまりセンサ装置１０におけるローカル時刻を、時刻差算出部４０４及び時刻取得部４０２から入力される情報に基づいて、時刻補正を行う。

時刻補正方法について図４を用いて説明する。図４は、電源信号とクロック信号の同位相の時間差を示した図である。

図４において、センサ装置１０の分周器１３が出力するクロック信号の波形をクロック１として表し、センサ装置１０の商用交流電源を降圧した電源信号の波形を電源１として表す。また、時刻補正装置３０の分周器３３が出力するクロック信号の波形をクロック２として表し、時刻補正装置３０の商用交流電源を降圧した電源信号の波形を電源２として表す。

電源１と電源２は、商用交流電源が同じ受電設備５０から供給されていることから、ほぼ同じ波形である。ここで、センサ装置１０と時刻補正装置３０は数１００ｍ以内に配置されていることを想定しているため、ケーブル５１の伝送距離による時刻の遅れは数μｓｅｃ以下であり、無視できると考える。

これに対し、クロック１とクロック２はそれぞれ互いに異なる水晶発振器１２，３２から出力され分周されたものであるから、位相にずれがある。センサ装置１０が出力する時刻データは水晶発振器１２に基づくものであり、時刻補正装置３０が出力する時刻データは水晶発振器３２に基づくものであるから、水晶発振器１２、３２の位相のずれがそれぞれの時刻データの時刻差になる。

時間差取得部２０１、４０１は、それぞれクロック１と電源１の同位相の時間差Δｔ１と、クロック２と電源２の同位相の時間差Δｔ２と、を取得する。時間差Δｔ１は、クロック１と電源１の同位相の時間差を時間間隔計１４が計測することにより得られる。時間差Δｔ２も同様に、クロック２と電源２の同位相の時間差を時間間隔計３４が計測することにより得られる。

時刻差算出部４０４は、時間差Δｔ１と時間差Δｔ２の差を計算し、その差を時刻差として出力する。

時刻補正部４０５は、センサ検出信号に対応づけられたセンサ検出時刻を、時刻取得部４０２が取得した基準時刻に時刻差算出部４０４が算出した時刻差を加算又は減算した時刻に補正する。

以上のように構成されたセンサシステム１の動作について、図５に示すフローチャートに沿って説明する。図５は時刻補正装置３０が実行する時刻補正処理のフローチャートである。

時刻補正装置３０のセンサデータ取得部４０３は通信部３８を介して各センサ装置１０に対してセンサデータの取得を開始する指示を送信する（ステップＳ１０１）。センサ装置１０の制御部２０は時刻補正装置３０からの指示信号を受信すると、受信から所定のタイミングで時間差取得部２０１が、分周器１３の出力と商用交流電源との正弦波信号の同位相の時間差Δｔ１を時間間隔計１４から取得する。そして、同じタイミングで時刻取得部２０２が時計１５から出力される時刻データを取得し、センサ検出値取得部２０３が加速度センサ１６を含む各センサが検出するセンサ検出データを取得する。

次に、時刻補正装置３０の制御部４０の時間差取得部４０１が、分周器３３の出力と商用交流電源との正弦波信号の同位相の時間差Δｔ２を時間間隔計３４から取得する（ステップＳ１０２）。この時間差データの取得のタイミングは、ステップＳ１０１でセンサ装置１０に対する指示信号送信のタイミングに基づいて、センサ装置１０での時間差データ、時刻データ、センサ検出データの取得のタイミングに合わせるように予めタイミングを調整する。

また、時間差データΔｔ２を取得開始後の所定のタイミングで時刻取得部４０２は、時計３５が計測する時刻データを取得するとともに、ＧＰＳ受信部３７が受信するＧＰＳ信号に含まれる時刻情報に基づいて、時計３５が計測する時刻データを補正した基準時刻を取得する（ステップＳ１０３）。

所定時間経過後に、センサデータ取得部４０３が、各センサ装置１０から、時間差データΔｔ１、時刻データ、センサ検出データからなるセンサデータを、通信部３８を介して取得する（ステップＳ１０４）。

そして、時刻差算出部４０４が、ステップＳ１０２で取得した時間差Δｔ２とステップＳ１０４で取得した時間差Δｔ１との差を時刻差として算出する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０４で取得したセンサデータの時刻データは、センサ装置１０において加速度センサ１６が加速度を検出したローカル時刻であるセンサ検出時刻を示している。このセンサ検出時刻は水晶発振器１２の経時変化や温度に依存する変化によりずれが生じる。このため、時刻補正部４０５はステップＳ１０４で取得した時刻データが示す時刻からステップＳ１０５で算出する時刻差を加算又は減算した時刻を算出し、その時刻に、加速度センサ１６のセンサ検出時刻を補正する（ステップＳ１０６）。

その後、ステップＳ１０４で取得したセンサデータとステップＳ１０６で補正した時刻データと、センサ装置１０の識別情報を互いに対応付けて記憶部３９に保存する（ステップＳ１０７）。

このようにして、時刻補正装置３０は各センサ装置１０で取得したセンサデータを互いに整合をとった時刻データとともに保存することができ、センサ装置１０の設置位置に対する加速度の変化の情報を取得することができる。

以上説明したように、本実施形態において、受電設備５０から商用交流電源が供給されるセンサ装置１０は、商用交流電源を降圧した電源信号と水晶発振器１２の発振信号を分周したクロック信号の同位相の時間差のデータを送信する。同一の受電設備５０から商用交流電源が供給される時刻補正装置３０は、センサ装置１０から時間差データを受信し、時刻補正装置３０の電源信号と水晶発振器３２の発振信号を分周したクロック信号の同位相の時間差のデータを取得する。これら時間差の差を、センサ装置１０の水晶発振器１２と時刻補正装置３０の水晶発振器３２の発振信号に基づく時刻の時刻差として算出し、当該時刻差分、センサ装置１０のローカル時刻を補正することとした。これにより、各センサ装置が外部から時刻情報を取得することなく、高精度に時刻を整合させることができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について図面を参照して詳細に説明する。

実施形態１に係るセンサシステム１は、センサ装置１０と時刻補正装置３０とで、電源信号とクロック信号の同位相の時間差を計測するタイミングを合わせることで、電源信号の同じ周期内における同位相の時間差を比較して時刻差を求めることとした。しかし、同位相の時刻を取得したときそれが電源信号の同じ周期内であることを判別することが困難な場合がある。本実施形態に係るセンサシステム１は、同位相の時刻を取得したときそれが電源信号の同じ周期内であるか否かに関わらず、センサ装置１０と時刻補正装置３０の時刻差を算出できるものである。

本実施形態のセンサシステム１は、実施形態１と同様に、任意の場所に位置する１以上のセンサ装置１０と、センサ装置１０におけるローカル時刻を補正する時刻補正装置３０と、から構成される。本実施形態でも、地震観測や地震後の建築物の健全性の解析等を目的として複数のセンサ装置１０が加速度データを含むセンサ検出データを取得するセンサシステム１について説明する。

図１に示すように、センサ装置１０と時刻補正装置３０は、同一の受電設備５０からケーブル５１を介して商用交流電源が供給される装置であり、例えば、同じ建物内に設置される。センサ装置１０の構成は実施形態１と同様である。

時刻補正装置３０の構成は、実施形態１と同様に、水晶発振器３２と、分周器３３と、時間間隔計３４と、時計３５と、ＧＰＳ受信部３７と、通信部３８と、記憶部３９と、制御部４０と、を備えるが、制御部４０の機能が一部異なる。本実施形態の制御部４０は、時間差取得部４０１及びセンサデータ取得部４０３が取得する時間差の波形を比較する時間差波形比較部４０６を更に備える点が実施形態１と異なる。

本実施形態の時刻補正装置３０について図６を用いて詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る時刻補正装置３０の機能構成を示す機能ブロック図である。

時間間隔計３４は、水晶発振器３２の発振信号を分周器３３で分周した正弦波信号であるクロック信号と、商用交流（ＡＣ）電源を降圧した正弦波信号である電源信号の、同位相の時間差のデータを出力する。制御部４０の時間差取得部４０１は、時間間隔計３４が出力する時間差データを取得する。

センサデータ取得部４０３は、センサ装置１０から送信されてきた時間差データ、時刻データ、センサ検出データを取得する。ここで、センサデータ取得部４０３が取得する時間差データは、センサ装置１０において、時間間隔計１４が、水晶発振器１２の発振信号を分周器１３で分周した正弦波信号であるクロック信号と、商用交流（ＡＣ）電源を降圧した正弦波信号である電源信号の、同位相の時間差を計測し出力したものである。

時間差波形比較部４０６は、時間差取得部４０１が取得した時刻補正装置３０のクロック信号と電源信号の時間差の周期変化を示す波形、及び、センサデータ取得部４０３が取得したセンサ装置１０のクロック信号と電源信号の時間差の周期変化を示す波形を互いに比較して、波形のずれを算出する。

時刻差算出部４０４は、時間差波形比較部４０６で得られた波形のずれに基づいて、電源信号の１波長に相当する時間以上の時刻差を算出する。その他の機能部の動作は実施形態１と同様である。

本実施形態の時刻補正方法について図７を用いて詳細に説明する。図７は、電源信号とクロック信号の時間差の周期変化を示した図である。

図７において、（１）のグラフは、センサデータ取得部４０３が取得した、センサ装置１０の分周器１３が出力するクロック信号と商用交流電源を降圧した電源信号の同位相の時間差Δｔ１の周期変化を示す。時間差Δｔ１は、図４に示すような略同じ周波数を有するクロック信号（クロック１）と電源信号（電源１）の互いに同じ特定の位相の時間差を時間間隔計３４が計測することにより得られたものである。時間間隔計３４は、例えば、クロック信号と電源信号との、位相０°に相当する電圧０Ｖの時間差を計測する。

また、（２）のグラフは、時間差取得部４０１が取得した、時刻補正装置３０の分周器３３が出力するクロック信号と商用交流電源を降圧した電源信号の同位相の時間差Δｔ２の周期変化を示す。時間差Δｔ２は、図４に示すような略同じ周波数を有するクロック信号（クロック２）と電源信号（電源２）の互いに同じ特定の位相の時間差を時間間隔計１４が計測することにより得られたものである。時間間隔計１４は、例えば、クロック信号と電源信号との、位相０°に相当する電圧０Ｖの時間差を計測する。

図７の（１）、（２）に示した、Δｔ１、Δｔ２は、電源の正弦波信号の１周期（２０ｍｓｅｃ）毎の計測値であるため、Δｔ１、Δｔ２を、横軸を時間としてプロットすると、図７に示すような周期変化が現れる。この周期変化は、各センサ装置１０及び時刻補正装置３０に供給されている商用交流電源の電圧の揺らぎに起因する。

ここで、各センサ装置１０と時刻補正装置３０の商用交流電源は同じ受電設備５０から供給されていることから、ほぼ同じ電圧変動の波形を有する。よって、Δｔ１、Δｔ２の周期変化もほぼ同じ波形を有するが、本実施形態では時間差データの取得のタイミングを合わせていないため、同じ波形が現れる時間がずれている。このΔｔ１、Δｔ２の周期変化を互いに照合すると、互いに波形が一致する時間のずれを算出することができる。図７のグラフにおいては、Δｔ１を２つの破線の間のＴ＊ｎの時間分後方にシフトさせることによりΔｔ２と波形が一致する。

時間差波形比較部４０６は、時間差Δｔ１、Δｔ２の周期変化の波形を照合することにより、ｎの値を求める。そして、時刻差算出部４０４は、Ｔ＊ｎ離れた時刻における時間差Δｔ１ａ、Δｔ２ａも取得し、｛Ｔ＊ｎ＋（Δｔ２ａ−Δｔ１ａ）｝を時刻差として算出する。

時刻補正部４０５は、センサの検出信号に対応づけたセンサ検出時刻を、時刻取得部４０２で取得した基準時刻に時刻差算出部４０４で算出した時刻差を加算又は減算した時刻に修正する。

以上のように構成されたセンサシステム１の動作は、実施形態１と同様であり、図５に示すフローチャートのステップＳ１０５の時刻差算出の処理のみが異なる。ステップＳ１０５において、時間差波形比較部４０６が、時間間隔計１４、３４がそれぞれ計測した時間差Δｔ１、Δｔ２の周期変化を取得し、時間差Δｔ１、Δｔ２の周期変化の波形を照合することにより、同じ波形が現れる時間のずれＴ＊ｎを計算する。そして、時刻差算出部４０４が｛Ｔ＊ｎ＋（Δｔ２ａ−Δｔ１ａ）｝を時刻差として算出する処理を行う。

以上説明したように、本実施形態においては、制御部４０の時間差波形比較部４０６が、商用交流電源を降圧した電源信号と水晶発振器１２の発振信号を分周したクロック信号との同位相の時間差と、電源信号と水晶発振器３２の発振信号を分周したクロック信号との同位相の時間差と、の波形を互いに比較した。そして、この時間差波形のずれからセンサ装置１０の水晶発振器１２と時刻補正装置３０の水晶発振器３２のそれぞれの発振信号に基づく時刻の時刻差を算出し、センサ装置１０でセンサが検出信号を取得したセンサ検出時刻を補正することとした。これにより、予め時間差データを取得するタイミングを合わせる必要もなく、電源信号の１波長に相当する時間以上の時刻のずれがあった場合にも、高精度に時刻を整合させることができる。

（実施例１）
センサ装置１０の水晶発振器１２の発振信号を分周したクロック信号と、商用交流電源を降圧した電源信号の、同位相の時間差を時間間隔計で実測した。図８は、時間差波形の実測データを示した図である。横軸は時間ｔであり、縦軸はクロック信号と電源信号が０V（位相０°）となる時間差Δｔである。

実施形態１、２では、電源信号の周波数が５０Ｈｚであり、水晶発振器１２の発振信号を分周したクロック信号も５０Ｈｚであるとしたが、実際には周波数にずれがある。よって、クロック信号と電源信号の同位相の時間差Δｔは、２０ｍｓｅｃを超えた値となる場合がある。これに対し、実測データは、図８に示すように時間差Δｔの値は０〜２０ｍｓｅｃに分布しているため、時間差が２０ｍｓｅｃを超えたことにより、破線で示したように１周期分スリップしたサイクルスリップが生じる。

このサイクルスリップ前後のデータのいずれか一方を２０ｍｓｅｃシフトさせる補正を行うことにより、図９に示すような連続したデータを得ることができる。図９は、時間差波形の実測データのサイクルスリップを補正した図である。

図９に示した時間差の波形は、商用交流電源の電圧の揺らぎと、電源信号及びクロック信号の周波数のずれに起因するものである。つまり、図７に示したΔｔ１、Δｔ２に対応する実測データである。

センサ装置１０の水晶発振器１２の発振信号を分周したクロック信号と、商用交流電源を降圧した電源信号の、同位相の時間差Δｔ１、及び、時刻補正装置３０の水晶発振器３２の発振信号を分周したクロック信号と、商用交流電源を降圧した電源信号の、同位相の時間差Δｔ２を実測すると、図９に示すような特有の形状を有する波形が得られた。Δｔ１とΔｔ２のいずれか一方を時間方向にシフトさせることにより、波形を高精度に一致させることができた。

つまり、時刻補正装置３０において、Δｔ１とΔｔ２を実測して互いに照合することにより、同じ波形が現れる時間のずれを求めることができた。この時間のずれＴ＊ｎと、時間Ｔ＊ｎ離れた時刻における時間差Δｔ１ａ、Δｔ２ａに基づいて、｛Ｔ＊ｎ＋（Δｔ２ａ−Δｔ１ａ）｝を時刻差として算出することができた。

このように本発明は、同一の受電設備から供給される商用交流電源を降圧した２以上の電源信号と、２以上の発振器の発振信号を商用交流電源と同じ周波数になるように分周した２以上のクロック信号と、の時間差を取得し、互いに異なる発振器について取得した時間差を比較して、発振信号を用いて計測するローカル時刻の時刻差を算出し、算出した時刻差に基づいてローカル時刻を補正することとした。これにより、外部から時刻情報を取得することなく、高精度に時刻を補正することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、実施形態において、センサ装置１０と時刻補正装置３０の、クロック信号と電源信号の時間差を比較して時刻差を求めるとしたが、複数のセンサ装置１０同士の時間差を比較して時刻差を求めるようにしてもよい。このとき、何れか１つのセンサ装置１０のローカル時刻を基準として、各々のセンサ装置１０のクロック信号と電源信号の時間差を比較した結果に基づいて、他のセンサ装置１０のローカル時刻を補正するようにしてもよい。この場合、ＧＰＳ信号に基づいて取得する基準時刻との整合を図ることはできないが、センサ装置１０間のデータの時刻整合が可能となる。

複数のセンサ装置１０同士の時間差を比較してセンサ装置１０間のデータの時刻整合を行う場合は、各センサ装置１０の記憶部１９に時間差データ、時刻データ、センサ検出データを蓄積しておき、蓄積したデータをオンライン又はオフラインで収集した時刻補正装置３０において、センサ装置１０同士の時刻差を解析してセンサ装置１０間のデータの時刻整合を実行するようにしてもよい。

また、実施形態ではセンサ装置１０は、時間間隔計１４で計測したクロック信号と電源信号の同位相の時間差を、時刻補正装置３０に送信するとしたが、センサ装置１０は、クロック信号と電源信号をＡＤ変換して得られたデータを時刻補正装置３０に送信するようにしてもよい。センサ装置１０に時間間隔計１４を備えない構成でも時刻補正が可能となる。

また、時刻補正装置３０は、ＧＰＳ受信部３７で受信したＧＰＳ信号に含まれる時刻情報に基づいて基準時刻を取得するとしたが、他の通信ネットワークを用いて受信可能な時刻情報に基づいて基準時刻を取得してもよい。

また、時刻補正装置３０は、センサ装置１０のローカル時刻におけるセンサ検出時刻を補正してセンサデータとともに出力するとしたが、時刻補正装置３０が補正した時刻を定期的にセンサ装置１０に送信し、センサ装置１０の時計１５の時刻を更新するようにしてもよい。

また、時刻補正装置３０の制御部４０が実行した処理のプログラムを、既存のコンピュータ等の情報端末で実行させることにより、当該情報端末を含む装置を本発明に係る時刻補正装置３０として機能させることも可能である。

このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＯ（Magneto Optical Disc）、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、インターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよい。

１…センサシステム
１０…センサ装置
１１，３１…プラグ
１２，３２…水晶発振器
１３，３３…分周器
１４，３４…時間間隔計
１５，３５…時計
１６…加速度センサ
１７…ＡＤコンバータ
１８，３８…通信部
１９，３９…記憶部
２０，４０…制御部
２１…接続端子
３０…時刻補正装置
３６…アンテナ
３７…ＧＰＳ受信部
５０…受電設備
５１…ケーブル
５２…コンセント
６０…衛星
２０１，４０１…時間差取得部
２０２，４０２…時刻取得部
２０３…センサ検出値取得部
２０４…データ出力部
４０３…センサデータ取得部
４０４…時刻差算出部
４０５…時刻補正部
４０６…時間差波形比較部

Claims (8)

1. 同一の受電設備から供給される商用交流電源を降圧した２以上の電源信号と、２以上の発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した２以上のクロック信号と、の時間差をそれぞれ取得する時間差取得部と、
   互いに異なる前記発振器について取得した前記時間差を比較して、各々の前記発振信号を用いて計測するローカル時刻の時刻差を算出する時刻差算出部と、
   前記時刻差算出部が算出した前記時刻差に基づいて前記ローカル時刻を補正する時刻補正部と、
   を備える時刻補正装置。
2. 前記発振器それぞれについて前記時間差取得部が取得した前記時間差の周期変動を示す時間差波形を取得する時間差波形取得部を、更に備え、
   前記時刻差算出部は、互いに異なる前記発振器について前記時間差取得部が取得した前記時間差と、前記時間差波形取得部が取得した前記時間差波形のずれと、に基づいて、前記ローカル時刻の前記時刻差を算出する、
   請求項１に記載の時刻補正装置。
3. 外部から時刻情報を受信する時刻情報受信部を更に備え、
   前記時刻補正部は、前記時刻情報受信部で受信した時刻情報を基準に、前記時刻差算出部が算出した時刻差を加算又は減算して前記ローカル時刻を補正する、
   請求項１又は２に記載の時刻補正装置。
4. 前記発振器の少なくとも一部は、前記商用交流電源で駆動するセンサ装置内に備えられ、
   前記ローカル時刻は、前記センサ装置のセンサ検出時刻である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の時刻補正装置。
5. 商用交流電源と、
   発振器と、
   前記商用交流電源を降圧した第１電源信号と、前記発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した第１クロック信号と、の時間差を示す第１時間差データ、及び、内部又は外部に有するセンサが出力するセンサ検出データを互いにタイミングを対応付けて送信する送信部と、
   を備えるセンサ装置であって、
   前記センサ装置から前記第１時間差データ及び前記センサ検出データを受信する時刻補正装置が、前記センサ装置の商用交流電源と同一の受電設備から供給される他の商用交流電源を降圧した第２電源信号と、他の発振器の発振信号を前記分周した第２クロック信号と、の時間差を示す第２時間差データ、及び、前記センサ装置から受信した前記第１時間差データに基づいて前記センサ装置に備える前記発振器の発振信号に基づくローカル時刻を補正する、
   センサ装置。
6. 同一の受電設備から供給される商用交流電源で駆動するセンサ装置と、前記センサ装置のセンサ検出時刻を補正する時刻補正装置と、からなるセンサシステムであって、
   前記センサ装置は、
   前記センサ装置に供給される前記商用交流電源を降圧した第１電源信号と、前記センサ装置に備える発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した第１クロック信号と、の時間差を示す第１時間差データ、及び、センサ検出データを互いにタイミングを対応付けて送信し、
   前記時刻補正装置は、
   前記時刻補正装置に供給される前記商用交流電源を降圧した第２電源信号と、前記時刻補正装置に備える発振器の発振信号を前記分周した第２クロック信号と、の時間差を示す第２時間差データ、及び、前記センサ装置から受信した前記第１時間差データを取得する時間差取得部と、
   前記第１時間差データと第２時間差データを比較して、前記センサ装置に備える前記発振器の発振信号に基づくローカル時刻と前記時刻補正装置に備える前記発振器の発振信号に基づく基準時刻との時刻差を算出する時刻差算出部と、
   前記時刻差算出部が算出した前記時刻差に基づいて前記ローカル時刻を補正する時刻補正部と、
   を備えるセンサシステム。
7. 同一の受電設備から供給される商用交流電源を降圧した２以上の電源信号と、２以上の発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した２以上のクロック信号と、の時間差をそれぞれ取得する時間差取得ステップと、
   互いに異なる前記発振器について取得した前記時間差を比較して、各々の前記発振信号を用いて計測するローカル時刻の時刻差を算出する時刻差算出ステップと、
   前記時刻差算出ステップで算出した前記時刻差に基づいて前記ローカル時刻を補正する時刻補正ステップと、
   を有する時刻補正方法。
8. コンピュータを
   同一の受電設備から供給される商用交流電源を降圧した２以上の電源信号と、２以上の発振器の発振信号を前記商用交流電源と同じ周波数になるように分周した２以上のクロック信号と、の時間差をそれぞれ取得する時間差取得部、
   互いに異なる前記発振器について取得した前記時間差を比較して、各々の前記発振信号を用いて計測するローカル時刻の時刻差を算出する時刻差算出部、
   前記時刻差算出部が算出した前記時刻差に基づいて前記ローカル時刻を補正する時刻補正部、
   として機能させるためのプログラム。

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