JP2019191069A - リサンプリング回路、物理量センサーユニット、慣性計測装置及び構造物監視装置 - Google Patents
リサンプリング回路、物理量センサーユニット、慣性計測装置及び構造物監視装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
第1クロック信号に同期して更新される第1データを、前記第1クロック信号とは非同期の第2クロック信号に同期して更新される第2データに変換して出力するリサンプリング回路であって、
前記第1データに基づいて、前記第2データを前記第1クロック信号及び前記第2クロック信号よりも高い周波数の第3クロック信号の時間分解能で算出して出力する。
前記第2データは、前記第2クロック信号の周期における前記第1データに基づいて算出される代表値であってもよい。
前記第1データの値を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記第1データの値を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2クロック信号の周期を前記第3クロック信号で測定し、
積算した前記第1データの値を、測定した前記第2クロック信号の周期で除算して、前記第1データの代表値を算出してもよい。
前記第1データの値を前記第2クロック信号で測定し、
測定した前記第1データの値を基準値として、前記基準値と前記第1データの値との差分を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記差分を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2クロック信号の周期を前記第3クロック信号で測定し、
積算した前記差分を測定した前記第2クロック信号の周期で除算して、前記差分の平均値を算出し、
前記基準値と前記差分の平均値とを加算して、前記第1データの代表値を算出してもよい。
前記第1データの値を前記第3クロック信号で測定し、
前記第2データの値を基準値として、前記基準値と測定した前記第1データの値との差分を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記差分を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2クロック信号の周期を前記第3クロック信号で測定し、
積算した前記差分を測定した前記第2クロック信号の周期で除算して、前記差分の平均値を算出し、
前記基準値と前記差分の平均値とを加算して、前記第1データの代表値を算出してもよい。
前記第2クロック信号のエッジから前記第1クロック信号のエッジまでの期間、前記第1クロック信号のエッジから次のエッジまでの期間、及び前記第1クロック信号のエッジから前記第2クロック信号のエッジまでの期間を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記期間を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2データの値を基準値として、前記基準値と前記第1データの値との差分を算出し、
測定した前記期間と算出した前記差分とを乗算して前記差分の積算値を算出し、
前記差分の積算値を前記第2クロック信号の周期で積算し、
積算した前記差分の積算値を積算した前記期間で除算して、前記差分の平均値を算出し、
前記基準値と前記差分の平均値とを加算して、前記第1データの代表値を算出してもよい。
前記第2クロック信号のエッジから前記第1クロック信号のエッジまでの期間、前記第1クロック信号のエッジから次のエッジまでの期間、及び前記第1クロック信号のエッジから前記第2クロック信号のエッジまでの期間を前記第3クロック信号で測定し、
前記第1クロック信号の周期を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記期間と測定した前記第1クロック信号の周期との比を算出し、
算出した前記比を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2データの値を基準値として、前記基準値と前記第1データの値との差分を算出し、
算出した前記比と前記差分とを乗算し、
前記比と前記差分との乗算値を前記第2クロック信号の周期で積算し、
積算した前記乗算値を積算した前記比で除算して、前記差分の平均値を算出し、
前記基準値と前記差分の平均値とを加算して、前記第1データの代表値を算出してもよ
い。
前記第1データの代表値を初期化する機能を備えてもよい。
前記代表値は、平均値、中央値、及び最頻値の何れかであってもよい。
前記第1データを出力するローパスフィルターを含み、
前記ローパスフィルターのカットオフ周波数は、前記第2クロック信号のナイキスト周波数よりも低くてもよい。
前記第1クロック信号は、A/D変換におけるサンプリングクロックであってもよい。
前記第2クロック信号は、前記リサンプリング回路に外部から入力されるトリガー信号であってもよい。
前記リサンプリング回路の一態様と、
物理量センサーと、
を含む。
前記物理量センサーは、加速度及び角速度の少なくとも何れかを検出してもよい。
加速度及び角速度の少なくとも何れかを検出する物理量センサーと、
前記リサンプリング回路の一態様を含み、前記物理量センサーから出力される信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路の処理によって得られた慣性データを外部に送信する通信回路と、
を含む。
前記物理量センサーユニットの一態様と、
構造物に取り付けられている前記物理量センサーユニットからの検出信号を受信する受信部と、
前記受信部から出力された信号に基づいて、前記構造物の傾斜角度を算出する算出部と、
を含む。
以下では、被測定信号がA/D変換され、当該A/D変換におけるサンプリングクロック(以下、「ADクロック」という)に同期して更新されるデジタルデータ(以下、「ADデータ」という)を、ADクロックとは非同期の、外部から入力されるトリガー信号(以下、「外部トリガー」という)に同期して更新される測定データに変換して出力するリサンプリング回路を例に挙げ、各実施形態について説明する。なお、被測定信号のA/D変換とは、例えば、被測定信号の電圧をデジタルデータに変換するものであってもよいし、被測定信号の周波数をデジタルデータに変換するものであってもよい。このリサンプリング回路は、ADクロック及び外部トリガーよりも高い周波数のクロック(以下、「高周波クロック」という)を用いて、ADデータを測定データに変換する。以下では、外部トリガーとADクロックとは非同期であり、ADクロックの周波数は外部トリガーの周波数よりも高く、高周波クロックの周波数はADクロックの周波数よりも十分に高いものとする。高周波クロックは、ADクロック又は外部トリガーと同期していてもよいし、非同期であってもよい。
図1は、第1実施形態のリサンプリング回路における処理の概要を説明するための図である。図1に示すように、第1実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーの1周期T1毎に、入力されるADデータをフィルター処理したADデータの値を高周波クロックに同期して積算することにより、外部トリガーの1周期毎のADデータの面積S1,S2,S3,・・・を高周波クロックの分解能で計算する。そして、第1実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーの1周期T1の時間を高周波クロックで計測し、外部トリガーの1周期T1毎に、ADデータの面積S1,S2,S3,・・・を計測した時間で除して得られるADデータの平均値をリサンプリング値として、当該リサンプリング値を有する測定データを出力する。
図4は、第2実施形態のリサンプリング回路における処理の概要を説明するための図である。図4に示すように、第2実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーのタイミングで入力されたADデータをフィルター処理したADデータの値を基準値D1,D2,
D3,・・・として、外部トリガーの1周期T1毎に、入力されるADデータをフィルター処理したADデータと基準値との差分を高周波クロックに同期して積算することにより、外部トリガーの1周期毎の当該差分の面積ΔS1,ΔS2,ΔS3,・・・を高周波クロックの分解能で計算する。そして、第2実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーの1周期T1の時間を高周波クロックで計測し、外部トリガーの1周期T1毎に、当該差分の面積ΔS1,ΔS2,ΔS3,・・・を計測した時間で除した値と、基準値D1,D2,D3,・・・とを加算して得られる、ADデータの平均値をリサンプリング値とし、当該リサンプリング値を有する測定データを出力する。
ルター10から出力されるADデータの値との差分を高周波クロックで測定する。さらに、積算部30及びラッチ部40が、ラッチ部20及び減算器22が測定した当該差分を外部トリガーの周期で積算する。また、積算部50及びラッチ部60が、外部トリガーの周期を高周波クロックで測定する。そして、除算器70が、積算部30及びラッチ部40が積算した基準値とADデータの値との差分を、積算部50及びラッチ部60が測定した外部トリガーの周期で除算して、当該差分の平均値を算出する。さらに、加算器72が、基準値と除算器70が算出した当該差分の平均値とを加算して、ADデータの代表値としての平均値を算出する。
図6は、第3実施形態のリサンプリング回路における処理の概要を説明するための図である。図6に示すように、第3実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーの1周期T1毎に、1周期前に算出されたADデータの平均値を基準値D1,D2,D3,・・・として、入力されるADデータをフィルター処理したADデータと基準値との差分を高周波クロックに同期して積算することにより、外部トリガーの1周期毎の当該差分の面積ΔS1,ΔS2,ΔS3,・・・を高周波クロックの分解能で計算する。そして、第3実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーの1周期T1の時間を高周波クロックで計測し、外部トリガーの1周期T1毎に、当該差分の面積ΔS1,ΔS2,ΔS3,・・・を計測した時間で除した値と、基準値D1,D2,D3,・・・とを加算して得られる、ADデータの平均値をリサンプリング値とし、当該リサンプリング値を有する測定データを出力する。
図8は、第4実施形態のリサンプリング回路における処理の概要を説明するための図である。図8に示すように、第4実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーの1周期T1毎に、1周期前に算出されたADデータの平均値を基準値D1,D2,D3,・・・として、外部トリガーのエッジとADクロックのエッジによって分割される各期間T3,T4,T5,・・・における、入力されるADデータをフィルター処理したADデータと基準値との差分と、高周波クロックのエッジ数との積を積算することにより、外部トリガーの1周期毎の当該差分の面積ΔS1,ΔS2,ΔS3,・・・を高周波クロックの分解能で計算する。そして、第4実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーの1周期T1の時間を高周波クロックで計測し、外部トリガーの1周期T1毎に、当該差分の面積ΔS1,ΔS2,ΔS3,・・・を計測した時間で除した値と、基準値D1,D2,D3,・・・とを加算して得られる、ADデータの平均値をリサンプリング値とし、当該リサンプリング値を有する測定データを出力する。
値を取り込んで保持するとともに、リセット信号を所定時間アクティブにして積算部50に供給する。ラッチ部60に保持される値は、図8で説明した外部トリガーのエッジとADクロックのエッジによって分割される各期間T3,T4,T5,・・・に相当する。
ッジまでの期間、及びADクロックのエッジから外部トリガーのエッジまでの期間を高周波クロックで測定する。さらに、積算部91及びラッチ部92が、積算部50及びラッチ部60が測定した期間を外部トリガーの周期で積算する。また、乗算器23が、積算部50及びラッチ部60が測定した期間と、減算器22が算出した基準値とADデータの値との差分とを乗算して当該差分の積算値を算出する。さらに、積算部30及びラッチ部40が、乗算器23が算出した当該差分の積算値を外部トリガーの周期で積算する。そして、除算器70が、積算部30及びラッチ部40が積算した当該差分の積算値を、積算部91及びラッチ部92が積算した期間で除算して、当該差分の平均値を算出する。さらに、加算器72、リセット部81及び遅延部82が、基準値と除算器70が算出した当該差分の平均値とを加算して、ADデータの代表値としての平均値を算出する。
第5実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーの1周期T1毎に、図8で説明した各期間T3,T4,T5,・・・におけるADデータと図8で説明した基準値D1,D2,D3,・・・との差分と、各期間T3,T4,T5,・・・における高周波クロックのエッジ数をADクロックの1周期T2における高周波クロックのエッジ数Nで除した値との積を積算することにより、図8で説明した当該差分の面積ΔS1,ΔS2,ΔS3,・・・の1/Nを計算する。そして、第5実施形態のリサンプリング回路は、外部トリガーの1周期T1の時間を高周波クロックで計測し、外部トリガーの1周期T1毎に、当該差分の面積ΔS1,ΔS2,ΔS3,・・・の1/Nを計測した時間の1/Nで除した値と、基準値D1,D2,D3,・・・とを加算して得られる、ADデータの平均値をリサンプリング値とし、当該リサンプリング値を有する測定データを出力する。
であるため、その説明を省略する。ラッチ部60に保持される値は、図8で説明した外部トリガーのエッジとADクロックのエッジによって分割される各期間T3,T4,T5,・・・に相当する。
本実施形態の物理量センサーユニットは、上記実施形態のリサンプリング回路1と、被測定信号を出力する物理量センサーと、を含み、演算処理装置(ホスト)から供給される外部トリガーに同期して、物理量の検出データを組み込んだパケットデータを出力する。物理量センサーは、物理量として加速度及び角速度の少なくとも何れかを検出する。以下では、物理量センサーが物理量として加速度を検出する加速度センサーである物理量センサーユニット100を例に挙げて説明する。
向に沿った長辺の長さが約50mm、X軸方向と直交するY軸方向に沿った短辺の長さが約24mm、厚さが約16mmのサイズである。一方の長辺のそれぞれの端部近傍の2箇所および他方の長辺の中央部の1箇所には、ネジ穴103が形成されている。この3箇所のネジ穴103のそれぞれに、固定ネジを通して、例えば橋梁や掲示板などの構造物の被装着体(装置)の被装着面に、固定した状態で使用される。
する構成としても良い。なお、突起部129および固定突起部104は、後述する回路基板115の括れ部133,134に対向する位置に設けられる。
パッケージの表裏面が向くように、且つ回路基板115の第1面115fに側面を対向させて立設される。そして、加速度センサー118xは、X軸方向に加わる加速度を検出し、検出した加速度に応じた被測定信号を出力する。加速度センサー118yは、Y軸方向にパッケージの表裏面が向くように、且つ回路基板115の第1面115fに側面を対向させて立設される。そして、加速度センサー118yは、Y軸方向に加わる加速度を検出し、検出した加速度に応じた被測定信号を出力する。加速度センサー118zは、Z軸方向にパッケージの表裏面が向くように、即ちパッケージの表裏面が回路基板115の第1面115fと正対するように設けられる。そして、加速度センサー118zは、Z軸方向に加わる加速度を検出し、検出した加速度に応じた被測定信号を出力する。
備える。ここで、第3支持部250と第4支持部260とは、連結部240の配置されている側で連結されている。
。
本実施形態の慣性計測装置は、加速度及び角速度の少なくとも何れかを検出し、被測定信号を出力する物理量センサーと、上記実施形態のリサンプリング回路1を含み、物理量センサーから出力される信号を処理する信号処理回路と、信号処理回路の処理によって得られた慣性データを外部に送信する通信回路と、を含み、演算処理装置(ホスト)から供給される外部トリガーに同期して、慣性データを送信する。
図16は、本実施形態に係る構造物監視装置の構成図である。図16に示すように、本実施形態に係る構造物監視装置500は、上記実施形態の物理量センサーユニット100と同じ機能を有し、監視対象とされる構造物590に取り付けられる物理量センサーユニット510を有する。物理量センサーユニット510は、検出信号を送信する送信部511を含む。送信部511は、物理量センサーユニット510とは別体の通信モジュール及びアンテナとして実現しても良い。
除算器、91…積算部、92…ラッチ部、100…物理量センサーユニット、101…容器、102…蓋部、103…ネジ穴、104…固定突起部、111…側壁、112…底壁、115…回路基板、115f…第1面、115r…第2面、116…コネクター、117…角速度センサー、118x,118y,118z…加速度センサー、119,119g…制御IC、121…開口部、122…内面、123…開口面、125…第2の台座、127…第1の台座、129…突起部、130…固定部材、133,134…括れ部、141…シール部材、172…ネジ、174…雌ネジ、176…貫通孔、200…センサー素子、201…基板構造体、210…基部、212…継手部、214…可動部、214a,214b…主面、220…第1支持部、230…第2支持部、240…連結部、250…第3支持部、260…第4支持部、270…加速度検出素子、271a,271b…振動梁部、272a…第1の基部、272b…第2の基部、280,282…質量部、300…加速度検出器、310…パッケージ、311…空間、320…パッケージベース、321…凹部、322…内底面、323…段差部、324…外底面、325…貫通孔、330…リッド、340b…内部端子、343…導電性接着剤、344…外部端子、350…封止部、379b…固定部接続端子、400…慣性計測装置、500…構造物監視装置、510…物理量センサーユニット、511…送信部、520…受信部、530…算出部、531…ICメモリー、540…キーボード、550…タッチパネル、570…監視コンピューター、580…通信網、590…構造物、AL1…第1の領域、AL2…第2の領域、AL3…接続領域
Claims (16)
- 第1クロック信号に同期して更新される第1データを、前記第1クロック信号とは非同期の第2クロック信号に同期して更新される第2データに変換して出力するリサンプリング回路であって、
前記第1データに基づいて、前記第2データを前記第1クロック信号及び前記第2クロック信号よりも高い周波数の第3クロック信号の時間分解能で算出して出力する、リサンプリング回路。 - 請求項1において、
前記第2データは、前記第2クロック信号の周期における前記第1データに基づいて算出される代表値である、リサンプリング回路。 - 請求項2において、
前記第1データの値を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記第1データの値を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2クロック信号の周期を前記第3クロック信号で測定し、
積算した前記第1データの値を、測定した前記第2クロック信号の周期で除算して、前記第1データの代表値を算出する、リサンプリング回路。 - 請求項2において、
前記第1データの値を前記第2クロック信号で測定し、
測定した前記第1データの値を基準値として、前記基準値と前記第1データの値との差分を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記差分を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2クロック信号の周期を前記第3クロック信号で測定し、
積算した前記差分を測定した前記第2クロック信号の周期で除算して、前記差分の平均値を算出し、
前記基準値と前記差分の平均値とを加算して、前記第1データの代表値を算出する、リサンプリング回路。 - 請求項2において、
前記第1データの値を前記第3クロック信号で測定し、
前記第2データの値を基準値として、前記基準値と測定した前記第1データの値との差分を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記差分を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2クロック信号の周期を前記第3クロック信号で測定し、
積算した前記差分を測定した前記第2クロック信号の周期で除算して、前記差分の平均値を算出し、
前記基準値と前記差分の平均値とを加算して、前記第1データの代表値を算出する、リサンプリング回路。 - 請求項2において、
前記第2クロック信号のエッジから前記第1クロック信号のエッジまでの期間、前記第1クロック信号のエッジから次のエッジまでの期間、及び前記第1クロック信号のエッジから前記第2クロック信号のエッジまでの期間を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記期間を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2データの値を基準値として、前記基準値と前記第1データの値との差分を算出し、
測定した前記期間と算出した前記差分とを乗算して前記差分の積算値を算出し、
前記差分の積算値を前記第2クロック信号の周期で積算し、
積算した前記差分の積算値を積算した前記期間で除算して、前記差分の平均値を算出し、
前記基準値と前記差分の平均値とを加算して、前記第1データの代表値を算出する、リサンプリング回路。 - 請求項2において、
前記第2クロック信号のエッジから前記第1クロック信号のエッジまでの期間、前記第1クロック信号のエッジから次のエッジまでの期間、及び前記第1クロック信号のエッジから前記第2クロック信号のエッジまでの期間を前記第3クロック信号で測定し、
前記第1クロック信号の周期を前記第3クロック信号で測定し、
測定した前記期間と測定した前記第1クロック信号の周期との比を算出し、
算出した前記比を前記第2クロック信号の周期で積算し、
前記第2データの値を基準値として、前記基準値と前記第1データの値との差分を算出し、
算出した前記比と前記差分とを乗算し、
前記比と前記差分との乗算値を前記第2クロック信号の周期で積算し、
積算した前記乗算値を積算した前記比で除算して、前記差分の平均値を算出し、
前記基準値と前記差分の平均値とを加算して、前記第1データの代表値を算出する、リサンプリング回路。 - 請求項2乃至7の何れか一項において、
前記第1データの代表値を初期化する機能を備える、リサンプリング回路。 - 請求項2乃至8の何れか一項において、
前記代表値は、平均値、中央値、及び最頻値の何れかである、リサンプリング回路。 - 請求項1乃至9の何れか一項において、
前記第1データを出力するローパスフィルターを含み、
前記ローパスフィルターのカットオフ周波数は、前記第2クロック信号のナイキスト周波数よりも低い、リサンプリング回路。 - 請求項1乃至10の何れか一項において、
前記第1クロック信号は、A/D変換におけるサンプリングクロックである、リサンプリング回路。 - 請求項1乃至11の何れか一項において、
前記第2クロック信号は、前記リサンプリング回路に外部から入力されるトリガー信号である、リサンプリング回路。 - 請求項1乃至12の何れか一項に記載のリサンプリング回路と、
物理量センサーと、
を含む、物理量センサーユニット。 - 請求項13において、
前記物理量センサーは、加速度及び角速度の少なくとも何れかを検出する、物理量センサーユニット。 - 加速度及び角速度の少なくとも何れかを検出する物理量センサーと、
請求項1乃至12の何れか一項に記載のリサンプリング回路を含み、前記物理量センサ
ーから出力される信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路の処理によって得られた慣性データを外部に送信する通信回路と、
を含む、慣性計測装置。 - 請求項14に記載の物理量センサーユニットと、
構造物に取り付けられている前記物理量センサーユニットからの検出信号を受信する受信部と、
前記受信部から出力された信号に基づいて、前記構造物の傾斜角度を算出する算出部と、
を含む、構造物監視装置。
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