JP2021118531A - 重力波通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 いかなる遮蔽物も通過し、送受信が可能な無線通信装置を提供する。【解決手段】 錘の位置を振動的に変化させる送信装置と、錘の振動的変化による万有引力若しくは重力場の加速度変化を検出する受信装置とで構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、物質の持つ万有引力若しくは重力場を用いて信号を送受信する通信装置に関する。

従来からの無線通信装置は電磁波、音波、光等を用いて送受信する装置が主であった。また、万有引力を検出する手段として万有引力実験器がある。しかし、万有引力もしくは重力場を用いて信号を無線通信する装置は従来例が無い。

・株式会社 島津理化，"万有引力実験器 ＧＮ−１０"，インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍａｄｚｕ−ｒｉｋａ．ｃｏ．ｊｐ／ｋｙｏｉｋｕ／ｂｕｔｓｕｒｉ／ｃｈｉｋａｒａ＿ｕｎｄｏ／１２１＿３３０．ｈｔｍｌ＞

発明が解決しようとする課題

従来からの無線通信装置は、金属、水等の遮蔽物によって通信経路が断たれ、通信が不通となる場合があった。

課題を解決するための手段

本発明では従来通信に利用されていなかった万有引力もしくは重力場を用いて、通信経路中の遮蔽物等の影響を受けない通信装置を提供するのである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係わる重力波通信装置の一実施例を示す機能ブロック図である。送信データ入力手段４へ入力されたデータ信号は、振動制御手段３において、送信基準周波数（ｆ０）にデータ信号成分（ｆ１）を含んだ振動周波数（ｆ０±ｆ１）へ変調される。ここで変調方式はＡＭ変調、ＦＭ変調、ＰＭ変調、ＯＯＫ変調、ＱＡＭ変調等の信号変調手法を用いている。振動手段２は、振動制御手段３で所望の信号に変調された周波数（ｆ０±ｆ１）で錘１を振動させる。これらの機能ブロックによって送信装置１０１は構成される。

錘１は振動によって位置が変動する。この錘１の変動が振動的な重力場の変化を与え、空間的に錘１から離れた場所にある加速度検出手段５は、錘１の位置変動によって生ずる重力場変動による加速度変化を検出する。加速度変化は電気信号変換手段６で周波数（ｆ０±ｆ１）の電気信号に変換される。信号復調手段７は周波数（ｆ０±ｆ１）の検出信号を送信基準周波数（ｆ０）と大概同一な受信基準周波数で復調され、元のデータ信号成分（ｆ１）と同一のデータ信号が受信データ出力手段８から出力される。ここで送信基準周波数と受信基準周波数との周波数は１％程度以下の精度で一致する。これらの機能ブロックによって受信装置２０１は構成される。

このように本実施形態では、データ成分を含めた周波数で錘１を振動させることにより送信装置１０１からデータを送信し、離れた場所にある受信装置２０１が重力場変動を検出し、データを受信する無線通信手法を提供するものである。

図２は本発明に係わる受信装置の一実施例を示す構成図である。加速度検出手段５の筐体内部には錘９と弾性体であるバネ１０の一方が接続され、バネ１０のもう一方は筐体に接続されている。バネ１０の伸縮方向に加速度が与えられると、錘９は加速度による位置変化が生じ、バネ１０の弾性力とで振動が発生する。錘９と筐体には電極が平行して設置される電気容量検出手段１１があり、加速度による錘９の位置変化を電気容量の変化に変換し、導線を経由し、この電気容量変化を電気信号に変換する電気信号変換手段６へつながっている。ここで弾性体は圧電素子等の形状−電気変換素子等でもよい。

図３は本発明に係わる加速度検出手段の感度周波数特性の一例を示すグラフである。加速度検出手段は錘９とバネ１０で構成されているため、共振周波数ｆ０で共振する。このとき加速度検出感度は極大値を持ち、感度特性が良好となる。一方、この共振周波数ｆ０から外れた周波数ｆ０−ｆ１では感度は周波数にほとんどよらない低い値となる。図３のグラフでは周波数ｆ０−ｆ１の感度は０ｄＢ、共振時の感度は６０ｄＢという値となっている。

図４は本発明に係わる送信装置の錘の時間変位、受信装置の加速度検出波形、受信装置の出力データ信号の観測結果の一例を示すグラフである。送信装置の振動制御手段３において、入力データが１の場合は周波数ｆ０で振動させ、入力データが０の場合は周波数ｆ０−ｆ１で振動させる周波数変調を例にして波形を示している。

入力データ列を１、０、１、１とすると、送信装置の錘１はデータビット毎にｆ０、ｆｏ−ｆ１、ｆ０、ｆ０と周波数が変化して振動する。受信装置の加速度検出装置５は周波数ｆ０が共振周波数となるため、感度特性が向上し、周波数ｆ０−ｆ１と比べ検出波形の振幅に差異が生じる。この振幅変化と周波数変化を信号復調手段７で検出し、データ列１、０、１、１として出力する。

送信装置１０１の振動制御手段３は、入力データの信号変調と共に拡散符号化等の符号化手法を用い、受信装置２０１の信号復調手段７は逆拡散符号での復号化と信号データの復調をおこなうこともできる。例えば１０００倍の拡散符号化により３０ｄＢの拡散利得が得られ、ノイズ以下のデータ信号が復元可能となる。

発明の効果

上記のように、送信装置１０１の錘１の振動的な位置変位による万有引力もしくは重力場の変化を、受信装置２０１では検出することができ、従来に無い重力波による無線通信を提供することができる。本発明の効果は重力場の性質からどのような物質も通過することができ、従来通信ができなかった金属遮蔽物や水中での無線通信も可能となる無線通信装置を提供できる。

本発明に係わる重力波通信装置の一実施例を示す機能ブロック図。 本発明に係わる受信装置の一実施例を示す構成図。 本発明に係わる加速度検出手段の感度周波数特性の一例を示すグラフ。 本発明に係わる送信装置の錘の時間変位、受信装置の加速度検出波形、受信装置の出力データ信号の観測結果の一例を示すグラフ

１：錘
２：振動手段
３：振動制御手段
４：送信データ入力手段
５：加速度検出手段
６：電気信号変換手段
７：信号復調手段
８：受信データ出力手段
１０１：送信装置
２０１：受信装置
９：錘
１０：バネ
１１：電気容量検出手段

Claims (6)

1. 質量を有する第１の錘と、当該第１の錘を振動周波数で振動させる振動手段を具備する送信装置と、前記第１の錘が有する万有引力による加速度を検出する加速度検出手段を具備する受信装置とで構成される無線通信装置において、
   前記振動手段の周波数成分にはデータ信号を含み、前記受信装置は前記振動周波数から前記データ信号を復元する
   ことを特徴とする、重力波通信装置。
2. 前記周波数成分は、振幅変調、若しくは周波数変調、若しくは位相変調、若しくはオンオフ変調によって、前記振動周波数を変調したデータ信号を含む
   ことを特徴とする、請求項１記載の重力波通信装置。
3. 前記加速度検出手段は、質量を有する第２の錘と、当該第２の錘の位置の変化を電気信号に変換する電気信号変換手段を具備する
   ことを特徴とする、請求項１乃至、請求項２記載の重力波通信装置。
4. 前記加速度検出手段は、前記第２の錘と復元力を有する弾性体とで構成され、前記加速度検出手段の持つ共振周波数と、前記振動手段の前記振動周波数とが大概等しい
   ことを特徴とする、請求項１乃至、請求項３記載の重力波通信装置。
5. 前記振動手段の前記振動周波数と大概等しい周波数で前記電気信号変換手段からの出力信号を復調する
   ことを特徴とする、請求項１乃至、請求項４記載の重力波通信装置。
6. 前記データ信号には拡散符号が乗じられ、前記電気信号変換手段からの出力信号には前記拡散符号の逆拡散符号が乗じられ、当該データ信号を復元する
   ことを特徴とする、請求項１乃至、請求項５記載の重力波通信装置。

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