JP3278335B2 - Ｇｐｓ時刻出力装置及びｇｐｓ時刻発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＧＰＳ（Global
Positioning System）受信機を利用して、絶対時刻に
正確に同期した現在時刻情報を自動生成し、又、外部に
出力するようにしたＧＰＳ時刻出力装置及びＧＰＳ時刻
発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、国内各地に地震波の揺れの大きさ
を測定するため地震計が設置されてきたが、設置された
地点の揺れの激しさを測定することを主目標としていた
ため、地震計に付属した計時装置（タイマー）の精度が
問題となることはなかった。また、長大橋や超高層ビル
を建設し管理する場合、建設前の設計段階では計算機上
でシミュレーション処理により強度計算等を繰返し実行
しても、建築後、実際の振動特性は十分シミュレーショ
ンされて設計されているとして、実測されてこなかっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、地震計
の計測精度が向上し、海外で実施された核実験等の微弱
な地震波も検出できるようになると、海外の計測データ
との比較研究を行ったり、地球内部の広範囲の地殻構造
を解析するため、全国各地に散在している地震計の計測
データを相互に比較して研究することが必要になって来
た。その一方で、原子時計等は非常に高価であると共に
維持管理が大変であり、放送局の時報電波を利用した時
刻補正では１０ｍｓｅｃ以内に時刻精度を高めることが
非常に困難であるという問題点があった。また、長大橋
の完成後、列車等の通過にともなう橋の振動の動特性を
測定しようとすると５００ｍ等の所定の間隔で数十箇所
に振動センサを設置しなければらならないが、これらの
センサの出力は微弱であり、数１００ｍ乃至数Ｋｍもケ
ーブルで伝送できないという問題点があった。更に、超
高層ビル等では、低層階と高層階とでは、強風や地震に
対する揺れが大きく異なり、ビル全体の振動を計測し
て、ビル構造固有の共振特性を演算する場合、建物内部
に数十個所、センサを設置すると共に各フロアの間をケ
ーブルで接続して振動データを収集することは、建物完
成後は非常に煩しい作業であり、かかる作業や計測方法
の改善が強く望まれていた。この発明は上述のような問
題点を解決するためになされたもので、この発明の目的
は、ＧＰＳ受信機を小型携帯できる構造で提供すると共
に、低消費電力モードで作動させ、必要な時間帯に最小
の消費電力で絶対時刻に同期した現在時刻情報を外部に
出力する時刻出力装置及び時刻記録装置を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、ＧＰＳ時刻
に同期した時刻信号を生成し、管理し、出力するための
ＧＰＳ時刻出力装置に関し、この発明の上記目的は、Ｇ
ＰＳ時刻発生装置と、記憶手段と、当該時刻出力装置作
動パラメータの組を選択して所定の時刻信号を生成し外
部に出力するための処理手段とを具え、前記ＧＰＳ時刻
発生装置が、ＧＰＳ受信信号から時刻データ及び絶対時
刻に同期したクロックパルスを抽出するＧＰＳ受信機
と、所定の精度の周波数でパルス信号を発生する発振器
と、前記ＧＰＳ受信機で得られる最新の時刻データを現
在時刻として格納する記憶手段と、前記発振器で得られ
るパルス信号をカウントするカウンタと、このカウンタ
のカウント値を前記発振器の周波数で割り、その結果に
前記記憶手段に格納された現在時刻を加算してリセット
後の時刻を求める演算手段と、この演算手段及び前記Ｇ
ＰＳ受信機に結合され、前記ＧＰＳ受信機で得られるク
ロックパルスが、所定の期間内に入っていることを確認
して前記カウンタをリセットするカウンタリセット手段
とを具え、前記ＧＰＳ時刻発生装置の計測時刻を、前記
ＧＰＳ受信機の絶対時刻に同期させると共に、前記カウ
ンタの精度が、所定の精度の範囲内に収まるように、前
記発振器の周波数精度に応じてＧＰＳ時刻補正を行うよ
うになっており、前記時刻出力装置作動パラメータの選
択されたパラメータに応答して、所定のデジタル出力時
刻信号を、前記ＧＰＳ絶対時刻に同期して外部にデジタ
ル出力することによって達成される。また、この発明
は、少なくとも１つのセンサからのセンサ信号を獲得
し、処理し、時刻データと共に記憶するための自律型時
刻記録装置（ＡＴＲ）にも関し、この発明の上記目的
は、ＧＰＳ時刻発生装置と、第１固体メモリと、前記Ａ
ＴＲに設けられており、記録装置作動パラメータのメニ
ューを提供する複数のオペレーティングプログラムを前
記ＡＴＲの前記第１固体メモリに電子的にダウンロード
するための入力手段と、前記ＡＴＲに設けられており、
前記時刻発生装置の絶対時間に応答して、前記オペレー
ティングプログラムが提供する記録装置作動パラメータ
の前記メニューから記録装置作動パラメータの組を選択
して前記センサ信号を獲得し処理するようにするための
処理手段と、前記処理手段からの獲得され処理されたセ
ンサデータを時刻データと共に記憶するための第２固体
メモリとを設けることによっても達成される。更に、こ
の発明は、時刻出力方法にも関し、この発明の上記目的
は、ＧＰＳ時刻発生工程と、前記ＧＰＳ時刻を入力して
時刻精度を管理すると共に、常駐したオペレーティング
プログラムが提供する時刻出力装置作動パラメータのメ
ニューから１組の時刻出力装置作動パラメータに従って
所定の期間、絶対時刻データを外部に出力する工程とを
設けることによっても達成される。更にまた、この発明
は、時刻記録装置によってセンサ信号を獲得し、処理
し、記憶し、統合処理するための時刻記録方法にも関
し、この発明の上記目的は、ＧＰＳ時刻発生工程と、前
記ＧＰＳ時刻を入力して時刻精度を管理すると共に、常
駐したオペレーティングプログラムが提供する記録装置
作動パラメータのメニューから１組の記録装置作動パラ
メータを選択して待機する工程と、前記選択された１組
の記録装置作動パラメータに従って当該時刻記録装置に
電子的に結合された少なくとも１つのセンサにより発生
されるセンサ信号を空間位置及び絶対時刻と共に獲得し
処理する工程と、当該時刻記録装置に記録されたセンサ
信号を外部に転送／伝達する工程とを設けることによっ
ても達成される。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施例を説明する。図１はこの発明の時刻出力装置及び
／又は時刻記録装置のハードウェア構成の一例を示すも
ので、ＧＰＳ時刻発生部１０では、先ず、ＧＰＳアンテ
ナ１２で受信されたＧＰＳ信号がＧＰＳ受信機１６に送
られる。このＧＰＳ受信機１６は受信したＧＰＳ信号か
ら測位データＰＤを検出し制御部２へ出力すると共に、
その測位データ中に含まれている絶対時刻に基づく時刻
データＴＤだけを抽出することができ、更に絶対時刻に
同期したクロックパルス（以下、ＣＰパルスと呼ぶ）を
再生し、制御部２等へ出力する。これらの測位データＰ
Ｄ、時刻データＴＤ及びＣＰパルスは制御部２内の時刻
管理部４０へ送出されると共に、マイクロプロセッサ
（以下、ＭＰＵと呼ぶ）等で構成されたＯＳ部６０にも
送られる。また、ＧＰＳ時刻発生部１０には、温度補償
付水晶発振器２０、カウンタ２２及びゲート回路２４も
設けられ、アンド回路で構成されたカウンタリセット手
段１８によりカウンタ２２はＣＰパルスに同期した所定
のタイミングでリセットされるようになっている。尚、
ＣＰパルス及び発振器２０の精度は、通常、１ｐｐｍ以
上のものが好ましい。一方、カウンタ２２は発振器２０
の出力信号をカウントするカウンタとして動作すると共
に、制御部２からの設定条件によりタイマとしても動作
可能となっており、例えば制御部２の設定条件でゲート
回路２４により１、２、５、１０、２０、５０、１０
０、２００、５００、１０００ミリ秒の外部トリガ信号
を適当に選択して出力できるような構成のものが好まし
い。そして、計時用カウンタ２２は発振器２０の出力信
号をもとに設定された周波数のクロックを計数して制御
部２にパラレル出力するようになっている。更に、カウ
ンタ２２に結合されたゲート回路２４は制御部２内の同
期制御部５０の指令により種々のタイミングのパルス信
号をＣＰパルスに同期させて出力することが可能であ
り、所定のタイミングでの外部機器へのトリガ信号ＴＲ
ＩＧの生成や、時刻出力信号の同期信号ＴＳＹＮＣを生
成すると共に、外部のセンサ出力を入力するＡ／Ｄ変換
手段４５のサンプリングクロックも生成するようになっ
ている。しかして、ＧＰＳ受信機１６及び発振器２０に
は電源切換手段１４ａ及び１４ｂがそれぞれ結合され、
ＯＳ（オペレーティングシステム）部６０から出力され
る制御信号ＰＧ１及びＰＧ２により、それぞれ所定のタ
イミングで供給電源がＯＮ−ＯＦＦ制御されるようにな
っている。更に、制御部２には電池３０で常時バックア
ップされたリアルタイムクロック（ＲＴＣ）３２から精
度５ｐｐｍ前後の粗い時刻信号が入力され、ＲＴＣ３２
はスリープ状態やスタンバイ状態での計時処理を実行す
るようになっている。かくして制御部２に入力された各
精度の時刻情報は時刻管理部４０で同期がとられて絶対
時刻をベースに記憶管理され、外部のデジタル信号ＤＩ
１〜ＤＩＮのエッジ立上がり、立下がり変化が状態変化
検出部４４で検出されると、これらの状態変化時刻が時
刻データ入力部４２により時刻管理部４０から読出され
て第２記憶手段４６に記憶されるようになっている。更
にまた、外部のセンサ信号ＡＩ１〜ＡＩＸはＡ／Ｄ変換
手段４５を介して所定のタイミングでデジタル化され、
絶対時刻データと共に第２記憶手段４６に格納されるよ
うになっている。一方、絶対時刻データを外部に出力す
る場合には、ＯＳ部６０から時刻データ入力部４２に時
刻データの読出指令が出力され、時刻管理部４０から読
出された絶対時刻がシリアルデータ変換部４８によりシ
リアルデータに変換され、このデータの前後にスタート
ビット及びストップビットが付加されて、ＤＯ部５２を
介して信号ＴＣＯＤＥとして外部に出力されるようにな
っている。また、信号ＴＣＯＤＥの同期信号ＴＳＹＮＣ
も同期制御部５０及びゲート回路２４を介してＣＰパル
スに同期したタイミングで外部に出力されるようになっ
ている。更にまた、制御部２の内部には実行プログラム
及びデータを記憶するためのフラッシュメモリ等で構成
された第１記憶手段７０が設けられており、管理情報７
０ａや書換可能な実行プログラム群７２ａ〜７２ｎ及び
固定プログラム７２Ｍ等が記憶できるようになってい
る。そして、記憶手段７０の電源は電源切換手段１４ｃ
により読出し及び書込タイミングでのみ制御信号ＰＧ３
に基づいて印加されると共に、通信制御部８０内のパラ
レルＩＦ（インタフェース）部８２又はシリアルＩＦ部
８４を介して外部の図示しないホストコンピュータから
書込データが転送されるようになっている。かくして、
第１記憶手段７０に書込まれた実行プログラムは電源投
入直後、記憶手段７０からＲＡＭ６２ａ，６２ｂ等に読
出され、実行されると共に、制御部２には液晶パネル、
プラズマパネル等の表示手段３４及び操作キースイッ
チ、テンキー等で構成されたデータ入力手段３６も結合
され、通常のマン・マシンインタフェース操作を表示手
段３４のメッセージを見ながら実行できるようになって
いる。尚、表示手段３４の消費電力は大きいのでその電
源は電源切換手段１４ｄにより制御信号ＰＧ４に基づい
てＯＮ−ＯＦＦ制御できるようになっている。

【０００６】このような構成において、この発明の時刻
出力装置１００ａ，１００ｂの動作を図２及び図３を参
照して説明する。図２は既設の地震計１１０ａ，１１０
ｂ等にＧＰＳ衛星１に連動したこの発明の時刻出力装置
１００ａ，１００ｂ等を並設し、記録計１１２ａ，１１
２ｂ等のサブチャンネルに時刻出力装置１００ａ，１０
０ｂ等から出力される時刻コードＴＣＯＤＥ及び／又は
同期信号ＴＳＹＮＣを同時入力し、記録紙１１４ａ，１
１４ｂ等にセンサ信号と共に同時記録するようにしたも
のである。先ず、ＧＰＳシステムではＧＰＳ受信機１６
で生成されるＣＰパルスは絶対時刻に同期して再生され
ており、通常は、１秒間隔で再生出力されている。ま
た、時刻データＴＤも正常な状態では１秒毎に更新され
るようになっている。しかしながら、ＧＰＳアンテナ１
２に障害があったり、衛星受信状態が急変した場合、必
ずしも毎秒毎に、確実にＣＰパルスを所定の間隔で再生
できるとは限らない。そこで、この発明のＧＰＳ時刻発
生部１０と時刻管理部４０とは連動して、以下の処理に
より時刻データＴＤを更新し、現在時刻及び時刻補正デ
ータを求めると共に、カウンタ２２を同期リセットし
て、精度１ｐｐｍ前後の高精度時刻管理を実行する。先
ず、図３（Ａ）の時点ｔ１においてＲＴＣ３２から制御
部２のスリープ状態を解除する起動パルスが出力される
と、制御部２内のＯＳ部６０等によりＧＰＳ電源及び発
振器２０の電源制御信号ＰＧ１及びＰＧ２がＯＮ出力さ
れ、電源切換手段１４ａ、１４ｂを介して供給される。
すると、ＧＰＳ受信機１６からＣＰパルスが所定の間隔
で出力されるので、時刻管理部４０によりＣＰパルスの
間隔を発振器２０に連動したカウンタ２２の出力と比較
してチェックする。しかして、所定の間隔（例えば１秒
間隔）でＣＰパルスが出力されていることが確認できる
と、次のＣＰパルス受信時刻が予め予測できるので、そ
の前後の所定の期間（例えば１０μｓｅｃ）だけカウン
タ２２のリセット制御信号ＸＧをアクティブ状態とし、
このリセット期間内にＣＰパルスが到着した場合にはカ
ウンタ２２をリセットする。そして、このカウンタ２２
のリセットが確認できると、計測中の絶対時刻を前回受
信したＴＤデータに基づいて更新すると共に、カウンタ
２２の時刻補正データ（ＴＤデータ）を記憶手段４６等
に書込む。他方、制御信号ＸＧの上記リセット期間中に
ＣＰパルスが到達しない場合には、再度ＣＰパルスの間
隔チェックから上記処理を繰返し、カウンタ２２がリセ
ットできる迄上記リセット処理を繰返す。かくして、カ
ウンタ２２のリセットが例えば、時点ｔ３において終了
すると、ＧＰＳ受信機１６の電源はＯＦＦされ、時刻出
力開始時刻ｔ１０の直前の時点ｔ５迄のスリープ期間が
ゲート回路２４に設定され、時点ｔ４から時点ｔ５迄制
御部２の最大消費電力源である図示しないＭＰＵ（マイ
クロプロセッサ）もスリープ状態となる。但し、時刻管
理部４０やＲＡＭ６２はこのスリープ状態では電源を供
給しておき、ＭＰＵに起動がかかった時点で即座に動作
できる状態に維持しておく。かかる節電制御を細かく実
行することにより、電池３０の寿命を大幅に延ばすこと
が可能となる。次に、図３（Ｄ）の時点ｔ５において、
ゲート回路２４からＭＰＵの起動割込が発生すると、再
びＭＰＵが立上がり、通常、時刻出力開始時点ｔ１０の
直前の所定のタイミング（例えば１００ｍｓｅｃ前）
で、時刻管理部４０から現在の絶対時刻を読出し、この
時刻情報の中の１０分の桁情報と１分の桁情報を抽出す
ると、時刻データ入力部４２により＋１処理をして時点
ｔ１０での正常な分情報を生成し、この分情報をシリア
ルデータ変換部４８により１０分の桁のシリアルデータ
と、１分の桁のシリアルデータに変換し、先頭及び最後
にスタートビット及びストップビットを付加してデジタ
ル出力部５２へ格納する。かくして信号ＴＣＯＤＥの出
力準備が終ると、同期制御部５０に時刻出力開始時点ｔ
１０が書込まれ、ＣＰパルスに同期した同期信号ＴＳＹ
ＮＣ及び信号ＴＣＯＤＥが記録計１１２ａ又は１１２ｂ
に所定のタイミングで出力されるようになっている。こ
の様子を図３（Ｅ）乃至（Ｈ）に示す。図３（Ｇ）及び
（Ｈ）は図３（Ｅ）及び（Ｆ）の時間軸を拡大したもの
で、図３（Ｇ）では各分データの００秒のタイミングで
信号ＴＣＯＤＥが出力されると共に、同期信号ＴＳＹＮ
Ｃは５００ｍｓｅｃ単位で反転出力するようになってい
る。尚、上述の説明では時刻信号ＴＣＯＤＥは分情報の
みを出力するようにしたが、年、月、日、時間情報を付
加して出力することは当業者には容易である。また、１
５分乃至数時間経過すると、発振器２０のクロックが絶
対時刻に対してずれて来て誤差が大きくなるので、例え
ば、１５分毎にＧＰＳ受信機１６を立上げ、カウンタ２
２のリセット処理を上述と同様にして繰返すと良い。ま
た、上述の説明では記録計として紙出力の記録計の説明
をしたが、データレコーダ等磁気テープや大容量計算機
メモリ等、センサ及び時刻信号ＴＣＯＤＥが記録できる
ものであれば、記録媒体の種類は何であっても良い。

【０００７】図２に対応させて示す図４は、この発明の
別の一実施例を示すものであり、長大橋２００に所定の
距離間隔で振動センサ２１０ａ〜２１０ｋを分散して設
置すると共に、この発明の時刻記録装置１００ａ〜１０
０ｋも振動センサに並設してそれぞれ配置し、列車２０
２を所定の時刻に走行させて長大橋２００の振動特性を
計測するようにしたものである。図４の振動計測システ
ムでは、先ず、図示しないパソコン等によりこの発明の
時刻記録装置１００ａ〜１００ｋに振動計測の開始時
刻、終了時刻、サンプリングレート、振動計センサの電
源投入／遮断時刻を予め記録パラメータとして書込んで
おく。尚、この記録パラメータの設定は表示手段３４及
び入力手段３６を利用してマニアル操作で行なっても良
い。かくして記録パラメータの設定が終了すると、振動
センサ２１０ａ〜２１０ｋ及び時刻記録装置１００ａ〜
１００ｋを所定の距離間隔でそれぞれ分散配置し、列車
２０２の通過時刻迄待機する。しかして、図５（Ａ）の
時点ｔ１において、時刻記録装置１００ａ〜１００ｋ内
のＲＴＣ３２から制御部２のスリープ状態を解除する起
動パルスが出力されると、ＯＳ部６０が立上がり、ＧＰ
Ｓ電源及び発振器２０の電源が制御信号ＰＧ１及びＰＧ
２に基づいて供給される。すると、ＧＰＳ受信機１６か
らＣＰパルスが所定の時間間隔で出力されると共に、時
刻記録装置１００ａ〜１００ｋの現在位置データＰＤも
出力されるので、現在位置データＰＤを入力して記憶手
段４６に書込む。次に、ＣＰパルスが所定の時間間隔で
出力されていることが確認できると、次のＣＰパルス受
信時刻が予め予測できるので、その前後の所定の期間
（例えば１０μｓｅｃ）だけ、カウンタ２２のリセット
制御信号ＸＧをアクティブ状態とし、このリセット期間
内にＣＰパルスが到着した場合には、カウンタ２２がリ
セットされると共に、計測中の絶対時刻を前回受信した
ＴＤデータに基づいて次式のように更新する。

【数１】リセットされた現在時刻（秒）＝ＧＰＳ受信時
間データ（秒）＋１．０

【数２】リセット後の時刻＝数１のリセットされた現在
時刻（秒）＋カウンタ２２のカウンタ値（Ｎ）／カウン
タ周波数（Ｈｚ） 尚、カウンタ周波数は発振器２０の発振周波数であり、
発振周波数１ＭＨｚとすると、時間分解能は１μｓｅｃ
となる。かくして、図５（ｃ）の時点ｔ３において、現
在位置計測及び時刻補正処理が終了すると、ＧＰＳ受信
機１６の電源はＯＦＦされ、図５（Ｆ）の記録開始時刻
ｔ１０の前の時点ｔ４〜ｔ５間のスリープ期間がゲート
回路２４に設定され、この期間、各時刻記録装置１００
ａ〜１００ｋのＭＰＵも全てスリープ状態となる。次
に、列車２０２が橋２００にさしかかる直前の時刻ｔ５
になると、各ゲート回路２４から各ＭＰＵの起動割込が
それぞれ独立に発生し、振動センサ２１０ａ〜２１０ｋ
への電源を供給すると共に、ＡＤ変換入力の準備をす
る。（図５の時点ｔ６，ｔ７）。続いて、列車２０２が
橋２００に侵入する図５（Ｆ）の時点ｔ１０から、時刻
記録装置１００ａ〜１００ｋは振動センサ２１０ａ〜２
１０ｋの出力のＡＤ変換を開始し、記録終了時点ｔ４０
迄所定のサンプリング間隔で順次センサ出力をＡＤ変換
し、記憶手段４６に書込む。かくして、センサ２１０ａ
〜２１０ｋの計測が終了すると、発振器２０の電源がＯ
ＦＦされ、続いて、ＭＰＵの電源もＯＦＦされる（図５
（Ｂ）の時点ｔ４４）。この後、振動センサ２１０ａ〜
２１０ｋ及び時刻記録装置１００ａ〜１００ｋを回収す
ると共に、各時刻記録装置１００ｉの記憶手段４６ｉか
らセンサデータを読出せば、数十Ｋｍの範囲の振動デー
タを時間精度及び位置精度良く収集できるので、長大橋
等の動特性解析を精度良く演算することができる。上述
のような振動データ収集工程では、電源ケーブルや信号
ケーブルを長距離に渡って敷設する必要がなく、また、
センサ電源やデータ記憶装置の電源を、必要最小限の範
囲でＯＮ−ＯＦＦ制御でき、機動的かつ、低消費電力の
データ収集作業を数十Ｋｍの広範囲で同時に精度良く実
行できる。

【０００８】図２及び図４に対応させて示す図６は、こ
の発明のまた別の一実施例を示すものであり、高層ビル
３１０に所定の空間間隔で振動センサ２１０ａ〜２１０
ｐを時刻記録装置１００ａ〜１００ｐと共に並設してそ
れぞれ分散配置し、時刻出力装置１００ｘに結合された
起動機３００の振動を記録し、高層ビル３１０の振動特
性を解析するようにしたものである。かかる計測は高層
ビルの防振対策、制振対策を行う場合、必須の作業であ
るが、従来は、完成後のビル内で、かかる計測を行うこ
とはケーブル敷設の面で大変煩しい作業であった。図６
の振動計測システムでは、予め図示しないパソコン等に
より、この発明の時刻記録装置１００ａ〜１００ｐに、
振動計測の開始時刻、終了時刻、サンプリングレート、
振動センサの電源投入／遮断時刻等を記録パラメータと
して書込み、その後、所定の場所にそれぞれ設置する。
また、起振機３００に結合するこの発明の時刻出力装置
１００ｘにも、予め図示しないパソコン等により振動開
始時刻、振動間隔、総振動回数等の起振パラメータを書
込み、その後、起振機３００と結合する。かくして、時
刻出力パラメータ／時刻記録パラメータの設定が終了す
ると、起振開始時刻迄時刻記録装置１００ａ〜１００ｐ
及び１００ｘはＲＴＣ３２ａ〜ＲＴＣ３２ｘだけアクテ
ィブ状態とし、他の電源は全てＯＦＦする。しかして、
図７（Ａ）の時点ｔ１ｘにおいて、ＲＴＣ３２ｘから時
刻出力装置１００ｘの制御部２ｘのスリープ状態を解除
する起動パルスが出力されると、ＯＳ部６０ｘが立上が
り、ＧＰＳ電源及び発振器２０ｘの電源が制御信号ＰＧ
１及びＰＧ２に基づいて供給される。すると、ＧＰＳ受
信機１６ｘから受信したＣＰパルスが出力されると共
に、時刻出力装置１００ｘの現在位置データＰＤｘも出
力されるので、この現在位置データＰＤｘを入力して記
憶手段４６ｘに書込む。また、ＣＰパルスが所定の時間
間隔で出力されていることが確認できたならば、次のＣ
Ｐパルス受信時刻を予め予測し、その前後の所定の期間
（例えば５μｓｅｃ）だけ、カウンタ２２ｘのリセット
制御信号ＸＧｘをアクティブ状態とし、予測したＣＰパ
ルスの立下がりのタイミングでカウンタ２２ｘをリセッ
トし、時刻補正処理を実行する。かくして、図７（ｃ）
の時点ｔ３ｘにおいて、現在位置計測及び時刻補正処理
が終了すると、ＧＰＳ受信機１６ｘの電源はＯＦＦさ
れ、起動開始時刻ｔ１０ｘの直前の時点ｔ５ｘ迄、時刻
出力装置１００ｘのＭＰＵはスリープ状態となる。一
方、図７（Ｆ）の時点ｔ１ａ〜ｔ１ｐにおいて、それぞ
れ分散配置された時刻記録装置１００ａ〜１００ｐの内
部でも、ＲＴＣ３２ａ〜ＲＴＣ３２ｐからそれぞれ制御
部２ａ〜２ｐのスリープ状態を解除する起動パルスが出
力されると、ＯＳ部６０ａ〜６０ｐが立上がり、ＧＰＳ
電源及び発振器２０の電源がそれぞれ供給され、各時刻
記録装置の現在位置データＰＤａ〜ＰＤｐの入力及び時
刻補正処理が時刻出力装置１００ｘと平行に同様に実行
され、その後、ＧＰＳ受信機１６ａ〜１６ｐの電源はＯ
ＦＦされ、記録開始時刻ｔ１０ａ〜ｔ１０ｐの直前の時
点ｔ５ａ〜ｔ５ｐ迄、各ＭＰＵはスリープ状態となる。
次に、記録開始直前の時刻ｔ５ａ〜ｔ５ｐになると、ゲ
ート回路２４ａ〜２４ｐからそれぞれＭＰＵの起動割込
が発生し、振動センサ２１０ａ〜２１０ｐへ電源を供給
すると共に、ＡＤ変換入力の準備を行う（図７（Ｇ）
（Ｊ）の時点ｔ６ａ，ｔ７ａ等）。また、時刻出力装置
１００ｘでも、時点ｔ５ｘでゲート回路２４ｘからＭＰ
Ｕの起動割込が発生し、起振機３００へのトリガ出力待
ちとなる。かくして、図７（Ｅ）の時点ｔ１０ｘになる
と、時刻出力装置１００ｘから起振機３００へトリガパ
ルスが出力され、地面にハンマ３０２等が落とされ、そ
の振動が高層ビル３１０へ伝播していく。一方、高層ビ
ル３１０に分散配置された時刻記録装置１００ａ〜１０
０ｐでは、図７（Ｋ）の時点ｔ１０ａ〜ｔ１０ｐから時
点ｔ１５ａ〜ｔ１５ｐ迄それそれ指定されたサンプリン
グ時間間隔で順次振動センサ２１０ａ〜２１０ｐの出力
をＡＤ変換し、記憶手段４６ａ〜４６ｐに書込む。同様
にして、図７（Ｅ）の時点ｔ２０ｘ，…，ｔ３０ｘにお
いて、時刻出力装置１００ｘから起振指令が順次出力さ
れ、その振動が高層ビル３１０内に分散配置された振動
センサ２１０ａ〜２１０ｐにより検出され、それぞれ、
時刻記録装置１００ａ〜１００ｐに記憶される。かくし
て、振動センサ２１０ａ〜２１０ｐの計測が終了する
と、発振器２０ａ〜２０ｐの電源がそれぞれＯＦＦされ
（図７（Ｉ）の時点ｔ５０ａ）、続いて、ＭＰＵの電源
もＯＦＦされる（図７（Ｇ）の時点ｔ５２ａ）。この
後、時刻記録装置１００ａ〜１００ｐを回収すると共
に、各時刻記録装置１００ｉの記憶手段４６ｉからセン
サデータを読出せば、時間精度／空間精度の良いデータ
を読出せるので、高層ビルの振動特性を精度良く解析す
ることができる。尚、上述のような振動データ収集工程
では、電源ケーブルや信号ケーブルを長距離に渡って敷
設する必要がなく、また、センサ電源やデータ記録装置
の電源を必要最小限の範囲でＯＮ−ＯＦＦ制御でき、機
動的かつ低消費電力のデータ収集作業を実現できる。

【０００９】次に、時刻出力装置兼時刻記録装置１００
のプログラム環境を図８〜図１１に基づいて説明する。
時刻出力装置１００と図示しないパソコンとは図１の通
信制御部８０に設けられたパラレルＩＦ部８２又はシリ
アルＩＦ部８４を介してデータ通信するようになってお
り、ＲＯＭ等で構成されたＯＳ部６０の制御のもとに、
ダウンロード可能プログラムを記憶手段７０の領域７２
ａ〜７２ｎ等に書込むようになっている。ところで、記
憶手段７０をフラッシュメモリで構成した場合の、メモ
リ管理方法に関して更に詳しく説明すると、各フラッシ
ュメモリの先頭領域には、メモリ不良代替情報７１０及
びダウンロードするロードモジュール情報７２が書込ま
れており、メモリ不良代替情報７１０としては、チップ
不良があった場合の代替ブロック情報７１２ａ〜７１２
ｋが書込まれるようになっている。また、モジュール情
報７２の内容は、モジュール名７２０、モジュール作成
時刻情報７２２、ＲＡＭに展開する場合のＲＡＭ先頭ア
ドレス７２４、フラッシュメモリに書込む場合の先頭ア
ドレス７２６、ファイルサイズ７２８等から構成されて
いる（図９）。尚、現在実行中のロードモジュール情報
及びメモリ不良代替情報と代替ブロック情報がＲＡＭ６
２の所定の領域に記憶されるようになっている。更に、
計時／記録パラメータ情報７０４としては図１１に示す
ように、ＧＰＳ起動パラメータ８００、時刻出力パラメ
ータ８１０として、信号ＴＳＹＮＣの有無情報８１２及
び信号ＴＣＯＤＥの有無情報８１４、トリガ出力パラメ
ータ８２０として、トリガ出力有無情報８２２、出力開
始時刻８２４、ＯＮ期間８２６、ＯＦＦ期間８２８、繰
返し回数８３０等がある。又、イベント入力パラメータ
８４０としては、イベント入力有無情報８４２、イベン
ト計測開始時刻８４４、エッジ立上げ記録有無情報８４
６、エッジ立下げ記録有無情報８４８、記録開始アドレ
ス８５０、計測期間８５２、繰返し回数８５４等があ
る。更に又、ＡＩ入力パラメータ８６０としては、入力
チャンネル数８６２、ＡＤ変換ゲイン８６４、サンプリ
ング間隔８６６、記録開始時刻８６８、記録開始アドレ
ス８７０、記録期間８７２、繰返し回数８７４等があ
る。さらに、計測データの通信パラメータ８８０として
は、通信手段８８２、通信速度８８４、通信開始時刻８
８６、通信開始アドレス８８８、通信データ長さ８９
０、繰返し回数８９２等がある。かかるデータ構造の基
に、その動作を図１０のフローチャートを参照して説明
すると、先ず、電源投入後、フラッシュメモリの読出メ
モリ情報７００及び実行モジュール情報７０２をチェッ
クし、実行モジュールが有れば（ステップＳ２）、指定
フラッシュメモリから実行モジュールを順次ＲＡＭ上に
読出し、実行形式に展開し書込む（ステップＳ４）。そ
の後、割込みベクターを設定し、ソフトウェアトラップ
で開始番地へジャンプし（ステップＳ６）、所定のモジ
ュールを実行する（ステップＳ８）。一方、実行モジュ
ールが登録されていない場合には、ホストからの指令待
ちととなり、プログラムの削除指令が出力された場合は
（ステップＳ１０）、指定フラッシュメモリの指定領域
を削除する（ステップＳ１２）。また、ホストからプロ
グラム登録指令が出力された場合には（ステップＳ１
４）、指定フラッシュメモリの指定領域にプログラムを
書込む（ステップＳ１６）。さらに、自己診断指令が出
力された場合には（ステップＳ１８）、自己診断を実行
し、結果をホストに出力する（ステップＳ２０）。更に
また、パラメータ通信設定指令の場合には（ステップＳ
２２）、計時／記録パラメータ情報７０４の通信設定処
理を行う（ステップＳ２４）。そして、プログラム実行
指令が出力されると（ステップＳ２６）、ステップＳ２
へジャンプする。尚、上述の説明では、時刻出力装置１
００ａ，１００ｂと時刻記録装置１００ａ〜１００ｐと
を区別して説明したが、図１に示すように、この発明の
時刻出力装置１００ａ，１００ｂが時刻記録装置１００
ａ〜１００ｐを兼ねることができることは、当業者に
は、明かである。また、時刻記録装置１００ａ〜１００
ｐが、図１に示すように、この発明の時刻出力装置１０
０ａ，１００ｂを兼ねることができることも、当業者に
は、明かである。

【００１０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の時刻出
力装置／時刻記録装置によれば、必要最小限の消費電力
でＧＰＳ衛星に同期した絶対時刻を外部に出力すること
ができる。また、センサデータを記録する場合、従来必
要であった電源ケーブルや信号ケーブルの敷設作業が不
要となり、広範囲の記録地点で機動的に信号の同時計測
が実現でき、高層ビル等の振動の動特性解析が容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の時刻出力／記録装置の一実施例を示
すハードウェアブロック図である。

【図２】この発明の時刻出力装置の応用を示すシステム
構成例である。

【図３】その動作を説明するためのタイムチャートであ
る。

【図４】この発明の時刻記録装置の長大橋への応用を示
す例である。

【図５】その動作を説明するためのタイムチャートであ
る。

【図６】この発明の時刻記録装置の高層ビルへの応用を
示す例である。

【図７】その動作を発明するためのタイムチャートであ
る。

【図８】この発明のフラッシュ管理情報のデータ構造の
一例を示す図である。

【図９】この発明のモジュール情報のデータ構造の一例
を示す図である。

【図１０】この発明のホストインタフェース動作を説明
するフローチャートの一例である。

【図１１】この発明の計時／記録パラメータ情報のデー
タ構造の一例を示す図である。

【符号の説明】

１２ ＧＰＳアンテナ １４ａ〜１４ｄ 電源切替手段 １６ ＧＰＳ受信機 １８ ゲート手段 ２０，３２ 発振器 ２２ カウンタ ２４ ゲート回路 ３０ 電池 ３４ 表示手段 ３６ 入力手段 ４０ 時刻管理部 ４２ 時刻データ入力部 ４４ 状態変化検出部 ４５ ＡＤ変換手段 ４６，７０ 記憶手段 ４８ シリアルデータ変換部 ５０ 同期制御部 ５２ デジタル出力部 ６０ ＯＳ部 ６２ ＲＡＭ ８０ 通信制御部 ８２ パラレルＩＦ部 ８４ シリアルＩＦ部 １００，１００ａ〜１００ｘ 時刻出力／記録装置 ２００ 長大橋 ２１０ａ〜２１０ｐ 振動センサ ３１０ 高層ビル

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−60882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−272183（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−142365（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−227698（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−88993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−162987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−61680（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−272997（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G04G 7/00 - 7/02 G04G 5/00 G01D 9/00 G01V 1/24

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧＰＳ時刻に同期した時刻信号を生成
   し、管理し、出力するためのＧＰＳ時刻出力装置であっ
   て、ＧＰＳ時刻発生装置と、記憶手段と、当該時刻出力
   装置作動パラメータの組を選択して所定の時刻信号を生
   成し外部に出力するための処理手段とを具え、 前記ＧＰＳ時刻発生装置が、ＧＰＳ受信信号から時刻デ
   ータ及び絶対時刻に同期したクロックパルスを抽出する
   ＧＰＳ受信機と、所定の精度の周波数でパルス信号を発
   生する発振器と、前記ＧＰＳ受信機で得られる最新の時
   刻データを現在時刻として格納する記憶手段と、前記発
   振器で得られるパルス信号をカウントするカウンタと、
   このカウンタのカウント値を前記発振器の周波数で割
   り、その結果に前記記憶手段に格納された現在時刻を加
   算してリセット後の時刻を求める演算手段と、この演算
   手段及び前記ＧＰＳ受信機に結合され、前記ＧＰＳ受信
   機で得られるクロックパルスが、所定の期間内に入って
   いることを確認して前記カウンタをリセットするカウン
   タリセット手段とを具え、 前記ＧＰＳ時刻発生装置の計測時刻を、前記ＧＰＳ受信
   機の絶対時刻に同期させると共に、前記カウンタの精度
   が、所定の精度の範囲内に収まるように、前記発振器の
   周波数精度に応じてＧＰＳ時刻補正を行うようになって
   おり、 前記時刻出力装置作動パラメータの選択されたパラメー
   タに応答して、所定のデジタル出力時刻信号を、前記Ｇ
   ＰＳ絶対時刻に同期して外部にデジタル出力するように
   したことを特徴とするＧＰＳ時刻出力装置。
2. 【請求項２】 前記ＧＰＳ時刻発生装置の計測時刻を、
   前記カウンタのリセットの時点でも、１０μsecの期間
   内で、前記絶対時刻に同期させるようにした請求項１に
   記載のＧＰＳ時刻出力装置。
3. 【請求項３】 前記デジタル出力時刻信号が、同期信号
   ＴＳＹＮＣ、及び／又は、時刻コードＴＣＯＤＥを含む
   請求項１又は２に記載のＧＰＳ時刻出力装置。
4. 【請求項４】 前記時刻コードＴＣＯＤＥが、年、月、
   日、時間、及び／又は、分情報を含む請求項３に記載の
   ＧＰＳ時刻出力装置。
5. 【請求項５】 前記時刻コードＴＣＯＤＥを、シリアル
   信号に変換して外部に出力するようにした請求項３又は
   ４に記載のＧＰＳ時刻出力装置。
6. 【請求項６】 前記演算手段に結合され、前記ＧＰＳ受
   信機の電源をオンオフ制御する電源切換手段を更に具
   え、前記カウンタで計測されるカウンタ値の精度が、所
   定の精度範囲内となるように、前記ＧＰＳ受信機及びカ
   ウンタリセット手段に、前記電源切換手段により間欠的
   に電源を供給するようにした請求項１乃至５のいずれか
   １項に記載のＧＰＳ時刻出力装置。
7. 【請求項７】 前記電源制御手段により、前記ＧＰＳ受
   信機及びカウンタリセット手段の電源をオフ制御した場
   合、次にこの電源をオン制御する迄の時間を前記カウン
   タに設定した後、当該設定時間経過中、更に前記演算手
   段を省電力モードで待機させるようにした請求項６に記
   載のＧＰＳ時刻出力装置。
8. 【請求項８】 前記ＧＰＳ受信機から、当該ＧＰＳ時刻
   出力装置の空間位置を入力するようにした請求項１乃至
   ７のいずれか１項に記載のＧＰＳ時刻出力装置。
9. 【請求項９】 前記発振器が、周波数精度で、１ｐｐｍ
   以上の精度である請求項１乃至８のいずれか１項に記載
   のＧＰＳ時刻出力装置。
10. 【請求項１０】 前記ＧＰＳ時刻出力装置が携帯型時刻
    出力装置である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の
    ＧＰＳ時刻出力装置。
11. 【請求項１１】 ＧＰＳ時刻に同期した現在時刻を生成
    し、管理し、記録するためのＧＰＳ時刻発生装置であっ
    て、 ＧＰＳ受信信号から時刻データ及び絶対時刻に同期した
    クロックパルスを抽出するＧＰＳ受信機と、所定の精度
    の周波数でパルス信号を発生する高精度発振器と、前記
    ＧＰＳ受信機で得られる最新の時刻データを現在時刻と
    して格納する記憶手段と、前記発振器で得られるパルス
    信号をカウントするカウンタと、このカウンタのカウン
    ト値を前記発振器の周波数で割り、その結果に前記記憶
    手段に格納された現在時刻を加算してリセット後の時刻
    を求める演算手段と、この演算手段及び前記ＧＰＳ受信
    機に結合され、前記ＧＰＳ受信機で得られるクロックパ
    ルスが、所定の期間内に入っていることを確認して前記
    カウンタをリセットするカウンタリセット手段と、 前記ＧＰＳ受信機、前記高精度発振器、及び、前記カウ
    ンタの電源をオンオフ制御する電源切換手段と、前記高
    精度発振器よりも粗い周波数精度の電池で常時バックア
    ップされたリアルタイムクロックとを具え、 ＧＰＳ時刻に同期した現在時刻を生成する場合には、前
    記電源切換手段により、前記ＧＰＳ受信機、前記高精度
    発振器、及び、前記カウンタに電源を供給して時刻補正
    処理を行うと共に、 ＧＰＳ時刻に同期した現在時刻が不要の場合には、前記
    電源切換手段により、前記ＧＰＳ受信機、前記高精度発
    振器、及び、前記カウンタの供給電源をオフ制御して、
    前記リアルタイムクロックのみで時刻計測するようにし
    たことを特徴とするＧＰＳ時刻発生装置。
12. 【請求項１２】 前記高精度発振器が、周波数精度で、
    １ｐｐｍ以上の精度であり、前記リアルタイムクロック
    が、周波数精度で、５ｐｐｍ以上の精度である請求項１
    １に記載のＧＰＳ時刻発生装置。
13. 【請求項１３】 前記ＧＰＳ時刻発生装置が携帯型時刻
    発生装置である請求項１１又は１２項に記載のＧＰＳ時
    刻発生装置。ことによっても達成される。