JP5067922B2

JP5067922B2 - 遠心力載荷装置用データ通信システム

Info

Publication number: JP5067922B2
Application number: JP2006349731A
Authority: JP
Inventors: 清貴大西; 大地宗像
Original assignee: 住金関西工業株式会社
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP2008157875A

Description

本発明は、遠心力載荷装置と当該装置外部の地上側とのデータ通信を、光スリップリングを使用せず、無線で行なえるようにした遠心力載荷装置用のデータ通信システムに関する。

盛土や地盤等の強度実験等を、実物の縮尺模型を搭載し、その縮尺度に応じた遠心力を付与することにより、上記盛土や地盤等の実物大の重さを再現して室内規模で行なう遠心力載荷装置は、一般的に図２に示すような構造になっている。

すなわち、遠心基台２４にて垂直に支持された回転軸２５と、該回転軸に取り付けられ、回転軸を中心に水平回転する回転アーム２６と、該回転アーム両端部に、該回転アームと直角な水平軸２７で揺動自在に吊り下げられた一対のプラットホーム２８，２８とを備えている。そして、一方のプラットームに資料の縮尺模型２９を載せ、他方のプラットホームにダミーのウェイト３０を載せて、回転軸２５に回転を付与し、回転アーム２６を高速回転させると、一対のプラットホーム２８，２８が回転アーム２６と水平な位置まで振り上げられ、資料の縮尺模型２９に遠心力が負荷されるのである。

この遠心力載荷装置（回転側）と外部（地上側）とのデータ信号のやり取りは、一般的に、回転軸２５に取り付けられた光スリップリング３１を介して行なわれるようになっている。すなわち、図３に示すように、所定の遠心力場において、遠心力載荷装置のプラットホーム２８に搭載された縮尺模型２９に生じる各種の現象は、当該装置の回転アーム２６部に設置された計測器３２にて計測される。この計測の電気データ信号は、アンプ３３にて光データ信号に変換された後、光ファイバーケーブル３４ａを通って回転軸２５頂部に取り付けられた光スリップリング３１に送信される。そして、更にこの光スリップリング３１に外部側より接続された光ファイバーケーブル３４ｂへと送信されて、回転系外部へ取り出され、地上側に設置されたアンプ３５にて光データ信号から再び電気データ信号に変換されて計測用コンピュータ３６に取り込まれる。このようにして、遠心力場における前記縮尺模型２９の各種計測実験が行なわれるのである。

なお、下記の特許文献１には、光スリップリングを介して外部地上側とのデータ通信を行なう構造の遠心力載荷装置が記載されている。

特開２０００−１３１２０１号公報（第４頁、図８）

上記のような光スリップリング３１を介して行なう回転側と地上側とのデータ通信は、現在の最先端技術を駆使したものであり、耐ノイズ性の問題やデータ伝送の信頼性、伝送速度等の性能面に関して大きな不満はない。しかしながら、これらの性能を常に保持するためには、光スリップリング３１の分解点検や光ファイバーケーブル３４ａ，３４ｂの外観検査および光減衰率の測定、電気／光変換アンプ３３，３５の点検等を定期的に行なう必要があり、特に光スリップリング３１の分解点検はメーカー送りとなるために、長期間にわたって遠心力載荷実験ができなくなり、しかも高額な点検費用が発生する。

また、光ファイバーケーブル３４ａ，３４ｂ自体が強度的な問題を有するために取り扱いに注意を要する。特に光ファイバーケーブルが途中で断線した場合には、データの信号レベルが減衰するために、データ伝送が全て停止するのではなく、時々正しく伝送されないという解りにくい現象が生じることになる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、専門的な点検を必要とする光スリップリングや面倒な断線事故を生じ易い光ファイバーケーブル等を全く使用することなく、しかも回転側と地上側との間で高速、かつ良好なデータ通信のやり取りが可能な遠心力載荷装置用データ通信システムの提供を目的とする。

上記目的を達成する本発明の遠心力載荷装置用データ通信システムは、建屋内に設置された遠心力載荷装置での計測データをその建屋内で回転側から地上側へ無線で送信する遠心力載荷装置用データ通信システムであって、遠心力載荷装置のプラットホームに搭載された縮尺模型に生じる遠心力負荷時の現象を計測する各種計測器からの計測データ信号を、データ集録装置に集録し、集録した計測データ信号を、ＧＰＩＢのインターフェイスを介してＬＡＮの通信信号に変換し、さらに無線ＬＡＮ装置を介して回転軸頂部に設置した無指向性アンテナより電波信号として回転系外部へ発信し、地上側に、前記無指向性アンテナに対して同じ高さ位置で対向する突き合わせ状態に設置した指向性アンテナにて受信された上記電波信号を無線ＬＡＮ装置を介してＬＡＮの通信信号に変換して、計測用コンピュータに回収されるようにしたことを特徴とする。

（削除）

上記構成よりなる本発明の遠心力載荷装置用データ通信システムによれば、当該遠心力載荷装置と装置外部とのデータ通信が無線化され、アンテナを介する電波信号で行なわれることとなる。したがって、専門的で高額な定期点検を必要とする光スリップリングや、断線事故の発生しやすい光ファイバーケーブルが不要となり、データ通信コストが大きく低減するとともに、高速で良好なデータ通信を常時安定的に行なうことが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る遠心力載荷装置用データ通信システムの一例を模式的に示す全体構成図である。同図に示すように、実験棟建屋の地下ピット内に設置された遠心力載荷装置の回転アーム２６を構成するフレーム上には、プラットホーム２８に搭載された盛土や地盤等の縮尺模型２９に対して、その所定の遠心力負荷時の温度や湿度、圧力等を計測する計測器１と、これらの計測器１からの計測信号を高速でＡ−Ｄ変換してハードディスクに集録するデータロガー２とが設けられている。

すなわち、計測器１とデータロガー２は、いずれもそのコンピュータ接続用のＧＰＩＢ対応ケーブル３を、ＧＰＩＢとイーサネット（登録商標）とのインターフェイス装置４を介してＬＡＮケーブル５に変換し、スター形ＬＡＮを形成する集線装置であるハブ（ＨＵＢ）６に接続してある。したがって、上記計測器１とデータロガー２は、このハブ６を介して互いに有線通信できるようになっている。

また、上記のハブ６には、有線通信回線を無線通信回線に置き換える無線ＬＡＮ装置の親局７がＬＡＮケーブル５を介して接続してあり、前記計測器１とデータロガー２との間で行なわれる有線通信が、無線の電波通信に変換されるようになっている。この無線ＬＡＮ装置７には、電波信号を飛ばす２本のアンテナ９，１０が、アンテナケーブル１１の分配器８を介して取付けてある。一方のアンテナ９は、指向性のバッチ型アンテナで、回転アーム部に設置してあり、専らピット内に持ち込む動作確認用の無線ＬＡＮカード１２挿着式ノートパソコン１３との通信に使用するものである。他方のアンテナ１０は、無指向性のホイップ型アンテナで、遠心力載荷装置の回転軸２５頂部（従来の光スリップリング取付け位置）に設置してあり、主アンテナとして地上局との間で電波通信を行なうためのものである。

実験棟建屋の１階には、ＬＡＮケーブル１４で接続された無線ＬＡＮ装置の子局１５と無線ＬＡＮ装置の親局１６とが設置されている。無線ＬＡＮ装置の子局１５は、同建屋の地下ピットより遠心力載荷装置の回転軸２５頂部が突出する１階フロアーのほぼ中央部に設置してあり、そのアンテナ（バッチ型）１５’が、上記回転軸頂部に設置されたアンテナ１０と突き合わせ状態、すなわち同じ高さ位置で対向する状態に配置されている。また、無線ＬＡＮ装置の親局１６は、同建屋１階フロアーの壁際部分に設置してあり、そのアンテナ（パラボラ）１６’が、当該建屋の屋外に配置してある。

実験棟建屋の屋外には、別棟の操作室があり、この操作室内には、ハブ（ＨＵＢ）１７を介して互いにＬＡＮケーブル１８で接続されたデータ計測コントロール用パソコン１９と、データ計測用パソコン２０とが設置されている。データ計測コントロール用パソコン１９は、遠心力載荷装置に設置された前記計測器１およびデータロガー２に対して、作動制御や各種の条件設定等を行なうものである。また、データ計測用パソコン２０は、データロガー２より出力される計測信号を取り込んで加工し、具体的な物理量グラフ等で表示するものである。

上記ハブ（ＨＵＢ）１７には、操作室外部に配置され、前記アンテナ１６’との間で電波の送受信を行なうパラボラアンテナ２１’を備えた無線ＬＡＮ装置２１が、その電源等を備えた屋内ユニット２２を介してＬＡＮケーブル２３により接続されている。

上記構成よりなる本発明の遠心力載荷装置用データ通信システムを使用するには、まず、操作室内のデータ計測コントロール用パソコン１９により、遠心力載荷装置側の計測器１およびデータロガー２に対して、必要な計測センサーや計測条件等を設定する指令信号を出力する。この指令信号は、ＬＡＮケーブル１８からハブ（ＨＵＢ）１７、ＬＡＮケーブル２３を介して無線ＬＡＮ装置２１に送信され、ここで電波信号に変換されてパラボラアンテナ２１’より操作室外部に発信される。この電波信号は、アンテナ１６’により受信されて実験棟建屋内に入り、同建屋内の１階に設置された親局・子局の両無線ＬＡＮ装置１６，１５間を通ってアンテナ１５’より遠心力載荷装置のアンテナ１０に向けて発信される。この電波信号を、遠心力載荷装置側のアンテナ１０が受信し、遠心力載荷装置に搭載された無線ＬＡＮ装置７で有線ＬＡＮ信号に変換してＬＡＮケーブル５を通過させ、ハブ（ＨＵＢ）６およびＧＰＩＢとイーサネット（登録商標）とのインターフェイス装置４を介してデータロガー１および計測器２に、それぞれ伝達される。

そうして、一方のプラットホーム２８に実験試料２９を搭載し、他方のプラットホーム２８にダミーのウェイト３０を搭載した遠心力載荷装置が稼働を開始し、回転アーム２６を回転させて上記プラットホームの実験試料２９に加わる遠心力を加速してゆく。この遠心加速度が上記指令信号により設定された一定値以上となると、上記指令信号にて選定された計測器２が、実験試料２９に生じる温度変化や圧力変化等の計測を開始する。

計測器２の計測する温度や圧力等のデータ信号は、ＧＰＩＢとイーサネット（登録商標）とのインターフェイス装置４およびハブ（ＨＵＢ）６を介してデータロガー１に送られ、ここでアナログ・デジタル変換（Ａ−Ｄ変換）される。Ａ−Ｄ変換されたデータ信号は、これが静的実験の場合には、リアルタイムにデータ計測用パソコン２０へ転送され、動的実験の場合には、一旦、データロガー２のメモリに貯蔵してから、そのデータ信号がデータ計測用パソコン２０に転送される。

静的、動的のいずれの実験においても、データロガー２にてＡ−Ｄ変換された計測器１のデータ信号は、ＬＡＮケーブル６に接続された無線ＬＡＮ装置７にて電波信号に変換され、アンテナ１０より装置（回転系）外部へ発信される。この電波信号は、実験棟建屋内に設置されたアンテナ１５’で受信され、無線ＬＡＮ装置の子局１５からＬＡＮケーブル１４、無線ＬＡＮ装置の親局１６を経てアンテナ１６’より実験棟建屋外部へ発信される。

アンテナ１６’より発信された無線信号を実験棟建屋外部の操作室に設置されたアンテナ２１’が受信すると、操作室内の無線ＬＡＮ装置でＬＡＮ信号化され、ＬＡＮケーブル２３からハブ（ＨＵＢ）１７、さらにＬＡＮケーブル１８を経てデータ計測用パソコン２０に入力される。

データ計測用パソコン２０では、貯蔵してある専用のソフトウエアーを使用して、データロガー２から転送された測定データの処理を行ない、データを解析する。

本発明に係る遠心力載荷装置用データ通信システムを説明する構成図である。遠心力載荷装置の構造を模式的に説明する側面図である。従来の光スリップリングによる遠心力載荷装置のデータ通信システムを説明する構成図である。

符号の説明

１計測器
２データロガー
３ＧＰＩＢケーブル
４ＧＰＩＢ／イーサネット（登録商標）インターフェイス装置
５，１４，１８，２３ＬＡＮケーブル
６，１７ハブ（ＨＵＢ）
７，１５，１６，２１無線ＬＡＮ装置
９，１０，１５’，１６’，２１’ アンテナ
１９データ計測コントロール用パソコン
２０データ計測用パソコン

Claims

建屋内に設置された遠心力載荷装置での計測データをその建屋内で回転側から地上側へ無線で送信する遠心力載荷装置用データ通信システムであって、遠心力載荷装置のプラットホームに搭載された縮尺模型に生じる遠心力負荷時の現象を計測する各種計測器からの計測データ信号を、データ集録装置に集録し、集録した計測データ信号を、ＧＰＩＢのインターフェイスを介してＬＡＮの通信信号に変換し、さらに無線ＬＡＮ装置を介して回転軸頂部に設置した無指向性アンテナより電波信号として回転系外部へ発信し、地上側に、前記無指向性アンテナに対して同じ高さ位置で対向する突き合わせ状態に設置した指向性アンテナにて受信された上記電波信号を無線ＬＡＮ装置を介してＬＡＮの通信信号に変換して、計測用コンピュータに回収されるようにしたことを特徴とする遠心力載荷装置用データ通信システム。
遠心力載荷装置の回転軸頂部に設置する無指向性アンテナはホイップ型であり、この無指向性アンテナより発信される電波を受信する地上側の指向性アンテナはバッチ型であることを特徴とする請求項１に記載の遠心力載荷装置用データ通信システム。