JP6902484B2 - Resource exploration system and resource exploration method - Google Patents
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Description
本発明は、地下に存在する石油やガス等の地震波探査に用いるセンサの自己診断方法に関するものである。 The present invention relates to a self-diagnosis method of a sensor used for seismic wave exploration of oil, gas, etc. existing underground.
地下に存在する石油やガス等の資源分布を調査するために、地下の地質構造を把握する手法として、速度センサや加速度センサを用いて弾性波を捉え、そのデータを解析することで地質構造を把握することが広く行われている。石油やガスにおいて採掘容易な大型のリザーバ(石油又はガス貯留層)は既に発見又は開発されており、今後はより深度が深く、複雑な地層での探査が必要とされている。それらを実現するためにセンサの高感度化や高密度探査が重要であり、これに加えて市場からは低コストでのオペレーションが要求されている。 In order to investigate the distribution of resources such as oil and gas existing underground, as a method of grasping the underground geological structure, elastic waves are captured using velocity sensors and acceleration sensors, and the geological structure is analyzed by analyzing the data. It is widely practiced to grasp. Large reservoirs (oil or gas reservoirs) that are easy to mine in oil and gas have already been discovered or developed and will require deeper and more complex geological exploration in the future. In order to realize them, it is important to increase the sensitivity of the sensor and high-density exploration, and in addition, the market demands low-cost operation.
資源探査で広く用いられている手法の1つに、物理探査あるいは反射法地震探査と呼ばれる方法がある。原理的には人工震源(ダイナマイトや地面を震動させる起振車など)で生成した弾性波が、地層の界面、例えば、石油層、ガス層、水、岩石層などの界面で反射し、地表に戻ってくる反射波を、地表ないし坑井に設置した多数のセンサで加速度として検出し、それらの加速度データから貯留層イメージを構成するものである。 One of the methods widely used in resource exploration is a method called geophysical exploration or reflection seismic exploration. In principle, elastic waves generated by artificial seismic sources (dynamite, oscillating wheels that vibrate the ground, etc.) are reflected at the interface of the stratum, such as the oil layer, gas layer, water, and rock layer, and are reflected on the surface of the earth. The returning reflected wave is detected as acceleration by a large number of sensors installed on the ground surface or in a well, and the reservoir image is constructed from the acceleration data.
また、センサからデータを収集する方法として、ケーブル型システムの例が特許文献1に開示されている。本システムにおいては、センサが常時中央の制御装置に接続され、探査時に振動センサからの信号が、そのつど収集される仕組みになっている。この場合、制御装置は振動センサからの信号を取得し、センサの故障状況を判断することが容易になる。このため、振動を収集する処理の他に特別な自己診断モードを持つ必要はない。
Further, as a method of collecting data from a sensor, an example of a cable type system is disclosed in
資源探査システムでは、現在、2つの動きがある。一つはデバイスの変化であり、従来のコイル型のGeophoneと違って、半導体回路と機構を含むMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いた高感度センサが、実用化されつつある。 There are currently two movements in the resource exploration system. One is the change of the device, and unlike the conventional coil type Geophone, a high-sensitivity sensor using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology including a semiconductor circuit and a mechanism is being put into practical use.
また、画像の解像度を上げるために、1システムで用いられるセンサ端末の台数が、現在主流の数万台から、今後100万台に増加する。このように100万台レベルのセンサをケーブルや光ファイバなどの有線で接続すると、ケーブル長が増加し、ケーブルの設置やデータの収集が困難になる。このため、ブラインドノーダル型の端末が登場している。ブラインドノーダル型の端末では、探査時は加速度データを端末内のメモリに蓄積し、探査が終了して端末が観測車に戻されたときに、まとめてデータを回収する。 In addition, in order to increase the image resolution, the number of sensor terminals used in one system will increase from the current mainstream of tens of thousands to one million in the future. If one million sensors are connected by wire such as a cable or an optical fiber in this way, the cable length increases, making it difficult to install the cable and collect data. For this reason, blind nodal type terminals have appeared. In the blind nodal type terminal, acceleration data is stored in the memory inside the terminal during exploration, and when the exploration is completed and the terminal is returned to the observation vehicle, the data is collectively collected.
MEMS技術により製造されるセンサは小型で、大量生産が可能であるという利点を持っているが、製造プロセスが充分成熟していないため、プロセス起因によって、生産された素子毎に性能の個体差が生じる恐れがある。 Sensors manufactured by MEMS technology have the advantage of being small and capable of mass production, but because the manufacturing process is not mature enough, there are individual differences in performance for each element produced due to the process. May occur.
また、資源が埋蔵されている場所は、砂漠、ジャングルやツンドラなど、過酷な環境に広く分布しているため、素子の使用履歴によっては個別の劣化が想定される。具体的には、経年劣化に加えて、探査現場における温度、湿度およびそれらの変化サイクル、さらには輸送に起因した振動、保管状態などで、MEMSの機械機構の破損や劣化、チップや基板の変形、パッケージの真空度の低下などが起こる可能性がある。 In addition, since the places where resources are buried are widely distributed in harsh environments such as deserts, jungles and tundra, individual deterioration is expected depending on the usage history of the device. Specifically, in addition to aging deterioration, the temperature, humidity and their change cycles at the exploration site, as well as vibration and storage conditions caused by transportation, cause damage or deterioration of the MEMS mechanical mechanism, deformation of chips and substrates. , The degree of vacuum of the package may decrease.
しかしながら、ブラインドノーダル型の端末を用いた地震波探査においては、通常、多数のセンサ端末が設置されて振動を測定し、再度センサが回収されるまでには1ヶ月程度を要することがある。その間、センサ端末は加速度データを受信及び蓄積し続ける。 However, in seismic wave exploration using a blind nodal type terminal, it may take about one month for a large number of sensor terminals to be installed to measure vibration and to recover the sensors again. Meanwhile, the sensor terminal continues to receive and accumulate acceleration data.
このため、センサ端末が測定中に故障した場合、故障が判明するのは回収後であり、故障後の期間の加速度データが取得できないことになる。したがって、多数のセンサ端末で故障が起きた場合、加速度データに多数の欠損が生じ、これを用いて再現した地下構造の画像の精度が大幅に低下することになる。 Therefore, if the sensor terminal fails during measurement, the failure is found only after collection, and acceleration data for the period after the failure cannot be acquired. Therefore, if a failure occurs in a large number of sensor terminals, a large number of defects will occur in the acceleration data, and the accuracy of the image of the underground structure reproduced using the defects will be significantly reduced.
このようにセンサ端末がフィールドに設置された後に発生する故障を発見するために、センサ端末の自己診断を行う例が、特許文献2に開示されている。特許文献2の例ではセンサ端末の設置後に、自己診断監視装置とジオフォンが無線で接続され、自己試験操作を実行させる試験指令を送信し、自己診断監視装置が診断結果を収集する。その際、全てのセンサ端末の自己診断が終了した後に、地震波の発生および振動の受信を行っている。
この方法では、全センサ端末が自己診断を行い、その結果を監視装置に送信するまでの期間は地震波探査ができない。このため、自己診断を実施するたびに、地震波探査を中断する必要が生じ、一定の領域を探査するための期間が増加してしまうという問題があった。調査期間が長引くことは、調査に必要な作業員や装置の費用を含めた探査費用が増加することにつながる。 In this method, seismic wave exploration cannot be performed until all the sensor terminals perform self-diagnosis and transmit the result to the monitoring device. Therefore, it becomes necessary to interrupt the seismic wave exploration every time the self-diagnosis is performed, and there is a problem that the period for exploring a certain area increases. Prolonged survey periods lead to increased exploration costs, including the costs of workers and equipment required for the survey.
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、ブラインドノーダル型のセンサ端末を用いた地震波探査システムで、センサ端末が正常に稼働していることを探査期間中に検出することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is a seismic wave exploration system using a blind nodal type sensor terminal to detect that the sensor terminal is operating normally during the exploration period. The purpose.
本発明は、複数のセンサ端末を探査対象領域に配置して、前記複数のセンサ端末が、振動源から発振された振動の反射波を測定する資源探査システムであって、前記センサ端末は、プロセッサと、メモリと、センサと、前記センサが検出した値をデータに変換して前記メモリへ格納する信号処理部と、通信部と、を有し、前記プロセッサは、所定のタイミングになると前記センサの異常の有無を検出する自己診断を実行し、自己診断結果情報を送信し、前記複数のセンサ端末は、前記反射波の測定を開始した後に、少なくとも一つのセンサ端末が前記信号処理部の処理を一時的に中断して自己のセンサの異常の有無を診断する自己診断を実行して前記通信部から自己診断結果を送信して自己診断が終了した後に前記反射波の測定に復帰し、前記センサは、MEMS技術を適用した加速度センサを含み、前記信号処理部は、前記加速度センサが検出した加速度を加速度データに変換して前記メモリへ格納し、前記加速度センサは、加えられた加速度に応じて変位する可動部を有し、前記可動部に第1の電極を設け、当該可動部に対向する位置に第2の電極を設け、前記第1の電極と第2の電極の静電容量をDCサーボ容量とし、前記プロセッサは、前記自己診断において、前記可動部の共振の強さを示すQ値を測定し、前記Q値の測定結果が所定の閾値未満であれば、当該センサ端末の自己診断結果を故障有りと判定して自己診断結果を送信し、前記センサ端末の起動の際に、前記可動部に加わる重力加速度をキャンセルするためにDCサーボ容量に印加する電圧の最適値を検出し、前記自己診断では、前記DCサーボ容量に電圧パルスを印加することにより、可動部に共振を発生させて前記Q値を測定し、前記自己診断から振動の測定に復帰する前には、前記可動部に加わる重力加速度をキャンセルするためのDCサーボ容量に印加する電圧の最適値を再度検出してキャリブレーションを実施する。 The present invention is a resource exploration system in which a plurality of sensor terminals are arranged in a search target area, and the plurality of sensor terminals measure reflected waves of vibration oscillated from a vibration source. The sensor terminals are processors. A memory, a sensor, a signal processing unit that converts a value detected by the sensor into data and stores the value in the memory, and a communication unit. run the self-diagnosis to detect the presence or absence of abnormality, it sends a self-diagnosis result information, the plurality of sensor node, after starting the measurement of the reflected wave, at least one sensor terminal of the signal processing unit processing temporarily interrupted to return to the measurement of the reflected wave to transmit the self-diagnosis result from the communication unit to perform a self-diagnosis for diagnosing the presence or absence of the own sensor abnormality after the self-diagnosis is completed, The sensor includes an acceleration sensor to which MEMS technology is applied, the signal processing unit converts the acceleration detected by the acceleration sensor into acceleration data and stores it in the memory, and the acceleration sensor applies the applied acceleration. It has a movable portion that is displaced accordingly, a first electrode is provided on the movable portion, a second electrode is provided at a position facing the movable portion, and the electrostatic capacitances of the first electrode and the second electrode are provided. In the self-diagnosis, the processor measures a Q value indicating the strength of resonance of the movable part, and if the measurement result of the Q value is less than a predetermined threshold value, the sensor terminal is used. The self-diagnosis result is determined to be faulty, the self-diagnosis result is transmitted, and the optimum value of the voltage applied to the DC servo capacitance to cancel the gravitational acceleration applied to the moving part when the sensor terminal is activated is detected. Then, in the self-diagnosis, by applying a voltage pulse to the DC servo capacitance, resonance is generated in the moving portion to measure the Q value, and before returning from the self-diagnosis to the vibration measurement, the self-diagnosis is performed. The optimum value of the voltage applied to the DC servo capacitance for canceling the gravitational acceleration applied to the moving part is detected again and the calibration is performed .
本発明によれば、MEMSセンサのように低価格で量産が可能なセンサを搭載した多数のブラインドノーダル型のセンサ端末を用いたシステムにおいて、センサ端末が正常に稼働していることを探査中に判定し、また必要であればセンサのキャリブレーションを行うことができる。このため、測定した加速度データの精度および信頼性を向上できる。また、全てのセンサ端末が自己診断だけを行う時間を特別に設ける必要が無いため、探査に要する時間を短縮することができ、探査コストを低減できる。また、性能は優れているが、実用化されて間もないMEMSセンサを容易に利用することが可能になる。 According to the present invention, in a system using a large number of blind nodal type sensor terminals equipped with sensors capable of mass production at a low price such as a MEMS sensor, it is being investigated that the sensor terminals are operating normally. The sensor can be calibrated if necessary. Therefore, the accuracy and reliability of the measured acceleration data can be improved. Further, since it is not necessary to provide a special time for all the sensor terminals to perform only self-diagnosis, the time required for exploration can be shortened and the exploration cost can be reduced. In addition, although the performance is excellent, it becomes possible to easily use a MEMS sensor that has just been put into practical use.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1Aは、資源探査システムの例を示す図である。本発明のポイントを説明するために簡略化した構成で示しているが、現場での様々な要因により必ずしもセンサ端末や起振地点が図のように整然と配列しているわけではない。 FIG. 1A is a diagram showing an example of a resource exploration system. Although it is shown in a simplified configuration for explaining the points of the present invention, the sensor terminals and the vibration points are not necessarily arranged in an orderly manner as shown in the figure due to various factors in the field.
起振車100は1台ないし複数台で1つのグループを構成し、起振車群101aとなって、起振地点102へ移動し、起振する。起振車群101aは例えば4台の起振車100から構成されてもよい。図1Aでは起振地点として起振地点102を1点のみ示したが、図1に示した格子(図中破線)の交点すべてが起振地点であってもよい。このため、起振車群101aは移動経路104aを略直線に移動しながら、格子の各交点である起振地点で起振する。
The
起振車群101aは、起振地点102まで移動して起振すると、Uターンして、移動経路104bを移動しながら起振する。このように、略直線の移動とUターンを繰り返して、起振車群101aは、事前に設定した起振地点、例えば、図1Aに示した格子のすべての交点で起振する。起振地点は例えば50mなどの予め決められた一定間隔で設定される。起振地点の位置は例えば衛星105からのGPS(Global Positioning System:全地球測位システム)信号などにより特定される。
When the shaking vehicle group 101a moves to the
探査対象エリアの地域などに応じて、例えば10万か所などの起振地点が設定される。起振地点が多いため、起振車群101aを含めて複数の起振車群101(起振車群101aを特定せず、図1Aにおける起振車群を示す場合は起振車群101と記載する、他の符号の記載も同じである)を用いて探査対象エリアを複数に分割したり、影響が出ないように起振タイミングをずらしたり、起振波形に符号を付与することで同じ時期に探査してもよい。
For example, 100,000 vibration points are set according to the area of the exploration target area. Since there are many vibration points, a plurality of
また、起振車群101は、例えば2列などの複数の列であってもよい。探査対象エリアや起振地点の密度によっては、起振車群101が4台1列よりも2台2列の方が好ましい実施形態となる場合もある。また、起振車群101は、例えば起振車100が1台であってもよい。起振車群101がいずれの構成であっても、起振車群101の振動エネルギーは予め測定され、記録されている。起振車群101aは起振と移動を繰り返し、起振車群101bの位置に移動する。
Further, the earthquake
起振車群101bの起振による振動は、岩石層などの地層と石油やガスが埋蔵されたリザーバ110との境界面などで反射され、反射波112aとなってセンサ端末103で検出され、加速度波形データとして蓄積される。探査には必要のない振動であるが、起振車群101bからセンサ端末103まで地表を伝わる表面波111aもある。
The vibration caused by the vibration of the
センサ端末103は、表面波111aと反射波112aの振動を加速度として検出する。公知または周知の例では、起振車群101bからセンサ端末103までの距離は、起振車群101bからリザーバ110を経てセンサ端末103までの距離よりも短いため、表面波111aの振動による加速度111bは、反射波112aの振動による加速度112bよりも、起振時点から早く検出され、値が大きい。このため、受信信号から地下の情報を示す反射波のみを取り出すことは容易である。
The
図1Bは、探査作業の流れと、加速度データの蓄積装置の関係を示したものである。本例ではブラインドノーダル型端末の処理を示しており、探査作業中に検出した反射波の加速度データをセンサ端末103内のメモリに蓄積していく。センサ端末数が十万台レベルまで増加し、またセンサ端末103の測定精度が高くなると、一つのセンサ端末103で取得するデータ量が増加するため、トータルのデータ量は膨大になる。このため、有線または無線通信容量の制限から探査作業中にすべてのセンサ端末103のデータを観測車106に送ることは困難なため、加速度データをセンサ端末103内に蓄積する必要がある。
FIG. 1B shows the relationship between the exploration work flow and the acceleration data storage device. In this example, the processing of the blind nodal type terminal is shown, and the acceleration data of the reflected wave detected during the exploration work is stored in the memory in the
図1Aに示すようにセンサ端末103は、探査対象エリア内で複数配置される。起振地点と同様に、探査対象エリアの地域などに応じて、例えば10万個のセンサ端末103が配置される。起振車群101の移動経路104と重複したエリアにセンサ端末103は配置されてもよく、起振車群101の移動経路104と重複しないエリアにセンサ端末103は配置されてもよい。なお、探査対象エリアは砂漠であってもよく、市街地などであってもよい。
As shown in FIG. 1A, a plurality of
図1Bは、資源探査の作業の流れと、加速度データの保存場所の一例を示す図である。センサ端末103は、起振車群101が最初の起振を開始する前に配置され(T0)、起振車群101が移動中または、起振中に配置され続け、起振車群101が最後の起振を終了すると回収される(T2)。あるいは、探査エリアを広げるべく、センサ端末103を順次張替ながら起振車群101による振動発生と、センサ端末103による測定を行う(T1)。このため、センサ端末103は、過酷な環境に長時間配置される可能性がある。
FIG. 1B is a diagram showing a work flow of resource exploration and an example of a storage location of acceleration data. The
図1Bに示すように、センサ端末103が観測車106へ回収されたときに、メモリ内の加速度データは観測車106の中に設置した管理装置のストレージ装置に転送され(T3)、その後に分析される。
As shown in FIG. 1B, when the
図2Aは、センサ端末103の構成の一例を示すブロック図である。MEMS(Micro Electro Mechanical System)加速度エレメント201は、MEMS技術によって形成された加速度エレメントであり、表面波111aや反射波112aなどのセンサ端末103に加わる振動を加速度として検出し、電気信号に変換する。なお、MEMS技術は、機械要素(センサやアクチュエータ)と電子回路をひとつの基板(プリント基板等)に実装する技術である。
FIG. 2A is a block diagram showing an example of the configuration of the
MEMS加速度エレメント201は高感度であるが、微細構造をとること、さらに、硬い材料がメカニカルに振動することから、外部からの影響など、強い衝撃だけでなく、急激な温度サイクルや高温や低温での運用など、により劣化や破損する可能性がある。
Although the
MEMS加速度エレメント201は、外部からの振動が伝わる固定部と弾性体を介して結合された可動部を有し、外部振動に伴う例えば固定部と可動部の容量値の変化などから加速度を捕らえる。
The
これらの要因およびMEMS加速度エレメント201の材質の特性やパッケージなどの問題により、MEMS加速度エレメント201は、例えば固定部と可動部の間の真空度が低下し、弾性体の弾性特定が変化する可能性がある。そして、検出可能な振動の最小幅が増大するなどの劣化、増大した最小幅が所定の閾値を超えたり、振動をまったく検出できなくなる破損に至る可能性がある。
Due to these factors and problems such as the material characteristics and packaging of the
なお、MEMS加速度エレメント201は、静電容量検出型の加速度センサに限定されるものではなく、他の構造であってもよいが、外部から加わる要因が異なる場合もある。
The
加速度信号処理部202は、MEMS加速度エレメント201が変換した加速度の電気信号を増幅し、増幅したアナログの電気信号からデジタル電気信号の加速度データへ変換し、MEMS加速度エレメント201の検出特性に応じてデジタル電気信号を補正する。すなわち、MEMS加速度エレメント201と加速度信号処理部202を合わせて、加速度センサが構成される。
The acceleration
また、加速度信号処理部202は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)であってもよい。加速度信号処理部202で変換された加速度データはメモリ205へ格納される。
Further, the acceleration
外部I/F(Interface)203は、センサ端末103の外部と通信するインターフェイスであり、無線通信のインターフェイスであってもよいし、有線通信のインターフェイスであってもよいし、無線通信と有線通信の両方のインターフェイスであってもよい。外部I/F203は、探査作業中は観測車106の管理装置10に対して、後述する自己診断結果情報を送信する。
The external I / F (Interface) 203 is an interface for communicating with the outside of the
センサ端末103が観測車106に回収された際は、メモリ205に蓄積した加速度データを観測車に設置し観測車のストレージ装置に転送する。また、外部I/F203は、環境センサ207の検出した値を送信してもよく、プロセッサ204から入力された情報を送信し、受信した情報をプロセッサ204へ出力してもよい。なお、図2Aでは、センサ端末103に環境センサ207が実装された形態をとっているが、他の実装形態で同等のデータを取得する形でもよい。
When the
プロセッサ204は、予め不揮発性記憶部(図示省略)に格納されたプログラムにしたがってセンサ端末103内の各部位を制御する。プロセッサ204は、加速度信号処理部202から外部I/F203へ加速度データを転送してもよいし、環境センサ207から外部I/F203へ値を転送してもよいし、これらの転送のためにメモリ205へ値を格納してもよい。
The
また、加速度信号処理部202、外部I/F203、GPS受信部206、環境センサ207へ所定のパラメータを設定する必要がある場合、プロセッサ204は、プログラムにしたがってパラメータを設定してもよい。
Further, when it is necessary to set predetermined parameters to the acceleration
プロセッサ204は、1つまたは複数のタイマを含んでもよい。タイマは予め設定された時刻からの時間をカウントするものでもよい。予め設定された時刻は、プロセッサ204を含むセンサ端末103の製造された時刻でもよいし、MEMS加速度エレメント201の製造された時刻でもよいし、特定の標準時刻でもよい。カウントする期間は、止まることなくカウントしてもよいし、通電期間だけカウントしてもよいし、予め設定された条件に基づきカウントを開始して停止してもよい。
メモリ205は、プロセッサ204のためのプログラムが格納されてもよく、プロセッサ204がプログラムを実行するために必要なデータが格納されてもよい。メモリ205は、加速度信号処理部202、GPS受信部206、環境センサ207の出力する値が格納されてもよい。
The
さらに、メモリ205は、MEMS加速度エレメント201を識別するための情報としてセンサIDが格納されてもよい。さらに、メモリ205は、MEMS加速度エレメント201の感度の周波数特性が、数式、表、モデルなどとして格納されても良い。あるいは、情報の格納場所として、MEMS加速度エレメント201やセンサ端末103の製造会社、センサ端末103の保有会社、解析解釈を行う会社、石油会社などのローカルなデータベースやクラウドに、センサIDなどと紐づけし、データを保持しても良い。
Further, the
センサ端末103が複数のMEMS加速度エレメント201を含む場合、格納されるセンサIDは複数であってもよい。センサIDは、MEMS加速度エレメント201を識別するための情報ではなく、センサ端末103を識別するための情報であってもよい。
When the
また、プロセッサ204はいわゆるマイコンであり、プロセッサ204がメモリを内蔵し、メモリ205に格納されるプログラムやデータは、プロセッサ204に内蔵されるメモリに格納されてもよい。
Further, the
GPS受信部206はGPS信号を受信して、センサ端末103の位置情報を出力する。プロセッサ204は、GPS受信部206の出力する位置情報を、加速度信号処理部202や環境センサ207の出力する値とともに、メモリ205へ記憶してもよいし、外部I/F203で送信してもよい。
The
センサ端末103の位置情報は、センサ端末103が配置される際に別の装置で特定される場合は、GPS受信部206は無い構成でもよい。また、GPS受信部206はGPS信号を受信して、時刻同期をとる構成でもよい。
If the position information of the
環境センサ207は、例えばMEMS加速度エレメント201の温度あるいはセンサ端末103の外部の温度を検出する温度センサを含む。環境センサ207は、湿度センサを含んでもよく、MEMS加速度エレメント201とは別に加速度センサを含んでもよい。別の加速度センサはMEMS加速度エレメント201とは同一の時期あるいは異なる時期、ないし、同一ロットあるいは異なるロットで製造された加速度センサであってもよいし、MEMS加速度エレメント201とは異なる構造の加速度センサであってもよい。
The
プロセッサ204は、加速度信号処理部202あるいは環境センサ207の出力する値と、予め設定された閾値とを比較し、出力する値が閾値を超えたと判定すると、加速度信号処理部202と環境センサ207とGPS受信部206から出力された値をタイマのカウントされた値とともにメモリ205へ格納したり、外部I/F203から送信してもよい。
The
また、プロセッサ204は、タイマのカウントが予め設定された間隔の値となったときに、これらから出力された値をタイマのカウントされた値とともにメモリ205へ格納したり、外部I/F203から送信してもよい。なお、電池208は、センサ端末内の各回路に電源を供給する。
Further, when the timer count reaches the value of the preset interval, the
図2Bは、観測車106に配置される管理装置10の一例を示すブロック図である。管理装置10は、探査対象エリアに配置されたセンサ端末103を管理する。
FIG. 2B is a block diagram showing an example of the
管理装置10は、プロセッサ11と、メモリ20と、ストレージ装置30と、外部I/F12と、入力装置13と、表示装置14を含む計算機である。
The
外部I/F12は、管理装置10の外部と通信するインターフェイスであり、無線通信のインターフェイスであってもよいし、有線通信のインターフェイスであってもよいし、無線通信と有線通信の両方のインターフェイスであってもよい。外部I/F12は、探査作業中はセンサ端末103からの自己診断結果情報を受信する。なお、外部I/F12は、センサ端末103から位置情報(GPS情報)や環境情報(環境センサ207の測定データ)を受信しても良い。
The external I /
入力装置13はキーボードやマウスあるいはタッチパネルで構成され、管理装置10の利用者の操作を受け付ける。表示装置14は、ディスプレイなどで構成され、プロセッサ11の処理結果を表示する。
The
メモリ20には、センサ端末管理部21がプログラムとしてロードされ、プロセッサ11によって実行される。センサ端末管理部21は、後述するように、センサ端末103受信した自己診断結果情報に基づいて、各センサ端末103の稼働状態を管理する。センサ端末管理部21は、受信した自己診断結果情報をストレージ装置30に格納し、各センサ端末103の稼働状態を示すセンサ稼働データ31を更新する。
The sensor
プロセッサ11は、各機能部のプログラムに従って処理することによって、所定の機能を提供する機能部として稼働する。例えば、プロセッサ11は、センサ端末管理プログラムに従って処理することでセンサ端末管理部21として機能する。他のプログラムについても同様である。さらに、プロセッサ11は、各プログラムが実行する複数の処理のそれぞれの機能を提供する機能部としても稼働する。計算機及び計算機システムは、これらの機能部を含む装置及びシステムである。
The processor 11 operates as a functional unit that provides a predetermined function by processing according to the program of each functional unit. For example, the processor 11 functions as the sensor
図3Aは、センサ端末103を探査フィールドSFに敷設したイメージの例を示す図である。探査においては、石油会社など依頼主から指摘された探査エリアや時期に対して、探査サービス会社は保有するセンサ端末103や起振車100に応じた探査計画を設計する。即ち、いつ、どのようなレイアウトでセンサ端末103を敷設して、どのような起振地点102で起振するかの仕様、である。この時、大規模探査などセンサ端末103の数が足りない場合には、順次センサ端末103を張り替えることで所定の探査エリアをカバーすることが広く行われている。
FIG. 3A is a diagram showing an example of an image in which the
本発明のブラインドノーダルと呼ばれる形態では、センサ端末103自身に電池208とメモリ205を有し、探査期間中、加速度データを記憶して、センサ端末103の回収時に、それらのデータを管理装置10へ転送する。ブラインドノーダルの形態は、ケーブル接続が困難な立地、例えば川があるなどや、センサ端末103の数が膨大でケーブルの取り扱いが煩雑になるケースなどで利用される。
In the form called blind nodal of the present invention, the
図3Bは、センサ端末103の振動測定及び自己診断処理のタイミングの第一の例を示す図である。起振車群101は移動経路104を移動し、センサ端末103付近の各起振地点#(1,1)から#(M,N)までで順次停止し、起振(図中S)を行い、これらの点に配置されたセンサ端末103は反射波112aの加速度を測定する(Receive)。
FIG. 3B is a diagram showing a first example of timing of vibration measurement and self-diagnosis processing of the
本実施例では時刻t1において、地点#(1,1)で起振を行う際、#(1,1)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理(図中QC)を行う。続いて、時刻t2において、起振車100が地点#(1,2)で起振を行う際、#(1,2)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理を行う。これを地点#(M,N)まで繰り返す。
In this embodiment, when the vibration is performed at the point # (1,1) at the time t1, the self-diagnosis process (QC in the figure) is performed by the
このようにして、振動の測定中に、一つのセンサ端末103が測定を一時的に中断して自己診断処理を順次行うことにより、多数のブラインドノーダル型のセンサ端末103が正常に稼働していることを探査中に検出することができ、測定したデータの信頼性を維持できる。また、全センサ端末103が自己診断処理だけを行う時間が無いため、探査に要する時間を短縮することができ、探査コストを低減できる。
In this way, during the measurement of vibration, one
なお、上記第一の例では、センサ端末103が自己診断処理を開始する時刻をずらして設定することで、センサ端末103の自己診断処理の期間が、他のセンサ端末103の自己診断処理の期間と重複するのを防いだが、これに限定されるものではない。例えば、管理装置10が、センサ端末103に対して自己診断処理の開始を指令してもよく、自己診断処理の期間が重複しないように自己診断処理の開始時期を順次ずらして指令することができる。
In the first example, the time when the
図4A〜図4DはMEMS加速度エレメント201の構造図と、自己診断処理の例を示す図である。
4A to 4D are a structural diagram of the
図4AにMEMS加速度エレメント201の断面図を示す。セラミックやプラスチックからなるパッケージの内部にSi等の材料を積層して構成されるMEMSチップ401を銀ペースト等で接着する。図には示さないが、MEMSチップ401上の電極端子はワイヤボンディングやパッケージ内の配線を解して、パッケージの電極端子へ電気的に接続される。なお、MEMS加速度エレメント201には加速度信号処理部202が実装されても良い。
FIG. 4A shows a cross-sectional view of the
図4BにMEMSチップ401の断面図を示す。本図は図4Cに示すA−A’断面図である。本実施例では、ベース層(BASE)と、錘層(MASS)と、キャップ層(CAP)の三層のSiチップで構成した例を示している。MASS層に形成された可動錘は導電性であり、CAP層に形成された対向電極との間で静電容量を構成する。
FIG. 4B shows a cross-sectional view of the
図4CにMEMSチップ401内のMASS層の平面図を示す。MASS層では可動錘402が、バネ403を解してアンカー部404に接続される。アンカー部404はベース層、キャップ層と接合されて固定される。なお、接合部の図示は省略した。
FIG. 4C shows a plan view of the MASS layer in the
可動錘402と、バネ403は他の層とは接合されない。図4Bの断面図において、上から下の向きに外部から加速度が印加されるとバネ403に対して、錘層(MASS層)の図中右側の部分が左側の部分よりも重いため、右側は下に変位し、左側は上に変位する。
The
図中にはMASS層と対向するキャップ層に配置された6個の固定電極のパターンを点線で示している。対となる加速度検出用容量のうち左右の容量をそれぞれCSL、CSRとする。同様にDCサーボ用容量CDL、CDRとACサーボ用容量CAL、CARが形成されている。 In the figure, the patterns of the six fixed electrodes arranged on the cap layer facing the MASS layer are shown by dotted lines. Of the paired acceleration detection capacities, the left and right capacities are CSL and CSR, respectively. Similarly, the DC servo capacitances CDR and CDR and the AC servo capacitances CAL and CAR are formed.
上記の加速度が加えられた場合、容量CSL、CDL、CALが増加し、容量CSR、CDR、CARが減少する。振動測定中はこれらの容量変化を測定することにより、加速度を測定する。 When the above acceleration is applied, the capacitance CSL, CDR, CAL increase and the capacitance CSR, CDR, CAR decrease. Acceleration is measured by measuring these capacitance changes during vibration measurement.
図4Dは自己診断処理の一例を示し、電圧、静電容量と時刻の関係を示すグラフである。DCサーボ用容量CDR端子(DR)に印加される電圧VDRを縦軸に示している。可動電極(MASS層)側に電圧VLを印加し、DCサーボ用容量CDR端子(DR)に電圧VHを印加する(ただし、VH>VL)。 FIG. 4D shows an example of self-diagnosis processing, and is a graph showing the relationship between voltage, capacitance and time. The voltage VDC applied to the DC servo capacitance CDR terminal (DR) is shown on the vertical axis. A voltage VL is applied to the movable electrode (MASS layer) side, and a voltage VH is applied to the DC servo capacitance CDR terminal (DR) (however, VH> VL).
すると、可動電極とCDR端子間にVH−VLの電圧が印加され、両者は静電気力で引き合って可動電極と固定電極間の距離が減少する。このため、加速度検出用容量CSRは定常時のC0から、C1に増加する。 Then, a voltage of VH-VL is applied between the movable electrode and the CDR terminal, and both are attracted by an electrostatic force to reduce the distance between the movable electrode and the fixed electrode. Therefore, the acceleration detection capacitance CSR increases from C0 in the steady state to C1.
ここで、電圧VDRを瞬時にVLに戻すと、錘(可動電極)に印加される静電気力が0になるため、可動錘(MASS層)は固定電極(CAP層)から遠ざかり、共振周波数f0で振動を始める。すなわち、DCサーボ用容量CDR端子(DR)に電圧VLとなる電圧パルスを加えることで可動錘(MASS層)を共振させる。 Here, when the voltage VDC is instantly returned to VL, the electrostatic force applied to the weight (movable electrode) becomes zero, so that the movable weight (MASS layer) moves away from the fixed electrode (CAP layer) and at the resonance frequency f0. Start vibrating. That is, the movable weight (MASS layer) is resonated by applying a voltage pulse that becomes a voltage VL to the DC servo capacitance CDR terminal (DR).
このときの容量変化を図4Dの下部に示すが、容量変化ΔCがe分の1になるまでの時間をτとすると、共振の強さを示すQ値はQ=π・τ・f0で算出される値になる。 The capacitance change at this time is shown at the bottom of FIG. 4D. Assuming that the time until the capacitance change ΔC becomes 1 / e is τ, the Q value indicating the resonance strength is calculated by Q = π ・ τ ・ f0. Will be the value to be.
このQ値が大きいほど、センサの自己ノイズが小さくなり、センサとしての性能が高い。本実施例の資源探査に用いられるMEMSセンサでは、可動錘(MASS層)とその周囲の気体の間の抵抗を下げ、Q値を高めるため、可動層の周囲の気体の圧力を下げることが多い。 The larger the Q value, the smaller the self-noise of the sensor, and the higher the performance as a sensor. In the MEMS sensor used for the resource exploration of this embodiment, the pressure of the gas around the movable layer is often lowered in order to lower the resistance between the movable weight (MASS layer) and the gas around it and increase the Q value. ..
このため、MEMSチップ401の製造時、またはパッケージの生産時にキャビティ内部を真空引きするプロセスが用いられる。しかしながら、MEMSセンサを長期間、高温・多湿などの過酷環境で使用した際の劣化によって真空度が低下し、Q値が下がってくる場合がある。本手法で、Q値を測定し、規定値との大小を比較することにより、MEMS加速度エレメント201の故障を診断することが可能となる。例えば、測定されたQ値が規定値(閾値)未満であれば、プロセッサ204は当該センサ端末103を故障有りと判定することができる。
Therefore, a process of evacuating the inside of the cavity is used during the production of the
図5にMEMS加速度エレメント201と、これを制御する加速度信号処理部202のブロック図を示す。
FIG. 5 shows a block diagram of the
MEMS加速度エレメント201は可動電極(MASS層)が電気的に出力電極1(O1)と出力電極2(O2)に分かれており、それらと固定電極(CAP層)との間に6個の静電容量(CSL〜CAR)が形成されている。
In the
左右の加速度検出用容量CSL、CSRは入力端子SL、SRとO1の間に形成される。DCサーボ用容量CDL、CDRは入力端子DL、DRとO2の間に形成される。ACサーボ用容量CAL、CARも入力端子AL、ARとO2の間に形成される。出力端子O1はASIC中のオペアンプの入力端子に接続され、出力端子O2はDCバイアス電圧VB3に接続される。 The left and right acceleration detection capacitances CSL and CSR are formed between the input terminals SL, SR and O1. The DC servo capacitances CDR and CDR are formed between the input terminals DL, DR and O2. The AC servo capacitances CAL and CAR are also formed between the input terminals AL, AR and O2. The output terminal O1 is connected to the input terminal of the operational amplifier in the ASIC, and the output terminal O2 is connected to the DC bias voltage VB3.
入力端子SL、SRは相補の変調クロックが入力される。入力端子DL、DRにはDCサーボ制御部からの制御電圧が印加される。入力端子AL、ARには1bit D/A変換器の出力電圧が印加される。 Complementary modulation clocks are input to the input terminals SL and SR. A control voltage from the DC servo control unit is applied to the input terminals DL and DR. The output voltage of the 1-bit D / A converter is applied to the input terminals AL and AR.
ASICで構成される加速度信号処理部202においては、MEMS加速度エレメント201から入力される加速度に比例した電荷量が、入力初段にオペアンプとフィードバック抵抗RF、容量CFで形成されるチャージアンプで増幅される。これをさらに、アンプ、アナログフィルタで処理した後、A/D変換器でデジタル化される。これを復調器に入力し、ACサーボ制御回路で処理した後、1bit量子化器と1bit D/A変換器で密度変調され、入力端子AL、ARに印加される。
In the acceleration
このフィードバック電圧がDCサーボ用容量に印加されると、可動電極(MASS層)に入力加速度を打ち消す力が発生し、可動電極(MASS層)はほぼ静止したまま稼働するようにフィードバック制御される。また、1bit量子化器の出力が、デジタルフィルタに入力され、加速度データとして出力される。 When this feedback voltage is applied to the DC servo capacitance, a force that cancels the input acceleration is generated in the movable electrode (MASS layer), and the movable electrode (MASS layer) is feedback-controlled so as to operate while being substantially stationary. Further, the output of the 1-bit quantizer is input to the digital filter and output as acceleration data.
図6Aは、センサ端末103を探査フィールドに敷設したイメージの第二の例を示す図である。ここでは探査フィールドをSF1、SF2の二つの領域に分割している。図6Bは、センサ端末103の振動測定と、自己診断処理のタイミングの第二の例を示す図である。
FIG. 6A is a diagram showing a second example of an image in which the
起振車群101は初めに探査フィールドSF1において、移動経路104を移動し、センサ端末103付近の各起振地点#(1、1)から#(M、N)までで順次停止し、起振(図中S)を行う。その後、探査フィールドSF2において、同様に移動経路104を移動し、端末付近の各起振地点#(1、1)から#(M、N)までで順次停止し、起振(図中S)を行う。探査フィールドSF1、SF2に配置されたセンサ端末103は反射波の加速度を測定する(Receive)。
The earthquake
本第二の例では時刻t1において、探査フィールドSF1内の地点#(1、1)で起振を行う際、探査フィールドSF1およびSF2内の地点#(1、1)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理(QC)を行う。続いて、時刻t2において、起振車がSF1内の地点#(1、2)で起振を行う際、SF1およびSF2内の#(1、2)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理を行う。これをSF1の地点#(M、N)まで繰り返す。
In this second example, at time t1, when the vibration is performed at the points # (1, 1) in the exploration field SF1, the sensor terminals arranged at the points # (1, 1) in the exploration fields SF1 and SF2. The self-diagnosis process (QC) is performed at 103. Subsequently, at time t2, when the earthquake simulation vehicle excites at the point # (1, 2) in SF1, self-diagnosis is performed by the
さらに、時刻tMN+1において、起振車群101が探査フィールドSF2内の地点#(1、1)で起振を行う際、探査フィールドSF1およびSF2内の地点#(1、1)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理(QC)を行う。続いて、時刻tMN+2において、起振車群101が探査フィールドSF2内の地点#(1、2)で起振を行う際、探査フィールドSF1およびSF2内の#(1、2)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理を行う。これを探査フィールドSF2の地点#(M、N)まで繰り返す。
Further, at
このようにして、センサ端末103は振動測定中に、所定の時間が経過する度に一時的に測定を中断して自己診断処理を順次行うことにより、多数のブラインドノーダル型のセンサ端末103が正常に稼働していることを反射波112aの探査中に検出することができ、測定した加速度データの信頼性を維持できる。
In this way, during the vibration measurement, the
また、全センサ端末103が自己診断処理だけを行う時間が無いため、探査に要する時間を短縮することができ、探査コストを低減できる。また、本第二の例では、全体の測定期間内に自己診断を行う頻度を第一の例の2倍に増やすことができるため、測定した加速度データの信頼性をより高めることができる。
Further, since all the
なお、上記第二の例では、2つの探査フィールドSF1、SF2内でセンサ端末103が自己診断処理を開始する時刻をずらして設定することで、センサ端末103の自己診断処理の期間が、他のセンサ端末103の自己診断処理の期間と重複するのを防いだが、これに限定されるものではない。上記第一の例と同様に管理装置10が、センサ端末103に対して自己診断処理の開始を指令してもよく、自己診断処理の期間が重複しないように自己診断処理の開始時期を順次ずらして指令することができる。
In the second example above, by setting the time when the
図7は、センサ端末103の振動測定と、自己診断処理のタイミングの第三の例を示す図である。探査フィールドにおけるセンサ端末103の配置および起振車群101の動きは図6Aと同様である。
FIG. 7 is a diagram showing a third example of the timing of the vibration measurement of the
起振車群101は初めに探査フィールドSF1において、移動経路104を移動し、センサ端末103付近の各起振地点#(1、1)から#(M、N)までで順次停止し、起振(図中S)を行う。その後、起振車群101は、探査フィールドSF2において、同様に移動経路104を移動し、センサ端末103付近の各起振地点#(1、1)から#(M、N)までで順次停止し、起振(図中S)を行う。探査フィールドSF1、SF2に配置されたセンサ端末103は反射波112aの加速度を測定する(Receive)。
The earthquake
本第三の例では時刻t1において、起振車群101が探査フィールドSF1内の地点#(1、1)で起振を行う際、探査フィールドSF1内の地点#(1、1)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理(QC)を行う。
In this third example, when the earthquake
続いて、時刻t2において、起振車群101がSF1内の地点#(1、2)で起振を行う際、SF2内の#(1、1)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理を行う。時刻t3において、起振車群101が探査フィールドSF1内の地点#(1、3)で起振を行う際、探査フィールドSF1内の地点#(1、2)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理(QC)を行う。
Subsequently, at time t2, when the earthquake
続いて、時刻t4において、起振車群101がSF1内の地点#(1、4)で起振を行う際、探査フィールドSF2内の#(1、2)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理を行う。時刻t2MN−1において、起振車群101が探査フィールドSF2内の地点#(M、N)で起振を行う際、探査フィールドSF1の地点#(M、N)に配置されているセンサ端末103で自己診断処理(QC)を行う。
Subsequently, at time t4, when the earthquake
続いて、時刻t2MNにおいて、起振車群101が探査フィールドSF2内の地点#(M、N)で起振を行う際、探査フィールドSF2内の#(M、N)に配置されているセンサ端末で自己診断処理を行う。すなわち探査フィールドSF1とSF2にあるセンサ端末103が地点#(1、1)から#(M、N)まで交互に自己診断を実施する。
Subsequently, at time t2MN, when the earthquake
このようにして振動測定中に自己診断処理を順次行うことにより、多数のブラインドノーダル型のセンサ端末103が正常に稼働していることを探査中に検出することができ、測定した加速度データの信頼性を維持できる。また、全てのセンサ端末103が自己診断処理だけを行う時間が無いため、探査に要する時間を短縮することができ、探査コストを低減できる。
By sequentially performing the self-diagnosis process during the vibration measurement in this way, it is possible to detect during the exploration that a large number of blind nodal
また、自己診断処理を行うセンサ端末103は加速度データが測定できず、加速度データの欠損が発生するが、本第三の例では連続して自己診断処理を行う端末が隣接しないため、欠損データが空間的に分散され、データ品質の劣化が小さくなるという利点がある。
Further, the
なお、上記第三の例では、2つの探査フィールドSF1、SF2間でセンサ端末103が自己診断処理を開始する時刻をずらして設定することで、センサ端末103の自己診断処理の期間が、他のセンサ端末103の自己診断処理の期間と重複するのを防いだが、これに限定されるものではない。上記第一の例と同様に管理装置10が、2つの探査フィールドSF1、SF2のセンサ端末103に対して自己診断処理の開始を指令してもよく、自己診断処理の期間が重複しないように自己診断処理の開始時期を順次ずらして指令することができる。
In the third example, the time for the
図8は図3Bに示すセンサ端末103の振動測定、自己診断処理の第一の例においてセンサ端末103から観測車106の管理装置10への自己診断結果情報を送信するタイミングを示した第一の例である。本第一の例ではセンサ端末103が自己診断処理QCを行った後、故障なしOKまたは故障ありNGのどちらの場合でも、対応した信号(自己診断結果情報)を送信する。なお、自己診断結果情報には、センサ端末103の識別子が含まれる。
FIG. 8 shows the timing of transmitting the self-diagnosis result information from the
本第一の例では、センサ端末103のプロセッサ204が故障している場合には、OK/NGどちらの信号も送信されないため、観測車106の管理装置10でプロセッサ204に起因するセンサ端末103の故障を把握することができる利点がある。なお、センサ端末103が送信する自己診断結果情報には、センサ端末103の識別子を含む。
In the first example, when the
一方、図9は図3Bに示すセンサ端末103の振動測定、自己診断処理の第一の例においてセンサ端末103から観測車106の管理装置10への自己診断結果を送信するタイミングを示した第二の例である。
On the other hand, FIG. 9 shows the timing of transmitting the self-diagnosis result from the
本第二の例ではセンサ端末103が自己診断処理QCを行った後、故障ありNGの場合のみ、NGの信号を管理装置10へ送信する。本第二の例では、センサ端末103のプロセッサ204が故障している場合には故障検知ができないが、送信電力が低減し、電池208の寿命を延長することが可能である。またMEMS加速度エレメント201に比較するとプロセッサ204は純粋な電子回路であり、故障確率は小さいと考えられる。
In this second example, after the
図10は観測車106の管理装置10でセンサ端末103からOK/NGの信号(自己診断結果情報)を受信した後、その結果を表示する画面を示している。
FIG. 10 shows a screen in which the
表示装置14(ディスプレイ)上のウィンドウ1001の中に、センサ端末103の配置レイアウトを示す領域1002と、故障端末リストを示す領域1004が配置されている。
In the
管理装置10のセンサ端末管理部21は、センサ端末103から受信した自己診断結果情報と位置情報に基づいてセンサ稼働データ31を生成し、センサ稼働データ31からウィンドウ1001を生成し、表示装置14に表示する。
The sensor
なお、位置情報は、センサ端末103のGPS信号から予め取得しておいても良いし、他の装置から予め取得しておくことができる。管理装置10のセンサ端末管理部21は、センサ端末103の識別子と、位置情報と、自己診断結果情報と、タイムスタンプ等を格納しておけば良い。
The position information may be acquired in advance from the GPS signal of the
センサ端末103のレイアウト(配置状況)を表示する領域1002には#(1、1)から#(I、J)までの位置と、その場所のセンサ端末103を示すアイコン1003が配置される。図示の例ではI=J=4で、#(1、4)にあるセンサ端末103が故障した例を示しており、同端末のアイコン1003上に×印を付加するとともに、故障端末リストを表示する領域1004に#(1、4)と表示している。
In the
このように管理装置10はセンサ端末103の配置レイアウトと故障端末リストで故障したセンサ端末103を表示装置14のウィンドウ1001へ表示することで、故障端末の位置を直感的に理解することが可能となる。
In this way, the
管理装置10の利用者は、故障端末が判明したら、該当するセンサ端末103をすぐに交換してもよいし、故障端末数が少なく、測定結果に与える影響が小さいと考えられる間はそのまま探査を継続し、故障端末数が一定値を越えたら交換してもよい。
When the failed terminal is found, the user of the
図11は、センサ端末103の起動時、受信時、自己診断時に行われる処理の一例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of processing performed at the time of starting, receiving, and self-diagnosis of the
センサ端末103の起動時には加速度信号処理部202(ASIC)によってDCサーボ用の電圧VDRの調整が行われる。MEMS加速度エレメント201は探査フィールドに配置された状態で、地球の重力加速度を受けるため、図4Cに示す錘の重い側(MASS層の右側)の部分がバネを中心にして傾いた状態となる。
When the
この状態で微小な加速度を測定すると、測定値の非線形性が大きいため、DCサーボ用容量CDL、CDRの両端にDCサーボ電圧VDL、VDRを印加して、静電気力で錘(MASS層)をほぼ水平に制御する。本実施例ではDCサーボ電圧VDRのみを印加した例を示すが、加速度信号処理部202(ASIC)はDCサーボ電圧VDRを増減しながら、加速度検出用容量CSLとCSRの値が一定値C0で等しくなるようにフィードバック制御を行って、DCサーボ電圧VDRの最適値V0を決定し、この最適値V0をメモリ205に記憶しておく。
When a minute acceleration is measured in this state, the non-linearity of the measured value is large, so DC servo voltages VDC and VDC are applied to both ends of the DC servo capacitance CDR and CDR, and the weight (MASS layer) is almost applied by electrostatic force. Control horizontally. In this embodiment, an example in which only the DC servo voltage VDC is applied is shown, but the acceleration signal processing unit 202 (ASIC) increases or decreases the DC servo voltage VDC, and the acceleration detection capacitances CSL and CSR are equal at a constant value C0. Feedback control is performed so as to determine the optimum value V0 of the DC servo voltage VDC, and this optimum value V0 is stored in the
センサ端末103が振動の受信処理を行う際には、DCサーボ電圧VDRはV0とし、重力加速度がキャンセルされた状態で保たれる。
When the
一方、図4Dに示した自己診断処理時には、先に述べたようにDCサーボ電圧VDRの値を一旦、VHに上げた後、短時間でVLに下げることで、錘(MASS層)に共振周波数で振動を加える。このとき加速度検出用容量CSRは、図11に示すように共振周波数f0で振動する。プロセッサ11は、この振動の減衰定数を算出することにより共振のQ値を測定し、故障の有無を判断する。 On the other hand, during the self-diagnosis process shown in FIG. 4D, as described above, the value of the DC servo voltage VDC is once raised to VH and then lowered to VL in a short time to cause the resonance frequency of the weight (MASS layer). Add vibration with. At this time, the acceleration detection capacitance CSR vibrates at the resonance frequency f0 as shown in FIG. The processor 11 measures the Q value of resonance by calculating the damping constant of this vibration, and determines the presence or absence of a failure.
自己診断処理が終了した後、MEMS加速度エレメント201を受信状態に復帰する際には、メモリ205に保存しておいたV0の値を読み出し、DCサーボ電圧VDRとして印加する。これにより、DCサーボ電圧VDRの最適化処理を行う必要がなくなるため、復帰処理を短時間に行うことが可能になる。
When the
図12には、センサ端末103の起動時、受信時、自己診断時、キャリブレーション時の処理の一例を示す。センサ端末103を苛酷な環境で使用した場合、MEMS加速度エレメント201の特性が時間とともに変わってくる場合がある。
FIG. 12 shows an example of processing at the time of starting, receiving, self-diagnosis, and calibration of the
たとえば、高温によって錘(MASS層)にそりが生じ、ペアとなる静電容量のバランスが悪くなる恐れがある。このような場合については、自己診断から受信処理への復帰前に、DCサーボの調整を再度実施し、キャリブレーションすることが有効である。なお、キャリブレーションの方法は本実施例で説明した手法に限定されない。本手法を用いると、探査フィールドでの作業中にMEMS加速度エレメント201の特性が変化しても、これを補正し、精度の高い加速度データを取得可能になる。
For example, the high temperature may cause the weight (MASS layer) to warp, resulting in an imbalance of the paired capacitances. In such a case, it is effective to adjust the DC servo again and calibrate it before returning from the self-diagnosis to the reception process. The calibration method is not limited to the method described in this embodiment. By using this method, even if the characteristics of the
以上のように、本実施例によれば、起振車100が地表に与えた振動の反射波112aを複数のセンサ端末103で測定する資源探査システムで、探査対象エリアのセンサ端末103のうち少なくとも一つが自己診断処理を実行し、他のセンサ端末103が反射波112aの測定を継続する。そして、センサ端末103は自己診断の結果、少なくとも故障を含む自己診断結果情報を管理装置10へ送信する。管理装置10では、予め取得したセンサ端末103の位置情報と、受信した自己診断結果情報から、センサ稼働データ31を更新して故障端末リストを含むウィンドウ1001を出力することができる。
As described above, according to the present embodiment, in the resource exploration system in which the reflected
MEMSセンサのように低価格で量産が可能なMEMS加速度エレメント201を搭載した多数のブラインドノーダル型のセンサ端末103を用いた資源探査システムにおいて、センサ端末103が正常に稼働していることを探査中に判定し、また必要であればセンサのキャリブレーションを行うことができる。
Exploration that the
このため、測定した加速度データの精度および信頼性を向上できる。また、全てのセンサ端末103が自己診断だけを行う時間を特別に設ける必要が無いため、探査に要する時間を短縮することができ、探査コストを低減できる。また、性能は優れているが、実用化されて間もないMEMSセンサを容易に利用することが可能になる。
Therefore, the accuracy and reliability of the measured acceleration data can be improved. Further, since it is not necessary to provide a special time for all the
<まとめ>
上記実施例では、可動錘402を共振させて共振の強さを示すQ値を、静電容量の変化から測定する例を示したが、これに限定されるものではなく、可動錘402の変位を測定できれば良いので、例えば、磁場の変化やレーザー光線による測距等で変位を測定してもよい。
<Summary>
In the above embodiment, an example is shown in which the
上記実施例では振動源として起振車100を用いる例を示したが、これに限定されるものではなく、爆発物などを用いることができる。
In the above embodiment, an example in which the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、又は置換のいずれもが、単独で、又は組み合わせても適用可能である。 The present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment is described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the configurations described. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, for a part of the configurations of each embodiment, any of addition, deletion, or replacement of other configurations can be applied alone or in combination.
また、上記の各構成、機能、処理部、及び処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、及び機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 Further, each of the above configurations, functions, processing units, processing means and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files that realize each function can be stored in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 In addition, the control lines and information lines indicate those that are considered necessary for explanation, and do not necessarily indicate all the control lines and information lines in the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected.
10 管理装置
100 起振車
101 起振車群
102 起振地点
103 センサ端末
104 移動経路
105 衛星
106 観測車
201 MEMS加速度エレメント
202 加速度信号処理部
203 外部I/F
204 プロセッサ
205 メモリ
206 GPS受信部
207 環境センサ
208 電池
401 MEMSチップ
402 可動錘
403 バネ
404 アンカー部
CSL、CSR 加速度検出用容量
CDL、CDR DCサーボ用容量
CAL、CAR ACサーボ用容量
SL、SR 検出入力端子
DL、DR DCサーボ入力端子
AL、AR ACサーボ入力端子
VDR DCサーボ電圧
1001 ウィンドウ
1002 端末レイアウト領域
1003 端末アイコン
1004 故障端末リスト
10
Claims (7)
前記センサ端末は、
プロセッサと、
メモリと、
センサと、
前記センサが検出した値をデータに変換して前記メモリへ格納する信号処理部と、
通信部と、を有し、
前記プロセッサは、
所定のタイミングになると前記センサの異常の有無を検出する自己診断を実行し、自己診断結果情報を送信し、
前記複数のセンサ端末は、
前記反射波の測定を開始した後に、少なくとも一つのセンサ端末が前記信号処理部の処理を一時的に中断して自己のセンサの異常の有無を診断する自己診断を実行して前記通信部から自己診断結果を送信して自己診断が終了した後に前記反射波の測定に復帰し、
前記センサは、
MEMS技術を適用した加速度センサを含み、
前記信号処理部は、
前記加速度センサが検出した加速度を加速度データに変換して前記メモリへ格納し、
前記加速度センサは、
加えられた加速度に応じて変位する可動部を有し、前記可動部に第1の電極を設け、当該可動部に対向する位置に第2の電極を設け、前記第1の電極と第2の電極の静電容量をDCサーボ容量とし、
前記プロセッサは、
前記自己診断において、前記可動部の共振の強さを示すQ値を測定し、前記Q値の測定結果が所定の閾値未満であれば、当該センサ端末の自己診断結果を故障有りと判定して自己診断結果を送信し、前記センサ端末の起動の際に、前記可動部に加わる重力加速度をキャンセルするためにDCサーボ容量に印加する電圧の最適値を検出し、前記自己診断では、前記DCサーボ容量に電圧パルスを印加することにより、可動部に共振を発生させて前記Q値を測定し、前記自己診断から振動の測定に復帰する前には、前記可動部に加わる重力加速度をキャンセルするためのDCサーボ容量に印加する電圧の最適値を再度検出してキャリブレーションを実施することを特徴とする資源探査システム。 A resource exploration system in which a plurality of sensor terminals are arranged in an exploration target area, and the plurality of sensor terminals measure the reflected wave of vibration oscillated from a vibration source.
The sensor terminal is
With the processor
With memory
With the sensor
A signal processing unit that converts the value detected by the sensor into data and stores it in the memory.
Has a communication unit,
The processor
At a predetermined timing, a self-diagnosis is executed to detect the presence or absence of an abnormality in the sensor, and self-diagnosis result information is transmitted.
The plurality of sensor terminals are
After starting the measurement of the reflected wave, the communication unit by executing the self-diagnosis for diagnosing the presence or absence of the own sensor abnormality at least one sensor terminal is temporarily suspends processing of the signal processing unit After the self-diagnosis result is transmitted and the self-diagnosis is completed, the measurement of the reflected wave is restored.
The sensor is
Including accelerometers applying MEMS technology
The signal processing unit
The acceleration detected by the acceleration sensor is converted into acceleration data and stored in the memory.
The acceleration sensor is
It has a movable portion that displaces according to the applied acceleration, a first electrode is provided on the movable portion, a second electrode is provided at a position facing the movable portion, and the first electrode and the second electrode are provided. The capacitance of the electrode is defined as the DC servo capacitance.
The processor
In the self-diagnosis, a Q value indicating the strength of resonance of the moving part is measured, and if the measurement result of the Q value is less than a predetermined threshold value, the self-diagnosis result of the sensor terminal is determined to have a failure. The self-diagnosis result is transmitted, and when the sensor terminal is activated, the optimum value of the voltage applied to the DC servo capacitance in order to cancel the gravitational acceleration applied to the moving part is detected. In the self-diagnosis, the DC servo is detected. By applying a voltage pulse to the capacitance, resonance is generated in the movable part to measure the Q value, and before returning to the measurement of vibration from the self-diagnosis, the gravitational acceleration applied to the movable part is canceled. A resource exploration system characterized in that the optimum value of the voltage applied to the DC servo capacitance of is detected again and calibration is performed.
前記複数のセンサ端末が空間的に複数のグループに分割され、 The plurality of sensor terminals are spatially divided into a plurality of groups, and the plurality of sensor terminals are spatially divided into a plurality of groups.
前記複数のセンサ端末が、前記反射波の測定をしている期間に、それぞれのグループに含まれるセンサ端末のうち少なくとも一つのセンサ端末が自己の異常の有無を診断する自己診断を行うことを特徴とする資源探査システム。 The feature is that at least one of the sensor terminals included in each group performs self-diagnosis for diagnosing the presence or absence of its own abnormality while the plurality of sensor terminals are measuring the reflected wave. Resource exploration system.
前記複数のセンサ端末が空間的に分割された第1のグループと、第2のグループに含まれて、 The plurality of sensor terminals are included in a first group and a second group that are spatially divided.
前記複数のセンサ端末が、前記反射波の測定をしている期間に、前記第1のグループに含まれるセンサ端末のうち少なくとも一つのセンサ端末と、前記第2のグループに含まれるセンサ端末のうち少なくとも一つのセンサ端末が交互に自己診断を行うことを特徴とする資源探査システム。 Of the sensor terminals included in the first group and the sensor terminals included in the second group during the period when the plurality of sensor terminals are measuring the reflected wave. A resource exploration system characterized in that at least one sensor terminal alternately performs self-diagnosis.
前記センサ端末は、 The sensor terminal is
前記自己診断の結果、前記センサの故障の有無どちらの場合でも、前記自己診断結果を送信することを特徴とする資源探査システム。 A resource exploration system characterized in that the self-diagnosis result is transmitted regardless of whether or not the sensor is out of order as a result of the self-diagnosis.
前記センサ端末は、 The sensor terminal is
前記自己診断の結果、前記センサに故障がある場合には前記自己診断結果を送信することを特徴とする資源探査システム。 A resource exploration system characterized in that when the sensor has a failure as a result of the self-diagnosis, the self-diagnosis result is transmitted.
第2のプロセッサと、第2のメモリと、通信装置と、表示装置を含む管理装置をさらに有し、 It further has a second processor, a second memory, a communication device, and a management device including a display device.
前記管理装置は、 The management device is
予め取得した前記センサ端末の位置情報から前記センサ端末の配置状況を示す第1の領域を生成し、 A first area indicating the arrangement status of the sensor terminal is generated from the position information of the sensor terminal acquired in advance.
前記センサ端末から自己診断結果を受信して、自己診断結果が故障有りのセンサ端末のリストを含む第2の領域を生成し、 Upon receiving the self-diagnosis result from the sensor terminal, the self-diagnosis result generates a second region containing a list of failed sensor terminals.
前記第1の領域と、前記第2の領域を含む画面を前記表示装置に出力することを特徴とする資源探査システム。 A resource exploration system characterized by outputting a screen including the first region and the second region to the display device.
前記センサ端末が、MEMS技術を適用して加えられた加速度に応じて変位する可動部を有する加速度センサを含むセンサが検出した値を加速度データに変換してメモリへ格納する測定を実行する第1のステップと、 A first measurement in which the sensor terminal converts a value detected by a sensor including an acceleration sensor having a movable part that displaces according to an applied acceleration by applying MEMS technology into acceleration data and stores it in a memory. Steps and
前記反射波の測定を開始した後に、少なくとも一つのセンサ端末が前記測定を一時的に中断して自己のセンサの異常の有無を診断する自己診断を実行し、前記自己診断において、前記可動部の共振の強さを示すQ値を測定し、Q値の測定結果が所定の閾値未満であれば、当該センサ端末の自己診断結果を故障有りと判定して自己診断結果を送信する第2のステップと、 After starting the measurement of the reflected wave, at least one sensor terminal temporarily interrupts the measurement and executes a self-diagnosis for diagnosing the presence or absence of an abnormality in its own sensor. The second step of measuring the Q value indicating the strength of resonance, and if the measurement result of the Q value is less than a predetermined threshold value, determining the self-diagnosis result of the sensor terminal as having a failure and transmitting the self-diagnosis result. When,
前記センサ端末が、前記自己診断を完了すると前記センサが検出した値をデータに変換してメモリへ格納する測定に復帰する第3のステップと、 When the sensor terminal completes the self-diagnosis, the third step of converting the value detected by the sensor into data and returning to the measurement stored in the memory, and
を含み、Including
前記加速度センサは、 The acceleration sensor is
前記可動部に第1の電極を設け、当該可動部に対向する位置に第2の電極を設け、前記第1の電極と第2の電極の静電容量をDCサーボ容量とし、 A first electrode is provided on the movable portion, a second electrode is provided at a position facing the movable portion, and the capacitances of the first electrode and the second electrode are defined as DC servo capacitances.
前記第1のステップは、 The first step is
前記センサ端末の起動の際に、前記可動部に加わる重力加速度をキャンセルするためにDCサーボ容量に印加する電圧の最適値を検出し、 When the sensor terminal is activated, the optimum value of the voltage applied to the DC servo capacitance in order to cancel the gravitational acceleration applied to the moving part is detected.
前記第2のステップは、 The second step is
前記DCサーボ容量に電圧パルスを印加することにより、可動部に共振を発生させて前記Q値を測定し、 By applying a voltage pulse to the DC servo capacitance, resonance is generated in the moving part and the Q value is measured.
前記第3のステップは、 The third step is
前記自己診断から振動の測定に復帰する前に前記可動部に加わる重力加速度をキャンセルするためのDCサーボ容量に印加する電圧の最適値を再度検出してキャリブレーションを実施することを特徴とする資源探査方法。 A resource characterized by re-detecting the optimum value of the voltage applied to the DC servo capacitance for canceling the gravitational acceleration applied to the moving part and performing calibration before returning to the vibration measurement from the self-diagnosis. Exploration method.
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