JP7386490B1 - pressure measuring device - Google Patents

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JP7386490B1 JP2023114164A JP2023114164A JP7386490B1 JP 7386490 B1 JP7386490 B1 JP 7386490B1 JP 2023114164 A JP2023114164 A JP 2023114164A JP 2023114164 A JP2023114164 A JP 2023114164A JP 7386490 B1 JP7386490 B1 JP 7386490B1
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俊明 北島
祐喜雄 阿部
光太 今井
茂宏 三島木
琢磨 大井
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株式会社ミトミ技研
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Abstract

【課題】複数の安価な圧力センサで構成して高い精度を確保するとともに、多地点で測定しても信頼性が保証された圧力測定を可能とする。【解決手段】装置内に複数の圧力センサ4-1、4-2、4-3、・・・4-nを配置し、前記複数の圧力センサから所定の同期タイミングにより集めた測定データを、平均化処理7して測定値を求める、圧力測定装置において、測定する波動の圧力分解能に応じて、前記複数の圧力センサが配置される範囲を決定するようにした。【選択図】図3An object of the present invention is to ensure high accuracy by configuring a plurality of inexpensive pressure sensors, and also to enable pressure measurement with guaranteed reliability even when measuring at multiple points. A plurality of pressure sensors 4-1, 4-2, 4-3, ... 4-n are arranged in the device, and measurement data collected from the plurality of pressure sensors at predetermined synchronized timing is In a pressure measuring device that obtains measured values through averaging processing 7, the range in which the plurality of pressure sensors are arranged is determined according to the pressure resolution of the waves to be measured. [Selection diagram] Figure 3

Description

本発明は、複数の圧力センサから構成された圧力測定装置に関するものである。 The present invention relates to a pressure measuring device composed of a plurality of pressure sensors.

人の可聴周波数(約20Hz~20KHz)よりも低い周波数の音であるインフラサウンド(超低周波音)を測定することで、地震や火山活動の自然災害を予知したり、建築物の構造評価や資源探査などの研究が進められている。
これらのインフラサウンドを測定できる圧力計として、例えば、パロサイエンティフィック社製の水晶振動子を用いた高精度な圧力計が知られている。この圧力計では、10億分の1の分解能、精度0.01%FSを実現可能としているが、高価な計測器である。
By measuring infrasound (infrasound), which is sound with a frequency lower than the human audible frequency (approximately 20Hz to 20KHz), it can be used to predict natural disasters such as earthquakes and volcanic activity, and to evaluate the structure of buildings. Research such as resource exploration is underway.
As a pressure gauge capable of measuring these infrasounds, for example, a high-precision pressure gauge using a crystal resonator manufactured by Paro Scientific is known. Although this pressure gauge can achieve a resolution of 1/1 billion and an accuracy of 0.01% FS, it is an expensive measuring instrument.

ところで、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 技術により製造される静電容量センサは、安価かつ小型化できる省電力なデバイスであり、さまざまな分野に用いられている。しかし、単体として上記のようなインフラサウンドを計測するためにそのまま用いることは、SN比及びダイナミックレンジが不足しているため、実用的ではない。
このような課題を解決する手段として、例えば、地震計に複数のMEMS加速度センサを用いた技術が開示されている(例えば特許文献1)。
By the way, capacitance sensors manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology are inexpensive, compact, power-saving devices that are used in a variety of fields. However, it is not practical to use it alone to measure infrasound as described above because the SN ratio and dynamic range are insufficient.
As a means to solve such problems, for example, a technique using a plurality of MEMS acceleration sensors in a seismometer has been disclosed (for example, Patent Document 1).

特許文献1は、MEMS加速度センサの出力に含まれる熱雑音によるノイズの低減とA/D変換器による量子化誤差の低減を課題としている。熱雑音によるノイズの低減については、センサからの各アナログ出力信号を加算処理してノイズ成分を減少させ、帯域通過フィルタを通して不要な周波数範囲のノイズを除去している。量子化誤差の低減については、オーバーサンプリングしたのちにIIR(無限インパルス応答)低域通過フィルタを用いて、リアルタイムでノイズを除去している。
このように、ノイズを減少させるためには、加算処理することでノイズ成分がセンサの個数(N)の平方根の逆数に比例するため、個数(N)を増やすことが好ましいことになるが、センサの数が増えた場合に、実装面積が広がり、距離が離れているセンサ間では、測定タイミングが同一であっても検出する波動が異なることにより、測定器の解像度を低下させるという問題が生じる。
Patent Document 1 aims to reduce noise caused by thermal noise included in the output of a MEMS acceleration sensor and reduce quantization errors caused by an A/D converter. To reduce noise due to thermal noise, each analog output signal from the sensor is subjected to addition processing to reduce the noise component, and noise in an unnecessary frequency range is removed through a bandpass filter. To reduce quantization errors, after oversampling, an IIR (infinite impulse response) low-pass filter is used to remove noise in real time.
In this way, in order to reduce noise, it is preferable to increase the number of sensors (N) because the noise component is proportional to the reciprocal of the square root of the number of sensors (N) through addition processing. When the number of sensors increases, the mounting area increases, and even if the measurement timing is the same, the waves detected by sensors separated by the same distance will differ, causing a problem of lowering the resolution of the measuring instrument.

また、インフラサウンドは科学的な研究や応用分野でも利用されており、大気中を長距離伝播する性質を利用して、地震や火山噴火の監視、気象現象の観測、津波観測などに活用されている。音波の周波数が低いため、建物や地下施設の構造評価、地下資源の探査にも利用されている。
このような場合、多地点で観測する必要があるときには、各観測地点で同期した正確な時刻による観測が、要求されることになる。
Infrasound is also used in scientific research and applied fields, taking advantage of its ability to propagate long distances through the atmosphere, and is used to monitor earthquakes and volcanic eruptions, observe meteorological phenomena, and observe tsunamis. There is. Because the frequency of sound waves is low, it is also used for structural evaluation of buildings and underground facilities, and exploration of underground resources.
In such a case, when it is necessary to conduct observations at multiple points, it is required to perform observations at accurate and synchronized times at each observation point.

特開2009-31032号公報Japanese Patent Application Publication No. 2009-31032

解決しようとする問題点は、インフラサウンドを測定することは、自然現象などを観察する上で重要であるにもかかわらず、高性能な圧力測定装置は高価であり、特に、多地点で観測する必要がある場合などには、多額の費用を伴うという点である。 The problem we are trying to solve is that although measuring infrasound is important for observing natural phenomena, high-performance pressure measurement equipment is expensive, especially when observing at multiple points. The point is that if it is necessary, a large amount of cost will be involved.

本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 技術により製造された、安価であり小型化できて省電力な静電容量センサを圧力センサとして複数用いるとともに、必要な分解能に対応して、これらのセンサの基板上に配置する範囲を決めるようにした、ことを最も主要な特徴とする。また、多地点で利用する場合にも、同期した測定データの信頼性が保証されるように構成したことである。 The present invention uses a plurality of inexpensive, miniaturized, and power-saving capacitance sensors manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology as pressure sensors, and also uses these sensors in accordance with the required resolution. The most important feature is that the area to be placed on the board can be determined. Furthermore, the system is configured to ensure the reliability of synchronized measurement data even when used at multiple locations.

本発明の圧力測定装置は、安価な静電容量センサを複数用いて必要とする分解能が得られるように構成した。また、GPS(Global Positioning System)を用いて、複数のセンサの同期タイミングをとるとともに、測定データにタイムスタンプを付加するようにしたことにより、多地点で同期した測定データの信頼性が保証できる。 The pressure measuring device of the present invention is configured to use a plurality of inexpensive capacitance sensors to obtain the required resolution. Additionally, by using GPS (Global Positioning System) to synchronize multiple sensors and adding time stamps to the measurement data, the reliability of measurement data synchronized at multiple points can be guaranteed.

本発明に係る、圧力測定装置の基板上の圧力センサ配置を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the arrangement of pressure sensors on a substrate of a pressure measuring device according to the present invention. 本発明に係る、測定する波動の圧力分解能に対応した圧力センサ間の距離を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the distance between pressure sensors corresponding to the pressure resolution of waves to be measured according to the present invention. 本発明に係る、圧力測定装置の全体構成を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a pressure measuring device according to the present invention. 本発明に係る、圧力測定装置の処理の流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow of processing of a pressure measurement device concerning the present invention.

安価な構成で必要とする分解能が得られるようにするとともに、多地点で同期した測定データの取得が可能な圧力測定装置を実現した。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
We have achieved a pressure measurement device that can obtain the required resolution with an inexpensive configuration and can acquire measurement data synchronized at multiple points.
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る、圧力測定装置の基板上の圧力センサ配置を説明する図であり、1は回路パターンが印刷されている基板、2-1、・・・2-8は、基板1に配置されているMEMS 技術により製造された、圧力センサとしての静電容量センサである。
各静電容量センサは、同一の性能を有するものであり、横一列が等間隔に4個配置されて、縦に二列で合計8個が配置されている。静電容量センサ間の距離Xが最も大きいのは、センサ2-1とセンサ2-8又はセンサ2-4とセンサ2-5となる。
この状態で、一定の周波数を各静電容量センサが測定する場合、各センサが同一のタイミングで測定が開始された場合であっても、センサ間の距離によって測定する値が異なることになる。
すなわち、本来、各センサが測定する値は同一でなければならないが、どれだけズレたのかが、分解能となって現れる。最もズレが大きくなるのが、センサ2-1とセンサ2-8及びセンサ2-4とセンサ2-5のセンサ出力であり、分解能の限界値となる。
FIG. 1 is a diagram illustrating the arrangement of pressure sensors on a substrate of a pressure measuring device according to the present invention, in which 1 is a substrate on which a circuit pattern is printed, 2-1, . . . 2-8 are substrates. This is a capacitance sensor as a pressure sensor manufactured using MEMS technology located at 1.
Each capacitance sensor has the same performance, and is arranged in a horizontal row of four at equal intervals and in two vertical rows of eight in total. The distance X between capacitance sensors is the largest between sensor 2-1 and sensor 2-8 or between sensor 2-4 and sensor 2-5.
In this state, when each capacitance sensor measures a constant frequency, the measured values will differ depending on the distance between the sensors even if each sensor starts measurement at the same timing.
That is, originally, the values measured by each sensor should be the same, but the amount of deviation is reflected in the resolution. The largest deviation occurs between the sensor outputs of the sensor 2-1 and the sensor 2-8, and the sensor output of the sensor 2-4 and the sensor 2-5, which is the limit value of the resolution.

図2は、本発明に係る、測定する波動の圧力分解能に対応した圧力センサ間の距離を説明する図である。例えば、測定する波動3が、振幅A=100Pa、周波数=5Hzであり、圧力分解能(dA)0.1Paで計測する場合、波の伝播速度を340m/sとすると、波長λは340÷5=68mである。ここで、λ/2間での波動を直線近似すると、A:dA=λ/2:Xの関係があるから、X=34mmとなる。
すなわち、この圧力分解能0.1Paでの波長のズレは最大で34mmであり、圧力センサ間の距離は34mm以内でなければならないことになる。
このようにして、複数の圧力センサが配置される範囲(距離)を決定することができ、波動の直線近似する区間を短くするようにセンサを配置する範囲Xを狭くして、実装位置の稠密性を高めることで、より測定する波動に近似でき、精度(圧力分解能)を高めることができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating the distance between pressure sensors corresponding to the pressure resolution of waves to be measured, according to the present invention. For example, when wave 3 to be measured has amplitude A = 100 Pa, frequency = 5 Hz, and is measured at a pressure resolution (dA) of 0.1 Pa, and the wave propagation speed is 340 m/s, the wavelength λ is 340 ÷ 5 = It is 68m. Here, when the wave between λ/2 is linearly approximated, since there is a relationship of A:dA=λ/2:X, X=34 mm.
That is, the maximum wavelength shift at this pressure resolution of 0.1 Pa is 34 mm, and the distance between the pressure sensors must be within 34 mm.
In this way, the range (distance) in which multiple pressure sensors are placed can be determined, and the range X in which the sensors are placed can be narrowed so as to shorten the section where the wave motion is linearly approximated. By increasing the accuracy, the wave motion to be measured can be more closely approximated, and the accuracy (pressure resolution) can be improved.

図3は、本発明に係る圧力測定装置の全体構成を示す概念図であり、4-1、4-2、4-3、・・・4-nは、MEMS技術により製造されたn個の静電容量センサ、5-1、5-2、5-3、・・・5-nはn個の静電容量センサの出力信号をデジタル信号に変換するn個のA/D変換器、6-1、6-2、6-3、・・・6-nは、後述するn個のA/D変換器から出力されたデジタル信号をオーバーサンプリング等するn個の信号処理部、7は、n個の信号処理部から得られたデータを平均化処理する演算部、8は、平均化処理された信号の高域分をカットするIIRローパスフィルタ(LPF)、9は、後述する同期回路10に信号を送るとともに、測定値にタイムスタンプを付加するGPS(Global Positioning System)、10は、所定のサンプル周期でn個のA/D変換器6-1、6-2、6-3、・・・6-nを同時に起動して出力信号を時系列のデジタル信号にする同期回路、11は、所定のタイミングで測定値を出力する出力部である。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the pressure measuring device according to the present invention, and 4-1, 4-2, 4-3, ... 4-n are n pieces manufactured by MEMS technology. Capacitance sensors 5-1, 5-2, 5-3, . . . 5-n are n A/D converters that convert the output signals of n capacitance sensors into digital signals, 6 -1, 6-2, 6-3, . . . 6-n are n signal processing units that perform oversampling, etc. of digital signals output from n A/D converters to be described later, and 7 is An arithmetic unit that averages the data obtained from n signal processing units; 8 is an IIR low-pass filter (LPF) that cuts the high frequency portion of the averaged signal; 9 is a synchronization circuit 10, which will be described later. A GPS (Global Positioning System) 10 sends signals to the camera and adds time stamps to measured values, and n A/D converters 6-1, 6-2, 6-3, . . . . . 6-n is activated simultaneously to convert the output signal into a time-series digital signal, and 11 is an output section that outputs a measured value at a predetermined timing.

n個の静電容量センサは、図1で説明したように、予め決められている精度(圧力分解能)が得られるように、配置できる範囲が決められており、その範囲内に平面的又は立体的な形状に構成した基板上に配置されている。
これらのセンサから計測された圧力信号は、n個のA/D変換器によってデジタル信号に変換される。変換が開始されるタイミングは、同期回路10により、GPS9から1秒ごとに出力されるパルス1PPSに基づいて、各A/D変換器に同期信号(本実施例では0.1ms毎)が送られて開始される。
As explained in Fig. 1, the range in which the n capacitance sensors can be arranged is determined so that a predetermined accuracy (pressure resolution) can be obtained, and within that range, there are two-dimensional or three-dimensional It is placed on a substrate that has a similar shape.
Pressure signals measured from these sensors are converted into digital signals by n A/D converters. The timing at which the conversion is started is that the synchronization circuit 10 sends a synchronization signal (every 0.1ms in this embodiment) to each A/D converter based on the pulse 1PPS outputted from the GPS 9 every second. will be started.

同期回路10からの同期信号に基づいて所定のタイミングでサンプリングされて、n個のA/D変換器から出力された信号は、それぞれ信号処理部6-1などに入力される。信号処理部6-1、・・・6-nでは、MEMSによる静電容量センサは熱雑音に依存するノイズが大きいことから、同時に温度を計測して、入力された信号である圧力信号を修正している。
すなわち、所定のタイミングでサンプリングされた圧力信号と温度計測値をオーバーサンプリングし、温度計測値により修正された圧力信号の加算平均が求められて、個々のセンサ出力に含まれる固有のノイズ成分が、オーバーサンプリングの回数の平方根の逆数に比例して減少することになる。
ここで、個々のセンサは同一の性能を有することが条件であるが、個々のセンサの持つ周波数応答性能には偏差があり、その周波数帯域内の周期でサンプリングを行った場合、気圧変位に対して時定数が長く応答性能が低いセンサは常に変位量を低く測定する傾向がある。そのために、個々のセンサ出力は、オーバーサンプリング処理により測定周期の影響を受けない周波数帯域まで下げる必要がある。
The signals sampled at a predetermined timing based on the synchronization signal from the synchronization circuit 10 and output from the n A/D converters are each input to a signal processing section 6-1 or the like. In the signal processing units 6-1, . . . , 6-n, the temperature is measured at the same time and the pressure signal, which is the input signal, is corrected, since capacitance sensors using MEMS have large noise depending on thermal noise. are doing.
That is, the pressure signal and temperature measurement value sampled at a predetermined timing are oversampled, and the average of the pressure signal corrected by the temperature measurement value is calculated, and the unique noise components included in the individual sensor outputs are calculated. It will decrease in proportion to the reciprocal of the square root of the number of oversamplings.
Here, the condition is that each sensor has the same performance, but there is a deviation in the frequency response performance of each sensor, and when sampling is performed at a period within that frequency band, Sensors with long time constants and low response performance tend to always measure low displacement amounts. For this purpose, it is necessary to reduce the individual sensor output to a frequency band that is not affected by the measurement period by oversampling processing.

そして、信号処理部6-1、6-2、6-3、・・・6-nの各々から出力された信号は、演算部7により、加算平均されて、n個のセンサ出力間でのノイズ成分が減少する。
すなわち、静電容量センサの総数n個の加算平均をすることにより、各センサ出力間でのノイズ成分はnの平方根の逆数に比例して減少することになり、結果的に測定のダイナックレンジを広げることになる。
Then, the signals output from each of the signal processing units 6-1, 6-2, 6-3, ... 6-n are averaged by the calculation unit 7, and the signals are averaged between the n sensor outputs. Noise components are reduced.
In other words, by averaging the total number of capacitive sensors (n), the noise component between each sensor output will be reduced in proportion to the reciprocal of the square root of n, and as a result, the dynamic range of measurement will be reduced. It will be expanded.

演算部7で加算平均された出力信号は、ローパスフィルタ8を通り、不要な高い周波数範囲のノイズ成分が除去される。ローパスフィルタ8は、IIRフィルタであり、リアルタイムで連続的に処理される。
ローパスフィルタ8のカットオフ周波数は、使用用途に応じて要求される測定帯域を考慮して、パラメータを設定可能としている。
The output signal averaged by the arithmetic unit 7 passes through a low-pass filter 8, where unnecessary noise components in a high frequency range are removed. The low-pass filter 8 is an IIR filter and is continuously processed in real time.
The cutoff frequency of the low-pass filter 8 can be set as a parameter in consideration of the measurement band required depending on the intended use.

図4は、本発明に係る圧力測定装置の処理の流れを説明する図であり、静電容量センサ4-1、4-2、4-3、・・・4-nとこれらに内蔵されている、図示しない温度センサとによる、温度計測(S10)と圧力計測(S20)が行われて、それぞれの計測データはオーバーサンプリングされる(S30)。そして、n個のA/D変換器5-1、5-2、5-3、・・・5-nから出力されたデジタル信号は、信号処理部6-1、6-2、6-3、・・・6-nにより、温度計測で得られた計測データに対応して、各静電容量センサの温度に依存するノイズ成分が修正された圧力データとなる(S40)。 FIG. 4 is a diagram explaining the processing flow of the pressure measuring device according to the present invention, and shows the capacitance sensors 4-1, 4-2, 4-3, ... 4-n and their built-in components. Temperature measurement (S10) and pressure measurement (S20) are performed using a temperature sensor (not shown), and each measurement data is oversampled (S30). Then, the digital signals output from the n A/D converters 5-1, 5-2, 5-3, ... 5-n are processed by the signal processing sections 6-1, 6-2, 6-3. , . . . 6-n, pressure data is obtained in which the temperature-dependent noise component of each capacitance sensor is corrected in accordance with the measurement data obtained by temperature measurement (S40).

修正された各センサからの圧力データ(測定データ)は、演算部7で平均化処理され(S50)、ローパスフィルタ8を通して出力部11に出力される(S60)。
ここで、外部に出力する所望とされる周期に応じて、その周期に達するまで(N)、同期回路10からのサンプル周期に基づき、デジタル信号に変換された測定データから、温度計測(S10)、圧力計測(S20)など上記の処理が順次繰り返され(S70)、それぞれのタイミングで測定値が出力部11に記憶される。
The corrected pressure data (measured data) from each sensor is averaged by the calculation unit 7 (S50), and outputted to the output unit 11 through the low-pass filter 8 (S60).
Here, according to the desired cycle to be output to the outside, temperature measurement (S10) is performed from the measurement data converted into a digital signal based on the sample cycle from the synchronous circuit 10 until that cycle is reached (N). , pressure measurement (S20), and the like are sequentially repeated (S70), and the measured values are stored in the output unit 11 at each timing.

そして、外部に出力する所定の周期に達すると(Y)、それまで出力部11に記憶されている測定値の平均をとる(S80)。このことにより、実質的に出力する所望の周期をオーバーサンプリングして、加算平均を取ることと同等の効果が得られる。これにより、高精度の圧力測定値を得ることができる。次に、GPS9により、その時点でのタイムスタンプを付して(S90)、圧力測定値として予め決められているフォーマットにより出力部11から外部に出力される(S100)。 When a predetermined period for outputting to the outside has been reached (Y), the measured values stored in the output unit 11 up to that point are averaged (S80). By doing this, it is possible to obtain an effect equivalent to actually oversampling the desired period to be output and taking an arithmetic average. This allows highly accurate pressure measurements to be obtained. Next, the GPS 9 attaches a time stamp at that time (S90), and outputs the pressure measurement value to the outside from the output unit 11 in a predetermined format (S100).

このように、測定値にタイムスタンプを付することは、例えば、離れた多地点で圧力観測するような場合には、それぞれの地点での測定値の絶対時間と同期タイミングを知ることが必要であり、震源地などの発生源の位置を特定する上で有効な手段である。
すなわち、本発明の圧力測定装置では、GPSを使用することで、世界標準時に同期したタイムスタンプの付加された測定値が出力されるため、多地点観測網においても時系列同期測定を可能にすることができる。例えば、数Km離して分散計測された多数のインフラサウンド測定結果から、発生時刻、減衰量を取得して、発生源の位置、規模を推定できる。
In this way, attaching a time stamp to the measured value is necessary, for example, when observing pressure at multiple distant points, it is necessary to know the absolute time and synchronization timing of the measured value at each point. This is an effective means of identifying the location of the source, such as the epicenter.
In other words, the pressure measurement device of the present invention uses GPS to output measurement values with time stamps that are synchronized with the world standard time, making it possible to perform time-series synchronized measurements even in a multi-point observation network. be able to. For example, the location and scale of the source can be estimated by obtaining the time of occurrence and amount of attenuation from a large number of infrasound measurements taken several kilometers apart.

また、上記の加算平均を行う処理方法に代えて、N個のセンサに冗長センサとして2個のセンサを設け、最初のデフォルト値として例えば1気圧を予め設定しておき、各センサからの測定データと比較して変化量が最も大きい最大値と最も小さい最小値を求める。そして、最大値と最小値の測定データを除くN個の測定データを加算平均し、このタイミングでの測定値とする。以降、同様にして、前回のタイミングで加算平均して得られた測定値と、(N+2)個の各センサの測定データとを比較して、最大値と最小値を求め、これらの測定データを除くN個の測定データの加算平均を求めて、このタイミングでの測定値を得るようにする。なお、同じ最大値又は最小値が複数ある場合は、測定データに大きなノイズ成分が含まれていない(実測値に近い)と考えられるため、予め決められたN個のセンサの測定データで加算平均を求めるようにする。 In addition, instead of the processing method that performs the arithmetic averaging described above, two sensors are provided as redundant sensors among the N sensors, and the initial default value is set to, for example, 1 atm, and the measured data from each sensor is Find the maximum value with the largest change and the minimum value with the smallest change. Then, the N measurement data excluding the maximum value and minimum value measurement data are added and averaged to obtain the measurement value at this timing. Thereafter, in the same way, the measured value obtained by averaging at the previous timing is compared with the measured data of each (N+2) sensor, the maximum value and the minimum value are determined, and these measured data are The average of the N measurement data is calculated to obtain the measurement value at this timing. Note that if there are multiple same maximum or minimum values, it is considered that the measured data does not contain large noise components (close to the actual measured value), so the average value is calculated using the measured data of N sensors determined in advance. to ask for.

前回の測定値を基準として、最大及び最小となる測定データが今回の測定値(平均値)からの最も大きなズレであり、最も大きなノイズ成分を含むと考えられるため、このようにして加算平均を求めるようにすることで、最も大きなノイズ成分を含む測定データが除外されて加算平均され、全てのセンサからの測定データを加算平均する上記の処理方法と比べて、より一層実測値に近いものとなり、測定装置の精度を高めることができる。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
Based on the previous measurement value, the maximum and minimum measurement data are the largest deviations from the current measurement value (average value), and are thought to contain the largest noise component, so the average is calculated in this way. By doing so, the measurement data that includes the largest noise component is removed and averaged, making it much closer to the actual measured value compared to the above processing method that adds and averages the measurement data from all sensors. , the accuracy of the measuring device can be increased.
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and it goes without saying that various modifications and applications can be made within the scope of the gist of the present invention.

安価で高精度な圧力測定装置の実現が可能となり、インフラサウンドを測定することが不可欠な分野である、自然科学分野、土木建築分野、防災分野、資源探査分野などで有益な情報を得ることができる。 It has become possible to realize an inexpensive and highly accurate pressure measurement device, and it has become possible to obtain useful information in fields where infrasound measurement is essential, such as the natural science field, civil engineering and construction field, disaster prevention field, and resource exploration field. can.

1 基板
2-1 静電容量センサ
3 波動
4-1 静電容量センサ
5-1 A/D変換器
6-1 信号処理部
7 演算部
8 ローパスフィルタ
9 GPS
10 同期回路
11 出力部
1 Board 2-1 Capacitance sensor 3 Wave 4-1 Capacitance sensor 5-1 A/D converter
6-1 Signal processing section 7 Arithmetic section 8 Low-pass filter 9 GPS
10 Synchronous circuit 11 Output section

Claims (7)

装置内に複数の圧力センサを配置し、前記複数の圧力センサから所定の同期タイミングにより集めた測定データを、平均化処理して測定値を求める、圧力測定装置において、
測定する波動の圧力分解能に応じて、前記複数の圧力センサとしてMEMS技術により製造された複数の静電容量センサが配置される範囲を決定するようにしたことを特徴とする圧力測定装置。
A pressure measuring device in which a plurality of pressure sensors are arranged in the device, and measurement data collected from the plurality of pressure sensors at predetermined synchronized timing is averaged to obtain a measured value,
A pressure measurement device , characterized in that a range in which a plurality of capacitance sensors manufactured by MEMS technology are arranged as the plurality of pressure sensors is determined according to a pressure resolution of waves to be measured .
前記平均化処理された前記測定データは、所定のカットオフ周波数が設定されているローパスフィルタを通して、ノイズ分が除去されるように構成したことを特徴とする、請求項1に記載の圧力測定装置。 The pressure measuring device according to claim 1, wherein the averaged measurement data is configured to have noise removed through a low-pass filter having a predetermined cutoff frequency. . GPSに基づき、前記所定の同期タイミングで同期信号を生成して前記複数の静電容量センサに送るとともに、前記測定値にタイムスタンプを付加して出力するように構成したことを特徴とする、請求項1に記載の圧力測定装置。 A synchronization signal is generated at the predetermined synchronization timing based on GPS and sent to the plurality of capacitance sensors, and a time stamp is added to the measurement value and outputted. Item 1. Pressure measuring device according to item 1. 前記所定の同期タイミングの間に前記複数の静電容量センサから得られた前記測定データをそれぞれオーバーサンプリングして平均化した後に、前記平均化処理を行うように構成したことを特徴とする、請求項1に記載の圧力測定装置。 Claim characterized in that the averaging process is performed after each of the measurement data obtained from the plurality of capacitance sensors is oversampled and averaged during the predetermined synchronization timing. Item 1. Pressure measuring device according to item 1. 前記測定値は、外部に出力する所定の周期に達するまでに得られた測定値を平均化して前記測定値とするように、構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の圧力測定装置。 The pressure according to claim 1, wherein the measured value is configured such that the measured value is obtained by averaging the measured values obtained until reaching a predetermined period of outputting to the outside. measuring device. 前記測定する波動は、インフラサウンドの波動であることを特徴とする、請求項1に記載の圧力測定装置。 The pressure measuring device according to claim 1, wherein the wave to be measured is an infrasound wave . 前記平均化処理は、前記測定データから前回の平均化処理により求めた測定値との差が最大及び最小となる測定データを除外して平均化処理をするようにしたことを特徴とする、請求項1に記載の圧力測定装置。
The averaging process is characterized in that the averaging process is performed by excluding measurement data that has the largest and smallest difference from the measurement value obtained by the previous averaging process from the measurement data. Item 1. Pressure measuring device according to item 1.
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