JPWO2016135868A1 - センサ評価装置、センサ評価システム及びセンサ評価方法 - Google Patents

Abstract

振動発生装置１０が発生させた周期性を有する振動波を振動伝播媒体を介して受信する計測センサ７０が出力した、振動伝播媒体の変位量の時間変化に対応する計測信号を蓄積する蓄積部３２と、蓄積部３２に蓄積された計測信号を、所定周期毎に積算する算出部３３１と、第１計測センサに対応する積算後の第１計測信号と、第２計測センサに対応する積算後の第２計測信号とに基づいて、第１計測センサの性能を評価する評価部３３２と、を備えるセンサ評価装置３０。【選択図】図３

Description

本発明は、センサの性能を評価するセンサ評価装置、センサ評価システム及びセンサ評価方法に関する。

従来、人為的に発生した振動波を地下に放射するとともに、地下を伝わった振動を地表付近で受信することで、地下内部の様子を観察する能動的地震探査が知られている。このような能動的地震探査に好適な定常震源として、常設型の震源装置であるＡＣＲＯＳＳ（Accurately Controlled Routinely Operated Signal System）が注目されている。ＡＣＲＯＳＳは、精密に制御した信号（振動波）を発生させることができ、地下内部の観察に適している。

特許文献１には、震源装置が発生させた信号が岩脈層で反射して生成される反射波のエネルギーを記録することにより、地下内部の様子を観察する方法が開示されている。

特開２００７−３０４１００号公報

ところで、地下を伝わった振動は、例えば加速度センサ等の計測センサによって受信される。近年、計測センサは高性能化しているが、計測センサの個体差に応じて性能のバラツキが発生しうる。そこで、地震探査の精度を向上させる観点から、高性能な計測センサを適切に評価することが必要となっている。

計測センサの評価手法として、例えば砂漠のような、地震及び車両の通行等の影響による外部振動を無視できる環境で評価する方法が考えられる。しかし、環境が特殊であるため、評価できる場所が非常に限定されてしまう。また、工場等の施設内に、外部振動が計測センサに影響を与えないような設備を構築する方法が考えられる。しかし、このような特別な設備の構築には、設備費用が高額となってしまう。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、計測センサの性能を簡易に評価する方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、振動発生装置が発生させた周期性を有する振動波を振動伝播媒体を介して受信する計測センサが出力した、前記振動伝播媒体の変位量の時間変化に対応する計測信号を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された計測信号を、所定周期毎に積算する積算部と、第１計測センサに対応する積算後の第１計測信号と、第２計測センサに対応する積算後の第２計測信号とに基づいて、前記第１計測センサの性能を評価する評価部と、を備えるセンサ評価装置を提供する。

また、前記評価部は、前記第１計測信号と前記第２計測信号とに基づいて、前記第１計測センサ及び前記第２計測センサの性能を相対評価することとしてもよい。

また、前記評価部は、前記第１計測信号及び前記第２計測信号の平均値又は中央値に基づいて、前記第１計測センサ及び前記第２計測センサの性能を相対評価することとしてもよい。

また、前記評価部は、前記第１計測信号と、基準センサである前記第２計測センサの前記第２計測信号とを対比して、前記第１計測センサの性能を評価することとしてもよい。

また、前記蓄積部は、所定周期で繰り返される前記振動波を受信する前記計測センサが出力した前記計測信号を蓄積し、前記積算部は、前記蓄積部に蓄積された計測信号を、前記振動波の位相と同期した所定周期毎に積算することとしてもよい。

また、前記蓄積部は、周波数が前記所定周期内で変化する前記振動波を受信する前記計測センサが出力した前記計測信号を蓄積し、前記積算部は、前記蓄積部に蓄積された計測信号を、前記周波数の変化に同期させて積算することとしてもよい。

また、前記蓄積部は、周波数が前記所定周期内で固定されている前記振動波を受信する前記計測センサが出力した前記計測信号を蓄積することとしてもよい。

本発明の第２の態様においては、周期性を有する振動波を発生させる振動発生装置と、前記振動発生装置が発生させた前記振動波を振動伝播媒体を介して受信する計測センサの性能を評価するセンサ評価装置と、を有するセンサ評価システムであって、前記センサ評価装置は、前記計測センサが出力した、前記振動伝播媒体の変位量の時間変化に対応する計測信号を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された計測信号を、所定周期毎に積算する積算部と、第１計測センサに対応する積算後の第１計測信号と、第２計測センサに対応する積算後の第２計測信号とを対比して、前記第１計測センサの性能を評価する評価部と、を備えるセンサ評価システムを提供する。

また、前記振動発生装置は、同一地点に設けられた前記第１計測センサ及び前記第２計測センサから離れた地点に設けられ、所定周期で繰り返される振動波を発生させることとしてもよい。

また、前記振動発生装置は、偏心錘が設けられた回転体を有し、前記回転体の回転に伴い前記振動波を発生させることとしてもよい。

また、前記センサ評価システムは、防振部材上に設置され、前記第１計測センサ及び前記第２計測センサが設置される設置台を更に備え、前記振動発生装置は、前記設置台上に設けられ、前記設置台に振動を発生させることとしてもよい。

また、前記振動発生装置は、ピエゾ振動子であり、一又は複数の前記ピエゾ振動子は、前記設置台への振動の作用方向が前記設置台の重心を通過するように、前記設置台上に設けられていることとしてもよい。

本発明の第３の態様においては、振動発生装置が発生させた周期性を有する振動波を振動伝播媒体を介して受信する計測センサが出力した、前記振動伝播媒体の変位量の時間変化に対応する計測信号を蓄積部に蓄積するステップと、前記蓄積部に蓄積された計測信号を、所定周期毎に積算するステップと、第１計測センサに対応する積算後の第１計測信号と、第２計測センサに対応する積算後の第２計測信号とを対比して、前記第１計測センサの性能を評価するステップと、を備えるセンサ評価方法を提供する。

本発明によれば、計測センサの性能を簡易に評価できるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るセンサ評価システム１の構成の一例を示す模式図である。 振動発生装置１０が発生させる振動波の一例を説明するための模式図である。 センサ評価装置３０の構成の一例を示すブロック図である。 計測振動信号の積算の一例を説明するための模式図である。 計測センサ７０−ａに対応する積算振動信号を離散フーリエ変換した結果を示す図である。 計測センサ７０−ｂに対応する積算振動信号を離散フーリエ変換した結果を示す図である。 計測センサ７０−ａの評価方法の一例を示す図である。 計測センサ７０−ｂの評価方法の一例を示す図である。 計測センサ７０の評価処理の流れの一例を示すフローチャートである。 振動発生装置１０の詳細構成の一例を示す図である。 振動発生装置１０が発生させる振動波の一例を示す図である。 第２の実施形態に係るセンサ評価システム１の構成の一例を示す模式図である。 計測センサ７０−ａに対応する積算振動信号を離散フーリエ変換した結果を示す図である。 計測センサ７０−ｂに対応する積算振動信号を離散フーリエ変換した結果を示す図である。

＜第１の実施形態＞
（センサ評価システムの概要）
図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係るセンサ評価システム１の概要について説明する。
図１は、第１の実施形態に係るセンサ評価システム１の構成の一例を示す模式図である。

図１に示すように、センサ評価システム１は、振動発生装置１０と、センサ設置部２０と、センサ評価装置３０とを有する。センサ評価システム１は、振動発生装置１０が人為的に発生させた振動波を、センサ設置部２０に設置された評価用の複数の計測センサ７０に受信させて、各計測センサ７０の性能を評価するシステムである。なお、振動発生装置１０、計測センサ７０及びセンサ評価装置３０は、ＧＰＳシステム８０から時刻情報を取得する。

振動発生装置１０は、制御された定常の振動波を人為的に発生させる装置である。具体的には、振動発生装置１０は、周期性を有する振動波を発生させる。振動発生装置１０は、例えば地面から所定深さだけ掘り下げたコンクリート製の設置床に設けられている。振動発生装置１０は、鋼材から成る固定部材によって設置床に固定されていてもよい。

振動発生装置１０は、発生させた振動波を地盤に向かって放射する。放射された振動波は、地盤を伝播して、センサ設置部２０に設けられた評価対象の複数の計測センサ７０によってそれぞれ計測される。振動発生装置１０は、所定期間（例えば１０日間）連続して定常の振動波を発生させる。また、振動発生装置１０は、振動波を発生させた際の動作ログをセンサ評価装置３０へ送信する。この際、振動発生装置１０は、動作ログにＧＰＳシステム８０から取得した時刻情報を対応づけて送信する。

図２は、振動発生装置１０が発生させる振動波の一例を説明するための模式図である。図２のグラフの横軸は時間（秒）であり、縦軸は振動波の周波数（Ｈｚ）である。振動発生装置１０は、図２に示すように所定周期（例えば、２００（ｓ））で繰り返される振動波を発生させる。振動発生装置１０から発生させる振動波は、所定周期内で周波数が変化するスイープ波形を有する。具体的には、振動発生装置１０は、２００（ｓ）周期内で５（Ｈｚ）から５０（Ｈｚ）の間で周波数が変化する振動波を発生させる。

図１に戻り、センサ設置部２０は、振動発生装置１０から離れた地点に設けられている。センサ設置部２０は、地面から所定深さだけ掘り下げたコンクリート製のマンホールの床面に設けられている。センサ設置部２０には、評価対象の計測センサ７０が設置される。センサ設置部２０は、例えばマンホールの床面に固定された設置台２１を含む。設置台２１の上面に、評価対象の複数の計測センサ７０が設置される。センサ設置部２０は、複数の計測センサ７０を設置台２１に固定させるための固定部材を含んでもよい。

複数の計測センサ７０は、振動発生装置１０から発生し振動伝播媒体である地盤を介して伝播された振動波に基づく振動信号の特性を計測する。計測センサ７０は、振動波による地盤の変位量の時間変化を検出するセンサである。ここでは、計測センサ７０は、加速度センサである。しかし、これに限定されず、計測センサ７０は、例えば速度センサであってもよい。

ここで、計測センサ７０の周囲等で自然地震が発生した場合には、計測センサ７０は、自然地震に基づく振動信号も計測する。このため、計測センサ７０が計測した計測振動信号には、振動発生装置１０が人為的に発生させた振動波に基づく振動信号に加えて、自然地震に基づく振動信号も含まれうる。複数の計測センサ７０は、それぞれ計測振動信号をセンサ評価装置３０へ送信（出力）する。この際、計測センサ７０は、計測振動信号に計測時刻情報を対応づけて送信する。なお、自然地震に基づく振動は、振動発生装置１０が発生させる振動とは異なり、通常周期性を有しない。
計測センサ７０は、所定のインターバル、例えば振動発生装置１０の最高振動周波数の２倍（好ましくは４倍以上）のインターバルで、振動信号（加速度）を計測して、内部の半導体ディスクから成る記録媒体（不図示）に、ＧＰＳシステム８０の時刻情報と共に測定した測定振動信号（加速度情報）を記録してもよい。

センサ評価装置３０は、例えばコンピュータであり、振動発生装置１０及び複数の計測センサ７０の各々と通信可能に接続されている。センサ評価装置３０は、振動発生装置１０が発生させた振動波を、地盤を介して受信する、センサ設置部２０に設置された複数の計測センサ７０の性能を評価する。

ところで、同一構造の計測センサ７０を複数製造しても、計測センサ７０の個体差に応じて性能のバラツキが発生しうる。性能のバラツキは、例えば計測時のセンサの内部で発生するセンサ特有のノイズに起因する計測結果のバラツキとして表れる。そして、計測センサ７０の性能のバラツキに応じて、振動波等を計測した計測振動信号の精度が低下する。

そこで、本実施形態に係るセンサ評価装置３０は、詳細は後述するが、振動発生装置１０が発生させた振動波をセンサ設置部２０に設置された複数の計測センサ７０に計測させ、各計測センサ７０が出力した計測振動信号を所定周期毎に積算し、積算後の積算振動信号に基づいて計測センサ７０の性能を評価する。外部振動に起因する外来ノイズは、定常的に発生しないノイズであることが多いのに対して、センサ特有のノイズは、定常的に発生するノイズであることが多い。そこで、各計測センサ７０が出力した計測振動信号を所定周期毎に積算することにより、外来ノイズの影響を低減させ、計測センサ７０固有のノイズの度合いを求めることで、計測センサ７０を適切に評価できる。この結果、外来ノイズが発生する環境においても、例えば地震探査に適した計測センサ７０を抽出することができる。

なお、上記では、振動発生装置１０が一つであることとしたが、これに限定されず、例えば振動発生装置１０が複数あってもよい。複数の振動発生装置１０は、それぞれ異なる位置に設置される。複数の計測センサ７０は、複数の振動発生装置１０の各々が発生させた振動波に基づく振動信号を計測し、計測振動信号をセンサ評価装置３０へ送信することになる。

（センサ評価装置３０の詳細構成）
図３を参照しながら、センサ評価装置３０の詳細構成について説明する。
図３は、センサ評価装置３０の構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、センサ評価装置３０は、通信部３１と、蓄積部３２と、制御部３３と、記憶部３４とを有する。

（通信部３１）
通信部３１は、有線又は無線の通信回線を介して、振動発生装置１０及び複数の計測センサ７０（具体的には、ｎ個の計測センサ７０−ａ、７０−ｂ、・・・、７０−ｎ）との間で各種情報の送受信を行う。通信部３１は、振動発生装置１０が所定期間（１０日間）に亘って振動波を発生させた際に、当該振動波を計測した複数の計測センサ７０の各々が出力した計測振動信号を受信する。この際、通信部３１は、計測センサ７０から計測時刻情報も受信する。
なお、通信部３１は、通信回線に代えて、各計測センサ７０内の半導体ディスク装置等の記録媒体に直接アクセスしても、同様の効果を得ることができる。

また、通信部３１は、振動発生装置１０から、振動発生装置１０が振動波を発生させた際の動作のログ情報を受信する。通信部３１は、受信した計測振動信号及びログ情報を蓄積部３２に供給する。

（蓄積部３２）
蓄積部３２は、通信部３１が複数の計測センサ７０の各々から受信した計測振動信号を、計測時刻と対応付けて蓄積する。具体的には、蓄積部３２は、振動発生装置１０が所定周期で繰り返し発生させた周期性を有する振動波（図２参照）を地盤を介して受信する複数の計測センサ７０の各々が出力した、地盤の変位量の時間変化に対応する計測振動信号を蓄積する。

蓄積部３２は、通信部３１が振動発生装置１０から受信した、振動発生装置１０が振動波を発生させた際のログ情報（時刻情報も含む）も蓄積する。蓄積部３２は、振動発生装置１０が振動波を発生させた期間分の計測振動信号及びログ情報を蓄積する。なお、前述したように振動発生装置１０、計測センサ７０及びセンサ評価装置３０は、ＧＰＳシステム８０から時刻情報を取得するので、計測振動信号及びログ情報も同期がとられている。なお、蓄積部３２は、例えばセンサ設置部２０（図１）に設けられた記録媒体であってもよい。

制御部３３は、例えばコンピュータ内にソフトウェアで実装される。制御部３３は、記憶部３４に記憶されている各種プログラムを実行することにより、センサ評価装置３０に係る機能を包括的に制御する。例えば、制御部３３は、振動発生装置１０から受信したログ情報から、振動発生装置１０が発生させる振動波を求める。

制御部３３は、蓄積部３２に蓄積された計測振動信号と、振動発生装置１０のログ情報とに基づいて、複数の計測センサ７０の機能を評価する。制御部３３は、複数の計測センサ７０の機能を評価するために、算出部３３１と、評価部３３２とを有する。

（算出部３３１）
算出部３３１は、蓄積部３２に蓄積された複数の計測センサ７０の計測振動信号を、計測センサ７０毎に積算する。例えば、算出部３３１は、計測振動信号を所定周期毎に足し合わせる。この際、算出部３３１は、振動発生装置１０の動作ログを参照して、蓄積部３２に蓄積された計測振動信号を振動波の位相と同期した所定周期毎に積算する。前述したように、振動発生装置１０が発生させる振動波の周波数は所定周期内で変化するので、算出部３３１は、蓄積部３２に蓄積された計測振動信号を、振動波の周波数の変化に同期させて積算する。算出部３３１が計測振動信号を積算することにより、定常的に発生しない外来ノイズのレベルが、振動発生装置１０が発生させた振動信号に基づく信号のレベルに対して小さくなる。

図４は、計測振動信号の積算の一例を説明するための模式図である。
前述したように、振動発生装置１０は、２００（ｓ）周期で振動波を発生させている（図２参照）。算出部３３１は、図４に示すように４００（ｓ）周期の計測振動信号Ｓ１を４個（すなわち、１６００（ｓ）分）取り出して足し合わせる。これにより、積算された４００（ｓ）分の積算振動信号Ｓ２となる。なお、上記では４００（ｓ）周期で計測振動信号Ｓ１を積算することとしたが、これに限定されず、例えば６００（ｓ）周期で計測振動信号Ｓ１を積算してもよい。

算出部３３１は、積算した４００（ｓ）単位の積算振動信号Ｓ２に対して離散フーリエ変換を行う。すなわち、算出部３３１は、積算振動信号Ｓ２の周波数解析を行う。前述したように、計測センサ７０が出力した計測振動信号Ｓ２には、振動発生装置１０が発生させた振動波に基づく振動信号に加えて、相対的にレベルが低下した外来ノイズ、及び計測センサ７０固有のノイズ（以下、センサノイズとも呼ぶ）に起因する振動信号も含まれる。このため、周波数解析を行うことで、周波数毎のスペクトル強度を求めることができるので、計測振動信号Ｓ１に含まれるセンサノイズの強度を検出することが可能となる。

ここで、図５及び図６を用いて、二つの計測センサ７０−ａ、７０−ｂの積算振動信号を離散フーリエ変換した結果について説明する。
図５は、計測センサ７０−ａに対応する積算振動信号を離散フーリエ変換した結果を示す図である。図６は、計測センサ７０−ｂに対応する積算振動信号を離散フーリエ変換した結果を示す図である。図５及び図６は、周波数毎のスペクトル強度をプロットしたグラフである。図５及び図６のグラフの横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、グラフの縦軸はスペクトル強度を示す。また、縦軸は、対数目盛りである。

なお、図５及び図６に示す例では、計測センサ７０−ａ、７０−ｂが、二つの振動発生装置１０（計測センサ７０−ａ、７０−ｂが固定されたセンサ設置部２０の近くに配置された振動発生装置（以下、振動発生装置１０−ａと呼ぶ）と、センサ設置部２０から振動発生装置１０−ａよりも遠くに配置された振動発生装置（以下、振動発生装置１０−ｂと呼ぶ）が発生させた振動波を計測しているものとする。振動発生装置１０−ａ、１０−ｂは、それぞれ２００（ｓ）周期内で５（Ｈｚ）から５０（Ｈｚ）の間で周波数が変化する振動波を発生させる。

ところで、図５及び図６においてプロットした結果を、それぞれ集合Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄ及び集合Ｓ４ａ〜Ｓ４ｄに分けることができる。集合Ｓ３ａ、Ｓ４ａは、振動発生装置１０−ａが発生させた振動波の周波数に対応するスペクトル強度を示す。集合Ｓ３ｂ、Ｓ４ｂは、振動発生装置１０−ｂが発生させた振動波の周波数に対するスペクトル強度を示す。集合Ｓ３ｃは、計測センサ７０−ａ固有のノイズを示し、集合Ｓ４ｃは、計測センサ７０−ｂ固有のノイズを示す。なお、集合Ｓ３ｄ、Ｓ４ｄは、振動発生装置１０−ａが発生させた振動波に起因して発生する周波数のスペクトル強度を示す。

図５及び図６を比較すると分かるように、計測センサ７０−ａに対応する集合Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ、及び計測センサ７０−ｂに対応する集合Ｓ４ａ、Ｓ４ｂとは、ほとんど同じ結果を示す一方で、センサ固有のノイズである集合Ｓ３ｃ、Ｓ４ｃは、異なる結果を示す。この集合Ｓ３ｃ、Ｓ４ｃが示すノイズの度合いの違いが、計測センサ７０−ａ、７０−ｂの性能の差を示すことになる。

特に、積算振動信号には、自然地震等に起因する外来ノイズと、計測センサ７０固有のセンサノイズとが含まれるが、センサノイズは、外来ノイズよりも大きくなりやすい。また、外来ノイズは不規則であるのに対して、センサノイズは周期性を有する。このため、上述したように計測振動信号を積算した積算振動信号を離散フーリエ変換することで、センサノイズに対応するスペクトルが目立つので、センサノイズを検出しやすい。

（評価部３３２）
評価部３３２は、算出部３３１によって積算された複数の計測センサ７０の積算振動信号に基づいて、各計測センサ７０の性能を評価する。ここで、評価部３３２は、複数の計測センサ７０の性能を相対評価する。例えば、評価部３３２は、積算振動信号に含まれる計測センサ７０固有のノイズの割合を求めることで、当該計測センサ７０の性能を評価する。

ここで、図５及び図６に示すように離散フーリエ変換した計測センサ７０−ａ、７０−ｂの評価方法の一例について、図７及び図８を参照しながら説明する。

図７は、計測センサ７０−ａの評価方法の一例を示す図である。図７に示すＬ３ａは、集合Ｓ３ａの回帰直線を示し、Ｌ３ｃは、集合Ｓ３ｃの回帰直線を示す。例えば、評価部３３２は、５（Ｈｚ）〜５０（Ｈｚ）間の集合Ｓ３ａ、Ｓ３ｃを最小二乗することで、回帰直線Ｌ３ａ、Ｌ３ｃを求める。そして、評価部３３２は、回帰直線Ｌ３ａとＬ３ｃとで挟まれた領域（以下、第１領域と呼ぶ）の大きさ（面積）を求めることで、計測センサ７０−ａのＳＮ比を求める。

図８は、計測センサ７０−ｂの評価方法の一例を示す図である。図８に示すＬ４ａは、集合Ｓ４ａの回帰直線を示し、Ｌ４ｃは、集合Ｓ４ｃの回帰直線を示す。評価部３３２は、回帰直線Ｌ４ａとＬ４ｃとで挟まれた領域（以下、第２領域と呼ぶ）の大きさ（面積）を求めることで、計測センサ７０−ｂのＳＮ比を求める。

評価部３３２は、第１領域と第２領域とを対比することで、計測センサ７０−ａ、７０−ｂの性能を相対評価する。図７及び図８を見ると分かるように、第１領域の面積は第２領域の面積よりも大きい。すなわち、計測センサ７０−ａのノイズの度合いが、計測センサ７０−ｂのノイズの度合いよりも小さい。このため、評価部３３２は、計測センサ７０−ａの性能が計測センサ７０−ｂの性能よりも優れていると評価する。なお、上述した例では、計測センサ７０−ａ、７０−ｂが、それぞれ第１計測センサ、第２計測センサに該当する。

また、評価部３３２は、図７において５０（Ｈｚ）以上の集合Ｓ３ｄの回帰直線と、５０（Ｈｚ）以上の集合３ｃの回帰直線とで挟まれた領域の大きさを求めることで、計測センサ７０−ａの高周波数におけるＳＮ比を求めてもよい。同様に、評価部３３２は、図８において５０（Ｈｚ）以上の集合Ｓ４ｄの回帰直線と、５０（Ｈｚ）以上の集合４ｃの回帰直線とで挟まれた領域の大きさを求めることで、計測センサ７０−ｂの高周波数におけるＳＮ比を求めてもよい。これにより、計測センサ７０−ａ、７０−ｂをより高精度に評価できる。

以上のように、評価部３３２は、計測センサ７０−ａの計測振動信号と計測センサ７０−ｂの計測振動信号とに基づいて、計測センサ７０−ａ及び計測センサ７０−ｂの性能を相対評価する。これにより、性能バラツキがある計測センサ７０−ａ、７０−ｂの性能を簡易に評価することができる。
特に、積算振動信号には、自然地震に対応するノイズと、計測センサ７０固有のノイズとが含まれるが、前述したように計測振動信号を積算した積算振動信号を離散フーリエ変換することで、計測センサ７０固有のノイズを検出しやすい。これにより、仮に計測中に自然地震が発生しても、計測センサ７０固有のノイズの度合いを求めることができるので、計測センサ７０の性能を適切に評価することができる。この結果、自然地震を無視できるような環境下での計測や、自然地震の影響を吸収する特殊な設備が不要となり、様々な環境下で簡易に計測センサ７０の性能を評価することができる。

上記では、評価部３３２が、センサ設置部２０に設置された計測センサ７０−ａ、７０−ｂの計測振動信号を積算した積算振動信号を用いて、計測センサ７０−ａ、７０−ｂの性能を相対評価することとしたが、これに限定されない。

例えば、計測センサ７０−ｂが基準となる計測センサ（基準センサとも呼ぶ）であるとした場合には、評価部３３２は、計測センサ７０−ａの積算振動信号と基準センサ（計測センサ７０−ｂ）の積算振動信号とを対比して、計測センサ７０−ａの性能を評価してもよい。具体的には、評価部３３２は、計測センサ７０−ａの第１領域の大きさと、基準センサ（計測センサ７０−ｂ）の第２領域の大きさとを対比して、計測センサ７０−ａの性能を評価する。なお、かかる場合には、基準センサである計測センサ７０−ｂは、計測センサ７０−ａと一緒にセンサ設置部２０に設置されてもよいが、これに限定されない。例えば、計測センサ７０−ａと計測センサ７０−ｂを異なる期間にセンサ設置部２０に設置し、計測センサ７０−ａ、７０−ｂに振動波を計測させてもよい。

また、評価部３３２は、複数の計測センサ７０の積算振動信号の平均値又は中央値と、複数の計測センサ７０の各々の積算振動信号とを対比して、各計測センサ７０の性能を相対評価してもよい。これにより、複数の計測センサ７０の性能を高精度に相対評価することができる。

上記では、評価部３３２は、二つの回帰直線に挟まれた領域の大きさで計測センサ７０のＳＮ比の度合いを求めることとしたが、これに限定されない。例えば、評価部３３２は、周波数毎にＳＮ比の度合いを求めて、計測センサ７０の性能を評価してもよい。

図３に戻り、記憶部３４は、制御部３３が制御を行うための各種プログラムや各種データを記憶する。記憶部３４は、算出部３３１が積算した積算振動信号を計測センサ７０毎に記憶してもよい。なお、積算振動信号は、記憶部３４に代えて、蓄積部３２に記憶されてもよい。また、記憶部３４は、評価部３３２の評価結果を記憶してもよい。

（センサ評価処理の流れ）
図９を参照しながら、センサ評価装置３０による計測センサ７０の評価処理の一例について説明する。
図９は、計測センサ７０の評価処理の流れの一例を示すフローチャートである。

本処理は、振動発生装置１０が振動波を発生させるところから開始される（ステップＳ１０２）。振動発生装置１０が発生させた振動波は、センサ設置部２０に設置された複数の計測センサ７０によって計測される。振動発生装置１０は所定期間振動波を発生させており、複数の計測センサ７０は、当該所定期間振動波の計測を行う。複数の計測センサ７０は、計測結果である計測振動信号を出力する。

次に、センサ評価装置３０の通信部３１は、複数の計測センサ７０の各々が出力した計測振動信号を受信する（ステップＳ１０４）。この際、通信部３１は、振動発生装置１０から、振動発生装置１０が振動波を発生させた際の動作のログ情報も受信する。

次に、蓄積部３２は、通信部３１が受信した計測振動信号を計測センサ７０毎に蓄積する（ステップＳ１０６）。蓄積部３２は、通信部３１が受信した振動発生装置１０の動作ログも蓄積してもよい。なお、振動発生装置１０、計測センサ７０及びセンサ評価装置３０は、ＧＰＳシステム８０から取得された時刻情報により同期がとられているので、計測振動信号及びログ情報も同期がとられている。

次に、算出部３３１は、蓄積部３２に蓄積された計測振動信号を所定周期毎に積算する（ステップＳ１０８）。具体的には、算出部３３１は、振動発生装置１０の動作ログを参照して、蓄積部３２に蓄積された計測振動信号を振動波の位相と同期した所定周期毎に足し合わせる（図４参照）。そして、算出部３３１は、積算した所定単位の積算振動信号に対して離散フーリエ変換を行う（図５及び図６参照）。

次に、評価部３３２は、算出部３３１によって積算された複数の計測センサ７０の積算振動信号に基づいて、各計測センサ７０の性能を評価する（ステップＳ１１０）。例えば、図７及び図８に示すように、積算振動信号に含まれる計測センサ７０−ａ、７０−ｂ固有のノイズの割合を求めることで、センサ設置部２０に設置された計測センサ７０−ａ、７０−ｂの性能を相対評価する。

（振動発生装置１０の詳細構成の一例）
上述した振動発生装置１０は、計測センサ７０と共に、例えば地下内部の様子を観察する能動的地震探査に用いられうる。この場合、振動発生装置１０は、常設型の震源装置であるＡＣＲＯＳＳとなり、偏心錘を回転させることで鉛直方向及び水平方向の振動波を発生させる。

以下では、図１０を参照しながら、振動発生装置１０の詳細構成の一例について説明する。
図１０は、振動発生装置１０の詳細構成の一例を示す図である。なお、図１０（Ａ）は振動発生装置１０の斜視図を示し、図１０（Ｂ）は振動発生装置１０の正面図を示す。

振動発生装置１０は、回転軸１１と、錘１２と、サーボモータ１３とを有する。
錘１２は、回転体である回転軸１１に対して偏心するように取り付けられた偏心錘である。サーボモータ１３は、回転軸１１と連結しており、回転軸１１（錘１２）の回転を精密に制御する。これにより、制御された振動波が発生する。

サーボモータ１３は、錘１２を図１０（Ｂ）に示す正方向と逆方向のいずれか一方に回転させる。ここで、錘１２が正方向に回転した場合に、水平方向「Ｘ」及び鉛直方向「Ｚ」の振動波が振動発生装置１０から発生するものとする。すると、錘１２を逆方向に回転した場合には、水平方向「−Ｘ」及び鉛直方向「Ｚ」の振動波が振動発生装置１０から発生することになる。そして、振動発生装置１０は、第１期間に錘１２を正方向に回転させて水平方向「Ｘ」、鉛直方向「Ｚ」の振動数を発生させ、第２期間に錘１２を逆方向に回転させて水平方向「−Ｘ」、鉛直方向「Ｚ」の振動数を発生させる。

図１１は、振動発生装置１０が発生させる振動波の一例を示す図である。図１１（Ａ）は、錘１２を正方向に回転（以下、正回転）させた場合の１時間分の振動波の周波数を示し、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の次の１時間において錘１２を逆方向に回転（以下、逆回転）させた場合の１時間分の振動波の周波数を示す。振動発生装置１０は、例えば１０日間、正回転と逆回転とを交互に連続して繰り返す。

なお、図１１では、「０（ｓ）〜２８００（ｓ）」の間は、振動発生装置１０は定常運転（正回転又は逆回転）しており、「２８００（ｓ）〜３０００（ｓ）」の間は、振動発生装置１０は反転運転している。また、「３０００（ｓ）〜３６００（ｓ）」の間では、振動発生装置１０は次の１時間のための慣らし運転（逆回転又は正回転）している。そして、振動発生装置１０は、正回転の定常運転中に「５Ｈｚ〜５０Ｈｚ」の間で変化する振動波を発生させ、逆回転の定常運転中に「−５Ｈｚ〜−５０Ｈｚ」の間で変化する振動波を発生させる。

正回転時に振動発生装置１０から発生した振動波と逆回転時に振動発生装置１０から発生した振動波とを加算すると、振動波の水平方向成分を除去することができる。一方で、正回転時に振動発生装置１０から発生した振動波から逆回転時に振動発生装置１０から発生した振動波を減算すると、振動波の鉛直方向成分を除去することができる。

同様に、正回転時に計測センサ７０で受信した測定振動信号と逆回転時に計測センサ７０で受信した測定振動信号とを加算すると、測定振動信号の水平方向成分を除去することができる。一方で、正回転時に計測センサ７０で受信した測定振動信号から逆回転時に計測センサ７０で受信した測定振動信号を減算すると、測定振動信号の鉛直方向成分を除去することができる。これにより、センサ評価装置３０は、測定振動信号の水平方向成分又は鉛直方向成分を積算することで、計測センサ７０の性能を評価できる。

（第１の実施形態における効果）
上述したように、センサ評価装置３０は、センサ設置部２０に設置された複数の計測センサ７０の各々が出力した、振動発生装置１０が人為的に発生させた周期性を有する振動波を計測した計測振動信号に基づいて、複数の計測センサ７０の性能を評価する。具体的には、センサ評価装置３０は、複数の計測センサ７０の各々が出力した計測振動信号を所定周期毎に積算し、積算後の積算振動信号に基づいて複数の計測センサ７０の性能を評価する。

かかる場合には、地震等の外来ノイズが発生する環境に複数の計測センサ７０を設置した場合であっても、各計測センサ７０に対応する積算振動信号に含まれる性能バラツキに起因するノイズの割合（ＳＮ比）を求めることで、複数の計測センサ７０の性能を適切に評価できる。
特に、本実施形態によれば、計測振動信号を積算した積算振動信号を離散フーリエ変換することで、計測センサ７０固有のノイズを検出しやすいので、計測センサ７０の性能を適切に評価することができる。この結果、自然地震を無視できるような環境下での計測や、自然地震の影響を吸収する特殊な設備が不要となり、様々な環境下で簡易に計測センサ７０の性能を評価することができる。また、周波数ごとにＳＮ比を把握することができるため、計測センサ７０の周波数ごとの優劣を把握することも可能である。

＜第２の実施形態＞
図１２を参照しながら、第２の実施形態に係るセンサ評価システム１の構成について説明する。
図１２は、第２の実施形態に係るセンサ評価システム１の構成の一例を示す模式図である。

第１の実施形態では、図１に示すように、振動発生装置１０が、複数の計測センサ７０が設置されたセンサ設置部２０から離れて設置されている。これに対して、第２の実施形態では、振動発生装置である振動子４２及び計測センサ７０が同じ空間（例えば工場）内に設置された状態で、計測センサ７０の性能を評価する。

第２の実施形態に係るセンサ評価システム１は、図１２に示すように、センサ評価装置３０と、設置台４０と、振動子４２と、ダンパー４３と、ダンパー４４と、を有する。第２の実施形態では、振動子４２が、複数の計測センサ７０が設置された、振動伝播媒体である設置台４０に振動を発生させる。

設置台４０は、例えば矩形状の台である。設置台４０は、例えばアルミ製であり、十分な剛性を有する。設置台４０の上面には、評価対象の複数の計測センサ７０が設置されている。設置台４０は、防振部材であるダンパー４３（具体的にはエアダンパー）を介して地面上に設けられている。

振動子４２は、例えばピエゾ振動子であり、上下方向に振動する。振動子４２は、所定期間、繰り返して振動する。また、振動子４２は、周波数を変化させながら振動波を発生させる第１の実施形態の振動発生装置１０とは異なり、所定期間内で周波数が固定されるように振動する。ここでは、振動子４２は、周波数が５０（Ｈｚ）となるように振動する。

振動子４２は、設置台４０の中央に設置されている。図１２では、振動子４２がダンパー４４（具体的にはゴムダンパー）を介して設置台４０上に設置されている。しかし、これに限定されず、振動子４２は、ダンパー４４を介さずに設置台４０上に設置されてもよい。

振動子４２は、設置台４０の重心上に設置されてもよい。かかる場合には、振動子４２の振動に伴うモーメントの発生を防止できるので、設置台４０全体を均一に変位（振動）させることができる。また、設置台４０は、縦及び横が１（ｍ）の大きさとなっており、この大きさは振動子４２が発生させる振動波の波長よりも十分に小さい。これにより、振動子４２が振動した際に設置台４０全体が均一に変位するものとして扱えるので、振動子４２に対する複数の計測センサ７０の設置位置による影響を無視できる。

評価対象の計測センサ７０は、振動子４２の周囲に複数設置されている。複数の計測センサ７０は、例えばソケットによって、設置台４０上に固定されている。複数の計測センサ７０は、振動伝播媒体である設置台４０を経由して伝達される振動波を計測し、設置台４０の変位量の時間変化に対応する計測振動信号を出力する。第２の実施形態でも、計測センサ７０が加速度センサであるが、これに限定されず、例えば計測センサ７０は速度センサであってもよい。

上記では、振動子４２が１個設けられていることとしたが、これに限定されない。例えば、振動子４２が２個設けられてもよい。かかる場合には、２個の振動子４２は、設置台４０への振動の作用方向（具体的には、２個の振動子４２の振動の作用方向を合成した方向）が設置台４０の重心を通過するように、設置台４０に設置されることが望ましい。これにより、振動子４２を複数設置しても、設置台４０全体を均一に変位（振動）させることができる。

センサ評価装置３０は、設置台４０に固定された複数の計測センサ７０の各々が出力した、振動子４２が発生させた振動波を計測した計測振動信号に基づいて、複数の計測センサ７０の性能を評価する。センサ評価装置３０は、図３に示す第１の実施形態と同様に、通信部３１と、蓄積部３２と、算出部３３１と、評価部３３２と、記憶部３４と、を有する。

第２の実施形態でも、蓄積部３２は、通信部３１が複数の計測センサ７０（ｎ個の計測センサ７０−ａ、７０−ｂ、・・・、７０−ｎ）の各々から受信した計測振動信号を、計測センサ７０毎に蓄積する。
算出部３３１は、蓄積部３２に蓄積された複数の計測センサ７０の計測振動信号を、所定周期毎に積算する。また、算出部３３１は、積算後の積算振動信号に対して離散フーリエ変換を行う。
評価部３３２は、算出部３３１が離散フーリエ変換した結果に基づいて、複数の計測センサ７０の性能を評価する。

図１３及び図１４を参照しながら、具体的な評価方法の一例を説明する。
図１３は、計測センサ７０−ａに対応する積算振動信号を離散フーリエ変換した結果を示す図である。図１４は、計測センサ７０−ｂに対応する積算振動信号を離散フーリエ変換した結果を示す図である。図１３及び図１４は、前述した図５及び図６と同様に、周波数毎のスペクトル強度をプロットしたグラフである。

前述したように振動子４２は、５０（Ｈｚ）の固定周波数で振動するため、図１３及び図１４に示すように５０（Ｈｚ）でピークを示すグラフとなっている。そして、図１３において楕円Ｃ１で囲まれた部分（淡い点の集合）が、計測センサ７０−ａ固有のノイズに起因する部分となっており、図１４において楕円Ｃ２で囲まれた部分（淡い点の集合）が、計測センサ７０−ｂ固有のノイズに起因する部分となっている。なお、楕円Ｃ１、Ｃ２以外の部分（濃い点の集合）は、計測センサ７０−ａ、７０−ｂとも同じような結果を示している。

楕円Ｃ１、Ｃ２で囲まれた部分を比較すると分かるように、楕円Ｃ１で囲まれた部分が、楕円Ｃ２で囲まれた部分よりも目立っている。すなわち、計測センサ７０−ａ固有のノイズの度合いが、計測センサ７０−ｂ固有のノイズの度合いよりも大きい。このため、計測センサ７０−ｂの性能が、計測センサ７０−ａの性能よりも優れていると評価できる。

上述した第２の実施形態でも、センサ評価装置３０は、複数の計測センサ７０の各々が出力した計測振動信号を積算し、積算後の積算振動信号に基づいて複数の計測センサ７０の性能を評価する。
これにより、地震等の外来ノイズが発生する環境に複数の計測センサ７０を設置した場合であっても、各計測センサ７０に対応する積算振動信号に含まれる性能バラツキに起因するノイズの割合（ＳＮ比）を求めることで、複数の計測センサ７０の性能を適切に評価できる。特に、第２の実施形態の場合には、振動発生装置である振動子４２と評価対象の複数の計測センサ７０とを同一場所に設置するので、より簡易に計測センサ７０の性能を評価できる。

なお、上記では、振動子４２が、固定周波数（５０Ｈｚ）で振動することとしたが、これに限定されない。例えば、振動子４２は、第１の実施形態と同様に、周波数を変化させながら振動してもよい。

また、上記では、設置台４０に設置された複数の計測センサ７０の全ての性能を相対評価することとしたが、これに限定されない。例えば、基準となる計測センサ（基準センサ）及び評価対象の計測センサ７０を設置台４０に一緒に設置させ、計測センサ７０の性能を基準センサの性能と対比して比較してもよい。

また、上記では、設置台４０に複数の計測センサ７０を設置することとしたが、これに限定されない。例えば、設置台４０に１個ずつ計測センサ７０を設置して、当該計測センサ７０の性能を評価してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ センサ評価システム
１０ 振動発生装置
２０ センサ設置部
３０ センサ評価装置
３２ 蓄積部
４０ 設置台
４２ 振動子
７０ 計測センサ
３３１ 算出部
３３２ 評価部

Claims (13)

1. 振動発生装置が発生させた周期性を有する振動波を振動伝播媒体を介して受信する計測センサが出力した、前記振動伝播媒体の変位量の時間変化に対応する計測信号を蓄積する蓄積部と、
   前記蓄積部に蓄積された計測信号を、所定周期毎に積算する積算部と、
   第１計測センサに対応する積算後の第１計測信号と、第２計測センサに対応する積算後の第２計測信号とに基づいて、前記第１計測センサの性能を評価する評価部と、
   を備える、センサ評価装置。
2. 前記評価部は、前記第１計測信号と前記第２計測信号とに基づいて、前記第１計測センサ及び前記第２計測センサの性能を相対評価する、
   請求項１に記載のセンサ評価装置。
3. 前記評価部は、前記第１計測信号及び前記第２計測信号の平均値又は中央値に基づいて、前記第１計測センサ及び前記第２計測センサの性能を相対評価する、
   請求項２に記載のセンサ評価装置。
4. 前記評価部は、前記第１計測信号と、基準センサである前記第２計測センサの前記第２計測信号とを対比して、前記第１計測センサの性能を評価する、
   請求項１に記載のセンサ評価装置。
5. 前記蓄積部は、所定周期で繰り返される前記振動波を受信する前記計測センサが出力した前記計測信号を蓄積し、
   前記積算部は、前記蓄積部に蓄積された計測信号を、前記振動波の位相と同期した所定周期毎に積算する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサ評価装置。
6. 前記蓄積部は、周波数が前記所定周期内で変化する前記振動波を受信する前記計測センサが出力した前記計測信号を蓄積し、
   前記積算部は、前記蓄積部に蓄積された計測信号を、前記周波数の変化に同期させて積算する、
   請求項５に記載のセンサ評価装置。
7. 前記蓄積部は、周波数が前記所定周期内で固定されている前記振動波を受信する前記計測センサが出力した前記計測信号を蓄積する、
   請求項５に記載のセンサ評価装置。
8. 周期性を有する振動波を発生させる振動発生装置と、
   前記振動発生装置が発生させた前記振動波を振動伝播媒体を介して受信する計測センサの性能を評価するセンサ評価装置と、を有するセンサ評価システムであって、
   前記センサ評価装置は、
   前記計測センサが出力した、前記振動伝播媒体の変位量の時間変化に対応する計測信号を蓄積する蓄積部と、
   前記蓄積部に蓄積された計測信号を、所定周期毎に積算する積算部と、
   第１計測センサに対応する積算後の第１計測信号と、第２計測センサに対応する積算後の第２計測信号とを対比して、前記第１計測センサの性能を評価する評価部と、
   を備える、
   センサ評価システム。
9. 前記振動発生装置は、同一地点に設けられた前記第１計測センサ及び前記第２計測センサから離れた地点に設けられ、所定周期で繰り返される振動波を発生させる、
   請求項８に記載のセンサ評価システム。
10. 前記振動発生装置は、偏心錘が設けられた回転体を有し、前記回転体の回転に伴い前記振動波を発生させる、
    請求項９に記載のセンサ評価システム。
11. 防振部材上に設置され、前記第１計測センサ及び前記第２計測センサが設置される設置台を更に備え、
    前記振動発生装置は、前記設置台上に設けられ、前記設置台に振動を発生させる、
    請求項８に記載のセンサ評価システム。
12. 前記振動発生装置は、ピエゾ振動子であり、
    一又は複数の前記ピエゾ振動子は、前記設置台への振動の作用方向が前記設置台の重心を通過するように、前記設置台上に設けられている、
    請求項１１に記載のセンサ評価システム。
13. 振動発生装置が発生させた周期性を有する振動波を振動伝播媒体を介して受信する計測センサが出力した、前記振動伝播媒体の変位量の時間変化に対応する計測信号を蓄積部に蓄積するステップと、
    前記蓄積部に蓄積された計測信号を、所定周期毎に積算するステップと、
    第１計測センサに対応する積算後の第１計測信号と、第２計測センサに対応する積算後の第２計測信号とを対比して、前記第１計測センサの性能を評価するステップと、
    を備える、センサ評価方法。