WO2016151716A1 - センサ端末の故障または異常の検出方法 - Google Patents

センサ端末の故障または異常の検出方法 Download PDF

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久功 松本
史郎 眞澤
道雄 井口
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/005—Testing or calibrating of detectors covered by the subgroups of G01H3/00

Definitions

  • the determination whether the values of the first received signal and the second received signal match or does not match is made quantitatively using an index based on probability statistics.
  • a method of determining based on a correlation coefficient will be described with reference to FIG.
  • FIG. 16 is an example of the first vibration receiving signal and the second vibration receiving signal received from the first sensor terminal 1 and the second sensor terminal 2, respectively.
  • the first received signal and the second received signal include errors, and thus do not completely match.
  • these correlation coefficients are calculated by the following (Equation 1).
  • C is the correlation coefficient
  • x i is the i th sample value of the first received signal
  • X is the average value of the first received signal
  • y i is the i th sample value of the second received signal
  • Y is the average value of the second received signal
  • N is the number of samples of the first received signal and the second received signal.
  • the external vibration detected by the sensor terminal 1 by the detection method of the present invention may be generated using a vibration generator, or may be natural vibration applied by the surrounding environment.
  • a vibration generator is not necessary, and the storage device can be further reduced in cost.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the internal structure of the sensor terminal 1.
  • the sensor terminal 1 includes a sensor unit 3 including sensors 1 to L, a communication unit 4 including a communication microcomputer and a communication circuit, a microcomputer 5, and a memory 6.
  • the sensors 1 to L constituting the sensor unit 3 are, for example, an acceleration sensor, a speed sensor, a GNSS geophone, a temperature sensor, an illuminance sensor, a humidity sensor, an atmospheric pressure sensor, etc., and are composed of at least one sensor. .
  • the communication unit 4 preferably performs wireless communication with the communication circuit 8 of the storage device 2, for example, wireless LAN such as IEEE802.11a, b, g, n, Bluetooth (registered trademark), transferjet, UWB, etc.
  • Wireless PAN system can be used.
  • a wireless communication method is used for the communication unit 4
  • an antenna, a coupler, or the like is connected to the terminal.
  • the communication part 4 may be implement
  • FIG. 3 is a block diagram of an apparatus configuration that can be used in the detection method of the present invention.
  • N sensor terminals 1 are stored in slots 1 to N of the storage device 2 (here, slots 1 to N are slots of arbitrary coordinates in which the sensor terminals 1 are stored).
  • the storage device 2 includes a plurality of communication circuits 8 for connecting to the sensor terminal 1, a CPU 9, and a communication circuit 10 for connecting to an upper external device.
  • the storage device 2 detects that the sensor terminal 1 is mounted in each slot by means of detecting whether or not the sensor terminal 1 is stored, which is not shown in FIG. 3, and detects the sensor via the communication circuit 8.
  • a connection is established with the terminal 1 and a vibration receiving signal is received.
  • the CPU 9 is programmed with a comparison operation unit, and performs a comparison procedure on the received signal.
  • the communication circuit 10 can transmit the received signal or the result of the comparison procedure to a host server or storage.
  • the communication circuit 4 is, for example, a wireless LAN such as IEEE802.11a, b, g, or n, or a wireless PAN system such as Bluetooth, transferjet, or UWB, and an RF circuit portion and a baseband circuit portion. Electrical signals output from the sensors 1 to L included in the sensor unit 3 of the sensor terminal 1 are sent to the CPU 9 via the communication circuit 4.
  • a wireless LAN such as IEEE802.11a, b, g, or n
  • a wireless PAN system such as Bluetooth, transferjet, or UWB
  • FIG. 17 shows an example of a block configuration of internal processing of the CPU 9.
  • the sensor data is stored in the sensor data storage unit via the sensor data receiving unit.
  • the sensor data stored in the sensor data storage unit at least two data sets are read out by the sensor data selection unit, passed to the comparison operation unit, and comparison operation is performed.
  • the comparison calculation result output from the comparison calculation unit is stored in the comparison calculation data storage unit, and the comparison result determination unit determines match / mismatch with reference to a specific threshold value.
  • the determination result is sent to the communication circuit 10 via the data transmission unit and stored in a higher-level database or the like.
  • FIG. 4 is a diagram showing a slot arrangement of the storage device.
  • the slots are arranged in a grid pattern, and are expressed by coordinates such as slot (i, j).
  • i and j are arbitrary integers.
  • the slot arrangement shown here represents each slot for accommodating the sensor terminal 1 in the schematic diagram shown in FIG. 1, for example, and slot (1, 1) in FIG. 4 is the uppermost left slot in FIG.
  • the four slots (I, J) correspond to the lower right slot in FIG.
  • FIG. 5 is a process flow diagram in the apparatus configuration.
  • the storage device 2 checks whether or not the sensor terminal 1 is stored in each slot. Subsequently, when the storage of the sensor terminal 1 is detected, a comparison procedure is performed. Subsequently, when it is determined that the operation is normal as a result of the comparison procedure, the process is terminated. On the other hand, if it is determined that there is a failure or abnormality, the failure is notified to the upper server and the procedure is terminated.
  • FIG. 6 is a process flow diagram of a comparison procedure in the apparatus configuration.
  • the storage device 2 turns on the power of the sensor terminal 1 in the slot (i, j) and the slot (i + 1, j).
  • the time-series data s i, j and s i + 1, j of the received signal of the sensor terminal 1 in the slot (i, j) and the slot (i + 1, j) are received.
  • a comparison operation is performed on s i, j and s i + 1, j .
  • the correlation value is equal to or greater than the reference value as a result of the comparison calculation, it is determined that both the sensor terminals 1 in the slot (i, j) and the slot (i + 1, j) are normal, and the procedure is completed. On the other hand, if the correlation value is less than or equal to the reference value, the sensor terminals 1 in the slot (i, j) and the slot (i, j + 1) are subsequently turned ON. Subsequently, the time series data s i, j , s i, j + 1 of the received signal of the sensor terminal 1 in the slot (i, j) and the slot (i, j + 1) is received.
  • a comparison operation is performed on s i, j and s i, j + 1 . If the correlation value is greater than or equal to the reference value as a result of the comparison calculation, it is determined that the sensor terminal 1 in slot (i, j) is normal and the sensor terminal in slot (i + 1, j) is faulty or abnormal, and the procedure is completed. To do. On the other hand, if the correlation value is less than the reference value, it is determined that the sensor terminal 1 in the slot (i, j) is faulty or abnormal and the sensor terminal in the slot (i + 1, j) is normal, and the procedure is completed.
  • a wireless LAN such as IEEE802.11a, b, g, or n
  • a wireless PAN system such as Bluetooth, transferjet, or UWB
  • an antenna, a coupler, or the like is connected to the terminal.
  • the communication part 4 may be implement
  • the CPU 9 is programmed with a comparison operation unit, and performs a comparison procedure on the received signal.
  • the communication circuit 10 can transmit the received signal or the result of the comparison procedure to a host server or storage.
  • the power supply means 11 can charge the sensor terminal 1 stored in the storage device 2, and the charging procedure is performed based on a charge control unit programmed in the CPU 9.
  • the CPU 9 is programmed with a data collection control unit, and the data stored in the memory 6 of the sensor terminal 1 can be collected via the communication unit 4 and the communication means 8. The collected data is stored in the memory 12 or is transmitted to a host server or storage via the communication circuit 10.
  • the power supply circuit 13 supplies power to each block of the storage device 2.
  • FIG. 18 shows an example of a block configuration of internal processing of the CPU 9.
  • the CPU 9 has a block group corresponding to the comparison calculation unit 14, the charge control unit 15, and the data collection control unit 16.
  • the comparison calculation unit 14 first stores the sensor data in the sensor data storage unit via the reception unit. Subsequently, at least two data sets are read out from the sensor data stored in the sensor data storage unit by the sensor data selection unit, passed to the comparison calculation unit, and a comparison calculation is performed. The comparison calculation result output from the comparison calculation unit is stored in the comparison calculation data storage unit, and the comparison result determination unit determines match / mismatch with reference to a specific threshold value. The determination result is sent to the communication circuit 10 via the data transmission unit and stored in a higher-level database or the like. In addition, when the comparison result determination unit determines that the sensor data does not match, the result is transmitted to the sensor data selection unit, and the data set that does not match is compared with another data set. Identify.
  • the charge control unit 15 selects what should be charged from the sensor terminals 1 mounted in the slots by the charge management unit, and issues a command to the power supply unit.
  • the power supply unit supplies power from the power supply circuit 13 to the power supply unit 11 connected to the selected sensor terminal 1.
  • FIG. 10 is an example of a vibration receiving signal output from the sensor terminal.
  • the vibration receiving signal is time series data of acceleration.
  • the time sampling interval is on the order of several microseconds to several milliseconds, but other values may be taken according to the required value of analysis accuracy.
  • Seismic exploration generally uses data output by a one-dimensional acceleration sensor in the vertical direction with respect to the ground surface. However, for more advanced seismic exploration, triaxial acceleration sensors and other auxiliary sensor data may be used.
  • Comparison calculation for time series data consisting of median values of received signals s i, j and received signals s i-1, j , s i + 1, j , s i, j-1 , s i, j + 1
  • the failure or abnormality of the sensor terminal 1 stored in the slot (i, j) is detected.
  • comparison operation the above-described plurality of comparison operations may be performed together.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a second example of the storage device 2.
  • FIG. 14 shows a drawer type in which flat storage devices 2 are stacked in the vertical direction. The number of sensor terminals 1 that can be stored can be increased.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of a third example of the storage device 2.
  • the storage devices 2 shown in FIGS. 1, 13, and 14 are all shown in a structure in which the sensor terminals 1 are arranged in a grid pattern.
  • the arrangement method may not be a grid pattern.
  • FIG. It is a case where it arranges in a shape.
  • the storage efficiency can be increased by arranging the sensor terminal 1 in a hexagonal lattice shape.

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Abstract

　地震探査業務において、人手や高価な装置を使用せずに大量のセンサ端末の故障や異常を検出する方法を開示している。　外部からの振動を検出するセンサを有するセンサ端末を複数個準備し、前記振動を前記複数個のセンサ端末が受振して受振信号を出力し、第１のセンサ端末が出力する第１の受振信号と、第２のセンサ端末が出力する第２の受振信号を比較することにより、前記第１または第２センサのいずれかが故障または異常であることを検出する。

Description

センサ端末の故障または異常の検出方法
　本技術は物理探査で用いられるセンサ端末の故障または異常の検出方法に関する。特に、固体、液体、気体の全ての鉱物性炭化水素を含む石油資源を対象とした地震探査で用いられるセンサ端末の故障または異常の検出方法に関する。
　石油資源の探査業務は巨額の資金を要し、かつリスクの高い作業である。探査のコスト低減および精度向上を目的に、探査フィールドの広域化・センサ端末数の大規模化が石油産業の業界トレンドとなっている。ここでセンサ端末とは、地震探査で主に用いられるジオフォンや、半導体センサ、MEMSセンサ、等からなる振動を検出できるセンサ端末のことを指す。地震探査の次世代システムでは、1システムあたりのセンサ端末数100万台を目標としており、これを実現するには例えば1日あたり3万台のセンサ端末のフィールドへの埋設、回収、データ収集、メンテナンス作業、等のオペレーションが必要となる。したがって、地震探査業務フローの効率化が探査作業のコストを決定する重要な要素となる。
　地震探査業務の効率化を目的に、例えば特許文献1に、地震データを収集するための中継機に端末のテスト・品質確認機能を持たせるシステムが記載されている。
特開2003-232865号公報
　地震探査業務の中で、日々大量に回収されるセンサ端末のデータ収集およびメンテナンス作業は最も時間と人手を要する工程の一つである。メンテナンス作業にはセンサ端末の充電と故障や異常の検出が含まれ、特に故障・異常の検出作業では従来は効率的な方法が存在しなかった。ここで故障とは、センサ端末が外部から加えられた振動と無相関な受振信号を出力する状態のことを言い、例えば、受振信号がランダム信号や一定信号（出力が0のときを含む）であるような状態である。
　また異常とは、外部から加えられた振動の真値とセンサ端末が出力する受振信号として記録された値との誤差が許容値を超えるような状態のことを言い、ここで誤差の許容値は石油開発事業の事案毎で地震探査に要求される分析精度に応じて決定される量である。
　地震探査業務において、人手や高価な装置を使用せずに大量のセンサ端末の故障や異常を検出する方法が望まれている。
　本発明が開示する方法は、外部からの振動を検出するセンサを有するセンサ端末を複数個準備し、前記振動を前記複数個のセンサ端末が受振して受振信号を出力し、第１のセンサ端末が出力する第１の受振信号と、第２のセンサ端末が出力する第２の受振信号を比較することにより、前記センサの故障または異常を検出することを特徴とする検出方法である。
　また、本発明が開示する別の方法は、外部からの振動を検出するセンサを有するセンサ端末を複数個準備し、前記振動を前記複数個のセンサ端末が受振して受振信号を出力し、第１のセンサ端末が出力する第１の受振信号と、第２のセンサ端末が出力する第２の受振信号を比較することにより、前記センサの故障または異常を検出する方法であり、前記複数個のセンサ端末は格子状に配列されたスロットに収納され、前記第１のセンサ端末と前記第２のセンサ端末は、互いに隣接したスロットに収納されたセンサ端末から選ばれることを特徴とした検出方法である。ただし、ここで格子状とは、例えば碁盤目状の格子、三角格子、六方格子、等である。
　本発明の方法では、センサの故障または異常を検出するためのリファレンスセンサを必要としないことから、装置を低コストにできる。また、故障または異常の検出する工程を自動化できるため、人件費を抑制できる。
本発明の検出方法で利用できる実施例１の装置構成の模式図 実施例１のセンサ端末のブロック図 実施例１の装置構成のブロック図 実施例１の収納装置のスロット配列を示す図 実施例１の装置構成での処理フロー図 実施例１の装置構成での比較手続きの処理フロー図 実施例２のセンサ端末のブロック図 実施例２の装置構成のブロック図 実施例２の装置構成での処理フロー図 センサ端末が出力する受振信号の一例 実施例３の比較演算の第１の例のブロック図 実施例３の比較演算の第２の例のブロック図 実施例４の収納装置の第１の例の模式図 実施例４の収納装置の第２の例の模式図 実施例４の収納装置の第３の例の模式図 第1の受振信号と第２の受振信号 CPUの内部処理のブロック図 図１８はCPU９の内部処理のブロック構成の一例を示す図である。
　本実施例では、本発明の検出方法を実現するための装置構成および処理フローの基本的な例を示す。
　図１は本発明の検出方法で利用できる装置構成の模式図である。収納装置２は碁盤目状のスロットをもち、センサ端末１を複数台収納することができる。各スロットはセンサ端末１が収納されたかどうかを検出する手段をもち、収納装置２はどのスロットにセンサ端末１が収納されているかを常に管理できる。ここで、センサ端末１が収納されたかどうかを検出する手段は、例えば機械スイッチ、RFID、近距離無線、赤外線センサ、画像センサ、等で実現できる。収納装置２は、あるスロットにセンサ端末１が収納されたことを検知すると、そのセンサ端末１と通信のコネクションを確立し、センサ端末１が出力する受振信号を受信する。
　収納装置２に収納された複数のセンサ端末１の中から、例えば、第１のセンサ端末１と第２のセンサ端末２から受信した第１の受振信号と第２の受振信号を比較することで、センサに故障や異常が無いかを判定する。すなわち、第１の受振信号と第２の受振信号を比較した結果、それらの値が一致していれば、第１のセンサ端末１と第２のセンサ端末１のセンサは正常であると判断できる。
　一方で、第１の受振信号と第２の受振信号の値が不一致であれば、第１のセンサ端末と第２のセンサ端末のどちらか一方に故障や異常があると判断することができる。ここで、センサ端末１が正常である確率は、故障や異常である確率よりも十分に高いと想定している。
　第１の受振信号と第２の受振信号の値が一致しているか不一致であるかの判断は確率統計学に基づいた指標を用いて定量的になされる。一例として、相関係数により判断する方法を図１６を用いて説明する。図１６は第１のセンサ端末１と第２のセンサ端末２からそれぞれ受信した第１の受振信号と第２の受振信号の例である。図１６に示す通り、第１の受振信号と第２の受振信号はそれぞれ誤差を含むため、完全には一致しない。第１の受振信号と第２の受振信号の一致度合いを定量的に評価するため、以下の（数１）でこれらの相関係数を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ここで、Cは相関係数、xiは第１の受振信号のi番目のサンプル値、Xは第１の受振信号の平均値、yiは第２の受振信号のi番目のサンプル値、Yは第２の受振信号の平均値、Nは第１の受振信号と第２の受振信号のサンプル数である。式１で計算した相関係数の値に閾値を設定することで、一致／不一致の判断をすることができる。例えば、0.8を閾値に設定した場合は、相関係数の値が0.8以上のときは一致していると判断し、0.8未満のときは不一致であると判断する。なお、閾値の値は後の工程で行われるデータ解析が要求する精度等により決定される。なお、図１６に示した第１の受振信号と第２の受振信号の相関係数を式１で計算すると、相関係数は約0.934であった。
　なお、一致／不一致を判断する定量的な数値基準は、相関係数以外にも、分散、二乗誤差、残さ、等の数値を用いても良い。
　本発明の検出方法でセンサ端末１が検出する外部からの振動は、起振装置を用いて発生させられたものでもよいし、周囲環境によって加えられる自然振動であっても良い。外部からの振動として自然振動を利用した場合、起振装置が不要となるため、収納装置をさらに低コストとすることができる。
　図２はセンサ端末１の内部構造を示すブロック図である。センサ端末１はセンサ１～Lからなるセンサ部３と、通信用マイコンと通信回路からなる通信部４と、マイコン５、メモリ６、を具備する。センサ部３を構成するセンサ１～Lは、例えば、加速度センサ、速度センサ、GNSS受振器、温度センサ、照度センサ、湿度センサ、気圧センサ、等であり、少なくとも１つ以上のセンサから構成される。通信部４は好適には収納装置２の通信回路８と無線通信を行い、例えば、IEEE802.11a、b、g、nのような無線LANや、Bluetooth（登録商標）、transferjet、UWBのような無線PANシステムが利用できる。通信部４に無線通信方式を利用する場合、端子にはアンテナやカプラ等が接続される。また、通信部４は有線通信方式によって実現されても良く、その場合は接続端子には金属の接点をもつコネクタが用いられる。
　マイコン５はセンサ部３が持つセンサ１～Lの制御を行い、センサ１～Lが出力したデータはメモリ６に保存される。ここでセンサ１～Lの制御とは、電源のON/OFFのきりかえ、動作モード（計測モード、スリープモード、スタンバイモード、等）のきりかえ、センシング感度のレンジの切り替え、等である。
　図３は本発明の検出方法で利用できる装置構成のブロック図である。収納装置２のスロット１～NにN台のセンサ端末１が収納されている（ここでスロット１～Nはセンサ端末１が収納された任意の座標のスロットである）。収納装置２は、センサ端末１と接続するための複数の通信回路８、CPU９、上位の外部装置と接続するための通信回路１０を具備する。収納装置２は、図3には非表示の、センサ端末１が収納されたかどうかを検出する手段により、各スロットにセンサ端末１が搭載されたことを検知し、通信回路８を介してそのセンサ端末１とコネクションを確立し、受振信号を受信する。CPU９には比較演算部がプログラムされており、受振信号に対して比較手続きを実施する。通信回路１０は受振信号もしくは比較手続きの結果を上位のサーバやストレージ等に伝送することができる。
　通信回路４は例えば、IEEE802.11a、b、g、nのような無線LANや、Bluetooth、transferjet、UWBのような無線PANシステムのRF回路部とベースバンド回路部を実装したものである。センサ端末１のセンサ部３が有するセンサ１～Lが出力する電気信号が通信回路４を介してCPU９に送られる。
　図１７にCPU９の内部処理のブロック構成の一例を示す。センサデータはセンサデータ受信部を介してセンサデータ格納部に保存される。センサデータ格納部に保存されたセンサデータの中から、少なくとも２つのデータセットがセンサデータ選択部によって読み出され、比較演算部に渡して比較演算が実施される。比較演算部が出力する比較演算結果は比較演算データ格納部に保存され、さらに比較結果判断部により特定の閾値に照らし合わせて一致／不一致が判断される。判断結果はデータ送信部を介して通信回路１０に送られ、上位のデータベース等に格納される。また、比較結果判断部がセンサデータが不一致であると判断した場合、その結果をセンサデータ選択部に伝え、不一致となったデータセットをさらに別のデータセットと比較することで異常なデータセットの特定を行う。図４は収納装置のスロット配列を示す図である。スロットは碁盤目状に配列され、スロット(ｉ,j)のように座標で表現される。ここで、iおよびjは任意の整数である。ここで示したスロット配列は、例えば図１に示した模式図でセンサ端末１を収納する各スロットを表しており、図４のスロット（１，１）は図１の一番左上のスロット、図４のスロット（I,J）は図1の一番右下のスロット、と言うように対応する。
　図５は装置構成での処理フロー図である。まず、収納装置２は各スロットにセンサ端末１が収納されたかどうかを確認する。続いて、センサ端末１の収納を検知すると、比較手続きを実施する。続いて、比較手続きの結果、正常動作であると判断されると、処理を終了する。一方で、故障もしくは異常であると判断されると、不具合を上位サーバ等に通知し、手続きを終了する。
　図６は装置構成での比較手続きの処理フロー図である。まず、収納装置２はスロット(i,j)およびスロット(i+1,j)のセンサ端末１の電源をONにする。続いて、スロット(i,j)およびスロット(i+1,j)のセンサ端末１の受振信号の時系列データsi,j、si+1,jを受信する。続いて、si,j、si+1,jに対して比較演算を実施する。比較演算の結果、相関値が基準値以上であれば、スロット(i,j)およびスロット(i+1,j)のセンサ端末１の双方を正常と判断し、手続きを完了する。一方、相関値が基準値以下であれば、続いて、スロット(i,j)およびスロット(i,j+1)のセンサ端末１をONにする。続いて、スロット(i,j)およびスロット(i,j+1)のセンサ端末１の受振信号の時系列データsi,j、si,j+1を受信する。続いて、si,j、si,j+1に対して比較演算を実施する。比較演算の結果、相関値が基準値以上であれば、スロット(i,j)のセンサ端末１は正常、スロット(i+1,j)のセンサ端末は故障もしくは異常と判断し、手続きを完了する。一方、相関値が基準値未満であれば、スロット(i,j)のセンサ端末１は故障もしくは異常、スロット(i+1,j)のセンサ端末は正常と判断し、手続きを完了する。
　図６の比較演算は例えば式１に示した相関係数の計算である。また、相関量が基準以上か否かの判断は、例えば相関係数に閾値を設け、相関係数が閾値以上の時を正常、閾値未満の時を異常と判断する。
　本実施例では、本発明の検出方法を実現するための装置構成および処理フローの別の例を示す。
　図７はセンサ端末１のブロック図である。センサ端末１はセンサ1～Lを含むセンサ部３と、通信用マイコンおよび通信回路を含む通信部４と、マイコン５と、メモリ６と、バッテリおよび充電回路７を含む充電部７を具備する。センサ部３を構成するセンサ１～Lは、例えば、加速度センサ、速度センサ、GNSS受振器、温度センサ、照度センサ、湿度センサ、気圧センサ、等であり、少なくとも１つ以上のセンサから構成される。通信部４は好適には無線通信を行い、例えば、IEEE802.11a、b、g、nのような無線LANや、Bluetooth、transferjet、UWBのような無線PANシステムが利用できる。通信部４に無線通信方式を利用する場合、端子にはアンテナやカプラ等が接続される。また、通信部４は有線通信方式によって実現されても良く、その場合は接続端子には金属の接点をもつコネクタが用いられる。
　マイコン５はセンサ部３が持つセンサ１～Lの制御を行い、センサ１～Lが出力したデータはメモリ６に保存される。ここでセンサ１～Lの制御とは、電源のON/OFFのきりかえ、動作モード（計測モード、スリープモード、スタンバイモード、等）のきりかえ、センシング感度のレンジのきりかえ、等である。図２ではセンサ部３を制御するマイコン５、通信用マイコンを別チップとした構成としているが、同一のマイコンを共用する構成にしても良い。
　電源部７はバッテリに蓄積された電力をセンサ端末１の各ブロックに供給する。電源部７は充電回路を介して、外部端子より充電することができる。
　図８は装置構成のブロック図である。収納装置２のスロット１～NにN台のセンサ端末１が収納されている（ここでスロット１～Nはセンサ端末１が収納された任意の座標のスロットである）。収納装置２は、センサ端末１と接続するための複数の通信回路８、CPU９、上位の外部装置と接続するための通信回路１０、センサ端末１を充電するための複数の給電回路１１、メモリ１２、電源回路１３を具備する。収納装置２は、図3には非表示の、センサ端末１が収納されたかどうかを検出する手段により、各スロットにセンサ端末１が搭載されたことを検知し、通信回路８を介してそのセンサ端末１とコネクションを確立し、受振信号を受信する。CPU９には比較演算部がプログラムされており、受振信号に対して比較手続きを実施する。通信回路１０は受振信号もしくは比較手続きの結果を上位のサーバやストレージ等に伝送することができる。給電手段１１は収納装置２に収納されたセンサ端末１を充電することができ、その充電手続きはCPU９にプログラムされた充電制御部に基づいて実施される。また、CPU９にはデータ収集制御部がプログラムされており、センサ端末１のメモリ６に蓄積されたデータを、通信部４および通信手段８を介して回収することができる。回収されたデータはメモリ１２に蓄積されるか、通信回路１０を介して、上位のサーバやストレージに伝送される。電源回路１３は収納装置２の各ブロックに電力を供給する。
　図１８にCPU９の内部処理のブロック構成の一例を示す。CPU９は比較演算部１４、充電制御部１５、データ収集制御部１６、に対応するブロック群を持つ。
　比較演算部１４は、まず、センサデータを受信部を介してセンサデータ格納部に保存する。続いて、センサデータ格納部に保存されたセンサデータの中から、少なくとも２つのデータセットがセンサデータ選択部によって読み出され、比較演算部に渡して比較演算が実施される。比較演算部が出力する比較演算結果は比較演算データ格納部に保存され、さらに比較結果判断部により特定の閾値に照らし合わせて一致／不一致が判断される。判断結果はデータ送信部を介して通信回路１０に送られ、上位のデータベース等に格納される。また、比較結果判断部がセンサデータが不一致であると判断した場合、その結果をセンサデータ選択部に伝え、不一致となったデータセットをさらに別のデータセットと比較することで異常なデータセットの特定を行う。
　充電制御部１５は、充電管理部がスロットに装着されたセンサ端末１の中から充電すべきものを選択し、電源供給部に対して命令を発行する。電源供給部は選択されたセンサ端末１に繋がる給電手段１１に対して、電源回路１３から電力を供給する。
　データ収集制御部１６は、受信部を介してセンサ端末１に蓄積されたセンサデータをデータ収集部により回収する。回収したセンサデータはデータ格納部に格納される。データ格納部に格納されたセンサデータはデータ送信部を介してメモリ１２に保存される。また、センサデータの一部もしくは全部はデータ送信部を介して通信回路１０に送信され、上位サーバやデータベースに保存される。図９は図８の装置構成での処理フロー図である。まず、収納装置２は各スロットにセンサ端末１が収納されたかどうかを確認する。続いて、センサ端末１の収納を検知すると、充電を開始する。続いて、比較手続きを実施する。このとき、比較手続きと同時に充電は続けられている。続いて、比較手続きの結果、正常動作であると判断されると、データ収集を行う。データ収集を完了すると、充電が完了しているかどうかを確認する。充電の完了を確認すると、処理を終了する。一方で、比較手続き後の正常動作の確認の際、故障もしくは異常であると判断されると、不具合を上位サーバ等に通知し、手続きを終了する。
　本実施例では、本発明の検出方法で利用できる比較演算の例を示す。
　図１０はセンサ端末が出力する受振信号の一例である。ここで、受振信号は加速度の時系列データである。時間のサンプリング間隔は数μ秒から数ミリ秒のオーダーであるが、解析精度の要求値に従い、それ以外の値を取っても良い。地震探査では一般に地表に対して鉛直方向の1次元の加速度センサが出力するデータが利用される。ただし、より高度な地震探査に置いては、3軸加速度センサおよびその他の補助的なセンサデータが用いられても良い。
　図１１は比較演算の第１の例のブロック図である。第１および第２のセンサ端末１が出力する受振信号s1およびs2に対して比較計算が実施される。ここで、比較計算とは、例えば、平均二乗誤差、相互相関関数、等の統計処理でよく用いられる計算であり、受振信号の前処理としてノイズ除去等が行われても良い。
　図１２は比較演算の第２の例のブロック図である。図４で説明したスロットの座標に従って記載している。スロット(i,j)に収納されたセンサ端末１の受振信号si,jと、隣接する４つのスロット(i-1,j)、(i+1,j)、(i,j-1)、(i,j+1)に収納されたセンサ端末１の受振信号si-1,j、si+1,j、si,j-1、si,j+1とを比較する。ここで、スロット(i-1,j)、(i+1,j)、(i,j-1)、(i,j+1)には全てセンサ端末１が収納されている場合を考えているが、センサ端末１が収納されていないスロットが存在する場合はそれを除外すればよいし、スロット(i-1,j)、(i+1,j)、(i,j-1)、(i,j+1)以外の近接するスロットのデータを用いても良い。隣接もしくは近接するスロットは外部から加えられる振動の伝搬遅延の影響が無視できるため、時間的によく同期しており、高い精度で比較の判断が可能である。図１２では受振信号si-1,j、si+1,j、si,j-1、si,j+1の中央値を取って比較するための時系列（参照用受振信号）を生成している。ここで、中央値の代わりに平均値を用いても良いし、それ以外の統計処理にsi-1,j、si+1,j、si,j-1、si,j+1基づく値を用いても良い。受振信号si,jと、受振信号si-1,j、si+1,j、si,j-1、si,j+1の中央値からなる時系列データに対して比較計算を行い、スロット(i,j)に収納されたセンサ端末１の故障もしくは異常を検出する。
　なお、比較演算では、上記、説明した複数の比較演算を合わせて実施しても良い。
　本実施例では、本発明の検出方法で利用できる収納装置２の構造の例を示す。
　図１３は収納装置２の第１の例の模式図である。図１の収納装置２はセンサ端末１を水平方向に挿入するラック型であったが、図１３のように垂直方向に挿入する平置き型であっても良い。比較的少数のセンサ端末１を収納するための収納装置２の構造として適しており、可搬性に優れる。
　図１４は収納装置２の第２の例の模式図である。図１４は平置き型の収納装置２を縦方向に積み重ねた引き出し型である。収納できるセンサ端末１の数を大きく取ることができる。
　図１５は収納装置２の第３の例の模式図である。図１、図１３、図１４に示した収納装置２は全て碁盤目状にセンサ端末１を配列する構造で図示したが、配列方法は碁盤目状でなくても良く、例えば図１５では六方格子状に配列した場合である。センサ端末１の形状によっては、六方格子状に配列することで、収納効率を高くすることができる。
　その他、収納効率、ユーザビリティの観点から、様々な収納装置２の構造及びセンサ端末１の配列方法が利用可能である。
１…センサ端末、
２…収納装置、
３…センサ部、
４…通信部、
５…マイコン、
６…メモリ、
７…電源部、
８…通信手段、
９…CPU、
１０…電源回路、
１１…給電手段、
１２…メモリ、
１３…電源回路、
１４…比較演算部、
１５…充電制御部、
１６…データ収集部、

Claims (8)

  1. 外部からの振動を検出するセンサを有するセンサ端末を複数個準備し、前記振動を前記複数個のセンサ端末が受振して受振信号を出力し、第１のセンサ端末が出力する第１の受振信号と、第２のセンサ端末が出力する第２の受振信号を比較することにより、前記第１または第２センサの少なくとも一方が故障または異常であることを検出することを特徴とするセンサ端末の故障または異常の検出方法。
  2. 前記第１のセンサ端末と、前記第２のセンサ端末は、隣り合って設けられていることを特徴とする請求項１記載のセンサ端末の故障または異常の検出方法。
  3. 前記複数個のセンサ端末は、そのセンサ端末の収納部が格子状に設けられ、前記第１のセンサ端末と前記第２のセンサ端末は、互いに隣接したスロットに収納されたセンサ端末から選ばれることを特徴とする請求項１記載のセンサ端末の故障または異常の検出方法。
  4. 前記外部からの振動は、センサ外部から伝搬されるところの、自然振動であることを特徴とする請求項１記載のセンサ端末の故障または異常の検出方法。
  5. 外部からの振動を検出するセンサを有するセンサ端末を複数個準備し、前記振動を前記複数個のセンサ端末が受振して受振信号を出力し、第１のセンサを有する第１のセンサ端末が出力する第１の受振信号と、その他の少なくとも2つ以上のセンサ端末が出力する受振信号に基づいて計算された参照用受振信号とを比較することにより、前記第１のセンサの故障または異常を検出することを特徴とするセンサ端末の故障または異常の検出方法。
  6. 　前記複数個のセンサ端末は格子状に配列されたスロットに１つずつ収納され、
    　前記第１のセンサ端末と、前記その他の少なくとも2つ以上のセンサ端末とは、互いに隣接したスロットに収納されたセンサ端末から選ばれることを特徴とする請求項５記載のセンサ端末の故障または異常の検出方法。
  7. 　前記外部からの振動は、センサ外部から伝搬されるところの、自然振動であることを特徴とする請求項５記載のセンサ端末の故障または異常の検出方法。
  8. 前記外部からの振動は、センサ外部から伝搬されるところの、自然振動であることを特徴とする請求項５記載のセンサ端末の故障または異常の検出方法。
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