JP3148026U - センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】一個のセンサが故障しても、その後段に接続されたセンサの測定データがデータ収集装置に正確に伝達されるセンサシステムを提供する。【解決手段】本考案のセンサシステムにおいては、システムを構成する各センサがそれぞれ３個以上の複数個の入出力ポートを有し、前記複数個の入出力ポートがそれぞれ別個のセンサに接続されていることを特徴とする。さらに、本考案のセンサシステムを構成する各センサは、隣接するセンサの故障を検知する機能と、故障したセンサを迂回して測定データを伝送するために、入出力ポートを選択的に切替える機能を有することを特徴とする。第１の実施例では一個のセンサに４個の入出力ポートが備えられ、故障センサを迂回する伝達経路が構成される。【選択図】 図１

Description

本考案は地磁気の測定や水中電位（ＵＥＰ）等の測定に利用される磁気センサに関する。

従来、多数の地点における地磁気の強度およびその変化を継続的に測定することが広く行われている。一般的には、異なる地点に設置された複数個の磁気センサを一個のデータ収集装置に接続したセンサシステムが用いられる。図５に従来のセンサシステムの一例を示す。また、図６に、図５のシステムを構成するセンサの構造の一例を示す。

図５のシステムに用いられているセンサ１は、図６に示すように、磁気を検知するセンサ素子８と、Ａ／Ｄ変換器９と、ＣＰＵ１０と、２個の送受信装置１１と、各送受信装置１１に接続された２個の入出力ポート１８を主要構成要素とする。また、送受信装置１１は、ＣＰＵ１０の指令により外部に信号を出力するドライバ回路１２と、ドライバ回路１２の出力を光信号に変換する光源１３と、外部からの光信号を電気信号に変換する受光器１５と、受光器１５からの信号を受信してＣＰＵ１０に送る受信回路１４によって構成されており、光源１３と受光器１５は、コネクタ１６を介して光ファイバ１７によって入出力ポート１８に接続されている。２個の送受信装置１１は同一の構造を備えているため、図６においてはその一方の内部図示は省略されている。

センサ素子８によって検出された磁気データは、Ａ／Ｄ変換器９によってディジタル信号に変換された後、ＣＰＵ１０の指令に従って送受信装置１１によって光信号に変化され、入出力ポート１８を介して外部に出力される。また入出力ポート１８を介して外部より入力された光信号は、送受信装置１１によって電気信号に変換され、ＣＰＵ１０に送られたのち、さらにＣＰＵ１０の指令によって、一方あるいは両方の入出力ポート１８を介して外部に伝達される。

入出力ポート１８を介して伝達される信号は、センサ素子８が検出した磁気データのみならず、他のセンサからの磁気データや、各センサあるいはデータ収集装置７との間で交換される種々の制御信号も含まれる。

図５に示したセンサシステムは、図６に示したセンサ１と同一の構造を有する６個のセンサ１〜６と、一個のデータ収集装置７によって構成されており、各センサ１〜６は、それぞれが持つ入出力ポートを介して、直列にデータ収集装置７に接続されている。センサ１〜６のいずれかで測定された磁気データは、一段上のセンサに送られ、一段上のセンサによってさらにもう一段上のセンサに送られる。この動作の繰り返しによって、すべてのセンサ１〜６によって測定された各設置点の磁気データは、最終的にデータ収集装置７に伝達される。
特開平７−１７７２９８号公報

従来のシステムは複数のセンサが直列に連結され、最端にデータ収集装置が連結されており、一個のセンサの磁気データは、そのセンサとデータ収集装置との間に挟設されたセンサを順次経由して、データ収集装置に伝達される。図５において、たとえばセンサ５は、下段のセンサ６より送られた磁気データとセンサ５自体が測定した磁気データとの双方のデータを、上段のセンサ４に送る。センサ４は、下段のセンサ６とセンサ５の磁気データとセンサ４自体の磁気データとを上段のセンサ３に送る。このように磁気データが順次上方に送られ、最後のセンサ１が自己のデータを含むすべての磁気データをデータ収集装置７に送る。

上述のようにデータを一本の信号ルートを通して伝達するシステムにおいては、信号ルートの一か所に不具合が生じた場合に、その不具合箇所より下方のデータは不具合箇所において阻止され、それより上方には伝達されない。たとえば図５において、センサ４内に何らかの故障が発生した場合には、それより下段のセンサ５とセンサ６の磁気データはデータ収集装置７に伝達することが不可能となる。

システムを構成する各センサを単独でデータ収集装置に直結させる並列式のセンサシステムであれば、センサが直列に連結されているために生ずる上記の問題点を回避することができる。しかし、並列式センサシステムでは、センサとデータ収集装置を接続するケーブルの全長が極めて大きくなり、コストを増大させること等の問題点がある。

上記の問題点を解決するために、本考案のセンサシステムにおいては、システムを構成する各センサがそれぞれ３個以上の複数個の入出力ポートを有し、前記複数個の入出力ポートがそれぞれ別個のセンサに接続されていることを特徴とする。さらに、本考案のセンサシステムを構成する各センサは、隣接するセンサの故障を検知する検知手段と、故障したセンサを迂回して測定データを伝送するために、入出力ポートを選択的に切替える切替手段を備えたことを特徴とする。

システムを構成するセンサのいずれかに障害が発生し、データ伝送系が部分的に阻止されても、隣接するセンサが障害を検知して、障害を生じたセンサを迂回する経路を経由してデータを確実に伝達することが可能となる。

いずれかのセンサに障害が生じた時には、このセンサを経由しない迂回経路を通じてデータを伝送しなければならない。このために、本考案のセンサシステムを構成するセンサは、３個以上の入出力ポートを有し、これによって３個以上の隣接センサと接続されている。またいずれかのセンサの障害は、隣接センサによって検知され、障害のあるセンサを迂回する伝送ルートが自動的に選択される。

本考案にかかるセンサシステムの第１の実施例の構成を図１に、また、図１のシステムを構成するセンサの構造を図２に示す。

図２に示すように、本実施例におけるセンサ２１は、磁気を検知するセンサ素子８と、Ａ／Ｄ変換器９と、ＣＰＵ１０と、４個の送受信装置１１と、各送受信装置１１に接続された４個の入出力ポート１８を主要構成要素とする。また、送受信装置１１はＣＰＵ１０の指令により外部に信号を出力するドライバ回路１２と、ドライバ回路１２の出力を光信号に変換する光源１３と、外部からの光信号を電気信号に変換する受光器１５と、受光器１５からの信号を受信してＣＰＵ１０に送る受信回路１４によって構成されており、光源１３と受光器１５は、コネクタ１６を介して光ファイバ１７によって入出力ポート１８に接続されている。４個の送受信装置１１は同一の構造を備えているため、図２においてはその一個について内部構造が図示されており、その他の３個の内部図示は省略されている。

図２においてＣＰＵ１０は、一個の入出力ポート１８とそれに繋がる送受信装置１１を通じてＣＰＵ１０に導入された他のセンサから磁気データと、Ａ／Ｄ変換器９を介して導入される自らのセンサ素子８による磁気データを、別個の送受信装置１１とそれに繋がる入出力ポート１８を介して別個のセンサに出力するための信号制御手段を提供する。また、ＣＰＵ１０は、入出力ポート１８とそれに繋がる送受信装置１１を通じてＣＰＵ１０に導入される他のセンサからの信号を監視し、そのセンサに障害が生じているか否かを検知する検知手段として動作する。さらに、ＣＰＵ１０は、４組の入出力ポート１８と送受信装置１１のセットのうち、使用する入力用セットと出力用セットを選択的に切替える切替手段として動作する。

図１に示したセンサシステムは、図２に示したセンサ２１と同一の構造を有する８個のセンサ２１〜２８と、一個のデータ収集装置７によって構成されており、各センサ２１〜２８は、それぞれが持つ４個の入出力ポート１８のうち、上面と下面に配置された２個の入出力ポート１８を介して、直上段および直下段のセンサに接続される直列伝送経路を持っている。また、各センサは、図２に示す側面に配設された２個の入出力ポート１８を介して、直上および直下のセンサを迂回してもう一個上のセンサともう一個下のセンサに接続される迂回伝送経路を持っている。たとえば、センサ２４は直列伝送経路によってセンサ２３とセンサ２５に接続されており、また、右側に図示されている迂回伝送経路によってセンサ２２とセンサ２６に接続されている。

最上段のセンサ２１にはデータ収集装置７への直列伝送経路の他に、データ収集装置７への迂回伝送経路とセンサ２３からの迂回伝送経路が接続されている。センサ２７の迂回伝送経路はセンサ２５のみに接続されている。また、センサ２２の迂回伝送経路の一つは、データ収集装置７に接続されており、最下段のセンサ２８は、センサ２７とセンサ２６に接続されている。

センサ２１〜２８のいずれかで測定された磁気データは、一段上のセンサに送られ、一段上のセンサによってさらにもう一段上のセンサに送られる。この動作の繰り返しによって、すべてのセンサ２１〜２８によって測定された各設置点の磁気データは、最終的にデータ収集装置７に伝達される。正常にすべてのセンサが動作している時は、各センサ内のＣＰＵ１０は、直列伝送経路に接続された入出力ポート１８を介してデータが伝送されるように４個の送受信装置１１のうちの２個を選択する。

次に、センサ２１〜２８のいずれかに障害が発生した場合のシステムの動作を説明する。
たとえば、センサ２４に障害が発生した場合は、隣接するセンサ２３、２５に備えられたＣＰＵ１０がセンサ２４の故障を検知する。そして、センサ２５とセンサ２３のＣＰＵ１０が、迂回伝送経路に接続された入出力ポート１８を介してデータが伝送されるように、送受信装置１１を切替える。これによって、障害のあるセンサ２４以外の正常なセンサによる測定データは、正確にデータ収集装置７に伝達される。

本考案の第２の実施例を図３に、また図３のシステムにおけるセンサの構造を図４に示す。

図４に示すように、本実施例に使用されるセンサ３１は、図２の実施例の場合と同様に、磁気を検知するセンサ素子８と、Ａ／Ｄ変換器９と、ＣＰＵ１０を備えている。しかし、本例では、送受信装置１１と入出力ポート１８の個数はそれぞれ３個である。送受信装置１１は図２の場合と同様に、ＣＰＵ１０の指令により外部に信号を出力するドライバ回路１２と、ドライバ回路１２の出力を光信号に変換する光源１３と、外部からの光信号を電気信号に変換する受光器１５と、受光器１５からの信号を受信してＣＰＵ１０に送る受信回路１４によって構成されており、光源１３と受光器１５は、コネクタ１６を介して光ファイバ１７によって入出力ポート１８に接続されている。３個の送受信装置１１は同一の構造を備えているため、図４においてはその一個について内部構造が図示されており、その他の２個の内部図示は省略されている。

図４において、ＣＰＵ１０は実施例１におけるセンサ（図２）の場合と同様に、信号制御手段と、他のセンサの障害を検知する検知手段と、送受信装置１１と入出力ポート１８の切替手段となる。

第２の実施例におけるセンサシステムは、第１の実施例と同様８個のセンサ３１〜３８と、データ収集装置７によって構成される。本実施例においては、各センサ３１〜３８は３個の入出力ポート１８を備えている。図４に示すセンサ３１の側面の２個の入出力ポート１８を利用して、偶数番号のセンサ（センサ３８、３６、３４、３２）とデータ収集装置７を連結する右側の迂回伝送経路と、奇数番号のセンサ（センサ３７、３５、３３、３１）とデータ収集装置７を連結する左側の迂回伝送経路が接続されている。さらに、互いに隣接するセンサ３１と３２、センサ３３と３４、センサ３５と３６、およびセンサ３７と３８が残り一個の入出力ポート１８を用いて接続されている。

図３の例において、すべてのセンサ３１〜３８が正常に動作している場合は、図の左右の迂回伝送経路に接続されている入出力ポートを１８に繋がる送受信装置１１が各センサのＣＰＵ１０によって選択されている。これによって、偶数番号のセンサ３８、３６、３４、３２のデータは右側の迂回伝送経路を通じて、また、奇数番号のセンサ３７、３５、３３、３１は左側の迂回伝送経路を通じてデータ収集装置７に伝達される。

次に、センサ３１〜３８のいずれかに障害が発生した場合のシステムの動作を説明する。
たとえば、センサ３５に障害が発生した場合、センサ３３とセンサ３７のＣＰＵ１０はこれを検知する。センサ３７のＣＰＵ１０は送受信装置１１をセンサ３８に接続されている入出力ポートに繋がる送受信装置１１に切替えて、データをセンサ３８に送る。センサ３８は、センサ３７のデータを自己のデータとともにセンサ３６に送る。さらに、センサ３６は、これらのデータ右側の迂回伝送経路を介してデータ収集装置７に伝達する。このようにして、障害を発生したセンサ３５以外のデータは、正確にデータ収集装置７に伝達される。

第１の実施例と第２の実施例を比較すると、第２の実施例は伝送ケーブルの総延長を短縮することができるため、コスト上の利点がある。

システム中の２個のセンサで同時に故障が生じた場合、第１の実施例に利点がある。第２の実施例（図３）において、初段の４個のセンサ（センサ３１〜３４）のうち２個が同時に障害を発生した場合を想定する。このとき、以下の４つのケースのうちの一つが生じる。
第１のケースはセンサ３１とセンサ３２が同時に故障した場合であり、この時はシステムのすべてのセンサ３１〜３８のデータが阻止され、データ収集装置７に伝達されるデータは無い。
第２のケースはセンサ３１とセンサ３４が同時に故障した場合であり、この時は、センサ３２のデータはデータ収集装置７に伝達されるが、それ以外のセンサのデータはすべて阻止される。
第３のケースはセンサ３２とセンサ３３が同時に故障した場合であり、この時は、センサ３１のデータはデータ収集装置７に伝達されるが、それ以外のセンサのデータはすべて阻止される。
第４のケースはセンサ３３とセンサ３４が同時に故障した場合であり、この時は、センサ３１とセンサ３２のデータはデータ収集装置７に伝達されるが、それ以外のセンサのデータはすべて阻止される。

一方、第１の実施例（図１）において、初段の４個のセンサ（センサ２１〜２４）のうち２個が同時に障害を発生した場合を想定すると、上記の第１実施例の場合に対応して以下の４つのケースのうちの一つが生じる。
第１のケースはセンサ２１とセンサ２２が同時に故障した場合であり、この時は、システムのすべてのセンサ２１〜２８のデータが阻止され、データ収集装置７に伝達されるデータは無い。
第２のケースはセンサ２１とセンサ２４が同時に故障した場合であり、この時は、センサ２１とセンサ２４のデータはデータ収集装置７に伝達されないが、これ以外のすべてのセンサのデータはセンサ２４およびセンサ２１を迂回してデータ収集装置７に伝達される。
第３のケースはセンサ２２とセンサ２３が同時に故障した場合であり、この時は、センサ２１のデータはデータ収集装置７に伝達されるが、それ以外のセンサのデータはすべて阻止される。
第４のケースはセンサ２３とセンサ２４が同時に故障した場合であり、この時は、センサ２１とセンサ２２のデータはデータ収集装置７に伝達されるが、それ以外のセンサのデータはすべて阻止される。

これら対応する４つのケースを比較すると、第１と第３と第４のケースにおいては両実施例の間に差は見られない。しかし第２のケースが生じた場合には、第２の実施例では一個のセンサ（センサ３２）のデータのみがデータ収集装置７に到達する。一方、第１の実施例では、第２のケースが生じた場合でも故障した２個のセンサ（センサ２１とセンサ２４）以外のすべてのセンサのデータがデータ収集装置７に到達する。

上述のように、本考案にかかるセンサシステムは、システムを構成するセンサのいずれかに障害が発生しても、それ以外のセンサのデータをできる限り数多く、正確にデータ収集装置に伝達することが可能である。
本考案のセンサシステムの特徴は上述のとおりであるが、その内容は上記の説明や図に限定されるものではない。上記の説明では、磁気センサシステムを例としてあげたが、これ以外に種々のセンサを用いたシステムに適用することが可能である。また、システムを構成するセンサの数も、目的に応じて任意に設定できる。

センサに含まれる送受信装置と入出力ポートの数も、３あるいは４個に限定されるものではない。たとえば、各センサに５個の送受信装置と入出力ポートのペアを備えて、システム内に複数個のセンサの故障が生じた場合にも、伝達不能なデータの数をさらに減少させることも可能である。

また、入出力ポートの個数より少ない個数の送受信装置を備え、送受信装置と入出力ポートの間の接続経路をＣＰＵが選択的に切替える方式のセンサを用いて、上記と同一の特徴を持つセンサシステムを構成することも可能である。

本考案は、磁気センサ等を複数個用いたセンサシステムに広く利用可能である。

本考案にかかるセンサシステムの第１の実施例を示す図である。 第１の実施例におけるセンサの構造の模式図である。 本考案にかかるセンサシステムの第２の実施例である。 第２の実施例におけるセンサの構造の模式図である。 従来のセンサシステムを示す図である。 従来のセンサシステムにおけるセンサの構造の模式図である。

符号の説明

１〜６ センサ
７ データ収集装置
８ センサ素子
９ Ａ／Ｄ変換器
１０ ＣＰＵ
１１ 送受信装置
１２ ドライバ回路
１３ 光源
１４ 受信回路
１５ 受光器
１６ コネクタ
１７ 光ファイバ
１８ 入出力ポート
２１〜２８ センサ
３１〜３８ センサ

Claims (2)

1. データ収集装置と、前記データ収集装置に連結された複数のセンサによって構成され、各センサの測定データが隣接する他のセンサを経由して前記データ収集装置に伝達されるセンサシステムにおいて、前記各センサがそれぞれ３個以上の複数個の入出力ポートを有し、前記複数個の入出力ポートがそれぞれ別個のセンサに接続されていることを特徴とするセンサシステム。
2. 前記各センサは、隣接するセンサの故障を検知する検知手段と、故障したセンサを迂回して測定データを伝送するために、入出力ポートを選択的に切替える切替手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のセンサシステム。

Images