自己診断に基づくリアルタイム信号補正機能を有する高精度地震観測装置の開発

基于自诊断的具有实时信号修正功能的高精度地震观测设备研制

基本信息

批准号：
16651091
负责人：
盛川仁
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでに開発したディジタル信号処理のためのアルゴリズムを検証するために,組み込み型のマイクロコンピュータ上でアルゴリズムの演算処理を実施し,実際にセンサーを接続して,その性能評価を実施した。可能な限りセンサーの機械的な精度を高め得るようセンサーとしては最も単純な動コイル型を用いることを前提としたアルゴリズムを構築しているため,この検証においても動コイル型の地震計を用いた。センサーの設置状態の自己診断では,振り子の固有周期と減衰定数を検出する必要がある。そのために,観測時の回路とは別に,センサーのキャリブレーション用のアナログ回路を付加し,観測精度に影響を与えることなくセンサーの特性を診断できるようにした。この回路は,センサーに対して強制的に電流を流して振り子のインパルス応答を出力させ,その出力波形を用いて簡単な逆解析手法を適用することで,振り子の固有周期と減衰定数を同定するものである。しかし,回路のアナログノイズなどのS/N比の影響や,スイッチの切り替え時間の遅れなどが理論とのずれの原因となっており精確な定数の同定の障害となっていることが明らかとなった。そこで,これらの影響を考慮したアルゴリズムとして,インパルス応答の同定に時間遅れの項を導入し,固有同期及び減衰定数の固定精度を高めることに成功した。また,上記の回路,アルゴリズムによって得られた地震計のパラメータを用いて自動的に観測記録の計器補正を行うアルゴリズムについて検討を行ったが,本研究で用いた組み込み用汎用マイクロコンピュータ(日立製H8)はこのような用途には非力で十分なパフォーマンスを得ることができなかった。これはアルゴリズムそのものの問題である可能性もあり,今後の改良の余地が十二分にあるものの,本年は本研究の最終年度にあたるため,所期の目標である計器補正の部分については,観測終了後の後処理で対応した。

为了验证到目前为止为数字信号处理开发的算法，在嵌入式的微型计算机上执行了算法，并实际上连接了传感器并评估了性能。由于算法是根据最简单的动态线圈类型传感器用于使用的前提来构建的，因此传感器可以尽可能准确，因此在此验证中也使用了动态线圈类型地震计。传感器安装状态的自我诊断需要检测到摆的内在周期和阻尼常数。为此，在观察过程中，与电路分开添加了用于校准传感器的模拟电路，从而可以诊断出传感器的特性而不会影响观察精度。该电路用于通过迫使电流输出摆脉冲响应，并使用输出波形应用简单的逆分析方法来识别摆的内在周期和衰减常数。但是，已经揭示了S/N比率（例如电路中的模拟噪声）和开关切换时间延迟的效果是该理论差异的原因，也是准确常数识别的障碍。因此，作为考虑这些效果的算法，引入了时间延迟项以识别脉冲响应，并成功提高了固有同步和衰减常数的固定准确性。此外，我们已经研究了一种算法，该算法会使用上述电路和算法获得的地震仪参数自动校正仪器以进行观察记录，但是本研究中使用的嵌入式通用微型计算机（Hitachi H8）既不强大，也无法实现此类应用的足够性能。这可能是算法本身的问题，尽管未来有足够的改进空间，但今年标志着这项研究的最后一年，因此在观察完成后，预期的目标（仪器校正部分）通过后处理解决。