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公開番号2025011824
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023114164
出願日2023-07-12
発明の名称圧力測定装置
出願人株式会社ミトミ技研
代理人個人
主分類G01V 3/08 20060101AFI20250117BHJP(測定;試験)
要約【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3
特許請求の範囲【請求項１】
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。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
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。
【請求項３】
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圧力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。
【請求項４】
前記所定の同期タイミングの間に前記複数の圧力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。
【請求項５】
前記複数の圧力センサは、MEMS 技術により製造された静電容量センサ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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
前記測定する波動は、インフラサウンドを測定することを特徴とする、請求項１に記載の圧力測定装置。
【請求項８】
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。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
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。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００９－３１０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
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。
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。
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。
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。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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