Infrasound Sensor ADX-INF04LEマルチファンクションI/OA/DボードアナログI/OボードADボードデータ収集ボードD/AボードデジタルI/OボードDAボードMultifunction-I/OI/OボードリモートI/ORemoteI/Oまたはトリガリングバッファ16Bit高速A/D同時サンプリングエンコーダーカウンタPWMSPDIF受託開発A/DボードアナログI/OボードADボードデータ収集ボードD/AボードデジタルI/OボードDAボードMultifunction-I/OI/OボードリモートI/ORemoteI/Oまたはトリガリングバッファ16Bit高速A/D同時サンプリングエンコーダーカウンタPWMSPDIF受託開発A/DボードアナログI/OボードADボードデータ収集ボードD/AボードデジタルI/OボードDAボードMultifunction-I/OI/OボードリモートI/ORemoteI/Oまたはトリガリングバッファ16Bit高速A/D同時サンプリングエンコーダーカウンタPWMSPDIF受託開発A/DボードアナログI/OボードADボードデータ収集ボードD/AボードデジタルI/OボードDAボードMultifunction-I/OI/OボードリモートI/ORemoteI/Oまたはトリガリングバッファ16Bit高速A/D同時サンプリングエンコーダーカウンタPWMSPDIF受託開発

インフラサウンド・マルチセンサー【1000Hz-DC,50.2Pa】
Ethernetインターフェース

概要

    ■ 静電式差圧計(HF)と絶体圧計(LF)を組み合わせた2ウェイ・インフラサウンドセンサー。
    ■ 3軸加速度計、温度計を一体化。
    ■ 手のひらサイズのコンパクト設計。
    ■ ADX3-42LE互換の-EthernetリモートI/Oを一体。PCやマイコン基板とLANケーブルで直結可能です。
    ■ データ収集ソフトウェア付属。簡単にデータ収集をスタートできます。他にレジスタマップ、ライブラリも公開。
    ■ 高速リングバッファと多機能トリガで連続波形入出力が可能です。
    ■ GPS搭載、2CHの拡張アナログ入力装備。

    ■ 2ウェイ構成でHF 1000Hz~0.1Hz、LF0.1Hz~DCまでの広い周波数帯域をセンシング。
    ■ 直線位相のフィルタのみで構成された高い波形再現線インフラサウンドinfrasound大気リモートセンシング低周波数一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。CTBTO微気圧計低周波騒音津波地震一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。火山土砂崩れ噴火EthernetWiFi一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。加速度騒音振動気圧リモートIOリモートI/Oアレー一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。ADXⅡ-INF01 ADXll-INF01

    ■ 最高速700Hz(※)程度で高速サンプリング(リングバッファ動作・代表値)
    ■ 最高速30msec(※)程度で高速サンプリング(ポーリング動作・代表値)
    ■ リングバッファで連続・高速データ収集
    ■ 開始・停止独立型の多機能トリガコントローラー
    ■ アナログ入力(加速度3ch、騒音、拡張アナログ2ch)のデジタルフィルタ
    ■ 2CHの拡張アナログ入力(4.096V)
    ■ 薄膜抵抗、低雑音DDコンによる正負2電源により優れた電気性能
    ■ WindowsXP/WindowsVista/Windows7/Windows8/Windows8.1/Windows10対応
    ■ Windows用DLLの関数(ADiox3-API)オープン、ロガーソフトMultiLoggerX3付属
    ■ レジスタマップオープンで様々なOSに組み込み可、TCPとUDPを選択可
    (※加速度3ch、温度計、1PPS、拡張アナログ2ch、インフラサウンド2ch、GPS)
インフラサウンドinfrasound大気リモートセンシング低周波数一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。CTBTO微気圧計低周波騒音津波地震一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。火山土砂崩れ噴火EthernetWiFi一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。加速度騒音振動気圧リモートIOリモートI/Oアレー一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。ADXⅡ-INF01 ADXll-INF01

MultiloggerX3

  • リングバッファモードとポーリングモード
  • 複数のADX3-INF04LEを統合してデータ収集(ポーリング)
  • 生存しているADX3-INF04LEのみで動的なグルーピングを行うデータロガー
  • 通信途絶したADX3-INF04LEをグループから自動除外
  • 復活したADX3-INF04LEをグループに自動追加
  • 2箇所へFTP転送
  • アラームのEメール転送機能アナログ入力ボードA/DボードADボードアナログ出力ボードD/AボードDAボードマルチファンクションボードマルチファンクションI/OMultifunctionI/Oデータ収集ボード計測ボードI/Oボードデジタル入力ボードデジタル出力ボードデジタル入出力ボードDIボードDOボードDIOボードアナログ入出力ボードPCIボードPCI-ExpressボードリモートI/ODAQトリガリングバッファ16BIT同時サンプリング計測制御受託開発開発委託カスタマイズOEMエンコーダカウンタ周波数カウンタPWMストローブラッチデジタルフィルタ

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インフラサウンドシリーズにおける位置づけ

設置スペ-スが限られている場合、過大入力が必要ない(128dB=50.2Pa、HFのみ)、広帯域をセンシングしたい(1000Hz~DC)、2ウェイ構成で問題ない(0.1~0.02Hzでクロスオーバー)、マルチセンサーとETHERNETインタ-フェースが必要な場合に最適です。

Img0987-310.pngImg0991-310.png

ラインナップ

  • ADXⅢ-INF04LE(TCP)
  • ADXⅢ-INF04LE-UDP(UDP)
  • (受注生産、納期約1.5カ月、在庫がある場合には即納です)

開発にあたって

本製品の開発にあたっては、高知工科大学・電子光システム工学群・山本真行教授に、ご指導頂きました。国産のインフラサウンドセンサーを作りたいという教授の志に共感し、およそ10年の歳月をかけて共同開発をしてまいりました。本製品は、設計を割り切ることで、ADXⅢ-INF01LEのコンパクトモデルとして開発されました。本製品のカスタム版はインターステラテクノロジズ、MOMO3ロケットのペイロードに搭載されました(※)。2018年4月の打ち上げは残念ながら失敗しましたが、2019年5月の打ち上げには成功し、上空大気の音の収集に成功しました。
(※ペイロードのクライアントは高知工科大学、弊社が大学にインフラサウンドセンサーを提供)

LinkIcon高知工科大学インフラサウンド観測ネットワークシステム
LinkIconインフラサウンド研究室
インフラサウンドinfrasound大気リモートセンシング低周波数一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。CTBTO微気圧計低周波騒音津波地震一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。火山土砂崩れ噴火EthernetWiFi一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。加速度騒音振動気圧リモートIOリモートI/Oアレー一般的に、人間は20Hz~20kHz程度の周波数の音波を聞き取る能力を持っているといわれている。この周波数範囲の音を「可聴音」と呼び、この範囲を超えた音になると、人の耳で捉えることができなくなる。この可聴範囲外の音のうち、20kHz以上の高周波域の音を「ウルトラサウンド(超音波)」といい、20Hz以下の低周波域の音を「インフラサウンド」という。

インフラサウンドとは

超低周波

インフラサウンドとは、人間の可聴周波数範囲(20 Hz~20 kHz)より、低い周波数(3mHz~100 Hz)の音波のことで、地球物理に関する様々な状態を把握出来ます。代表的なものとして、津波・火山噴火・地震・土砂崩れ・隕石や人工衛星の大気圏突入・各種人工騒音(風力発電・爆発音・核実験等)などが挙げられます。周波数は低いほど遠くまで減衰せずに届く性質があるため、インフラサウンドを用いれば遥か彼方で生じている現象を把握することができるのです。インフラサウンドは、マイクロホンで計測できる周波数範囲よりも大変低い周波数を扱うので、マイクロホンとは全く異なる専用のセンサーが必要になります。

ADXⅡ-INF01  ADXll-INF01
インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震

微気圧

音は言い換えると気圧変化ですからインフラサウンドのような低周波は気圧計で捉えることができそうです。しかし気圧計が扱う測定レンジはKPa(キロパスカル)レベル、インフラサウンドセンサで検出したい圧力偏移は、最大10Pa(パスカル)以上、最小1mPa以下(ミルパスカル)と微小です。この観点でも専用のセンサーが必要となります。

ADXⅡ-INF01  ADXll-INF01
インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震

低周波騒音との相違

低周波騒音計ではマイクロホンにG特性という20Hzを中心としたバンドパスフィルタを組み合わせたもので、主に20Hz付近の低周波音を計ります。このような低周波騒音計で20Hz以下の実態を計ることは困難です。真の低周波騒音の実態を計測するにはインフラサウンドセンサが必要なのです。

ADXⅡ-INF01  ADXll-INF01
インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震

周辺センサー一覧

本製品は、ADXⅡ42シリーズ互換なので、以下の周辺センサ郡は、アナログ入力に割り当てられます。温度はビット数が多いのでカウンタの一つとして割り当てられます。付属のMultilogger3の信号調節機能により、センサのスケーリングなどの設定は完了しており、直ぐに使用できます。

ico.pngインフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震

加速度センサー

加速度センサーはMEMS方式でXYZの3軸を搭載しています。この信号は0.034Hz以下の低域を遮断し、絶対値とした上で、A/Dコンバータ―でデジタル信号に変換された後、ピークホールド回路を経由します。ピークホールドは、ソフトウェアポーリングとポーリング(サンプリング)のピーク値を保持し、ポーリング直後にピーク値はリセットされ、これを繰り返します。これは低速のポーリング(サンプリング)でもピークを逃さないための措置です。

ADXⅡ-INF01  ADXll-INF01

測定レンジ
0~3347Gal
周波数特性
0.034Hz~1600Hz(XY)、0.034Hz~550Hz(Z)
分解能
16Bit
雑音
2Gal以下

ico.pngインフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震

温度センサー

気圧は温度と相関があるので、本製品には温度監視用の超精密温度センサーを装置内に装備、専用のA/D変換回路を設けています。この温度センサーは装置内部に取り付けられており、極めて高精度です。

測定レンジ
0℃~81.92℃
最小分解能
0.0000390625℃
Dレンジ
128.18dB
分解能
21Bit

インフラサウンドセンサ

本製品は1000Hz~0.1HzまでをセンシングするHF側と、それ以下の周波数をセンシングするLF側の2種類のインフラサウンドセンサーを搭載しています。位相回転を有するチェビシェフ、バタワース、IIRフィルタを持たないので、両者はそのまま加算することができます。

HF

HF側は静電容量式の差圧計を複数実装し、これを位相等価器で合成します。センサーの出力はアナログ電圧信号なのでこれをA/D コンバータ―でデジタル信号に変換します。また全てのデジタルフィルタは位相回転が発生しない理想的なFIR型だけで構成され、位相回転の生じるIIRフィルタ、アナログ高次フィルタを追放しています。本製品は他のADXⅢ42LEと互換なので、インフラサウンドセンサはカウンタの一つとして割り当てられます。ico.pngインフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震

X1.png

測定レンジ
50.2Pa
最小分解能
0.76mPa
Dレンジ
98dB
周波数特性(DCモード)
1000Hz~0.1Hz(上限はサンプリング周波数で決まる)

LF

LF側は精密絶体圧計で、DCまでの周波数帯域を有します。

測定レンジ
260~1260hPa
最小分解能
24.4mPa
雑音
53mPa rms (150mPa p-p)

運用と装置の能力

風の影響

ADXⅡ-INF01  ADXll-INF01インフラサウンド測定の最大の障害は風の影響です。強風にもなると500mPa程度の大きなノイズを発生させます。風の影響を軽減する方法としてよく使われる方法が、吸気口をパイプで分散する手法で、吸気管は、①先端下部より吸気する方法、②吸気管全体でゆっくりと吸収するポーラスパイプの2通りの方法があります。いずれも、時間的に異なる場所でサンプリングした気圧を合成するので、FIR型のデジタルフィルタと等価です。

前記の方法はかなり広い場所がないと実現できません。もっと簡単な豊富が、室内に設置する方法です。強風であっても、室内は静かであるのは、部屋そのものが風に対するフィルタの働きをしているからです。低周波数のインフラサウンドを計測する場合、部屋のフィルタ特性は殆ど悪影響を与えません。同時に、装置の防水・防塵や給電などを兼ねられるのも大きなメリットです。但し以下の2点に注意してください。

  • 測定室の急激な温度変化を避ける。温度変化は空気を膨張・収縮させ、微気圧の変化になりますので避けるべきです。
  • 扉の開閉等による気圧変化に注意(部屋の気圧が大きく変化します。出入りの少ない部屋で、かつ扉の開閉をゆっくり静かに管理すべきです)

強風時の実例を下に示します。

DATA2.png
ADXll-INF01インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震ADXⅡ-INF01

過度応答と2ウェイの合成

下は部屋のドアを急激に開き。普通に閉める動作をFs=800Hzでデータ収集した時の波形です。上はHFのみ。下はHFにLFを加算した波形。HFは低域カットオフが高いので、上下対称波形になっています。LFを加えると一気に負圧になる様子が確認できます。

INF04-1.png
INF04-2.png
ADXll-INF01インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震ADXⅡ-INF01

低周波の応答

50秒20Paの三角波に対する応答です。上はHF、中はLF、下はLF+HFです。この周波数ではLFのほうが優秀です。合成しても歪ません。

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INF04-7.png
INF04-8.png

リングバッファとトリガ

高速データ収集を支える大容量リングバッファ

1[1].png

◎リングバッファ
一般に、小さい単位のデータ転送は効率が悪く、速度が出ません。そこでデータをある程度蓄積して、ホスト(PC)に転送するためのリングバッファを装備しています。メモリは2バンクあってホスト転送中にもう片方のメモリでデータ収集をフォローします。

  • MEMORY1でA/D、カウンタをデータ収集
  • MEMORY1が満杯になるとMEMORY2でA/D、カウンタをデータ収集
  • その間MEMORY1からNetworkController経由でデータをホストに転送
  • MEMORY2が満杯になるとMEMORY1でA/D、カウンタをデータ収集
  • その間MEMORY2からNetworkController経由でデータをホストに転送
  • この動作を繰り返す

◎ポーリング
リングバッファによるデータ収集ではメモリが一杯になるまで、データの読み出しができないので、リアルタイム性を要求される場合にはポーリングのほうが向いています。但しポーリングでは最高速度は劣ります。ポーリングは全ての測定項目をまとめて転送します。

瞬間のデータを取り逃がさないトリガコントローラー

2.png

◎常時データ収集をしていたのでは、データ量が膨大になり解析が大変です。そこで必要な箇所のみデータ入出力を行うのトリガコントローラを備えています。
  トリガコントローラは何らかのイベント(トリガ)でデータ入出力を開始したり、停止したり、一時停止させます。

◎トリガ要因は、以下の通り豊富で、開始トリガと、停止トリガで独立して設定できます。
アナログ入力の立上りエッジ(ヒステリシス設定可)

  • アナログ入力の立下りエッジ(ヒステリシス設定可)
  • アナログ入力のデュアルエッジ(閾値を超えて、再通過したときにトリガ)
  • アナログ入力のインレンジ(範囲内)トリガ
  • アナログ入力のアウトレンジ(範囲外)トリガ
  • デジタル入力のパターン一致トリガ(マスク可)
  • デジタル入力の立上りエッジトリガ(任意ビット)
  • デジタル入力の立下りエッジトリガ(任意ビット)
  • 無条件(ソフトウェア開始/停止)
  • 開始トリガ以降すぐに停止がかからないよう、停止トリガ検索開始までの期間(デッドタイム)を指定できます

◎トリガ周辺機能は以下の通りで豊富です。

  • トリガ発生からデータ収集を開始させるまでに遅延時間を置くトリガディレイ。
  • 指定のデータサイズでデータ収集を自動停止するストップカウンタ。
  • 停止トリガ発生後の入力バッファの読み出しをサポートするポストリード。

拡張アナログ入力

  • 16Bitの高精度A/Dによるマルチプレクス式の4.096Vレンジアナログ入力。
  • デジタルフィルタ、高速ポーリング、リングバッファ接続。

その他

  • 薄膜抵抗や低誘電コンデンサを使い高い直流精度を達成しています。
  • 大容量フィルタ搭載の正負2電源駆動のアナログ回路用電源。
  • オンボード温度センサ
  • 電源電圧(バッテリ)監視A/D搭載。

仕様

搭載センサ
加速度(振動)x3ch(XYZ)、汎用アナログ入力x2ch、インフラサウンド(LF+HF)、温度センサ
通信方式
有線LAN(Ethernet)
寸法
W115.9×D113.6×H28.9mm、シャーシ寸法、コネクタ突起含まず
電源電圧
DC9V~18V
消費電力
2.16W(GPS含まず、TCP、代表値)
周囲温度
-10~60℃ (動作時) -55~125℃ (保存時)ico.pngインフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震
湿度
10~90%RH(動作時:結露なきこと)ADXll-INF01インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震インフラサウンドinfrasound微気圧計低周波騒音津波地震ADXⅡ-INF01

MultifunctionI/Oとは

MultifunctionI/O(マルチファンクションI/Oボード)は、アナログ入出力、デジタル入出力を有するI/Oボードであり、デジタルI/OにはPWMやエンコーダー・カウンタ、周波数カウンタなどが割り当てられています。またリングバッファとトリガによって、連続での高速データ収集が可能です。アナログ部は全機種16Bit分解能であり、高精度、低雑音が特徴です。要約すると、以下の各種ボードの機能を統合したものと言えます。

■ アナログ入力ボード(A/Dボード、AIボード)
■ アナログ出力ボード(D/Aボード、AOボード)
■ アナログ入出力ボード(A/D+D/Aボード)
■ デジタル入力ボード(DIボード)
■ デジタル出力ボード(DOボード)
■ デジタル入出力ボード(DIOボード)
■ データ収集ボード(I/Oボード)
■ 波形入出力ボード
■ リモートI/O ※一部の機種のみ

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