JP2000507699A

JP2000507699A - 加速度の測定方法および装置

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Publication number: JP2000507699A
Application number: JP9535097A
Authority: JP
Inventors: アリアブ、アリエー; ラビッチ、ブラディミール
Original assignee: アリアブ、アリエー; ラビッチ、ブラディミール
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 2000-06-20
Also published as: WO1997037232A2; AU2041997A; IL117767A0; EP0891556A1; WO1997037232A3; EP0891556B1; DE69714427D1; US5987983A

Abstract

(57)【要約】運動物体の加速度を測定する方法および装置である。エネルギパルスを送信することのできる本体は、運動物体に適用され、それによって支持され、共に移動される。前記エネルギパルスは本体上の第１の位置から本体上の第２の位置へ前方に向けて送信され、第１の位置と第２の位置との間の距離は知られている。送信されたパルスは第２の位置に導かれ、第１の位置から第２の位置間でのパルスの伝送時間が測定される。測定された伝送時間は知られている第１の位置と第２の位置との間の距離と共に本体の加速度の決定に利用され、それによって運動物体の加速度の決定に利用される。

Description

【発明の詳細な説明】加速度の測定方法および装置発明の背景発明の分野本発明は、運動物体の加速度を測定するための方法および装置に関する。従来技術の説明加速度（速度の変化の割合）は一般的に、与えられた力、あるいは抑制力、あるいはその位置を加速体中に固定するための基準質量を測定することによって間接的に測定される。加速度は、ニュートンの運動の第２法則によって与えられた抑制力と加速度の間の関係、すなわち、力は質量と加速度の積と等しいことを使用して計算される。それ故、加速度が決定される正確度は、力と質量とを測定できる正確度に直接関係する。発明の概要本発明の目的は、非常に高い正確度を達成でき、上述のような制限を受けずに加速度を測定する新しい方法および装置を提供することである。本発明の特徴によれば、運動物体の加速度を測定するための方法が提供されており、その方法は、（ａ）エネルギパルスを送信することのできる本体を運動物体を支持して共に運動できるように運動物体に適用し、（ｂ）前記本体上の第１の位置から前方方向の、前記第１の位置から既知の距離にある前記本体上の第２の位置へ前記エネルギパルスを送信し、（ｃ）前記第２の位置において送信されたパルスを検出し、（ｄ）前記第１の位置から前記第２の位置までのパルスの伝送時間を測定し、（ｅ）この測定された伝送時間を前記第１の位置と第２の位置との間の既知の距離と共に使用して前記本体の加速度を決定し、それによって運動物体の加速度を決定するステップを有している。すなわち、本発明の方法は、力の測定によって加速度を測定する通常の試みには基づいておらず、むしろエネルギパルスの伝送時間の測定に基づいている。動作の基本的なメカニズムは、距離Ｓだけ間隔を隔てられた移動している電車の両端において２人の人がキャッチボールを行うのに似ている。加速がない限り、すなわち、車が一定の速度で移動している限り、一方の端から他方の端へのボールの伝送時間Ｔは一定である。しかしながら、速度が変わるとき、すなわち、電車が加速あるいは減速する場合、ボールを受取る人は、加速度に応じてその大きさおよび符号が変化する。“バーチャルな距離の変化”δｓだけボールを投げる人から遠く（加速の場合）あるいは近く（減速の場合）見える。従って、ボールが投げられた方向の加速が正である場合、伝送時間Ｔは“バーチャルな距離の変化 ”δｓに対応してδｔだけ増加し、それが負である場合、それはδｔだけ減少する。上述の方法は、理論的には電磁パルスを使用して実行されてもよいが、特に低速の音響パルスを使用したときに適用可能であるため、音響パルスに関して以下に説明される。それ故、上述のたとえにおいてボールは音響パルスに対応する。媒体を通した音響パルスの送信は、ボールによるたとえと同じ方法で媒体を通過する質量量子の運動を含まないが、媒体を通過する質量量子のエネルギの運動を含む。従って、ニュートンの運動の第３法則（全ての作用には常に等しい反対向きの反作用がある）の古典力学的なデモンストレーションによって示されているように、互いに接触した状態で吊り下げられた一列の球形のボールを使用し、第１のボールを直線上の次のボールから離して列の一端に保持し、それを放して列中の次のボールにぶつけることによって、列の反対の端部における最後のボールで同じ運動が生成される。第１のボールから最後のボールへのこのエネルギの伝達は、圧縮された縦方向の（すなわち音響）パルスによって行われる。パルスが電磁エネルギによる場合、音響パルスの送信よりもかなり速い速度ではあるが、本体を通して類似したエネルギの伝達が行われる。それ故、ボールによる例のように、本体が加速されるとき、そのような本体を通って送信されたパルスは加速されないときの伝送時間ｔ_Bに対して、加速されたときには“バーチャルな距離の変化”（ＶＤＣ）係数δｓに対応した増加された伝送時間ｔ_B＋δｔとなり、減速されたときにはＶＤＣ係数によって減少された伝送時間ｔ_B−δｔとなる。従って、加速度を測定するこの方法は、時間の測定、すなわちエネルギパルスの伝送時間により行われ、通常の加速度測定技術でのように力の測定により行われるのではない。時間の測定はより一層正確に行われることができ、特に、力および質量の測定よりも高周波のデジタル技術を使用したときに正確であり、それ故、この方法は、従来の加速度測定技術よりも高い正確度が基本的に可能である。説明された好ましい実施形態の別の特徴によれば、パルスは反対方向、すなわち、第２の位置から第１の位置に送信されて第１の位置で検出され、その伝送時間が測定され、本体の加速度、したがっては運動物体の加速度の決定に使用される。以下に説明されるように、前方方向および反対方向のパルスの送信は、パルス速度係数をキャンセルし、また、気温、圧力等の変化によって生じる擬似信号をキャンセルする。説明された好ましい実施形態のさらに別の特徴によれば、第１の位置と第２の位置との間の既知の距離は、複数個Ｎの前方方向パルスおよび同数の複数個Ｎの反対方向パルスを送信することによって効率的に乗算される。各前方方向パルスは、第２の位置での先の前方方向パルスの検出の際に第１の位置から送信され、各反対方向パルスは、第１の位置での先の反対方向パルスの検出の際に第２の位置から送信される。Ｎ個の前方方向パルスの全伝送時間ならびにＮ個の反対方向パルスの全伝送時間が測定され、Ｎで乗算された第１の位置と第２の位置との間の既知の距離と共に使用して本体の加速度、従っては運動物体の加速度を決定する。２つの位置の間の距離が制限なしに効果的に乗算されるようにする上述の特徴によって、非常に低い加速度でさえも正確に測定できるようになる。前述の好ましい実施形態の１つにおける別の特徴によれば、パルス伝送体は、好ましくは空気であるガス状媒体で充填され、両端部が密封された円筒形の管部材である。第１の位置は管部材の一方の端部であり、第２の位置は管部材の他方の端部である。従って、測定される加速度は線形加速度である。別の好ましい実施形態によれば、パルス伝送体はリングあるいは端部が接続された螺旋状の曲げられた管部材であり、リングから間隔を隔てられて接線方向に突出した第１および第２のパイプを有している。第１の位置は第１のパイプ中にあり、第２の位置は第２のパイプ中にある。管部材は流体媒体で充填されている。従って、測定される加速度は角加速度である。本発明はまた、上述の方法に従って加速度を測定する装置を提供する。加速度が測定された後、時間インターバルに亘って測定された加速度を積分することによって速度を測定するために、また、それぞれの時間インターバルに亘って測定された速度を積分することによって運動および変位を測定するために同じ方法および装置が使用されてもよいことが理解される。図面の簡単な説明本発明の別の特徴および利点が以下の説明から明らかとなる。本発明は、添付図面を参照して、単なる例示として本明細書において説明される。図１は、本発明の好ましい実施形態に従った加速度の測定のための装置の主要な素子のブロック図である。図２は、図１の装置の動作の主要なステップを示すフロー図である。図３は、本発明の別の好ましい実施形態に従って音響パルスを送信できる本体の概略図である。実施例図１を参照すると、全体を参照番号1で示された装置は、音響パルスを送信できる参照番号2で示された本体を含んでいる。この例において、本体2は円筒形の管部材の形状である。管部材はその両端4および5を密封され、その内部3は空気であることが好ましいガス状媒体で充填されている。管部材2の端部4は、管部材の端部4から端部5への前方方向に向けて音響パルスを送信するための送信機Ｔ_F を含んでおり、管部材の後端部は、前記前方方向パルスを受信するための音響検出器Ｄ_Fを含んでいる。管部材2の端部5はまた、管部材の端部5から端部4へ反対方向に音響パルスを送信するための送信機Ｔ_Rも含んでおり、管部材の端部4は反対方向音響パルスを受信するための検出器Ｄ_Rを含んでいる。以下に詳細に説明されるように、密封された管部材2は、運動物体（図示されていない）に適用されて支持され、その線形加速度ａが測定される。装置1は、密封された管部材2が受けた加速度を直接測定し、それによって密封された管部材2を支持している運動物体の加速度も測定する。この加速度の測定は、管部材 2の反対側の端部における送信機Ｔ_Fから検出器Ｄ_Fへ前方方向パルスを送信し、また、送信機Ｔ_Rから検出器Ｄ_Rへ反対方向パルスを送信し、そのような前方方向および反対方向パルスの伝送時間を測定することによって達成される。管部材2 の両端部における送信機と受信機の間の距離は正確に知られており、それによって、以下に詳細に説明されるように、測定された伝送時間ならびに管部材2の両端部における送信機と検出器との間の既知の距離によって、管部材2の加速度を正確に決定することができ、それによってこの管部材を支持している運動物体の加速度を正確に決定することができる。図１に示されているように、装置1はさらに参照番号10で示されるプロセッサを含んでおり、それは送信機論理回路11を介して管部材2の端部4における前方方向送信機Ｔ_Fに接続され、この送信機が管部材の端部4から反対側の端部5に向けて前方方向に音響パルスを送信するようにする。プロセッサ10はまた、送信機論理回路11を介して管部材の端部5において反対方向の送信機Ｔ_Rに接続され、この送信機が管部材2の端部5から端部4に向けて反対方向の音響パルスを送信するようにする。検出器Ｄ_Fによって検出された前方方向パルスは、増幅器12において増幅され、比較器13においてしきい値と比較され、サイクルカウンタ14に供給され、またスイッチ20を通して絶対時間カウンタ15に供給される。同様に、管部材 2の端部4の検出器Ｄ_Rによって検出された反対方向パルスは、増幅器16において増幅され、比較器17においてしきい値と比較され、サイクルカウンタ14に供給され、スイッチ21を通って別の絶対時間カウンタ18に供給される。全てのこれらの機能素子はそれ自体でよく知られており、それ故、詳細に説明する必要はない。従って、送信機Ｔ_Fから検出器Ｄ_Fへの所定の回数の前方方向の音響パルスの伝送時間は、タイムベース発振器19によって制御された絶対時間カウンタ15によって測定される。同様に、送信機Ｔ_Rから検出器Ｄ_Rへの同じ回数の反対方向の音響パルスの伝送時間は同じタイムベース発振器19によって制御された絶対時間カウンタ18によって測定される。スイッチ20および21は、上述のようにそれぞれの検出器によって検出されたパルス以外の最後のパルスを後者によって受信する際にサイクルカウンタ14によって始動されるような方法でサイクルカウンタ14によって制御される。スイッチ20および21のそれぞれは、サイクルカウンタ14によって始動されたときに、それぞれの絶対時間カウンタ15,18を動作させ、それによって、最後のパルスを受信した際に発振器19のクロックパルスのカウントを停止し、伝送期間Ｔを決定する。カウンタ１４，１５および１８からのカウントは、発振器19からのクロックパルスと共にプロセッサ10に供給され、それによってこの情報から管部材2の端部4から端部5への前方方向パルスと、端部5から端部4 への反対方向パルスの伝送時間を決定する。これらの伝送時間は、密封された管部材2の加速度を決定するために次のようにして使用される。管部材2が一定速度（すなわち、ゼロ加速度）で運動しているとき、Ｔ_FからＤ_F へ、およびＴ_RからＤ_Rへの音響パルスの伝送時間Ｔは一定であり、管部材2を通る音速ｖによって除算された管部材2の長さＳ_Bと等しく、すなわち、Ｔ＝Ｓ_B／ｖである。管部材２が例えば前方方向パルスの方向（端部４から端部５）で加速を受けたとき、距離ＳはＶＤＣ（バーチャル距離変化）係数δｓにより増加するように見える。加速度が正であるならば、ＶＤＣ係数は正の＋δｓである。加速度が負である（減速）ならば、ＶＤＣ係数は負の−δｓである。したがって、いずれか一方の方向における音響パルスの伝送時間Ｔは音響が本体（即ち管部材２の長さ）を通過する伝送時間ｔ_Bプラス時間δｔであり、δｔは前述したように加速度の大きさと方向に対応する“バーチャル距離変化”δｓが通過する伝送時間である。前方方向パルスと反対方向パルスの伝送時間が加算されるとき、時間δｔは消去され、２ｔ_Bが残る。即ち、Ｔ_sum＝（ｔ_B＋δｔ）＋（ｔ_B−δｔ）＝２ｔ_B （１）２つの伝送時間が減算されるとき、ｔ_Bは消去され、２δｔが残る。即ち、Ｔ_dif＝（ｔ_B＋δｔ）−（ｔ_B−δｔ）＝２δｔ（２）前述したように、ＶＤＣ係数δｓは本体が加速度ａを受けるとき本体２がその伝送時間に通過する距離である。それ故、 δｓ＝（1/2）ａ（ｔ_B＋δｔ）² （３）一方、音響パルスが付加的な時間δｔの期間に同一の距離δｓを通過するとき、即ち、 δｓ＝ｖδｔ（４）先の式（３）、（４）にしたがって、線形の加速度ａは以下のように評価される。ｖ＝Ｓ_B／ｔ_Bを考慮すると、次式が得られる。前述の説明から、加速度ａは管部材の既知の長さＳ_Bと、管部材の一方の端部からそれと反対側の端部へ通過する前方方向音響パルスおよび反対方向音響パルスについての測定された伝送時間Ｔから計算されることができる。したがって、前方方向パルスおよび反対方向パルスの通過時間を加算することによって、管部材の伝送時間ｔ_B（即ち２ｔ_B）が決定される（式１）。前方方向音響パルスおよび反対方向音響パルスの通過時間を減算することによって、加速度によるＶＤＣ係数の伝送時間δｔが決定され（式２）、この値は加速で正であり、減速で負である。この方法はＶＤＣ係数（加速度による管部材の長さにおける“バーチャル距離変化”）による伝送時間パルスの変化を測定することに基づいているので、この方法は前方方向音響パルスのみの伝送時間の変化を測定することによって論理的に実行できる。しかしながら、前述したように前方方向音響パルスと反対方向音響パルスの両伝送時間を測定することによって、これらは速度係数を消去するので計算が非常に簡単になる。さらに、これらは疑似信号の影響または温度、圧力等の変化から生じる影響を消去する傾向がある。また、複数のＮ個の前方方向パルスと、それに対応する複数のＮ個の反対方向パルスを与えることが好ましく、それによって管部材の実効的な長さと測定の正確度を増加する。すなわち、第２の位置で先行するパルスを受信したときそれぞれ前方方向で送信されるＮ個の前方方向パルスを第１の位置から第２の位置へ送信することによって、さらに第１の位置で先行するパルスを受信したときそれぞれ反対方向で送信されるＮ個の反対方向パルスを第２の位置から送信することによって、管部材２の実効的な長さＳ_Bは１０または１００以上等、任意の所望の数Ｎにより乗算されることができる。以下、新規の方法を実行する１例について説明する。この例では、管部材２が長さ２０ｃｍで、空気で充満され、それによって管部材内の音波速度が３４０Ｍ／秒、即ち管部材を通過する音波の通過時間が５８８．２４μ秒であると仮定する。発振器18が６４ＭＨｚのクロック周波数を有すると仮定すると、各クロックは１５．６２５×１０^-9秒である。５８８．２４μ秒の伝送時間を有する２０ｃｍの管部材の場合、サイクルカウンタ14は１つの前方方向パルスと１つの反対方向パルスを含む各サイクルで（５８８．２５×１０^-6）÷（１５．６２５×１０^-9 ）＝３７６４８の値をカウントする。加速度の各測定が１６の前方方向音響パルスと１６の反対方向音響パルスを利用するならば、サイクルカウンタ14は加速度の各測定で６０２３６８サイクルをカウントする。したがって、加速度が存在しないならば、前方方向パルスカウンタ15と反対方向パルスカウンタ18の両者は同一値、即ち６０２３６８にカウントする。この値は値ｔ_B即ちゼロの加速度で音響本体（即ち管部材２）を通過する音波の通過時間を表している。しかしながら加速度が存在するとき、前述したように加速度の大きさおよび方向にしたがって、一方のカウンタはｔ_B＋δｔをカウントし、他方のカウンタはｔ_B−δｔをカウントする。さらに前述したように、距離Ｓ_B、即ち管部材２の伝送距離は正確に知られるので、ｔ_Bとδｔの決定によりプロセッサ10は前述の式（１）、（２）、（３）にしたがって加速度を計算できる。図２はシステムの全体の動作を示している。すなわちプロセッサ10は送信機論理回路11を経て信号を管部材２の両端部の前方方向パルス送信機Ｔ_Fと、反対方向パルス送信機Ｔ_Rへ送信する（ブロック21）。音響パルスがそれぞれの検出器Ｄ_F、Ｄ_Rにより受信されるとき（ブロック22）、検出器により発生される信号はそれぞれの増幅器12、16で増幅され（ブロック23）、それぞれの比較器13、17の基準電圧のしきい値と比較され、それによってサイクルカウンタ14を増分する（ブロック24）。プロセッサ10は次のパルス送信を付勢する前に各パルスを送信した後、予め定められた遅延を課され（ブロック25〜27）、それにより送信機が先の送信後に安定することを可能にする。前方方向パルスの伝送時間はカウンタ 15で測定され、反対方向パルスの伝送時間はカウンタ18で測定される。複数のＮ個、この例では１６個の前方方向パルスがしたがって連続的に送信され、それぞれのパルスは、管部材の反対側にある端部５にある検出器Ｄ_Fによって先行する前方方向パルスが検出されるとすぐに、管部材２の端部４の送信機Ｔ_Fから送信される。同様に複数のＮ個の反対方向パルスも管部材２の端部５の送信機Ｔ_Rにより連続的に送信され、それぞれのパルスは、管部材の端部４にある検出器Ｄ_R によって先行する反対方向パルスが検出されるとすぐに送信される。全ての前方方向パルスの伝送時間はカウンタ15で累積され、全ての反対方向パルスの伝送時間はカウンタ18で累積される。したがって予め定められた数Ｎのパルスが送信され検出されるとき（ブロック28）、カウンタ15、18からの情報およびサイクルカウンタ14からの情報は管部材２の既知の長さＳ_Bと共にプロセッサ10で処理され、それによって前述の方法で加速度ａを計算する（ブロック29、30）。プロセッサ10が加速度を決定した後、この値はディスプレイ32のスクリーン（図１）で表示され、33で示されているように記録され、またはさらに処理される。したがって、プロセッサ10により計算される線形加速度値は予め定められた時間インターバルにわたって積分され、34で示されているように速度を決定し、さらに35で示されているように変位または移動量を決定するために積分されてもよい。図３を参照すると、全体を102で示す別の例の本体が示されており、これは音響パルスを伝送することができ、角加速度を測定するための装置１で使用されることができる。本体102は主管104と、主管に接続している１対の短い管106、108 から形成されている。主管104はリング状に構成されている。代わりに、特に示していないが、主管104は端部が接続されている渦巻きのように設計されてもよい。管106、108はリング形状の主管104から２つの突出部を形成し、それらは主管と一体化されて作られている。換言すると、各管106、108は主管104の延長部である。先に説明した例の本体２と同様に、本体102は流体、即ち気体または液体で充満されている。１対のセンサ110、112は短い管106、108中にそれぞれ位置されている。したがってこのように主管104外の位置にセンサを置くことにより、主管104内の流体の循環に妨害がないようにできることが容易に理解されよう。比較的長い時間、一定の角速度で本体102を回転することによって、流体の粘性により同一の角速度で管内の流体粒子を回転させる。流体とセンサの間には相対運動は存在せず、２つの反対方向におけるリング形状の管104に沿った伝送時間は等しい値であり速度値に依存しない。管102の角速度が変化したとき、流体の粒子は別の速度値で運動し始める。これは短時間後に生じ、この時間は流体の粘性と慣性による質量に決定される。質量が小さく粘性が大きい程、この時間、即ち応答時間は短くなることが認識される。したがって、流体とセンサ110、112 の間に相対運動が存在するように見える。したがって両方向における伝送時間は異なり、等しくなく、流体と管104の角速度の値の差に依存する。同様に、角速度の変化（即ち角加速度）が速くなると、差は大きくなる。したがって、センサ 106と108の間の伝送時間はリング形状の管104の角加速度に依存する。この角加速度Ａを計算するため、力のバランスが考慮されるべきである。したがって、管内の流体の各層は２つの力、即ち摩擦力と慣性力により影響される。重力は考慮されるべきではないことが明白である。本体102の空間的な方向にかかわりなく、複数の粒子で形成される流体の全容積での重力ベクトルは完全に補償される。摩擦力は流体の粘性とその相対的な速度に依存し、慣性力は質量と加速度に依存する。それ故、ここで、Ｋ_mは慣性に基づく係数であり、Ｋ_vは粘性に基づく係数であり、ω_gは流体の角速度であり、ω_rは管102の角速度である。本体102の角加速度Ａが長期間一定になるとき、即ちＡ＝ｄω_r／ｄｔ＝一定であるとき、先の微分方程式（１０）は以下のような解を得る。 ω_g−ω_r＝Ａ・Ｋ_m／Ｋ_v （１１）この差は前述の方法で両対向方向の伝送時間によって測定される。Ｋ_m／Ｋ_v の比は装置１の感度を特徴とし、それぞれの基準データを用いて一般的な方法により較正段階の期間中に決定されてもよい。したがって、前述のように両方向における音響パルスの伝送時間Ｔを考慮すると、次式のようになる。ここでＶ_dは管102に関する流体の線形速度である。先の式にしたがって、相対的な線形速度Ｖ_dは次式のようになる。物体の角速度と線形速度における既知の数学的依存性を使用して、 ω_r−ω_g＝Ｖ_d／Ｒここで、Ｒはリング104の半径であり、前述の式を考慮すると、角加速度Ａの最終値は次式のように計算されることができる。本発明を前述の好ましい実施形態に関して説明したが、これが単なる例示目的で説明されたことが認識されるであろう。したがって前述の方法はパルス速度に依存せずに実行されることができるので、この方法は音響パルスおよび空気またはその他の気体に関してだけではなく液体に関しても論理的に実行される。本発明の多数のその他の変形、変更、応用が明白である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims

【特許請求の範囲】１．運動物体の加速度を測定する方法において、（ａ）エネルギパルスを送信することのできる本体を運動物体を支持して共に運動できるように運動物体に適用し、（ｂ）前記本体上の第１の位置から前方方向に、前記第１の位置から既知の距離にある前記本体上の第２の位置へ前記エネルギパルスを送信し、（ｃ）前記第２の位置において送信されたパルスを検出し、（ｄ）前記第１の位置から前記第２の位置までのパルスの伝送時間を測定し、（ｅ）この測定された伝送時間を前記第１の位置と第２の位置との間の既知の距離と共に使用して前記本体の加速度を決定し、それによって運動物体の加速度を決定するステップを有している加速度測定方法。２．前記パルスは音響パルスであり、前記本体は音響パルスの送信が可能なものである請求項１記載の方法。３．さらに、パルス速度係数の消去するステップを含んでいる請求項１記載の方法。４．前記消去するステップは、前記本体上の第２の位置から反対方向に、前記既知の距離にある前記本体上の第１の位置へ前記エネルギパルスを送信し、前記第１の位置において送信されたパルスを検出し、前記第２の位置から前記第１の位置までのパルスの伝送時間を測定し、この測定された反対方向の伝送時間を、前記測定された前方方向の伝送時間および第１の位置と第２の位置との間の既知の距離と共に使用して前記本体の加速度を決定し、それによって運動物体の加速度を決定する請求項３記載の方法。５．第１の位置と第２の位置との間の既知の距離は、前記第１の位置から前記第２の位置への前記前方方向の複数個Ｎのパルスを送信することによって効率的に乗算され、各パルスは前記第２の位置において先行パルスを検出したとき前記第１の位置から送信され、前記Ｎ個の前方方向のパルスの全体の伝送時間を測定し、この測定された全体の伝送時間を前記第１の位置と第２の位置との間の既知の距離をＮ倍にしたものと共に使用して前記本体の加速度を決定し、それによって運動物体の加速度を決定する請求項１記載の方法。６．第１の位置と第２の位置との間の既知の距離は、前記前方方向のパルスの複数の送信回数Ｎおよび前記反対方向のパルスの同じ複数の送信回数Ｎによって乗算され、各前方方向パルスは前記第２の位置における先行する前方方向パルスの検出時に前記第１の位置から送信され、各反対方向パルスは前記第１の位置における先行する反対方向パルスの検出時に前記第２の位置から送信され、前記Ｎ個の前方方向のパルスの全体の伝送時間を測定し、前記Ｎ個の反対方向のパルスの全体の伝送時間を測定し、この測定された全体の伝送時間を前記第１の位置と第２の位置との間の既知の距離をＮ倍にしたものと共に使用して前記本体の加速度を決定し、それによって運動物体の加速度を決定する請求項１記載の方法。７．前記伝送時間は各時間中に高周波発振器により生成されたクロックパルスの数をカウントすることによって測定される請求項１記載の方法。８．設定された動作は運動物体の加速度を周期的に測定する時間インターバル中周期的に反復され、測定された加速度は運動物体の速度を決定するために前記時間インターバルにわたって積分される請求項１記載の方法。９．決定された運動物体の速度は、前記時間インターバル中の運動物体の変位を決定するために前記時間インターバルにわたってさらに積分される請求項８記載の方法。１０．決定されるべき前記加速度は、運動物体の線形加速度である請求項１記載の方法。１１．前記パルスを送信できる本体は、ガス状媒体で充填され、両端で密封された円筒形状の管部材であり、前記第１の位置は前記管部材の一方の端部であり、前記第２の位置は前記管部材の他方の端部である請求項１０記載の方法。１２．前記前方方向パルスおよび反対方向パルスの伝送時間、および前記既知の距離Ｓ_Bが使用され、前方方向パルスの伝送時間を反対方向パルスの伝送時間に加算して加速度が存在しないとき本体を通って伝送されるパルスの伝送時間ｔ_Bの２倍に等しい値２ｔ_Bを生成し、前方方向パルスの伝送時間を反対方向パルスの伝送時間から減算して加速度によるパルスの伝送時間の変化δｔの２倍に等しい値２δｔを生成し、式にしたがって加速度を決定する請求項４および１１記載の方法。１３．前記管部材は空気で満たされる請求項１１記載の方法。１４．決定される前記加速度は、角加速度である請求項１記載の方法。１５．パルスを送信することのできる前記本体は、流体で充填された主管と、この主管と一体に形成されて主管から突出している第１および第２の短い管とから形成されている容器であり、前記第１の位置は前記第１の短い管中にあり、前記第２の位置は前記第２の短い管中にある請求項１４記載の方法。１６．前記主管部材は、リングの形態である請求項１５記載の方法。１７．前記主管部材は、接続端部でスパイラルの形態である請求項１５記載の方法。１８．加速度のないときの本体を通るパルスの伝送時間ｔ_B加速度によるパルスの伝送時間の変化δｔ、既知の距離Ｓ_B、知られている主管の半径Ｒ、および知られている装置の感度Ｋ_V／Ｋ_nは次の式にしたがって前記角加速度を決定するために使用される請求項４および１５記載の方法。１９．前記流体が気体である請求項１５記載の方法。２０．前記流体が液体である請求項１５記載の方法。２１．運動物体の加速度を測定する装置において、前記運動物体を一緒に運動できるように支持しているエネルギパルスを送信することのできる本体と、前記本体上の第１の位置に設置され、前記第１の位置から既知の距離にある前記本体上の第２の位置へ前記第１の位置から前方方向に前記エネルギパルスを送信するパルス送信機と、前記本体上の第２の位置に設置されているパルス検出器と、前記第１の位置から前記第２の位置までのパルスの伝送時間を測定するための測定システムと、前記送信機を制御し、前記検出器によって制御され、前記測定された伝送時間を前記第１の位置と第２の位置との間の既知の距離と共に使用して前記本体の加速度を決定し、それによって運動物体の加速度を決定するプロセッサとを具備している運動物体の加速度の測定装置。２２．前記送信機は音響パルス送信機である請求項２１記載の装置。２３．さらに、パルス速度係数を消去する手段を具備している請求項２１記載の装置。２４．前記パルス速度係数を消去する手段は、前記本体上の第２の位置に配置され、そこから、前記既知の距離にある前記第１の位置へ反対方向のパルスを送信するパルス送信機と、前記本体上の第１の位置に配置され、前記反対方向のパルスを検出するパルス検出器とを具備し、前記測定手段は、前記第２の位置から前記第１の位置までの前記反対方向のパルスの伝送時間を測定し、前記プロセッサは、この反対方向のパルスを送信する前記送信機を制御し、前記反対方向のパルスを検出する前記検出器によって制御され、反対方向のパルスの測定された伝送時間を使用して前記本体の加速度を決定し、それによって運動物体の加速度を決定する請求項２３記載の装置。２５．前記プロセッサは、第１の位置から第２の位置へ前方方向に連続して複数のＮ個のパルスを送信するために前記前方方向パルスの送信機を制御し、各パルスは前記第２の位置における先行するパルスの検出時に前記第１の位置から送信され、前記測定手段は、前記Ｎ個の前方方向パルスの全体の伝送時間を測定し、前記プロセッサは、この測定された全体の伝送時間を前記第１の位置と第２の位置との間の既知の距離をＮ倍にしたものと共に使用して前記本体の加速度を決定し、それによって運動物体の加速度を決定する請求項２１記載の装置。２６．前記プロセッサは、第１の位置から第２の位置へ前方方向に連続して複数のＮ個のパルスを送信するために前記前方方向パルスの送信機を制御し、また第２の位置から第１の位置へ反対方向に連続して同じ複数のＮ個のパルスを送信するために前記反対方向パルスの送信機を制御し、各パルスは前記第２の位置における先行するパルスの検出時に前記第１の位置から送信され、前記測定手段は、前記Ｎ個の前方方向パルスの全体の伝送時間および前記Ｎ個の反対方向パルスの全体の伝送時間を測定し、前記プロセッサは、この前方方向パルスの全体の伝送時間および前記Ｎ個の反対方向パルスの全体の伝送時間を前記第１の位置と第２の位置との間の既知の距離をＮ倍にしたものと共に使用して前記本体の加速度を決定し、それによって運動物体の加速度を決定する請求項２４記載の装置。２７．前記測定回路はクロックパルスを発生する高周波発振器と、測定された各伝送時間中に生成されるクロックパルスの数をカウントするカウンタとを具備している請求項２１記載のの装置。２８．前記プロセッサは、予め定められた時間インターバルで周期的に運動物体の加速度を決定し、この決定された加速度を前記時間インターバルにわたって積分して前記時間インターバルの終りにおいて運動物体の速度を決定する請求項２１記載の装置。２９．前記プロセッサは、前記時間インターバルにわたって前記決定された速度を積分して前記予め定められた時間インターバル中の前記運動物体の変位を決定する請求項２８記載の装置。３０．前記測定される加速度は運動物体の線形加速度である請求項２１記載の装置。３１．前記パルスを送信することのできる本体は、ガス状媒体で充填された両端で密封された円筒形状の管部材であり、前記第１の位置は前記管部材の一方の端部であり、前記第２の位置は前記管部材の他方の端部である請求項３０記載の装置。３２．前記プロセッサは、前方方向パルスおよび反対方向パルスの伝送時間、および前記既知の距離Ｓ_Bを使用し、前方方向パルスの全伝送時間を反対方向パルスの全伝送時間に加算して加速度が存在しないとき本体を通って伝送されるパルスの伝送時間ｔ_Bの２倍に等しい値２ｔ_Bを生成し、前方方向パルスの全伝送時間を反対方向パルスの全伝送時間から減算して加速度によるパルスの伝送時間の変化δｔの２倍に等しい値２δｔを生成し、式にしたがって線形加速度を決定することによって前記加速度を決定する請求項２３および３１記載の装置。３３．前記管部材は空気で満たされる請求項３１記載の装置。３４．決定される前記加速度は角加速度である請求項２１記載の装置。３５．パルスを送信することのできる前記本体は、流体を充填された主管部材と、この主管部材と一体に形成されて主管から突出している第１および第２の短い管とから形成されている容器であり、前記第１の位置は前記第１の短い管中にあり、前記第２の位置は前記第２の短い管中にある請求項３４記載の装置。３６．前記主管は、リングの形態である請求項３５記載の装置。３７．前記主管は、接続端部でスパイラルの形態である請求項３５項記載の装置。３８．前記プロセッサは、加速度のないときの本体を通るパルスの伝送時間ｔ_B 加速度によるパルスの伝送時間の変化δｔ、前記既知の距離Ｓ_B、知られている主管の半径Ｒ、および知られている装置の感度Ｋ_V／Ｋ_nを使用して次の式にしたがって前記角加速度を決定する請求項２３および３５記載の装置。３９．前記流体が気体である請求項１５記載の装置。４０．前記流体が液体である請求項１５記載の装置。