JP2016153746A - 計測装置、計測方法、および計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】計測装置は、装置規模の拡大またはデータレートの圧迫を抑制し、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応する。
【解決手段】加速度センサーは、複数方向の加速度を検出する。算出部は、複数方向の加速度に基づいて、所定の物理量を算出する。出力部は、データを出力する。選択部は、出力部から出力するデータを、複数方向の加速度および所定の物理量の中から選択する。
【選択図】図２

Description

本発明は、計測装置、計測方法、および計測システムに関する。

特許文献１には、「移動体の地面に対する垂直方向の垂直加速度を取得する加速度取得手段と、前記加速度取得手段により取得された垂直加速度と所定の重力加速度とに基づき、前記地面の傾斜角度を算出する傾斜角度算出手段と、前記移動体の移動履歴と各地点の標高を表す標高データとに基づき、前記移動体の上り下りを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果と、前記傾斜角度とを関連付けて出力する出力手段と、を備えることを特徴とする傾斜角度算出装置。」が開示されている。

特開２０１３−２５０２３６号公報

ところで、１つの計測装置で得られる様々な種類のデータは、ユーザーやアプリケーションによって、使用される種類が異なる場合がある。

例えば、計測装置は、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の３つの加速度と、ｘ，ｙ，ｚ軸の３つの傾斜角と、ｘ，ｙ，ｚ軸を回転軸とした３つの傾斜角速度との、９種類のデータを計測できるとする。あるユーザーは、これらの９種類のデータのうち、例えば、ｘ，ｙ軸の２つの傾斜角と、ｚ軸方向の加速度との３種類のデータを使用する場合がある。また、別のユーザーは、例えば、ｘ，ｚ軸の傾斜角と、ｙ軸方向の加速度との３種類のデータを使用する場合がある。同様に、計測装置１を適用するアプリケーションによっては、使用されるデータの種類が異なる場合がある。

このような、異なるユーザーやアプリケーションに対し、全て対応できるよう、計測装置から、全ての種類のデータを出力させることが考えられる。例えば、上記例の場合、計測装置に９個の出力ポートを持たせ、それぞれの出力ポートから、９種類のデータを出力させることが考えられる。また、１つの出力ポートから、９種類のデータを順次出力させることが考えられる。

しかし、計測装置に全種類のデータに対応した出力ポートを持たせると、装置規模が大きくなるという問題がある。また、全種類のデータを１つの出力ポートから順次出力させると、出力データにユーザーやアプリケーションにとって、必要のないデータも含まれ、そのデータによって、計測装置の出力データレートが圧迫されるという問題がある。

なお、特許文献１では、移動体の上り下りの判定結果と傾斜角とを出力することが記載されているだけで、ユーザーまたはアプリケーションに応じて、上り下りの判定結果と傾斜角とを選択して出力することは記載されていない。

そこで本発明は、装置規模の拡大またはデータレートの圧迫を抑制し、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応できる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の第一の態様は、複数方向の加速度を検出する加速度センサーと、前記複数方向の加速度に基づいて所定の物理量を算出する算出部と、データを出力する出力部と、前記出力部から出力するデータを、前記複数方向の加速度および前記所定の物理量の中から選択する選択部と、を有することを特徴とする計測装置である。第一の態様によれば、計測装置は、装置規模の拡大またはデータレートの圧迫を抑制し、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応することができる。

前記加速度センサーは、それぞれが直交関係にある３軸方向の加速度を検出することを特徴としてもよい。これにより、計測装置は、３軸方向の加速度と所定の物理量の中からデータを選択して、出力部から出力することができる。

前記算出部は、前記所定の物理量として、所定方向の傾斜角を算出することを特徴としてもよい。これにより、計測装置は、複数の加速度、複数方向の傾斜角、および所定の物理量の中からデータを選択して、出力部から出力することができる。

前記算出部は、前記所定の物理量として、所定方向の軸の各軸回りの傾斜角速度を算出することを特徴としてもよい。これにより、計測装置は、複数の加速度、複数方向の軸の周りの傾斜角速度、および所定の物理量の中からデータを選択して、出力部から出力することができる。

前記加速度センサーは、それぞれが直交関係にある３軸方向の加速度を検出し、前記算出部は、前記所定の物理量として、前記３軸方向の加速度に基づいて前記３軸の傾斜角と前記３軸の各軸回りの傾斜角速度とを算出し、前記選択部は、前記出力部から出力するデータを、前記３軸方向の加速度、前記３軸の傾斜角、および前記３軸の各軸回りの傾斜角速度の中から３つ選択することを特徴としてもよい。これにより、計測装置は、３軸方向の加速度、３軸の傾斜角、および３軸の各軸回りの傾斜角速度の中から３つデータを選択して、出力部から出力することができる。

外部からコマンドを受信する受信部、をさらに有し、前記選択部は、前記コマンドに応じて、前記出力部から出力するデータを選択することを特徴としてもよい。これにより、計測装置は、コマンドに応じたデータを出力部から出力することができる。

前記コマンドを外部から読み出し可能に記憶する記憶部をさらに有することを特徴としてもよい。これにより、外部の装置は、記憶部のコマンドを読み出して、計測装置が出力するデータを確認または認識することができる。

前記出力部は、前記選択部によって選択されたデータを、所定の順番で出力することを特徴としてもよい。これより、計測装置は、１つの出力部から、データレートの圧迫を抑制して、データを出力することができる。

前記複数方向の加速度および前記選択部によって選択されたデータの少なくとも一方をデシメーション処理するデシメーション部と、外部からコマンドを受信する受信部と、をさらに有し、前記デシメーション部は、前記コマンドに応じて、前記デシメーション処理を行うことを特徴としてもよい。これにより、計測装置は、外部からのコマンドに応じて、加速度および選択部で選択されたデータの少なくとも一方のデシメーション処理を行うことができ、出力するデータの出力レートを変更することが可能となる。

前記デシメーション部は、前記コマンドが使用できるメモリ容量に対応した所定の周期以上の周期での出力の指示である場合には、前記所定の周期のデシメーション値を、前記コマンドの指示する周期で平均化することを特徴としてもよい。これにより、計測装置は、外部のコマンドが、使用できるメモリ容量に対応した所定の周期以上の周期での出力の指示であっても、加速度および選択部で選択されたデータの少なくとも一方のデシメーション処理を行うことができる。

上記の課題を解決するための本発明の第二の態様は、複数方向の加速度を検出する工程と、前記複数方向の加速度に基づいて所定の物理量を算出する工程と、出力部から出力するデータを、前記複数方向の加速度および前記所定の物理量の中から選択する工程と、を含むことを特徴とする計測方法である。第二の態様によれば、計測装置は、装置規模の拡大またはデータレートの圧迫を抑制し、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応することができる。

上記の課題を解決するための本発明の第三の態様は、コマンドを出力するするコントローラーと、前記コマンドを受信する受信部と、複数方向の加速度を検出する加速度センサーと、前記複数方向の加速度に基づいて所定の物理量を算出する算出部と、データを出力する出力部と、前記コマンドに応じて、前記出力部から出力するデータを、前記複数方向の加速度および前記所定の物理量の中から選択する選択部と、を有する計測装置と、を含むことを特徴とする計測システムである。第三の態様によれば、計測システムは、装置規模の拡大またはデータレートの圧迫を抑制し、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応することができる。

第１の実施の形態に係る計測システムの構成例を示した図である。 計測装置のブロック構成例を示した図である。 傾斜角の算出例を説明する図である。 傾斜角速度の算出例を説明する図である。 コマンドの例を説明する図である。 記憶部に記憶されるコマンドの例を示した図である。 第２の実施の形態に係る計測装置のブロック構成例を示した図である。 第３の実施の形態に係る計測装置のブロック構成例を示した図である。 計測装置の別のブロック構成例を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る計測システムの構成例を示した図である。図１に示すように、計測システムは、計測装置１と、コントローラー２とを有している。

計測装置１は、直交関係にあるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度と、ｘ，ｙ，ｚ軸の傾斜角（ｘ，ｙ，ｚ軸の水平面となす角）と、ｘ，ｙ，ｚ軸の各軸回りの傾斜角速度と、の９種類のデータを計測することができる。計測装置１は、例えば、３個の出力部（例えば、出力ポート）を備え、計測可能な９種類のデータのうち３種類のデータを選択し、選択したデータのそれぞれを、３個の出力部からコントローラー２へ出力する。以下、ｘ，ｙ，ｚ方向は、右手座標系で示される方向で説明する。

計測装置１は、例えば、船舶などの被計測体に取り付けられる。計測装置１の被計測体への取り付け方は、ユーザーやアプリケーションによって異なる。

例えば、計測装置１は、船舶の重心近傍の床面において、ｘ軸が船舶の船首方向を向き、ｙ軸が船舶の左舷方向を向き、ｚ軸が床面垂直方向を向くように取り付けられる場合がある（以下では、「第１の取り付け方」と呼ぶ）。または、計測装置１は、例えば、法線が船首方向を向いた、船舶の重心近傍の鉛直壁面において、ｘ軸が船舶の左舷方向を向き、ｙ軸が鉛直壁面と並行の方向を向き、ｚ軸が船舶の船首方向を向くように取り付けられる場合がある（以下では、「第２の取り付け方」と呼ぶ）。

コントローラー２は、有線または無線によって、計測装置１と接続されている。コントローラー２は、ユーザーの操作に応じて、計測装置１に対し、出力すべきデータの種類を指定する。

例えば、コントローラー２は、ユーザーの操作に応じて、計測装置１に対し、ｘ軸の傾斜角、ｙ軸の傾斜角、およびｚ軸方向の加速度を出力するように指定したとする。この場合、計測装置１は、計測可能な９種類のデータから、ｘ軸の傾斜角、ｙ軸の傾斜角、およびｚ軸方向の加速度を選択し、選択したデータを３個の出力部からコントローラー２へ出力する。また、例えば、コントローラー２は、ユーザーの操作に応じて、計測装置１に対し、ｘ軸の傾斜角、ｚ軸の傾斜角、およびｙ軸方向の加速度を出力するように指定したとする。この場合、計測装置１は、計測可能な９種類のデータから、ｘ軸の傾斜角、ｚ軸の傾斜角、およびｙ軸方向の加速度を選択し、選択したデータを３個の出力部からコントローラー２へ出力する。

このように、計測装置１は、３個の出力部を備え、９種類あるデータのうち、コントローラー２によって指定された３種類のデータを選択して、３個の出力部から出力する。これにより、計測装置１は、９種類のデータ数より少ない３個の出力部で、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応できる。

例えば、ユーザーは、水平面に対する２軸の傾斜角から、船舶の床面の傾きを算出し、１軸の加速度から、船舶の床面が静止しているか（揺れていないか）判定したいとする。

この場合、あるユーザーは、上記の第１の取り付け方によって、計測装置１を船舶の床面に取り付ける場合がある。そして、あるユーザーは、計測装置１から、ｘ，ｙ軸の傾斜角と、ｚ軸方向の加速度とをコントローラー２に出力させ、コントローラー２に、ｘ，ｙ軸の傾斜角から、船舶の床面の傾きを算出させ、ｚ軸方向の加速度から、床面の静止を判定させたい場合がある。

また、別のユーザーは、上記の第２の取り付け方によって、計測装置１を船舶の鉛直壁面に取り付ける場合がある。そして、別のユーザーは、計測装置１から、ｘ，ｚ軸の傾斜角と、ｙ軸方向の加速度とをコントローラー２に出力させ、コントローラー２に、ｘ，ｚ軸の傾斜角から、船舶の床面の傾きを算出させ、ｙ軸方向の加速度から、床面の静止を判定させたい場合がある。

上記のように、計測装置１の取り付け方が異なると、計測装置１の各軸方向のアサイン、すなわち被計測体に対応する軸の方向が異なるため、計測装置１の３個の出力部から出力させたいデータの種類は、異なってくる。しかし、ユーザーは、コントローラー２によって、計測装置１から出力させたいデータの種類を指定できる。例えば、上記のあるユーザーは、コントローラー２を用いて、計測装置１の３個の出力部から、ｘ，ｙ軸の傾斜角と、ｚ軸方向の加速度とを出力させることができる。また、上記の別のユーザーは、コントローラー２を用いて、計測装置１の３個の出力部から、ｘ，ｚ軸の傾斜角と、ｙ軸方向の加速度とを出力させることができる。このように、計測装置１は、９種類のデータの数より少ない３個の出力部で、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応できる。

なお、上記では、計測装置１のデータの出力先は、コントローラー２としたが、コントローラー２とは別の装置であってもよい。例えば、コントローラー２とは別の装置が、計測装置１から出力されるデータを受信して、船舶の床面の傾き等を算出してもよい。

また、計測装置１は、データを別の装置に出力する場合、コントローラー２と常時接続されていなくてもよい。例えば、ユーザーは、計測装置１が出力するデータの種類を変更したいときに、コントローラー２を計測装置１に接続し、計測装置１が出力するデータの種類を変更するようにしてもよい。

また、上記では、計測装置１は、３個の出力部を備えるとしたが、これに限られない。例えば、計測装置１は、計測できるデータの種類（上記例の場合、９種類）より少ない数の出力部を備えていればよい。

また、上記では、被計測体の例として船舶を挙げたが、被計測体は、エレベーターなどであってもよい。例えば、計測装置１をエレベーターの床面または壁面に設置し、エレベーターの床面の傾きや静止状態を計測できる。

図２は、計測装置１の機能ブロックの例を示した図である。図２に示すように、計測装置１は、加速度センサー１１と、クロック出力部１２と、補正部１３と、傾斜算出部１４と、傾斜角速度算出部１５と、選択部１６と、記憶部１７と、出力部１８〜２０と、通信部２１と、を有している。

以下では、計測装置１は、概ね静止状態または等速直線運動状態にあるとする。計測装置１が加速度運動状態にある場合、加速度センサー１１から出力される加速度は、重力加速度による加速度なのか、加速度運動による加速度なのか区別できないからである。

加速度センサー１１は、直交関係にあるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度（重力加速度）を検出する。加速度センサー１１のｘ，ｙ軸は、例えば、計測装置１の筐体の取付け面内（計測装置１が被計測体に取り付けられる面内）にあり、ｚ軸は、計測装置１の取付け面に対し、垂直方向にある。

加速度センサー１１は、例えば、ｘ，ｙ，ｚ軸上に振動子を備え、各軸上の振動子に基づく発振周波数の変化を、クロック出力部１２から出力されるクロックを用いて測定する。各軸の発振周波数は、各軸上の振動子にかかる加速度に応じて変化し、加速度センサー１１は、各軸の発振周波数の変化から、各軸方向の加速度を検出する。加速度センサー１１は、検出した各軸方向の加速度を、所定の出力レートで補正部１３に出力する。

なお、加速度センサー１１の加速度検出は、上記方法に限られない。例えば、加速度センサー１１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）による静電容量変化を電圧に変換し、加速度を検出してもよい。

クロック出力部１２は、一定周波数のクロックを加速度センサー１１に出力する。

補正部１３は、加速度センサー１１から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度を補正する。例えば、補正部１３は、加速度センサー１１から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度のアライメント補正や、オフセット補正、温度ドリフト補正等を行う。なお、補正部１３は、加速度センサー１１から出力される加速度のアライメントや、オフセット、温度ドリフト等が小さい場合、省略してもよい。

傾斜算出部１４（本発明の算出部に相当する）は、補正部１３によって補正されたｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度に基づいて、各軸の水平面に対する傾きを算出する。

図３は、傾斜角の算出例を説明する図である。図３に示す「ｘ’」は、水平方向に平行な軸を示している。「ｚ’」は、重力方向に平行な軸を示している。「ｘ」は、加速度センサー１１のｘ軸を示している。「ｚ」は、加速度センサー１１のｚ軸を示している。なお、加速度センサー１１の「ｙ」軸は、紙面の裏面方向を向いているとする。また、重力加速度の向きは、図３中上向きとする。

加速度センサー１１のｘ軸は、図３に示すように、ｙ軸を回転軸として角度「θ_ｘ」傾いたとする。

このとき、加速度センサー１１から出力されるｘ軸方向の加速度（重力加速度成分）を「ａ_ｘ」とすると、次の式（１）が成り立つ。

式（１）に示す「１Ｇ」は、重力加速度であり、「１Ｇ＝９．８０６６５ｍ／ｓ^２」である。

式（１）より、ｘ軸の水平方向に対する傾き「θ_ｘ」は、次の式（２）で示される。

同様にして、ｙ，ｚ軸の水平方向に対する傾き「θ_ｙ」および「θ_ｚ」は、次の式（３）および式（４）で示される。

式（３）の「ａ_ｙ」は、ｙ軸方向の加速度であり、式（４）の「ａ_ｚ」は、ｚ軸方向の加速度である。

すなわち、傾斜算出部１４は、補正部１３から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度「ａ_ｘ」、「ａ_ｙ」、および「ａ_ｚ」と、重力加速度「１Ｇ」とに基づいて、式（２）〜式（４）に示す演算を行うことにより、ｘ，ｙ，ｚ軸の水平方向に対する傾斜角を算出する。

なお、傾斜算出部１４は、計測装置１に予め設定（記憶）された重力加速度（１Ｇ）を用いて、各軸の傾斜角を算出してもよい。この場合、計測装置１に設定される重力加速度の値は、計測装置１が用いられる緯度が考慮されていてもよい。

また、傾斜算出部１４は、補正部１３から出力される加速度から、重力加速度を算出してもよい。例えば、傾斜算出部１４は、「（ａ_ｘ ^２＋ａ_ｙ ^２＋ａ_ｚ ^２）^１／２」によって、重力加速度を算出する。

ここで、傾斜算出部１４が算出する、ｘ軸の傾き「θ_ｘ」の出力範囲について説明する。上記したように、計測装置１は、概ね静止状態または等速直線運動状態にあるので、ｘ軸方向の加速度は、重力加速度の成分のみとなる。従って、ｘ軸方向の加速度の値域は、次の式（５）で示される。

式（５）を「１Ｇ」で除算すると、式（５）は、式（６）に示すようになる。

式（６）より、角度「θ_ｘ」のとり得る範囲は、ｘ軸が水平方向のときの角度を「０度」として、図３中、時計回りに「＋９０度」、反時計回りに「−９０度」となる。従って、傾斜算出部１４は、ｘ軸の傾き「θ_ｘ」を、水平方向を「０度」として「−９０度〜９０度」の範囲で表現することができる。つまり、重力加速度を利用した加速度値から演算される角度は、回転角度ではなく、水平面を基準とした傾斜角となる。ｙ，ｚ軸の傾斜角についても同様である。

なお、傾斜算出部１４は、ｘ，ｙ，ｚ軸の傾斜角が「−９０度〜９０度」の範囲を超えた場合、再び水平方向を「０度」とした「−９０度〜９０度」の範囲の傾斜角を出力する。

また、各軸の傾斜角は、「９０度」または「−９０度」に近づくほど（サイン関数の値域が「１」に近づくほど）、加速度に対する変化率が小さくなる。そのため、加速度による傾斜角の変化とノイズによる傾斜角の変化は、区別がつきにくくなる。つまり、傾斜算出部１４から出力される傾斜角は、「９０度」または「−９０度」に近づくほど、誤差の影響が大きくなる。そこで、傾斜算出部１４は、所定範囲の傾斜角を出力するようにしてもよい。例えば、傾斜算出部１４は、「−６０度〜６０度」の範囲で傾斜角を出力するようにしてもよい。

図２の説明に戻る。傾斜角速度算出部１５（本発明の算出部に相当する）は、傾斜算出部１４によって算出されたｘ，ｙ，ｚ軸の傾斜角に基づいて、ｘ，ｙ，ｚ軸回りの傾斜角速度を算出する。

図４は、傾斜角速度の算出例を説明する図である。図４のグラフＧ１の横軸は、時間を示している。縦軸は、傾斜算出部１４から出力される傾斜角を示している。図４では、説明を簡単にするため、傾斜算出部１４から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸の傾斜角を、ｘ，ｙ，ｚ軸で区別しないで説明する。

グラフＧ１に示す「ｔ_Ｒ」は、傾斜算出部１４が出力する傾斜角の出力レートを示している。グラフＧ１の黒丸は、傾斜算出部１４が出力レート「ｔ_Ｒ」において出力する傾斜角を示している。

グラフＧ１に示す傾斜角変化「Δθ」は、傾斜算出部１４の出力レート「ｔ_Ｒ」に対する傾斜角の変化を示している。傾斜角速度は、単位時間あたりの傾斜角の変化であり、次の式（７）で示される。

従って、傾斜角速度算出部１５は、傾斜算出部１４の出力レート「ｔ_Ｒ」における、ｘ，ｙ，ｚ軸の傾斜角の変化から、ｘ，ｙ，ｚ軸回りの傾斜角速度を算出できる。

ｘ軸回りの傾斜角速度、ｙ軸回りの傾斜角速度、およびｚ軸回りの傾斜角速度は、式（７）より、次の式（８）〜式（１０）のように示される。

式（８）の「θ_ｙ」は、加速度センサー１１のｙ軸の水平方向に対する傾斜角を示している。式（９）の「θ_ｚ」は、加速度センサー１１のｚ軸の水平方向に対する傾斜角を示している。式（１０）の「θ_ｘ」は、加速度センサー１１のｘ軸の水平方向に対する傾斜角を示している。

なお、式（８）のｘ軸回りの傾斜角速度は、傾斜角「θ_ｙ」の単位時間あたりの変化量から算出したが、傾斜角「θ_ｚ」の単位時間あたりの変化量から算出してもよい。また、式（９）のｙ軸回りの傾斜角速度は、傾斜角「θ_ｚ」の単位時間あたりの変化量から算出したが、傾斜角「θ_ｘ」の単位時間あたりの変化量から算出してもよい。また、式（１０）のｚ軸回りの傾斜角速度は、傾斜角「θ_ｘ」の単位時間あたりの変化量から算出したが、傾斜角「θ_ｙ」の単位時間あたりの変化量から算出してもよい。

図２の説明に戻る。選択部１６には、補正部１３から出力される３軸方向の加速度と、傾斜算出部１４から出力される３軸の傾斜角と、傾斜角速度算出部１５から出力される３軸回りの傾斜角速度と、が入力される。選択部１６は、後述する記憶部１７に記憶された情報に基づいて、出力部１８〜２０から出力するデータを、３軸の加速度と、３軸の傾斜角と、３軸回りの傾斜角速度との中らから選択する。

記憶部１７は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置である。記憶部１７には、選択部１６が選択して出力するデータの種類の情報（以下、コマンドと呼ぶことがある）が記憶される。コマンドは、通信部２１を介して、コントローラー２から送信される。

また、記憶部１７は、記憶しているコマンドを、コントローラー２から読み出されるようになっている。すなわち、コントローラー２は、通信部２１を介して記憶部１７にアクセスすることにより、計測装置１が出力するデータの種類を認識することができる。

図５は、コマンドの例を説明する図である。図５に示すコマンド３１は、記憶部１７に記憶されるコマンドを示している。コマンド３１は、例えば、４ビットのデータで示される。コマンド３１には、矢印Ａ１に示すように、選択部１６が選択して出力するデータの種類が対応付けられている。例えば、コマンド「０００１」には、「ｘ軸の加速度」が対応付けられている。また、例えば、「コマンド０１０１」には、「ｙ軸の傾斜角」が対応付けられている。

図６は、記憶部１７に記憶されるコマンドの例を示した図である。記憶部１７は、例えば、１２ビットの情報を記憶する。記憶部１７の０ビットから３ビット目（図６中の「出力１」）には、出力部１８から出力するデータの種類を設定するコマンドが記憶される。記憶部１７の４ビットから７ビット目（図６中の「出力２」）には、出力部１９から出力するデータの種類を設定するコマンドが記憶される。記憶部１７の８ビットから１１ビット目（図６中の「出力３」）には、出力部２０から出力するデータの種類を設定するコマンドが記憶される。

例えば、図６の「出力１」には、図５に示す「ｘ軸の傾斜角」のコマンド「０１００」が記憶されている。「出力２」には、図５に示す「ｙ軸の傾斜角」のコマンド「０１０１」が記憶されている。「出力３」には、図５に示す「ｘ軸回りの傾斜角速度」のコマンド「０１１１」が記憶されている。

従って、図６に示すようなコマンドが記憶部１７に記憶されている場合、選択部１６は、傾斜算出部１４から出力されるｘ軸の傾斜角を出力部１８に出力する。また、選択部１６は、傾斜算出部１４から出力されるｙ軸の傾斜角を出力部１９に出力する。また、選択部１６は、傾斜角速度算出部１５から出力されるｘ軸回りの傾斜角速度を出力部２０に出力する。このように、選択部１６は、記憶部１７に記憶されたコマンドに基づいて、出力部１８〜２０から出力するデータを、３軸の加速度と、３軸の傾斜角と、３軸回りの傾斜角速度との中らから選択する。

図２の説明に戻る。出力部１８〜出力部２０は、選択部１６によって選択されたデータをコントローラー２または外部の装置に出力する。

通信部２１（本発明の受信部に相当する）は、コントローラー２との通信を仲介する。例えば、通信部２１は、コントローラー２から送信されるコマンドを受信し、記憶部１７に記憶する。また、通信部２１は、コントローラー２の指示に応じて、記憶部１７に記憶されているコマンドを読み出し、コントローラー２に送信する。

コントローラー２によるコマンドの設定は、任意に行うことができる。例えば、コントローラー２は、計測装置１が動作している最中に、コマンドを計測装置１に設定することができる。

このように、計測装置１の加速度センサー１１は、３軸方向の加速度を検出する。傾斜算出部１４および傾斜角速度算出部１５は、３軸方向の加速度に基づいて、傾斜角および傾斜角速度を所定の物理量として算出する。そして、計測装置１は、データを出力する出力部１８〜２０を備え、選択部１６は、出力部１８〜３０から出力するデータを、３軸方向の加速度および所定の物理量の中から選択する。これにより、計測装置１は、装置規模の拡大を抑制し（３個の出力部１８〜２０で）、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応できる。また、計測装置１は、ユーザーが必要とするデータを選択して出力するので、データレートの圧迫を抑制できる。

また、計測装置１は、コントローラー２からコマンドを受信する通信部２１を備え、選択部１６は、通信部２１で受信されたコマンドに応じて、出力部１８〜２０に出力するデータを選択する。これにより、ユーザーは、コントローラー２から、計測装置１が出力するデータの種類を容易に切り替えることができる。

また、記憶部１７は、コントローラー２によって、コマンドが読み出される。これにより、ユーザーは、計測装置１に設定された出力データの種類を容易に確認でき、または認識することができる。

また、計測装置１は、加速度センサー１１の３軸に対応するように、３個の出力部１８〜２０を備える。これにより、コントローラー２または外部の装置は、３軸における物理量を、１回で取得することが可能となる。例えば、コントローラー２または外部の装置が、計測装置１から３軸方向の加速度を必要とする場合、ユーザーは、３個の出力部１８〜２０のそれぞれに、ｘ軸方向の加速度、ｙ軸方向の加速度、およびｚ軸方向の加速度を出力するようにコマンド設定すればよい。この場合、コントローラー２または外部の装置は、１回で全３軸方向の加速度を取得することができる。これに対し、例えば、計測装置１の出力部の数が２個であった場合、コントローラー２または外部の装置は、検出軸方向が直交する３方向を含むように異なる方向に設置された２台の計測装置のそれぞれを２回に分けて、３軸方向の加速度を取得することになる。

なお、加速度センサー１１は、３軸方向の加速度を検出するとしたが、これに限られない。例えば、加速度センサー１１は、２軸方向の加速度を検出してもよい。そして、傾斜算出部１４は、直交する２軸の、水平方向に対する傾斜角を算出し、傾斜角速度算出部１５は、前記２軸の傾斜角速度を算出してもよい。この場合、出力部は、２つ備えることが望ましい。

また、計測装置１の算出部（傾斜算出部１４および傾斜角速度算出部１５）は、所定の物理量として、傾斜角および傾斜角速度を算出したが、速度および変位を算出してもよい。例えば、算出部は、加速度センサー１１から出力された加速度を積分して、速度を算出し、算出した速度をさらに積分して、変位を算出してもよい。そして、選択部１６は、出力部１８〜２０から出力するデータを、加速度、速度、および変位から選択してもよい。また、選択部１６は、出力部１８〜２０から出力するデータを、加速度、傾斜角、傾斜角速度、速度、および変位から選択してもよい。

また、傾斜算出部１４および傾斜角速度算出部１５は、記憶部１７に記憶されたコマンドに応じて動作するようにしてもよい。例えば、記憶部１７に、３軸方向の加速度を出力するコマンドが記憶されている場合、傾斜算出部１４および傾斜角速度算出部１５は、傾斜角および傾斜角速度を算出する必要がない。従って、この場合、傾斜算出部１４および傾斜角速度算出部１５は、動作しなくてよい。また、傾斜算出部１４および傾斜角速度算出部１５は、コマンドに対応する軸の傾斜角および傾斜角のみを計算してもよい。

また、上記では、傾斜角を、「ｘ，ｙ，ｚ軸の水平面となす角」としたが、これに限られない。例えば、水平面と交差する面を基準面として、その基準面とｘ，ｙ，ｚ軸のなす角を傾斜角としてもよい。

また、補正部１３、傾斜算出部１４、傾斜角速度算出部１５、および選択部１６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって、その機能を実現してもよいし、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit）などのカスタムＩＣ（Integrated Circuit）でその機能を実現してもよい。

また、出力部１８〜２０のそれぞれから出力されるデータは、シリアルデータであってもよいし、パラレルデータであってもよい。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、計測装置１は、１つの出力部を備え、選択したデータを所定の順番で順次（１つずつ）出力する。

図７は、第２の実施の形態に係る計測装置１のブロック構成例を示した図である。図７において、図２と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図７に示すように、計測装置１は、選択部４１〜４３と、１つの出力部４４と、を有している。

選択部４１〜４３は、記憶部１７に記憶されたコマンドに基づいて、補正部１３、傾斜算出部１４、および傾斜角速度算出部１５から出力されるデータを選択する。そして、選択部４１〜４３は、選択したデータを、予め決められた順番で順次、出力部４４に出力する。例えば、選択部４１〜４３は、選択部４１、選択部４２、選択部４３、選択部４１、選択部４２、…の順番で、選択したデータを出力部４４に出力する。

記憶部１７には、図６と同様のコマンドが記憶される。第２の実施の形態では、図６に示す「出力１」は、選択部４１のコマンドであり、「出力２」は、選択部４２のコマンドであり、「出力３」は、選択部４３のコマンドである。

例えば、図６に示すコマンドの例の場合、図７に示す選択部４１は、傾斜算出部１４から出力される「ｘ軸の傾斜角」を選択する。選択部４２は、傾斜算出部１４から出力される「ｙ軸の傾斜角」を選択する。選択部４３は、傾斜角算出部１５から出力される「ｘ軸回りの傾斜角速度」を選択する。そして、選択部４１〜４３は、「ｘ軸の傾斜角」、「ｙ軸の傾斜角」、「ｘ軸回りの傾斜角速度」、「ｘ軸の傾斜角」、「ｙ軸の傾斜角」、…の順番で、データを出力部４４に出力する。これにより、出力部４４からは、「ｘ軸の傾斜角」、「ｙ軸の傾斜角」、「ｘ軸回りの傾斜角速度」、「ｘ軸の傾斜角」、「ｙ軸の傾斜角」、…の順に、データが順次出力される。

このように、出力部４４は、選択部４１〜４３によって選択されたデータを、所定の順番で出力する。これにより、計測装置１は、出力するデータのデータレートの圧迫を抑制し、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応することができる。

例えば、計測装置１は、９種類の全データを順次出力しなくても、ユーザーが必要とする３種類のデータを順次出力するので、データレートの圧迫を抑制し、様々なユーザーまたはアプリケーションに対応することができる。

なお、順次出力されるデータは、シリアルデータであってもよいし、パラレルデータであってもよい。例えば、出力部４４からは、「ｘ軸の傾斜角」、「ｙ軸の傾斜角」、「ｘ軸回りの傾斜角速度」、「ｘ軸の傾斜角」、「ｙ軸の傾斜角」、…の順にデータが出力されるが、「ｘ軸の傾斜角」、「ｙ軸の傾斜角」、「ｘ軸回りの傾斜角速度」、「ｘ軸の傾斜角」、「ｙ軸の傾斜角」、…の各データは、シリアルデータであってもよいし、パラレルデータであってもよい。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、計測装置１は、デシメーション部を備える。

図８は、第３の実施の形態に係る計測装置１のブロック構成例を示した図である。図８において、図２と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図８に示すように、計測装置１は、加速度センサー１１と補正部１３との間に、デシメーション部５１を有している。

デシメーション部５１は、加速度センサー１１から出力される、３軸方向のそれぞれの加速度のデシメーションを行う。デシメーション部５１は、例えば、加速度をダウンサンプリングした後の折り返し雑音を除去するための低域通過型のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタと、加速度センサー１１から出力される加速度をダウンサンプリングするダウンサンプラーと、を有し、さらに、計測装置に内蔵するデシメーション処理に使用可能なメモリ容量を超える長周期のダウンサンプリング要求がある場合、使用できるメモリ容量の最大周期のデシメーション値を保持し、要求される周期範囲の前記保持したデシメーション値の平均値を出力する演算回路を有している。

図９は、計測装置１の別のブロック構成例を示した図である。図９において、図２と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図９に示すように、計測装置１は、選択部１６と出力部１８〜２０との間に、デシメーション部５２を有している。

デシメーション部５２は、選択部１６から出力されるデータのデシメーションを行う。デシメーション部５２は、図８で説明したデシメーション部５１と同様に、例えば、低域通過型のＦＩＲフィルタと、選択部１６から出力されるデータをダウンサンプリングするダウンサンプラーと、を有し、さらに、計測装置に内蔵するデシメーション処理に使用可能なメモリ容量を超える長周期のダウンサンプリング要求がある場合、使用できるメモリ容量の最大周期のデシメーション値を保持し、要求される周期範囲の前記保持したデシメーション値の平均値を出力する演算回路を有している。

前記、デシメーション工程は、コントローラー２から要求されるデータレートによって、デシメーション結果を出力する場合と、さらに長周期のデータレートの場合は、デシメーション値の平均値を出力する場合を自動的に判断し、要求された長周期データレートに必要な場合は、前記デシメーション値の平均工程を追加して信号を処理する。

このように、計測装置１は、加速度センサー１１から出力される加速度および選択部１６によって選択されたデータの少なくとも一方をデシメーションするデシメーション部５１またはデシメーション部５２を有する。これにより、計測装置１は、出力するデータの出力レートを変更することが可能となる。

また、加速度センサー１１の後段にデシメーション部５１を設けた場合、選択部１６の後段にデシメーション部５２を設けた場合より、傾斜算出部１４および傾斜角速度算出部１５の演算量を低減することができる。

以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、計測装置の機能構成は、計測装置の構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。計測装置の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。

また、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。例えば、第２の実施の形態に、第３の実施の形態で説明したデシメーション部を追加してもよい。また、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、本発明は、計測方法、計測装置のプログラム、当該プログラムを記憶した記憶媒体として提供することもできる。

１：計測装置
２：コントローラー
１１：加速度センサー
１２：クロック
１３：補正部
１４：傾斜算出部
１５：傾斜角速度算出部
１６：選択部
１７：記憶部
１８〜２０：出力部
２１：通信部
３１：コマンド
４１〜４３：選択部
４４：出力部
５１，５２：デシメーション部
Ｇ１：グラフ
Ａ１：矢印

Claims (12)

1. 複数方向の加速度を検出する加速度センサーと、
   前記複数方向の加速度に基づいて所定の物理量を算出する算出部と、
   データを出力する出力部と、
   前記出力部から出力するデータを、前記複数方向の加速度および前記所定の物理量の中から選択する選択部と、
   を有することを特徴とする計測装置。
2. 請求項１に記載の計測装置であって、
   前記加速度センサーは、それぞれが直交関係にある３軸方向の加速度を検出する、
   ことを特徴とする計測装置。
3. 請求項１または２に記載の計測装置であって、
   前記算出部は、前記所定の物理量として、所定方向の傾斜角を算出する、
   ことを特徴とする計測装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の計測装置であって、
   前記算出部は、前記所定の物理量として、所定の方向の軸回りの傾斜角速度を算出する、
   ことを特徴とする計測装置。
5. 請求項１に記載の計測装置であって、
   前記加速度センサーは、それぞれが直交関係にある３軸方向の加速度を検出し、
   前記算出部は、前記所定の物理量として、前記３軸方向の加速度に基づいて前記３軸の傾斜角と前記３軸の各軸回りの傾斜角速度とを算出し、
   前記選択部は、前記出力部から出力するデータを、前記３軸方向の加速度、前記３軸の傾斜角、および前記３軸の各軸回りの傾斜角速度の中から３つ選択する、
   ことを特徴とする計測装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の計測装置であって、
   外部からコマンドを受信する受信部、をさらに有し、
   前記選択部は、前記コマンドに応じて、前記出力部から出力するデータを選択する、
   ことを特徴とする計測装置。
7. 請求項６に記載の計測装置であって、
   前記コマンドを外部から読み出し可能に記憶する記憶部、
   をさらに有することを特徴とする計測装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の計測装置であって、
   前記出力部は、前記選択部によって選択されたデータを、所定の順番で出力する、
   ことを特徴とする計測装置。
9. 請求項１に記載の計測装置であって、
   前記複数方向の加速度および前記選択部によって選択されたデータの少なくとも一方をデシメーション処理するデシメーション部と、
   外部からコマンドを受信する受信部と、をさらに有し、
   前記デシメーション部は、前記コマンドに応じて、前記デシメーション処理を行う、
   ことを特徴とする計測装置。
10. 請求項９に記載の計測装置であって、
    前記デシメーション部は、前記コマンドが使用できるメモリ容量に対応した所定の周期以上の周期での出力の指示である場合には、前記所定の周期のデシメーション値を、前記コマンドの指示する周期で平均化する、
    ことを特徴とする計測装置。
11. 複数方向の加速度を検出する工程と、
    前記複数方向の加速度に基づいて所定の物理量を算出する工程と、
    出力部から出力するデータを、前記複数方向の加速度および前記所定の物理量の中から選択する工程と、
    を含むことを特徴とする計測方法。
12. コマンドを出力するするコントローラーと、
    前記コマンドを受信する受信部と、複数方向の加速度を検出する加速度センサーと、前記複数方向の加速度に基づいて所定の物理量を算出する算出部と、データを出力する出力部と、前記コマンドに応じて、前記出力部から出力するデータを、前記複数方向の加速度および前記所定の物理量の中から選択する選択部と、を有する計測装置と、
    を有することを特徴とする計測システム。

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