JP2666926B2 - 衝撃検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は様々な取扱い操作を品目が受けることにより
経験される加速度の測定に関し、特に、所定のしきい値
や加速度事象の発生回数を超えるすべての３軸方向の加
速事象を記録するために品目に固定装着され又は複数の
品目の間に配置される装置に関するものである。 ［従来の技術とその問題点］ 農産物や電子製品などの商品が取扱われ運送されてい
るときに、それらに損傷が発生し得るということが認め
られている。その損傷は商品が落とされたとき又は大き
な加速度を受けたときに発生する。果物のきずや機器の
破損を含むこの損傷は消費者の品質に対する認識に影響
を与え、高価な修理が必要となるので、操作のどの段階
で商品が損傷を受けたのかということを確かめることが
重要となる。 様々な商品の加速の歴史を決定するために特別な設備
を利用して様々な研究が行なわれている。 「操作中の果物に対する力の調査用遠隔計測器」1971
年刊ASAE会報第16巻、第２章245〜47ページに報告され
ているように、Ｏ′Brien等は操作中の他の果物といっ
しょに含まれた遠隔の模擬果物からの信号を集めるため
のFM遠隔計測器を用いた。加速度は±５％の目盛り精度
を有する３軸方向の加速度計によって測定され加速度の
大きさは、果物操作経路に沿って配置された連続アンテ
ナに伝送される。果物によって衝撃を与えられたそれぞ
れの表面の物理的特性が、受けた加速度と受けた損傷に
関して測定されねばならない。その測定システムは信頼
性に欠け、内部変形を損傷を正確に相関させることがで
きず果物の操作経路の相対的に制御された環境において
のみ使用に適していた。 1977年にアルドレット（Aldred）等はASAE紙第77−15
27の「機械的収穫中における桃に対する力のマイクロコ
ンピュータシステムによる調査と遠隔計測“Telemetry
and Microcomputer System Aids Investigation of For
ces on Peaches During Mechanical Har−vesting"」に
おいて報告されているように、模擬の桃に対する加速度
とみなされるデータのサンプリング及び記録のためのマ
イクロコンピュータを使用した。データは最初に遠隔計
測システムによって読み出された。しかし、その測定器
は十分に目盛り定めされておらず、受けた加速度と引き
起こされたきずの程度に関するデータを得るための試験
は行なわれなかった。 1981年ペンシルバニア州立大学刊PhD論文「収穫及び
操作設備の衝撃ポテンシャルの監視用遠隔計測装置（Te
lemetry Device for Moni−toring the Damage Potenti
al of Harvesting and Handling Equipment）」におい
てハリー（Hallee）に報告されているように、模造いも
に関して遠隔計測システムが再び使用された。この論文
でハリーは模造じゃがいもによって受ける加速度に基づ
く衝撃損傷の予測を考慮しながら衝撃加速度と衝撃損傷
との関係を確立した。 アンダーソン（Anderson）とパークス（Parks）は、1
984年農業技術スコットランド学会（Scottish Institut
e of Agricultural Engi−neering）刊「電子じゃがい
も」（“The Electro−nic Potato"」において単軸加速
度計装置は「等価落下高さ」ということばで評価される
結果を生じることができたと結論づけている。これらの
評価結果は遠隔計測装置において評価されたデータにと
って生産物に対して起こりうる損傷の良好な指標を与え
た。しかしながら、単軸加速度計は、例えば操作経路上
で回転している果物によって受ける３次元の加速度を測
定することはできない。 最も新しい論文は、それも遠隔計測器を使用している
がHalderson等によって発表された。それは農業電子技
術応用における国家評議会会報、農業電子技術1983年以
降第２巻773〜80ページの「衝撃検出用遠隔計測装置」
（“a Telemetry Device for Impact Detection",Proce
eding of the National Conference on Agriculural El
ectronics Application,Agricultural Electronics−19
83 and Beyond）に刊行された。 この発表の中でHaldersonは３軸方向の加速度計のそ
れぞれの軸を目盛り定めするために衝撃エネルギーレベ
ルと同様遠隔計測された加速度信号の統計的分析を行な
った。 商品の操作及び搬送に関する環境的データを集めるた
めの以前のシステムは、器具に接続され、ケーブルで読
み出された直接的なデータか又はデータ遠隔計測システ
ムを使用していた。集められたデータは直ちにセンサ部
の外部の器具に送付されるので、このシステムは感知さ
れたデータの蓄積用センサ部の内側に記憶部を必要とし
なかった。記憶部が設けられるならば、検査しようとし
ている加速事象は瞬間的なものであり、それぞれの事象
を十分に特徴づけるためには高いサンプリング率が必要
とされるため大容量の記憶部が必要となる。さらに相対
的に少しの収集データしか検査対象の加速事象を含んで
いないので、大きい記憶容量がむだにされてしまう。 米国特許第4,387,587号において高速道路やテストト
ラックにそった、あらかじめ、指定された点で自動車の
単軸方向の減速が、もしその減速の大きさが所定水準を
超える場合に感知され蓄積されるような装置と方法をフ
ァルコーナー（Faulconer）は述べている。上記の装置
及び方法によれば実質的に必要な記憶容量が減少する。
しかし、ファルコーナーの発明が使用可能であるという
制御された事情のためにブレーキ減速事象の発生時間は
知られており、それゆえ減速データで記録されない。一
方、商品の操作及び搬送において、加速事象の時間は他
のデータで記録されるべき重要な未知数である。 それゆえ、（ａ）監視されている対象物や商品を近似
させることができるように物理的に組立てられる、又は
（ｂ）より大きな対象物に固定装着され同時に３本の直
交軸のそれぞれにおいて加速度を感知でき、（ｃ）感知
された加速事象の両部すなわち、３本のうち少なくとも
１本の座標軸における加速度の大きさが所定のしきい値
を超過したものとその加速事象の発生時間が読み出され
もっと都合のよい時間で分析されるようにしたものの両
方を蓄積できるような装置を提供することが望ましい。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は商品が操作され搬送されているときにその加
速履歴を測定し記録するための装置を提供する。その装
置は商品が監視されるか又は監視される対象物に装着さ
れるような型態で作成される。それは３本の座標軸のそ
れぞれにおいて加速度を感知できる。３方向の加速度は
すべて、もしどの方向かの加速度が所定の加速度の大き
さを超える場合データとして蓄積される。その装置はま
たそのような加速度の発生時間を蓄積し、それによって
発生時間の履歴を提供する。この履歴は商品の操作及び
搬送が完了した後に分析のために記憶部から読み出され
る。 本発明の１つの態様によれば、検出装置は３コの加速
度センサとマイクロコンピュータとバッテリとを有する
部分を備えている。マイクロコンピュータは記憶手段と
マイクロプロセッサとクロック手段とを備えている。記
憶部はマイクロプロセッサ用のプログラム命令を有して
おりセンサによって収集されたデータの蓄積に役立って
いる。商品の搬送の後、データは記憶手段から特別なポ
ートを超えて別の処理用の外部装置に読み出される。そ
れぞれの加速度計によって発生したアナログ信号は、こ
れらの信号をアナログ・デジタルコンバータに多重使用
することによってデジタル信号に変換される。マイクロ
コンピュータ記憶部は一部はランダムアクセスメモリ
（RAM）と一部は読み出し専用メモリ（ROM）により構成
されており、ROMはマイクロプロセッサにより使用され
るプログラムを蓄積する。そのROMは電気的にプログラ
ム作成でき（EPROM）新しいプログラムは蓄積データを
読み出すために使用されるポートを介して入力される。 ［実施例］ 本発明の詳細は図面によりさらによく理解される。特
に、第１図は、装置12を収納している果物形状のハウジ
ング10（ここではりんごの形状をしている）を示す。ハ
ウジング10はテストされる対象物の衝撃抵抗や他の行動
特性を模擬する材料で作成されている。そのハウジング
は単一の均一層の材料や多層材料や又は衝撃測定装置の
加速度計が実際の果物により受けた加速度と相関される
加速度を正確に測定できるようにする上記材料以外のプ
ラスチックとゴムの結合により形成される。 搬送又は操作中、ハウジング10は模造される対象物と
同じ取扱いを受けるように模造される対象物と同様な形
状に形成される。ハウジング10は完全に電子パッケージ
12を内包しており、又電子パッケージ12は実際りんごが
受ける加速度に相関される加速度をその電子パッケージ
12が受けるようにハウジング10内に堅く固定されてい
る。ハウジング10はミシガン州ポッタビレのアドテック
プラスチックシステム会社（Ad−Tech Plastic Systems
Corporation of Potte−rville）で製造されているEC
−420エポキシ成型樹脂で形成される。このような樹脂
を使用してハウジング10は電子パッケージ12の周りを成
型することができ１日以内でセットされる。77゜Ｆ（す
なわち室温）の周囲温度のもとで、ハウジングが固まる
ときのハウジングの内部のピーク温度は173゜Ｆであ
り、その温度はすべての電子部品が破壊されない温度で
ある。ハウジング10はまたパッケージ12を破壊すること
なしにパッケージ12から溶解し去ることができ、それに
より、パッケージ12の様々な構成要素（バッテリ20な
ど）の置き換えが可能である。この樹脂はキシレン、ジ
メチル塩化物、又はプロパノールにより溶解される。成
型樹脂は又透明であってもよく損傷の可能性を知るため
に、収納されているパッケージ12を視覚により検査でき
るようにしている。 多種の上記のような成型用樹脂を用いることができ
る。実際どの果物の形状を模擬することも可能である。
EC−420樹脂は70のショアＤ硬度と１インチ四方当り600
0ポンドの引っ張り強度を有しており種々の果物の硬度
を模擬するコーティングとして好適である。他の適用例
では、ハウジング10は検査される種目に固く装着できる
ように形成可能である。そのような応用例は、どの点で
どのような衝撃が起こり得るかを決定するためにコンピ
ュータの輸送履歴を検査する応用例である。そのような
応用例では、すべての３座標の加速度を監視する必要は
ないということが可能である。 ハウジング10に完全に収納された電子パッケージ12は
マイクロプロセッサ14、読み出し専用メモリ（ROM）1
6、ランダムアクセスメモリ（RAM）18、バッテリ20そし
て３軸方向の加速度計手段22などの電子構成要素を備え
ている。３軸方向の加速度計手段22はハウジング10内で
どのような方向性をも有することができるが、全般的に
ロスを生ずることなしに、３軸方向の加速度計22の軸は
直交座標軸X,Y,Zと一致するようにされている。加速度
計22は、別々に加速度を測定する３コの相互に直交した
加速度計から実際には構成されている。電子ジャック26
に接続されている信号線24がマイクロプロセッサ14に接
続されている。信号線24は非同期の共通データがRS232
のタイミングに応じて装置12のRAM18から読み出し可能
にするためにマイクロプロセッサ上の適当な信号ポート
に接続されている。データがいったん読み出されるとそ
れらはさらに処理される。 第２図に関しては、３軸方向の加速度計22（第１図参
照）をハウジング10（第１図参照）内に配置する効果が
確認されている。第２図におけるグラフ28は40ミリ秒以
内続く典型的な加速事象に対する収納されていない加速
度計の応答の時間履歴を示しており、グラフ30は同じ加
速事象に対する同じ型の収納された加速度計の応答を示
す。グラフ28と30の比較はそれらの応答間での不一致は
非常に小さいことを示しており、加速度計を成型樹脂内
に収納することは加速度計の応答においてはほんの小さ
な効果しか有していないことを示している。収納されて
いない加速度計はプラスチックに収納された加速度計よ
りも変化しやすい応答を生じる。それゆえ内部に収納さ
れた加速度計は、ハウジングの形状を有する対象物の外
部表面により受けた加速度に正確に応答できる。 第３図は、加速度計とその電圧供給源とマイクロプロ
セッサ14（第１図参照）に適当に調整された加速度計信
号を供給するのに必要とされるその他の関連電子部品を
有しているデータ獲得システムの部分を示している。ア
ルタス社（Alltus Company）製の有用な１組の３ボルト
リチウムバッテリなどの６ボルトの直流電源20は、本発
明の装置の電子回路に必要な電流を供給する。この応用
例では、バッテリの寿命は48時間を超えることができ
る。この電圧供給源は、後述する任意の電圧変換の後
に、３コの加速度計と関連電子部品のそれぞれに接続さ
れている。ｘ、ｙ及びｚ軸方向の加速度信号を供給して
いる加速度計34x、34y及び34zはそれぞれマイクロプロ
セッサ14上のアナログ、デジタル（A/D）変換ポートに
入力されるアナログ電圧を発生する。Intel 8096マイク
ロコントローラファミリーの一部としてのIntelモデル8
097マイクロプロセッサはマイクロプロセッサ14として
作用する。 ３軸方向の加速度計22におけるそれぞれの加速度計34
x、34y、34zはおよそ±750×ｇ（ｇは重力加速度）の範
囲内での加速度を感知できる。このVibrametricsモデル
3130の３軸方向の加速度計の出力特性は非常に安定して
いる。その直線性は±100gの高さの正弦波的な衝撃レベ
ルでテストされるときでさえ保持されている。このよう
な加速度計は、非常に小さな電力を消費し、例えば６ボ
ルトの直流で操作のときは、モデル3130の加速度計は0.
2ミリＡ消費する。このオフセット状態の加速度計は±2
56gの加速度範囲に対して０から5.12ボルトの範囲の電
圧を発生する。操作電圧範囲の増加は３軸方向の加速度
計が±750×ｇの範囲を超過する加速度の測定を可能に
する。 直交する３方向における加速度を感知する応用例が容
易に考えられるとき、感知される加速度の方向の数とそ
の方向性は他の種々の応用に応じて適当に選択すること
ができる。これらには非直交多軸センサと同様に１方向
及び２方向測定が含まれている。 加速度計定電流源40は電流制限ダイオードと１ヘルツ
の3dBカットオフ周波数を有するRCハイパスフィルタ回
路より形成される。図に示すように抵抗及びコンデンサ
の使用可能な値Ｒ＝1MΩでＣ＝１μＦである。 Intel8097マイクロプロセッサ14のA/D入力は０から＋
５ボルトの間の電圧レベルを受けるように設計されてい
る。３軸方向の加速度計22のそれぞれの軸34x〜ｚによ
り発生した電圧信号は、A/D変換ポート48に送られるの
で分割器42により与えられた目盛り測定要素及び加算増
幅器44により与えられたオフセット電圧はこれら全範囲
の信号が適当な電圧範囲内に入るように選択される。 例えば、果物に対する損傷は200g以上の加速度レベル
で明確に生じるので農産物に対する加速度は±250gを越
えてはならず、このように装置はそのような加速度を防
ぐように設計されている。それで加速度計電圧信号の大
きさは（正確なオフセット電圧調整の後）電圧測定の必
要性なしにA/Dコンバータに直接送られる。高ｇレベル
に対して（例えばコンピュータ及び電子備品に対して50
0gまで）出力加速度計電圧信号をポート48に入力される
前に測定する必要がある。 ±256gまでの加速度範囲に対して、A/D変換は簡単で
直接的であり、ただ加算増幅器（オフセット電圧）のみ
必要とする。この適用に対するA/D変換量の誤差は±1/2
ビットであり、±2gの加速度に該当している。8097マイ
クロコンピュータ14の10ビットA/D変換能力のうち８ビ
ットだけ使用される（Vibrometricsモデル3132加速度計
により測定された）±768gの加速度範囲に対して、すな
わち±7.68ボルトの出力に対して、A/D変換入力は、０
から５ボルトまでの電圧範囲を得るために、３の要素に
より縮小されねばならない。 他の３軸方向の加速度計22は０から６ボルトの範囲以
外の供給電圧範囲を必要とする。例えばバイブロメータ
モデル3132加速度計は０から15ボルトの電圧範囲で作動
する。単一の６ボルトバッテリからこの電圧範囲を得る
ために電圧コンバータ46が必要である。このようなコン
バータは広く利用されており、98％の高能率を有してい
る。 8097マイクロプロセッサ14は８コものチャンネルで信
号を受信でき８キロバイト（8K）の電気的プログラム可
能読み出し専用メモリ（モニタプログラムを含むEPRO
M）及びアドレス１メグバイトのRAM（データ蓄積用）と
を備えている。本適用例に対しては４コのチャンネルが
112キロバイトのRAMとともに使用されている。EPROMは
２コの付加的インテル2716チップより構成されRAMはRCA
6164チップより構成されうる。他の等価のマイクロプロ
セッサ及びチップが使用されうる。 第４図に示すようにインテル8097マイクロプロセッサ
14はA/D変換チャンネル入力部48を介してアナログ入力
を受信する。３軸方向の加速度計22の３本の軸をそれぞ
れ１ミリ秒ごとにサンプリングし、マイクロプロセッサ
14は10本のデジタルデータの並列線を生じておりそのう
ち８本が利用されている。３軸方向の加速度計からの交
互にサンプルされた８ビットは適当な16ビットのアドレ
スとともに記憶部56に入力される。これらのデジタル出
力はポート50に発生し、そのデジタル化されたデータは
３軸方向の加速度計22により測定された３種の加速度要
素のそれぞれの周期的に発生したサンプルを表わしてい
る。もちろんマイクロプロセッサ14は加速度が第３の方
向には起こらないということが知られている適用例にお
ける加速度計のうち２コだけサンプルするようにプログ
ラム化される。データは２コのインテル8282積分回路よ
り成るマルチプレクサ52及び２コの74LS245非反転八進
法トランシーバ回路より成るトランシーバ54の両方に送
信される。マルチプレクサ52及びトランシーバ54は両方
とも記憶部56に接続されている。 マルチプレクサ52は該当するデジタルデータが蓄積さ
れるべき記憶要素についての記憶アドレスを生じてい
る。これらのアドレス信号は記憶部56及び６コのRCA616
4RAMチップのうちどのチップがデジタルデータの蓄積に
対してイネーブルにするかということを決定するアドレ
スデコーダ58に送信される。このように、RAMチップイ
ネーブル信号は並列線59を介して記憶部56に供給されイ
ネーブルチップ上の特別なアドレス信号はマルチプレク
サ52により並列線57を介して記憶部56に供給される。 トランシーバ54は、マイクロプロセッサ14の“RD"ピ
ン49からトランシーバ54の方向“DIR"ピン55での適当な
進信号が受信されるとポート50からデジタル化されたサ
ンプルを受信し、デジタルデータを記憶部56に送信しそ
こで蓄積される。その他のときはトランシーバ54は記憶
部56に蓄積されたデータを受信でき、その受信したデー
タをマイクロプロセッサ14に送信できる。トランシーバ
54は、例えばシステムの操作開始のときに記憶部56のRO
M部に蓄積されたモニタープログラムをマイクロプロセ
ッサ14に負荷を与えるようにこのモードで使用される。
マイクロプロセッサ14はまた制御信号を発生し、その制
御信号は線60を介して記憶制御部62に送信される。記憶
制御器62はこれらの信号を記憶制御信号に変換する。記
憶制御信号はデータ蓄積と回復操作の時間合せを制御す
るために並列線63を介して記憶部56に送信される。 最後に、マイクロプロセッサ14はデータの装着可能な
ダム（dumb）端子66についての送受信を可能にするため
の非同期的シリアル信号を発生できるシリアルポート64
を有している。ダム端子66は、例えば信号線24及び第１
図の電子ジャックなどの手段によりポート64に接続され
そしてマイクロプロセッサ14を将来プログラム化するた
めに使用される。それはまた記憶部56に蓄積されたデー
タをマイクロプロセッサ14の制御のもとにトランシーバ
54を介して受信できる。 デジタル化されたデータの記憶部56での蓄積はパック
されたレコードファイルの形でされている。このファイ
ルはヘッダと設定された限界以上の衝撃事象のそれぞれ
の記憶部とから形成されている。ヘッダはファイル形成
の時間とデータ、ゼロｇデジタル化された値、サンプリ
ング率、及びしきい値設定値の情報を有している。それ
ぞれの記録は、開始時間変数（４バイト）、軸変数当り
のデータポイントの数（２バイト）、そしてそれぞれの
軸の加速度を表す３バイト長の配列のダイナミック数よ
り形成される。３バイト配列の数は軸変数当たりのデー
タポイントの数に等しい。16ビットのファイルアドレス
の始めと終りは電流位置表示とともに記憶部のどこか他
に蓄積される。ソフトウェアは異った内部ファイル構造
とともに１つ以上のファイルオンボードメモリ（file o
n−board memory）を収納するように形成されている。 シリアルファイルの移動中に８ビットのバイトが６進
法の表示法に変換され、ASCII基準はデータの移送に使
用される。 第５図においては、マイクロプロセッサ14の構造がよ
く理解できる。マイクロプロセッサ14はメインプロセッ
サ部68を有しその68部はA/Dコンバータ70からのデータ
を受信し、その70部はマイクロプロセッサのポート48で
加速度計から受信されたアナログ信号を順次デジタル化
する。さらにメインプロセッサ部68はデータの一時的な
蓄積用の（バッファの形状で）一時蓄積部72と記憶部56
のRAM部との両方をアクセスすることができる。A/Dコン
バータ70により発生されたデジタルデータが、記録可能
な加速度事象が発生したということを表示するある基準
を満たすときトリガフラッグ95はメインプロセッサ部68
によりセットされる。これらの基準は次に論じられる。 結局メインプロセッサ部68はほぼ自律高速度出力（HS
O）部82に接続される。メインプロセッサ部68により使
用されるモニタプログラム74はA/D変換割り込みルーチ
ン76、HSO割り込みルーチン78及び他のメインプログラ
ム80を有しており、それらは記憶部56のEPROM部から読
み出される。本実施例で使用されたプログラムはマイク
ロフィッシュプログラムリスト（後述）に記載されてい
る。 HSO部82はメインプロセッサ部68からHSOプログラム指
令線84を介してプログラム指令を受信する。順番に、HS
O部82は割り込み信号を割り込み線86を介してメインプ
ロセッサ部68に送信することが可能である。HSO部82は
またタイマ信号をタイマ88から受信し始動A/D変換信号
を信号線90を介してA/Dコンバータ70に送信できる。 HSO部82は命令及び関連した開始時間を保持している
８コのプログラムレジスタを有している。すべての８コ
のプログラム化されたタイマはマイクロコンピュータシ
ステムのクロックすべての周期において基準タイマ88に
比較されている。メインプロセッサ部68がHSOプログラ
ム指令線84を介してモニタプログラム74の一部分を送信
するときHSO部はプログラム化される。モニタプログラ
ム74の第１の部分、すなわちA/D割り込みルーチン76はA
/D変換割り込みがありその結果A/D変換データがしきい
値比較と次のチャンネル変換のための準備のために一時
蓄積部に配置されるとき実行される。 A/Dコンバータ70により発生したデータはトリガフラ
ッグ95がセットされなければ記録されない。この信号
は、３軸性加速度計の３つの軸のうちどの１つの軸でも
ほぼ0gで中心に向かう加速度のバンドの外部で加速度を
受ける場合にセットされる。これは所定のしきい値に対
してA/Dコンバータにより発生されたそれぞれのサンプ
ルのデジタル値の絶対値を比較することにより達成され
る。３軸のうちのどの１つの軸方向での加速度の絶対値
が所定のしきい値を越えるということをメインプロセッ
サ部68が決定する場合、トリガフラッグ95がセットされ
る。もししきい値を越えない場合、トリガフラッグ95の
値はリセットされる。 このシステムのサンプリング操作を記述しているフロ
ーチャートが第６図に図示されている。ルーチン78の第
１段階は可変スタイム（STIME）にサンプル期間を加え
ることである。次にHSO割り込みルーチン78における指
令はレコードフラッグ94（第５図参照）がセットされて
いるかどうかを決定するためにチェックする。もしレコ
ードフラッグがセットされていなければ、ルーチン78は
停止され、メインプログラム80は制御を再び始める。も
しレコードフラッグがセットされておれば、A/D変換部7
0の（第１図における加速度計22のＸ軸からのアナログ
入力を受信する）チャンネル１を供給する準備がなされ
る。次に、適当なオフセットタイムがタイマ１の保持値
に付加され、３種のアナログ入力信号がA/D変換部70に
より変換される３種のサンプル時間を発生する。最後に
一時蓄積部72（第５図参照）におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸方向
の値が長時間データ蓄積部56に移される。他の割り込み
76又は78が実行されるまでメインプログラム80は制御を
続ける。 HSO部82はタイマ88の値が第1A/D変換の時間と等しく
なるのを待つ。この変換が行なわれてその結果が一時蓄
積部72に蓄積される。同様に加速度計の他の２軸により
発生されたアナログ電圧のサンプルは標本抽出され一時
蓄積部72に蓄積される。A/D変換部70はデータを受信す
るメインプロセッサ部68を準備する割り込線92aを介し
て割り込み信号を送信する。このことは割り込みルーチ
ン76の実行を引き起こす。そのデータは８ビットバス92
により一時バッファ72に送信される。そのハードウェア
はインテル8097に含まれている。 HSO部の指令は実行の後HSOプログラムレジスタから消
去される、それゆえHSOプログラムレジスタはそれぞれ
のサンプル期間の後リセットされねばならない。サンプ
リング処理過程は、HSO割り込みルーチン78がそれぞれ
のサンプル期間の後HSO部82を再プログラムさせること
によって自己永続できるようにされている。A/D変換割
り込みルーチンは５コのタイマの増加で実行され、単一
のA/D変換は21のタイマ増加で実行される。それゆえ、
タイマの増加は２マイクロ秒に等しいので、３軸性加速
度計22のすべての３軸により発生した信号のサンプル時
間は156マイクロ秒（タイマ１増加当たり２マイクロ秒
で、３×26タイマ増加）である。実質的な時間遅れは、
A/Dコンバータ70により達成された全部の効果的なサン
プリング率を減少させるために第１軸をサンプリングす
る前に付加される。それで、３コの加速度チャンネルは
ほぼ同時に標本抽出され時間遅れの影響を最小限にして
いる。これらの率で、50ミリ秒事象が320回標本抽出さ
れ、このようにエイリアシング（aliasing）の影響を最
小限にし、１サンプル当たり３コのデータのバイト（そ
れぞれのサンプルを有する加速度計チャンネルにつき１
バイト）を発生する。 これら960バイトと関連した時間データの蓄積に必要
な４バイトと含まれたサンプル数用の２バイトは、それ
ぞれの事象が966の蓄積バイトを使用することを意味す
る。このように、合計116事象（＝112キロバイト/966バ
イト）がRAMに蓄積されうる。 HSO割り込みルーチン78及びA/D変換割り込みルーチン
76の実行中以外、メインプロセッサ部68は制限されたデ
ータの分析と同様に未処理データの処理過程における多
量のデータ移動を自由に操作できる。ほぼ500の指令
が、1000ヘルツでサンプリングするとき、加速度計サン
プルの間で実行される。所定水準を超える加速度の発生
の頻度はこのような指令結果により測定される。 シリアルポートは、マイクロコンピュータRAM及び再
プログラムマイクロプロセッサ14に蓄積されたデータを
読み出すための手段としての使用の他に、データの蓄積
を開始するしきい値を変換するのに役立つことができ
る。それは又RAMに蓄積されるデジタルデータ用付加経
路としても作用することができる。記録されるべきデー
タの外部電源の１つの例は監視されている品目を搬送し
ているトラックのベッド上に備えられた加速度計であ
る。この能力は、積送り手段上に与えられた外部ショッ
クと個々の品目により受けた合成的ショックにより相関
研究が形成されることを可能にする。マイクロプロセッ
サ14はこれら外部ショックの大きさに基づいて記録を開
始するためにプログラム化されうる。 様々な電力供給源もまた使用できる。例えば電子パッ
ケージ12からハウジング10の外部に（第１図参照）リー
ドを備えることによって、バッテリ20は再充電可能とす
ることもでき、はるかに長時間の使用が可能となり、高
い頻度でバッテリを交換する必要性がなくなる。さら
に、もし、そのような電源が利用可能ならば装置の使用
中のときに外部電力源が使用可能である。最後に、バッ
テリ20不足によるデータの好ましくない損失を防ぐため
に、RAM18がそれ自身の収納されたバッテリに接続され
る。 上記実施例は果物などの主題の対象物により受けた加
速度の測定の使用に関するものであるが、本適用の対象
はそのように限定される必要はない。本発明の装置はこ
われやすい電子備品の搬送などにおいて大きな効用を見
つけることができ、そこではこのような電子備品の搬送
において最大のショックが発生するときを決定するため
の手段を提供する。 さらに好ましい実施例は加速度を測定するために従来
の加速度計手段を有しているが、他の加速度計手段を使
用してもよい。例えば発生された熱を感知することによ
り、加速度を測定するセンサ又は圧力を測定することに
より加えられた力を測定するセンサなどがある。さら
に、温度、湿度、圧力及び放射線などの他の物理量を測
定するセンサはその操作原理にかかわらず上記装置に関
連して使用可能である。また様々なセンサが数種の量を
同時に感知するために本実施例の装置と結合して使用さ
れることも可能である。 好ましい実施例は特別なマイクロプロセッサ及びデー
タ獲得システムに関して記述されているが、異った構造
を有する他の市販のシステムが同等に使用可能である。
交信ポートは、RS232のタイミングに応じてデータを交
信するシリアルポートとして記述したが、いくつかの特
別な適用例においては並列交信ポートであってもよい。
それゆえ本発明の適用範囲は上記請求の範囲によっての
み限定されている。 プログラム名 プログラムの内容 1. BOOT V1.2 8097マイクロコントローラの初期化 2. PHOTOTYPE−MAIN 主制御ループ 3. S_PORT V2.0 シリアルポート割込ルーチン 4, DISPLAY MODULE V1.2 メモリ表示と２進６進交換 5. R_DATA V1.2 データ収集開始 6. HSOINT V2.0 HSO割込ルーチン 7. CLOCK V1.0 タイマ割込ルーチン 8. AD_INT V1.0 A/D変換値の一時メモリへの転送 9. M_MANG V1.0 データメモリ管理 註１）の訳文 摘要：このルーチンは使用された球形プログラム用の88
97マイクロコントローラを初期設定する。 註２）の訳文 摘要：このモジュールは、主制御ループを含む。それは
また主命令線SYNTEXTチェックルーチンを含む。含まれ
ているすべての命令線は、宣言文の中にリストされてお
り、第１の場合は、キーワードを含み、第２の場合は命
令を実行する一覧表を含む。SYNTEXTチェックは、キー
ワードの前後両スペースを許容する。エラーメッセージ
はスペース以外の記号で送られキーワードは命令線で送
られる。 註３）の訳文 摘要：このモジュールは、シリアルポート割込操作ルー
チンと６コの公用進行手順とシリアルI/O用に使用され
る１コの非公開ルーチンを含んでいる。含まれた公用手
順は:SER_BOOT、GET、BYTEGET、PUT、ECHOON及びECHOFF
である。SER_BOOTはシリアルポートを初期設定する；例
えば、BAUD率は1288BAUDのないときセットされる。手順
GETは、48記号STRINGをIN_BUFからINに伝送する。IN_BU
FはINがパブリックアレーであるときFIFOバツファであ
る。GETは発生された線であり、それで転送はGETは完成
いするよう発見されねばならない。GETはすべての記号
を少しの制御記号以外シリアルポートTX線に繰り返す。
それぞれの転送が回復した後、ラインフィードがまた出
力される。ASCII記号‘DEL'は前の記号をIN及び出力か
ら消去し適当な記号は端末スクリーンから不必要な記号
をクリアする。ASCII‘BREAK'は総合的にクリアし端末
スクリーンを改ページする。BYTEGETはIN_BUFからIN（4
1）に１バイトを伝送する。BYTEGETは制御記号又はエコ
ーを有していない。手順ECHOON及びECHOOFFはGETと使用
されるときのためにスイッチをオン及びオフにされる。
手順PUTはストリング‘OUT'をFIFOバッファOT_BUFに負
荷を与え、シリアル出力プロセスを始める。シリアル入
力及びひ出力はソフトウェア初期接続手順を使用する。
シリアル入力及び出力はソフトウェア初期接続手順を使
用する。IN_BUFは４バイトを保持しOT_BUFは８バイトを
保持できる。 註４）の訳文 摘要：このモジュールは使用された球形プログラムにお
いてデータメモリを制御する。 註５）の訳文 摘要：このモジュールは、手順DISPLAY及びB_TO_Hを含
む。手順DISPLAYはそれぞれの時間“D"が受信される48
記号のワイド端末スクリーン上にメモリのページを表示
する。開始アドレスは4888Hである。“E"は表示モード
の退出を必要とする。手順B_TO_Hは２進法バイトを６進
法表示に変換する。 註６）の訳文 摘要：このルーチンは、レコードフラグの設定、時間パ
ラメータの設定及びしきい値レベルの設定により呼び出
されるとき、データの収集を開始する。 註７）の訳文 摘要：このルーチンは、HSO CAMレジスタのプログラミ
ング及びデータを一時蓄積され長期蓄積へ転送するため
のものである。 註８）の訳文 摘要：このルーチンは、タイマ過剰割込ルーチンであ
る。このルーチンが呼び出されるとき、３バイトレジス
タ増加する。このレジスタでのバイトの名称はCK1、CK
2、CK3、CK4と呼ばれている。 註９）の訳文 摘要：このルーチンはA/D変換値レジスタを読み出し８
ビット値をワード一時蓄積INXにより指定さりたメモリ
内の場所に転送する。この転送の実行の後、ルーチンは
次のA/Dチャンネルを準備する。しきい値レベルはまた
このルーチンによりチェックされそのレベルが適当な範
囲内にあるときトリガがセットされる。

【図面の簡単な説明】 第１図は収納された検出装置を有する本発明のハウジン
グの切断図であり、 第２図は加速度計の応答曲線を示し、 第３図は本発明のデータ獲得システムの概略ブロック図
であり、 第４図は本発明の装置のマイクロプロセッサと記憶部の
構成要素の概略図であり、第４（Ａ）図、第４（Ｂ）図
は第４図に示した回路の詳細を示す回路図であり、 第５図は本発明の装置のハードウェアとソフトウェアと
の関係を示す概略図であり、そして 第６図は本発明のマイクロプロセッサにより実行される
サンプリングルーチンのフローチャートである。 10……ハウジング、12……電子パッケージ、 14……マイクロプロセッサ、16……ROM、18……RAM、20
……バッテリ、22;34x;34y;34z……加速度計、42……デ
ィバイダ、44……加算増幅器、46……コンバータ、52…
…マルチプレックサ、54……トランシーバ、56……記憶
部、 58……アドレスデコーダ、62……メモリコントローラ、
66……ダム端末。

フロントページの続き (72)発明者 ジヨゼフ アール クレメンス アメリカ合衆国、48823 ミシガン州、 イースト・ランシング、バークシヤ・レ ーン 760 (72)発明者 ヘンリー エイ アフエルド アメリカ合衆国、48823 ミシガン州、 イースト・ランシング、スパータン・ビ レツジ 1528Ｃ (72)発明者 シアマツク シヤミ イラン国、テヘラン、アリアシヤール 1825 (72)発明者 ブリアン エイ クルーグ アメリカ合衆国、49107 ミシガン州、 バチヤナン、ルート２、ボツクス 406 (72)発明者 ハンス ロランド ザツプ アメリカ合衆国、48864 ミシガン州、 オケモス、アーブタス 3617 (56)参考文献 特開 昭49−98287（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−120969（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−54626（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−176963（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4114450（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．物品が包装や出荷のような取扱い操作の間に受ける
   物理的な変化の物理的変数を感知し、予め定められた基
   準を満たしている感知された前記物理的変数の時間履歴
   の部分を記録する加速度検出方法において、 （イ）X,Y,Z軸方向の物理的な変化による±256g範囲の
   加速度を検出し、検出された前記加速度に対応した０か
   ら5.12ボルトの範囲の電気信号を出力する加速度検出手
   段、クロック手段、記憶手段、通信手段、マイクロプロ
   セッサ手段および電源手段をハウジングに収納し、前記
   マイクロプロセッサ手段への命令を構成しているプログ
   ラムの制御の下に前記加速度を検出し、かつこれを定量
   化可能とし、検出され定量化された前記加速度とこれを
   検出したときの発生時間を前記記憶手段に記憶し、前記
   加速度検出手段により検出された前記加速度が前記物品
   に及ぼすように物理的に概ね等しいように前記ハウジン
   グを前記物品に添え、 （ロ）前記ハウジングが前記物品と同じ前記加速度を受
   けるように前記物品の取扱い操作を受け、 （ハ）前記ハウジングにより及ぼす前記加速度を検出
   し、 （ニ）予め定められた前記基準を満たす検出された前記
   加速度の経時的なそれぞれの時間間隔を前記記憶手段に
   記憶し、前記時間間隔は予め定められた持続時間であっ
   て、かつそれぞれの前記持続時間は最初に前記基準を満
   たした加速度のもので開始し、そして （ホ）記憶された前記加速度を前記記憶手段から前記ハ
   ウジングの外部の装置に読み出し、これによって、前記
   物品が取り扱われている間に、加速度の大きさとその発
   生時間と発生頻度を、前記物品取り扱いを実行後に決定
   する加速度計測方法。 ２．ハウジング内に収納可能な加速度検出・記録装置に
   おいて、 X,Y,Z軸方向の物理的な変化による加速度を検出し、か
   つ検出された加速度の定量化されたディジタル信号を発
   生する加速度検出手段と、 プログラム命令を記憶し、かつ前記ディジタル信号を表
   すデータを記憶する記憶手段と、 前記ディジタル情報により分離器と通信する通信手段
   と、そして 前記加速度検出手段、クロック手段、前記記憶手段およ
   び前記通信手段に接続され、前記記憶手段からの前記プ
   ログラム命令を読み出して実行するようにし、予め定め
   られた持続時間の時間間隔の間に前記加速度検出手段に
   より発生するディジタル信号と前記記憶手段に記憶され
   るべき前記持続時間の最初に前記クロック手段により発
   生するディジタルタイマ信号との両方を表すデータを生
   じ、前記持続時間は少なくとも前記加速度の一つが予め
   定められた基準を満たしているときに前記時間間隔を開
   始し、前記ディジタル情報により前記分離器と通信する
   前記通信手段を制御するマイクロプロセッサ手段とを備
   えた加速度検出記録装置。 ３．請求項１に記載の加速度検出・記録装置において、
   前記加速度検出手段は、X,Y,Z軸に沿った加速度に対応
   したアナログ信号を発生する加速度計手段、X,Y,Z軸方
   向の前記加速度計手段のそれぞれにより発生する前記ア
   ナログ信号を表したディジタル信号を発生する変換手段
   と、そして X,Y,Z軸に沿った前記加速度を定量化した三つの前記デ
   ィジタル信号を受けて前記ディジタル信号を処理する計
   算論理手段とを含む。 ４．請求項３に記載の加速度検出・記録装置において、
   前記計算論理手段は前記ディジタル信号を処理して加速
   度の結果を表すディジタル信号を発生する。 ５．請求項３に記載の加速度検出・記録装置において、
   前記計算論理手段は前記ディジタル信号を処理して加速
   度時間経過曲線のもとで領域を表すディジタル信号を発
   生する。 ６．請求項３に記載の加速度検出・記録装置において、
   前記計算論理手段は前記ディジタル信号を処理して加速
   度の発生の時間を表すディジタル信号を発生する。 ７．請求項３に記載の加速度検出・記録装置において、
   前記計算論理手段は前記ディジタル信号を処理して予め
   定められた基準を満たす加速度の周波数分を表すディジ
   タル信号を発生する。 ８．請求項３に記載の加速度検出・記録装置において、
   X,Y,Z軸方向の加速度計手段のそれぞれは時間変動信号
   を計測する圧電形加速度計を含む。 ９．請求項１に記載の加速度検出・記録装置において、
   前記マイクロプロセッサ手段はX,Y,Z軸方向の加速度の
   大きさが前記予め定められた基準を満たすように定量化
   されたディジタル信号を表すデータの蓄積を制御する。 １０．請求項７に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記予め定められた基準は少なくともX,Y,Z軸方向
   の加速度の大きさが予め定められたレベルを越えること
   である。 １１．請求項１に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記記録手段はプログラム命令を記憶する第１の記
   憶手段と、前記マイクロプロセッサ手段からの前記加速
   度検出手段および時間手段により発生されたディジタル
   信号を受信し、かつ受信した前記ディジタル信号を表す
   データを記憶する第２の記憶手段とを含む。 １２．請求項１に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記第１の記憶手段は読み出し専用メモリ（read−
   only memory）である。 １３．請求項１に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記通信手段は前記記憶手段に記憶すべき分離器か
   ら受けたプログラム命令を発生するように使用する。 １４．請求項２に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記加速度検出手段は前記ハウジングに配された三
   つの加速度計手段を有し、三つの直交方向の加速度を感
   知し、かつ前記三つの直交方向の加速度に対応するアナ
   ログ信号を生成するものであって、さらに 前記ハウジング内にあり、前記三つの加速度計手段のそ
   れぞれにより生成されたアナログ信号に代わるディジタ
   ル信号を生成するアナログ・ディジタル変換手段と、 前記ハウジング内にあり、前記三つの直交方向のそれぞ
   れに沿った加速度を表わす三つのディジタル信号を前記
   アナログ・ディジタル変換手段から受けてディジタル信
   号を生成する計算論理手段と、を備え 前記記憶手段は、前記ハウジング内にあるディジタル・
   メモリ手段を有し、前記マイクロプロセッサ手段からの
   ディジタル信号を前記クロック手段に応じて受け、かつ
   前記ハウジング内にプログラム命令を格納する読み出し
   専用メモリ手段を有し、 前記マイクロプロセッサ手段は非同期通信手段を有し、
   かつ前記アナログ・ディジタル変換手段と、前記計算論
   理手段と、前記読み出し専用メモリ手段と、前記ディジ
   タル・メモリ手段に接続され、 電源手段が電力を供給するのにバッテリとして設けられ
   る。 １５．請求項14に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記通信手段は非同期連続通信手段である。 １６．請求項14に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記通信手段は前記ディジタル記憶手段の記憶のた
   めに外部連続ディジタルデータ信号を前記マイクロプロ
   セッサ手段に伝送する。 １７．請求項14に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記読み出し専用メモリ手段は電気的に変更可能で
   あり、前記マイクロプロセッサ手段は、さらに前記電気
   的変更可能なメモリの記憶のために前記外部器からのデ
   ィジタルプログラムデータと通信可能であり、これによ
   って前記マイクロプロセッサ手段はプログラムし直すこ
   とが可能である。 １８．請求項14に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記加速度検出・記録装置は、さらに、前記ディジ
   タル記憶手段のための電力を供給するようにディジタル
   記憶バックアップ用バッテリを含む。 １９．請求項14に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記ディジタル記憶手段は不揮発性メモリ手段を含
   む。 ２０．請求項14に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記通信手段は前記記憶手段に記憶すべき外部器か
   ら受信するプログラム命令のために使用可能である。 ２１．ハウジング内に収納可能な加速度検出・記録装置
   において、 X,Y,Z軸方向の物理的な変化による±256g範囲の加速度
   を検出し、検出された加速度を定量化したディジタル信
   号を発生する加速度検出手段と、 ディジタルタイマ信号を発生するクロック手段と、 プログラム命令を記憶し、ディジル信号を表すデータを
   記憶する記憶手段と、 ディジタル情報により外部器と通信する手段と、そして 前記加速度検出手段、前記クロック手段、前記記憶手段
   および前記通信手段に接続され、かつ前記記憶手段から
   前記プログラム命令を読み出し実行するようにし、予め
   定められた持続時間の時間間隔の間に前記加速度検出手
   段により発生するディジタル信号と前記記憶手段に記憶
   すべき前記持続時間の最初に前記クロック手段により発
   生する前記ディジタルタイマ信号との両方を表すデータ
   を生じ、前記持続時間は少なくともX,Y,Z軸方向の加速
   度の一つが予め定められた基準を満たしているときに前
   記加速度のもので開始し、ディジタル情報により前記分
   離器と通信をする前記通信手段を制御するマイクロプロ
   セッサ手段とを備えた加速度検出・記録装置。 ２２．請求項21に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記通信手段は前記記憶手段に記憶すべき分離器か
   ら受信したプログラム命令のために使用可能である。 ２３．物品が包装や出荷のような取扱い操作を受ける間
   に損傷可能な前記物品に及ぼした力または加速度を検出
   し、予め定められた基準を満たしている加速度の時間履
   歴の部分を記録する方法において、 （イ）加速度検出手段、クロック手段、記憶手段、通信
   手段、マイクロプロセッサ手段および電力供給手段をハ
   ウジングに収納し、前記マイクロプロセッサ手段への命
   令を構成しているプログラムの制御のもとに加速度を検
   出し、かつこれを定量化可能とし、定量化された前記加
   速度とこの加速度の発生時間を前記記憶手段に記録し、
   前記物品と前記ハウジングとの間の相対運動を防止する
   ように前記ハウジングを前記物品に添え、 （ロ）前記ハウジングが前記物品と同じ加速度を受ける
   ように前記物品の取扱い操作を受け、 （ハ）前記ハウジングにより及ぼす加速度を検出し、 予め定められた前記基準を満たす検出された前記加速度
   の経時的なそれぞれの時間間隔を前記記憶手段に記憶
   し、前記時間間隔は予め定められた持続時間であって、
   かつそれぞれの前記持続時間は最初に前記基準を満たし
   た加速度のもので開始し、そして （ニ）記憶された前記加速度の経時的なそれぞれの前記
   持続時間を前記記憶手段から前記ハウジングの外部の装
   置に読み出し、これによって、前記損傷可能な物品が取
   り扱われている間に、加速度の大きさとその発生時間と
   発生頻度を、前記取扱い操作が前記損傷可能な物品に対
   して実行された後に決定される方法。 ２４．加速度検出・記録装置において、 寸法、形状および容積が果物のような商品に概ね形成さ
   れたハウジングであって、前記ハウジングにより及ぼす
   加速度は、前記ハウジングが接近する前記商品により及
   ぼす加速度と相互関係にあり、 X,Y,Z軸方向の加速度を感知し、前記X,Y,Z軸方向のそれ
   ぞれの前記加速度に対応するアナログ信号を発生する三
   つの加速度計手段と、 ディジタル信号を発生するクロック手段と、 プログラム命令を記憶する読み出し専用メモリ手段と、 ディジタル信号を受信するように、かつ前記ディジタル
   信号を表すデータを記憶するディジタル記憶手段と、そ
   して 前記X,Y,Z軸方向の加速度計手段のそれぞれにより発生
   された前記アナログ信号を表すディジタル信号発生する
   アナログ・ディジタル変換手段と、前記X,Y,Z軸方向の
   それぞれの前記加速度を定量化した前記ディジタル信号
   を前記アナログ・ディジタル変換手段から受信して前記
   ディジタル信号を処理する計算論理手段と、ディジタル
   情報４により外部器と通信する通信手段とを含むマイク
   ロプロセッサ手段であって、前記マイクロプロセッサ手
   段は前記クロック手段、前記読み出し専用メモリ手段お
   よび前記ディジタル記憶手段に接続されて前記読み出し
   専用メモリ手段からの前記プログラム命令を読むように
   なっており、予め定められた持続時間の時間間隔の間に
   前記加速度検出手段により発生するディジタル信号と前
   記記憶手段に記憶されるべき前記持続時間の最初に前記
   クロック手段により発生するディジタルタイマ信号との
   両方を表すデータを生じ、前記持続時間は少なくともX,
   Y,Z軸方向の前記加速度の一つが予め定められた基準を
   満たしたときの前記加速度のもので開始し、前記ディジ
   タル記憶手段の記憶データの読み出しを制御し、前記デ
   ィジタル記憶手段に記憶されたデータにより前記外部器
   と通信してなる加速度検出・記録装置。 ２５．請求項24に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記ハウジングは樹脂成形されたものである。 ２６．請求項24に記載の加速度検出・記録装置におい
   て、前記ハウジングは果物のような商品に接近するよう
   な構造であって、前記加速度検出手段は樹脂成形容器で
   囲まれ、この容器は前記商品に及ぼすのと同じく前記X,
   Y,Z軸方向の加速度計手段に加速度を概ね及ぼすように
   前記ハウジング内に配される。