JP6998458B2 - 衝撃センサ、衝撃モニタリング・システムおよび衝撃モニタリングのための方法 - Google Patents

衝撃センサ、衝撃モニタリング・システムおよび衝撃モニタリングのための方法 Download PDF

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Description

本発明は、磁気平行双極子ライン（parallel dipole line (PDL)）トラップ・システムに関し、より詳細には、ＰＤＬトラップ・システムを使用するチューニング可能でありリセット可能な衝撃センサに関する。
衝撃センサまたは衝突モニタは、ある種の物理的な衝撃（shock）または衝突（impact）が生じたかどうかを検出するデバイスである。衝撃センサは、壊れやすく、高価な物品の運送の際にしばしば使用され、潜在的に損傷を与える物品の落下または衝突が輸送中に生じることがあるかどうかを示す。
衝撃センサの例は、微小電気機械（ＭＥＭＳ）システムを使用する加速度計、ばね－質量システム、保持具から移動させることができる磁気ボール、液体表面張力の破壊をモニタする液体システム、破損が過剰な衝撃を示す知られた脆弱性を有する安価な脆い構成部品から作られたデバイス、等を含む。例えば、運送中に使用される一般的な市販の衝撃センサは単純に、（２５ｇなどのある一定のしきい値よりも大きな）乱暴な取り扱いが生じたときに－ここでｇは重力加速度である－視覚的に色を変える液体表示部を有するラベルを含む。
従来の衝撃センサに対する１つの欠点は、上記の例の多くが２５ｇなどの衝撃の事前に設定したしきい値を検出することに限定されていることである。別の物品は、しかしながら異なるレベルの衝撃に対して敏感である。従来の衝撃センサの感度がチューニング可能ではないので、感度を変えるために異なるセンサを使用しなければならない。もう１つの欠点は、大部分の従来の衝撃センサが、使い捨てであることである。一旦センサが始動すると、この変化は恒久的であり、センサを交換しなければならない。
米国特許第８，８９５，３５５号 米国特許第９，０９３，３７７号 米国特許第９，２３６，２９３号 米国特許第９，２６３，６６９号 米国特許第９，９７８，４９３号
Gunawan et al.,"A parallel dipole line system," Applied Physics Letters 106, pp.062407-1-5 (February 2015) Gunawan et al., "The one-dimensional camelback potential in the parallel dipole linetrap: Stability conditions and finite size effect," J.Appl. Phys. 121, 133902 (April 2017) K. T. Mc Donald, "Long Rod with Uniform Magnetization Transverse to its Axis," Princeton University, November 1999 (6pages) Crosby et al., "BlockChain Technology: Beyond Bitcoin,"Applied Innovation Review, Issue No.2, June 2016 (16pages)
したがって、チューニング可能であり、高感度であり、リセット可能な衝撃センサ設計の改善が望まれるはずである。本発明は、衝撃センサ、衝撃モニタリング・システムおよび衝撃モニタリングのための方法を提供する。
1つの実施態様は衝撃センサである。本発明の衝撃センサは、ギャップｇＭにより互いに隔てられた直径方向磁石の対および前記直径方向磁石同士の間に浮揚している反磁性ロッドを有する平行双極子ライン（ＰＤＬ）トラップと、前記ＰＤＬトラップの下方のコンタクト・パッドであって、前記コンタクト・パッドが前記反磁性ロッドの長さｌよりも小さい空間により互いに隔てられている、前記コンタクト・パッドとを備える。
また、別の実施態様は衝撃モニタリング・システムである。本発明の衝撃モニタリング・システムは、センサのネットワークであって、前記衝撃センサの各々が請求項１ないし６のいずれかに記載の特徴を有する、前記衝撃センサのネットワークと、前記衝撃センサのネットワークからのいずれかの衝撃－トリガ事象を記録するように構成されたブロックチェーン台帳とを備える。
また、他の実施態様は衝撃モニタリングする方法である。本発明の衝撃モニタリングする方法は、衝撃モニタリングのための方法であって、ｉ）ギャップｇＭにより互いに隔てられた直径方向磁石の対および前記直径方向磁石同士の間に浮揚している反磁性ロッドを有するＰＤＬトラップと、ｉｉ）前記ＰＤＬトラップの下方のコンタクト・パッドであって、前記コンタクト・パッドが前記反磁性ロッドの長さｌよりも小さい空間により互いに隔てられている、前記コンタクト・パッドとを備える、少なくとも１つの衝撃センサを用意するステップと、前記少なくとも１つの衝撃センサの衝撃しきい値をチューニングするために前記ギャップｇＭを変えるステップと、製品にチューニングされている前記少なくとも１つの衝撃センサを設置するステップと、前記少なくとも１つの衝撃センサの状態をモニタするステップとを含む。
本発明のより完全な理解、ならびに本発明のさらなる特徴および利点が、下記の詳細な説明および図面を参照することによって得られるだろう。
本発明のある実施形態による２次元（２Ｄ）での直径方向または横方向双極子ライン磁石の磁場をモデル化するためのパラメータを図示している図である。 本発明のある実施形態による３次元（３Ｄ）での直径方向磁石または横方向双極子ライン磁石の磁場をモデル化するためのパラメータを図示している図である。 本発明のある実施形態による直径方向磁石、反磁性ロッドおよびキャメルバック・ポテンシャルを図示する平行双極子ライン（ＰＤＬ）トラップ・システムの模式的３Ｄ図である。 本発明のある実施形態によるＰＤＬ磁石同士の間に空けられているギャップｇＭを図示する図である。 本発明のある実施形態による図４のＰＤＬトラップ・システム内の反磁性ロッドについての垂直エネルギー・ポテンシャルを図示する図である。 本発明のある実施形態による図４のＰＤＬトラップ・システム内のロッドについてのキャメルバック・ポテンシャルである水平／長手方向エネルギー・ポテンシャルを図示する図である。 磁石同士の間のギャップｇＭが本発明のある実施形態にしたがって大きくなるにつれて垂直障壁の低下を図示する図である。 磁石同士の間のギャップｇＭが本発明のある実施形態にしたがって大きくなるにつれて水平／長手方向（キャメル－バック）障壁の低下を図示する図である。 本発明のある実施形態による本ＰＤＬトラップに基づく衝撃センサの例示的な構成の前断面図である。 本発明のある実施形態による本ＰＤＬトラップに基づく衝撃センサの例示的な構成の側面図である。 本発明のある実施形態による、本ＰＤＬトラップ垂直衝撃センサおよび例示的なモニタリング・システムの前断面図である。 本発明のある実施形態による、本ＰＤＬトラップ垂直衝撃センサおよび例示的なモニタリング・システムの上面図である。 本発明のある実施形態による、本ＰＤＬトラップ水平衝撃センサおよび例示的なモニタリング・システムの前断面図である。 本発明のある実施形態による、本ＰＤＬトラップ水平衝撃センサおよび例示的なモニタリング・システムの上面図である。 本発明のある実施形態による、本水平衝撃センサをリセットするための例示的な方法を図示する図である。 本発明のある実施形態による本ＰＤＬトラップに基づく衝撃センサを使用するタンパー防止衝撃モニタリング・システムを図示する図である。 本発明のある実施形態による衝撃トリガ事象を検出するための例示的な方法を図示する図である。 本発明のある実施形態によるネットワーク・ブロック－チェーン技術を実施するための例示的な装置を図示する図である。
本明細書において提供するものは、チューニング可能であり（すなわち、しきい値を変えることができる）高感度である磁気平行双極子ライン（ＰＤＬ）トラップ・システムに基づく衝撃センサである。さらに、一旦センサを始動させてしまうと、センサをリセットすることができる。このように、本衝撃センサは、単に使い捨てに限定されない。
ＰＤＬトラップは、本来一緒に結合する横方向に磁化された円柱状（すなわち、直径方向）磁石の対から作られた磁気平行双極子ライン・システムから構成される。直径方向磁石は、横方向双極子ライン磁石が持っているように、磁石の直径に沿っている磁化を持っている。したがって、直径方向磁石と横方向双極子ライン磁石とは等価物である。
システムは、中央に（グラファイト・ロッドなどの）直径方向円柱状物体をトラップできる。例えば、Gunawan et al.,”A parallel dipole linesystem,” Applied Physics Letters 106,pp.062407-1-5(February 2015)（以降「Gunawan 2015」）、Gunawan et al., “The one-dimensional camelback potential in the parallel dipole line trap: Stability conditions andfinite size effect,” J. Appl. Phys. 121, 133902(April2017)、ならびにすべてがＣａｏ他に交付された「Magnetic Trap for Cylindrical Diamagnetic Materials」という名称の米国特許第８，８９５，３５５号、米国特許第９，０９３，３７７号、米国特許第９，２３６，２９３号および米国特許第９，２６３，６６９号を参照のこと。
ＰＤＬトラップの中央の特徴は、長手方向（ｚ－軸）に沿った「キャメルバック磁気ポテンシャル」の存在である、すなわち、磁場は、長さＬを有する直径方向磁石に対してほぼＬ＞２．５ａで生じる双極子ラインの端部近くで高められる、ここでは、ａは磁石の半径である。例えば、図３（下記に説明する）を参照のこと。
本衝撃センサを理解するために、円柱状直径方向磁石または横方向双極子ライン磁石システムの磁場分布を解析しなければならない。２次元（２Ｄ）の非常に長い（Ｌ＞＞ａ）円柱状直径方向磁石の磁場（Ｂ）（ＢＤＭ）は、
Figure 0006998458000001
としてK. T. Mc Donald, “Long Rod with Uniform Magnetization Transverse to its Axis,” Princeton University, November 1999 (6pages)により与えられており、ここでは、Ｍは磁石の磁化であり、Ｒは磁石半径であり、μ０は真空中の透磁率である。例えば、２Ｄでの双極子ラインまたは直径方向磁石の磁場をモデル化するためのパラメータを図示している図１を参照のこと。
３次元（３Ｄ）で有限な長さＬを有する直径方向磁石の磁場は、
Figure 0006998458000002
としてＧｕｎａｗａｎ２０１５に与えられており、ここでは、ｓ２＝（ｘ－Ｒｃｏｓφ）２＋（ｙ－Ｒｓｉｎφ）２であり、ｕ１，２＝ｚ±Ｌ／２であり、そしてＬは磁石の長さである。例えば、３Ｄでの直径方向磁石の磁場をモデル化するためのパラメータを図示している図２を参照のこと。
ＰＤＬトラップは、磁石同士の間に分離ギャップｇＭをともなって、図３に示したように２つの直径方向磁石を一緒に近くに設置することにより得られる。図３は、直径方向磁石、反磁性ロッドおよびキャメルバック磁気ポテンシャル・エネルギーを描いているＰＤＬトラップ・システムの模式的３Ｄ図である。磁石の中心軸は、ｘ＝±ａのところに位置し、ここでａ＝Ｒ＋ｇＭ／２である。上記の２Ｄおよび３Ｄ磁場モデルを使用して、２つの双極子ライン（または平行双極子ライン）システムの全磁場を、ＢＴ（ｘ、ｙ、ｚ）＝ＢＤＭ（ｘ－ａ，ｙ，ｚ）＋ＢＤＭ（ｘ＋ａ，ｙ，ｚ）として計算できる。その後で、トラップされたロッドの全ポテンシャル・エネルギーＵＴ’（単位体積当たり）を計算できる。全ポテンシャルは、重力および磁気寄与部分を含む。小さくて短いロッド（ｂ＜＜Ｒ、ｌ＜＜Ｌ）近似が使用され（ｂはロッドの半径であり、ｌはロッドの長さである）、
Figure 0006998458000003
ここでは、χはロッドの磁化率であり、ρはロッドの質量密度であり、ｇは重力であり、ｘ、ｙ、ｚはロッドの位置である。ｙ（垂直）方向およびｚ（水平／長手）方向に沿ったＰＤＬトラップ内の閉じ込めポテンシャルのプロットが、それぞれ図５および図６に与えられている。長手方向ポテンシャルは、このＰＤＬトラップ・デバイスでは鍵となる特徴になるキャメルバック・ポテンシャル・プロファイルを示している。
停止して、ロッドは、ＰＤＬトラップの中央のところで磁石の上方に浮揚する。この浮揚効果が、図４に図示されており、図４はＰＤＬトラップ内にトラップされたロッドの模式的な表現を提供し、浮揚高さと全エネルギー・ポテンシャルとの間の関係を図示している。図５に示したように、平衡浮揚高さｙ０は、垂直ポテンシャル・エネルギー・プロットの極小点のところで実現される。２Ｄ磁場モデルは、全ポテンシャル・エネルギー（重力および磁気的な相互作用）を計算することによってＰＤＬトラップの中央のところでのロッドの浮揚効果を説明するためには十分である。これが、
Figure 0006998458000004
を満足する平衡高さｙ０（Ｇｕｎａｗａｎ２０１５を参照）を計算することを可能にする。
ＰＤＬトラップの上方のロッドの浮揚高さを、磁石同士の間のギャップのサイズに基づいて変えることができる。例えば、Ｏｋｉ Ｇｕｎａｗａｎによる「Parallel Dipole Line Trap with Variable Gap and Tunable TrapPotential」という名称の米国特許第９，９７８，４９３号を参照のこと。磁石同士の間のギャップが大きくなるにつれて、浮揚した反磁性ロッドが低くなるだろう、そして
Figure 0006998458000005
として与えられる臨界ギャップ（ｇＣ）のところでついには落下する。
ギャップｇＭが大きくなるにつれて、ＰＤＬトラップ内の（ｘ、ｙおよびｚ方向における）閉じ込めポテンシャルが弱くなる。この特徴は、本衝撃センサのポテンシャル障壁または「衝撃しきい値」をチューニングすることに本明細書では影響を及ぼす。すなわち、ＰＤＬトラップ内の磁石同士の間のギャップｇＭをチューニングすることによって、閉じ込めポテンシャルが制御され、それによりそれを上回るしきい値力がロッドをトラップから落下させるために必要である(thereby the threshold force above which is needed to cause the rodto fall from the trap)（下記参照）。
例えば、ロッドの全エネルギー・ポテンシャルを、上記の式３を使用して計算することができる。例えば、図４～図６を参照のこと。図４では、ギャップｇＭがＰＤＬ磁石同士の間で開かれ、そしてロッドが磁石の上方の平衡高さｙ０のところで浮揚していることが示されている。図５および図６は、式３を使用して計算したロッドの、それぞれ、垂直エネルギー・ポテンシャルＵＴ’（ｙ）および水平／横方向エネルギー・ポテンシャルＵＴ’（ｚ）を図示している。図７および図８を参照して、磁石同士の間のギャップｇＭが大きくなるにつれて、垂直障壁（ΔＵＶＢ）はロッドが落下するまで低下し（図７参照）、そして水平長手方向（キャメル－バック）障壁（ΔＵＣＢ）は低下する（図８参照）ことが分かる。さらに、すべての方向でのポテンシャル「スティフネス」またはバネ定数ｋｘ、ｋｙ、ｋｚはギャップｇＭが大きくなるにつれて低下する。平衡点におけるポテンシャル・スティフネスｋｘ、ｋｙ、ｋｚは、ｋｉ＝∂２ＵＴ／∂ｉ２として定義され、ここでｉは空間変数ｘ、ｙ、ｚである。
本ＰＤＬトラップに基づく衝撃センサの例示的な構成が、図９（前断面図）および図１０（側面図）に描かれている。図９および図１０に示した例では、直径方向ＰＤＬ磁石は、ＰＤＬ磁石をいずれか互いに近づけるまたは遠ざけるように動かし、これにより磁石同士の間ギャップｇＭを変えるように機能する可変ギャップ固定治具にそれぞれ付けられる。すなわち、図９に示したように、直径方向ＰＤＬ磁石の各々は、別々のマウントに付けられる。（ＰＤＬ磁石が取り付けられる）複数のマウントの相互の位置決めを、１つのマウントを他のものに接続するギャップ制御ネジなどの調節機構を使用して変更することができる。例えば、ギャップ制御ネジをチューニングすることは、マウントをいずれか互いに近づけるまたは遠ざけるように動かす。本技術にしたがって使用するために適した可変ギャップ固定治具は、例えば、米国特許第９，９７８，４９３号に記載されている。米国特許第９，９７８，４９３号に提示されているように、一旦固定治具を使用して磁石同士の間のギャップｇＭを調節してしまうと、設定ギャップに固定するために固定治具を（例えば、固定ネジを介して）固定することができる。
図９および図１０に図示したように、衝撃がロッドにある値を超えるエネルギーを与える場合には、ロッドは落下するだろう。このエネルギーは、Ｅｓ＝ｍ∫ａ（ｔ）ｄｒのように加速度に関係する、ここで、ｍはロッドの質量であり、ａは与えられた加速度であり、ｒは全変位であり、そしてｔは時間である。それゆえ、衝撃エネルギーが障壁エネルギーを超える、すなわち、Ｅｓ＞ΔＵＢ、場合には、ロッドは、トラップの外へ落下するだろう。より具体的に、直径方向ＰＤＬ磁石同士の間のギャップｇＭを制御することにより、水平長手方向（キャメル－バック）障壁（ΔＵＣＢ）および垂直障壁（ΔＵＶＢ）をチューニングすることができ（上記参照）これにより衝撃センサの感度を、すなわち、ロッドをトラップから落下させるために超える必要がある衝撃エネルギーしきい値をチューニングすることを介して、チューニングする。
より具体的に、図９および図１０が図示しているように、どちらの方向に、すなわち、垂直または水平に、ロッドがＰＤＬトラップから落下するかに応じて、システム内に生じる衝撃の大きさを有利なことに特定することができる。例えば、図９を参照して、ロッドが、直径方向ＰＤＬ磁石同士の間に真直ぐ下に、すなわち、垂直に落下する場合、このことは、ロッドの衝撃エネルギーが垂直障壁（ΔＵＶＢ）よりも大きいことを意味する。一方で、ロッドがＰＤＬトラップの一方の側に、すなわち、水平に落下する場合には、このことは、ロッドの衝撃エネルギーが水平長手方向（キャメル－バック）障壁（ΔＵＣＢ）よりも大きいことを意味する。矢印５０２および矢印５０４は、ΔＵＶＢまたはΔＵＣＢあるいはその両方よりも大きいときに、それぞれ、真直ぐ下にまたはＰＤＬトラップの一方の側にロッドを落下させるだろう衝撃センサの動き（垂直および水平）を示すために図１０の横部および底部に与えられている。
ロッドが落下したか否かを見る目視検査によって、センサの状態のモニタリングを行うことができる一方で、センサの状態を検出するための自動化した方法を有することが好ましい。下記の例示的な実施形態では、水平または垂直衝撃検出を別々に（すなわち、異なるセンサを介して）実行する。例えば、下記に説明するように、垂直衝撃のためにロッドが落下することを防止するために、ストッパを水平衝撃検知のために使用することができ、そして逆に、水平衝撃のためにロッドが落下することを防止するために、ストッパを垂直衝撃検知のために使用することができる。このように、垂直衝撃センサは、水平衝撃を検知しないはずであり、逆も同様である。それはそうとして、例示的な実施形態によれば、水平衝撃および垂直衝撃の両方をモニタするために、１つまたは複数の水平衝撃センサを、１つまたは複数の垂直衝撃センサと組み合わせて利用する。垂直衝撃検出のための例示的なモニタリング・システムを、図１１（前断面図）および図１２（上面図）の参照により説明する。この例では、本衝撃センサは、ＰＤＬトラップの対向する端部の下に（導電性）コンタクト・パッドを使用し、その結果、ロッドが直径方向ＰＤＬ磁石同士の間から落ちる場合／ときに、ロッドは、コンタクト・パッドの上へと落下し、そしてコンタクト・パッド同士を互いに電気的に接続するだろう。ロッドが、グラファイトなどの導電性材料から形成されるので、ロッドは、２つのコンタクト・パッド同士の間の短絡部として機能するだろう。好ましくは、ロッドは、磁石マウントの２つの壁の間に閉じ込められて、何らかの水平衝撃がロッドをトラップから完全にたたき出すことを防止する。例えば、ストッパがＰＤＬトラップのそれぞれの端部のところに使用されて、ロッドがトラップから水平に排出されることを防止する図１２を参照のこと。図１２に示したように、ストッパを単純に、磁石の対向する端部に付けられたブロックとすることができる。好ましくは、ストッパを、アルミニウム、ゴム、プラスチック、等などの非強磁性材料から形成する。
具体的に、先ず図１２を参照して、２つのコンタクト・パッドを、ＰＤＬトラップの中央の下の垂直衝撃検知のために使用する。コンタクト・パッドは、（ＰＤＬトラップの中央の下方で）ロッドの長さｌよりも小さい間隔ｓにより互いに隔てられる。ロッドがＰＤＬ磁石同士の間のＰＤＬトラップ内を浮揚しているときは（例えば、図１１参照）、２つのコンタクト・パッドは、電気的に接続されていない。しかしながら、ロッドが（垂直または水平あるいはその両方のΔＵＶＢまたはΔＵＣＢあるいはその両方のしきい値を超える衝撃に応じて）コンタクト・パッド上へとＰＤＬトラップから落下する場合／ときには、ロッドは、コンタクト・パッド同士の間の間隔ｓに橋を架け、これによりコンタクト・パッドを互いに（電気的に）ショートさせるだろう。
例えば、抵抗モニタを介してコンタクト・パッド同士の間の抵抗を単純にモニタすることにより、センサの状態をモニタすることができる。例えば、図１２を参照のこと。さらに、下記に詳細に説明されるだろうように、デバイスをタンパリングすることを防止する際に補助するネットワークに、衝撃センサを接続することができる。したがって、ネットワークへセンサ状態を伝達するために、マイクロコントローラおよびネットワーク・インターフェースを利用することができる。
上に提示したように、感度をチューニングすることができることに加えて、本衝撃センサ・デバイスのもう１つの独特な利点は、本衝撃センサ・デバイスがリセット可能なことである。すなわち、一旦始動させると、衝撃を再びモニタするために、デバイスを容易にリセットできる。デバイスをリセットするための１つの技術は、（落下してしまった）ロッドをＰＤＬトラップへと単純に戻すことである。あるいは、センサをリセットするために単にセンサをひっくり返すように、センサを対称に構成してもよい。例えば、図１１を参照のこと。図１１に示したように、センサを、（上に説明したように）ＰＤＬトラップの中央の上方および下方の両方のコンタクト・パッドにより構成することができる。１つの姿勢または方向（orientation）では、コンタクト・パッドのうちの１つのセットは、ＰＤＬトラップの中央の真上であり、コンタクト・パッドのうちのもう１つのセットは、ＰＤＬトラップの中央の真下である。
センサを始動すると、ロッドは、上に説明したような方式でＰＤＬトラップの下方のコンタクト・パッドの上へと落下するだろう。センサをリセットするために、ＰＤＬトラップの上方／下方のコンタクト・パッドが場所を交換するように、単にひっくり返すことが必要であるにすぎない。この動きによって、重力は、ロッドをＰＤＬトラップの上方に落下せて戻し、センサを本質的にリセットする。
類似の技術が、図１３（前断面図）および図１４（上面図）に図示したように水平衝撃を検出するために実施される。上に強調したように、水平衝撃成分を拾い出すために、垂直衝撃が反磁性ロッドを平衡からたたき出すことを防止することが望ましいことがある。このように、この例では、ストッパを、反磁性ロッドの下方の磁石同士の間のギャップ内に設置する。図１３を参照のこと。すなわち、図１３に示したように、（例えば、アルミニウム、ゴム、プラスチック、等などの非強磁性材料から形成された）このストッパは、垂直衝撃がロッドを（垂直に）磁石同士の間にたたき落とすことを防止する。言い換えると、図１１および図１２に示した例で検出した垂直衝撃が、この例ではロッドをトラップからたたき出すことを防止する。逆に、例えば、図１２に示した上に説明したストッパは、図１３および図１４で検出した水平衝撃がロッドをＰＤＬトラップからたたき出すことを防止する。それはそうとして、例示的な実施形態によれば、垂直衝撃および水平衝撃を検出するために、別々の衝撃センサを使用する。しかしながら、図１４に示したように、両方の構成に関するコンタクト・パッドおよびモニタリング回路を含め構成要素のすべてを、各センサに含めることができ、ただストッパおよびコンタクト・パッドの配置が変わることをともなう。
水平衝撃検知に関して、ＰＤＬトラップの対向する端部の各々の下に１対の、２対のコンタクト・パッドを利用する。ＰＤＬトラップの一方の端部の下にコンタクト・パッド対Ａ／ＣがありそしてＰＤＬトラップの反対の端部の下にコンタクト・パッド対Ｂ／Ｄがある図１４を参照のこと。
コンタクト・パッドの対Ａ／Ｃおよびコンタクト・パッドの対Ｂ／Ｄは、ロッドの長さｌよりも小さい間隔ｓ’により互いに隔てられる。ロッドが直径方向ＰＤＬ磁石同士の間のＰＤＬトラップ内に浮揚しているときには（例えば、図１３参照）、それぞれの対の２つのコンタクト・パッドは互いに接続されていない（すなわち、コンタクト・パッドＡは、コンタクト・パッドＣに電気的に接続されず、そしてコンタクト・パッドＢは、コンタクト・パッドＤに電気的に接続されない）。しかしながら、ロッドが（水平ΔＵＣＢしきい値を超える衝撃に応じて）ＰＤＬトラップからコンタクト・パッドの上へと落下する場合／ときには、ロッドは、コンタクト・パッド同士の間の間隔ｓ’に橋を架け、これにより一方の対のコンタクト・パッド（いずれかＡからＣまたはＢからＤ）を互いに（電気的に）ショートさせるだろう。
例えば、抵抗モニタを介して、コンタクト・パッド同士の間の抵抗をモニタすることにより、センサの状態を簡単にモニタすることができる。例えば、図１４を参照のこと。さらに、下記に詳細に説明されるだろうように、デバイスをタンパリングすることを防止する際に補助するネットワークに、衝撃センサを接続することができる。したがって、ネットワークへセンサ状態を伝達するために、マイクロコントローラおよびネットワーク・インターフェースを利用することができる。
図１５の方法８００に示したように、水平衝撃センサ・デバイスをひっくり返すことによって、水平衝撃センサ・デバイスをやはりリセットすることができる。すなわち、ステップ８０２に示したように、ロッドをトラップからたたき出しそしてＰＤＬトラップの一方の端部の下のコンタクト・パッドの対（この例では、ＰＤＬトラップの左側の下のコンタクト・パッドの対Ａ／Ｃ）の上へとたたき出す水平衝撃が生じる。この段階で、センサがトリガされる。センサをリセットするために、ステップ８０４では、センサを上下逆にひっくり返して、ロッドをコンタクト・パッドから筐体の上へと落下させる。ＰＤＬトラップに対してロッドを中央に置くために、ステップ８０６では、ＰＤＬトラップの中心に向かって筐体に沿ってロッドを滑らせるために、ＰＤＬトラップを傾斜させる。一旦ロッドがトラップの中央に置かれると、ステップ８０８では、ＰＤＬトラップを、再び上下正しい向きに回転させることができ、ロッドは、ＰＤＬトラップの中央に据えられるだろう。本センサをリセットすることができるので、デバイス・タンパリングの懸念があり、これにより、センサが衝撃事象により既に始動しているという事実を包み隠すために、誰かがセンサを許されずにリセットするかも知れない。例示的な実施形態によれば、ネットワーク・ブロック・チェーン技術がこのタンパリング問題に対処するために使用される（例えば、Crosby, et al., “BlockChain Technology:Beyond Bitcoin,” Applied Innovation Review, Issue No.2,June 2016 (16pages)を参照）。例えば、図１６を参照のこと。一般に、ブロックチェーンは、一連のレコードまたはブロックを含んでいる分散型データベースを利用する。各ブロックは、任意の所与のブロック内のデータが修正されることを防止するもう１つのブロックと連結される。例えば、ＩＢＭ社からのブロックチェーン技術は、取引の履歴を記録するための不変の台帳を提供する。
本衝撃センサ技術を参照して、本ＰＤＬトラップ衝撃センサのネットワークを、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）に接続することができる。例えば、ＰＤＬトラップ・センサが運送中に様々な異なる製品とともに設置される図１６を参照のこと。ある種のしきい値を超える衝撃がある場合には、製品は、壊れやすく損傷を受けやすいことがある。センサ感度を製品衝撃許容範囲に一致させるために、本衝撃センサのしきい値をチューニングするための上に説明したプロセスを利用することができる。
ＬＡＮを、ブロックチェーン台帳を含んでいるサーバに、例えば、インターネットを介して接続する。任意の衝撃トリガ事象を、ネットワークに登録し、そしてブロック－チェーン台帳に記録するだろう。このように、管理者またはクライアントあるいはその両方は、それらの所有物(goods)の状態および衝撃センサを介した衝撃応諾の状態のタンパー防止記録を有するだろう。
図１７は、衝撃トリガ事象を検出するための例示的な方法１０００を図示している図である。ステップ１００２では、本ＰＤＬトラップに基づく衝撃センサのうちの少なくとも１つが用意され、そしてステップ１００４では、センサの衝撃しきい値が、センサがモニタするために使用されるだろう製品の衝撃許容範囲に一致するように調節される。上に提示されたように、本ＰＤＬトラップに基づく衝撃センサは、双極子ライン磁石の対、および双極子ライン磁石同士の間に浮揚する反磁性ロッドを含む。磁石は、ギャップｇＭにより互いに隔てられる。センサの感度を、磁石同士の間のギャップｇＭを変えることにより調節することができる。
ロッドをトラップから落下させるために、衝撃しきい値を超える必要がある。このように、しきい値を、製品の衝撃許容範囲よりも低くなるようにステップ１００４で調節するはずである。製品の衝撃許容範囲は、製品が（例えば、運送中に）損傷を受けずに堪えることができる単純に衝撃の大きさである。当然のことながら、この衝撃許容範囲は、異なる製品に対して変わり、そしてこのようなデータを、製造業者から得ることができる。センサに関する衝撃しきい値を、単純に、ＰＤＬ磁石同士の間のギャップｇＭを変えそしてｇの各値についてロッドをトラップから落下させるために必要である（垂直および水平）衝撃の大きさを書き留めることによりギャップｇＭ値と事前に関係付けることができる。
ステップ１００６では、チューニングしたＰＤＬトラップに基づく衝撃センサを、次いで製品とともに設置する。例えば、ＰＤＬトラップに基づく衝撃センサを、製品パッケージング内に個別にまたは多数の製品を包含している容器内にあるいはその両方に設置することができる。
ステップ１００８では、ＰＤＬトラップに基づく衝撃センサの状態をモニタする。例えば、上に提示したように、センサは、ロッドがＰＤＬトラップから落下したときに一緒にショートするＰＤＬトラップの下方にコンタクト・パッドを装備することができる。このように、そのケースにおけるＰＤＬトラップに基づく衝撃センサの状態をモニタすることは、コンタクト・パッドの抵抗のモニタリングを包含することができる。
ステップ１０１０では、衝撃－トリガ事象が生じたかどうかについての判断が行われる。ステップ１０１０において（Ｎｏ）と判断される場合には、衝撃－トリガ事象は生じていない、そのときには、プロセスはＰＤＬトラップに基づく衝撃センサの状態をモニタし続ける。一方で、ステップ１０１０において（Ｙｅｓ）と判断される場合には、衝撃－トリガ事象は生じており、そのときには、ステップ１０１２において衝撃－トリガ事象をブロックチェーン台帳に記録する。センサを、そのときにはステップ１０１４においてリセットすることができ、モニタリングをステップ１００８により続ける。衝撃－トリガ事象は、センサ（および関連する製品）が衝撃しきい値を超え、そしてロッドをＰＤＬトラップから落下させている（垂直または水平あるいはその両方の）衝撃力を受けてきていることを示唆している。
ここで図１８に転じて、例えば、ブロックチェーン台帳サーバ（上に説明した図１６参照）として構成することができる装置１１００のブロック図が示されている。装置１１００は、コンピュータ・システム１１１０および脱着可能メディア１１５０を含む。コンピュータ・システム１１１０は、プロセッサ・デバイス１１２０、ネットワーク・インターフェース１１２５、メモリ１１３０、メディア・インターフェース１１３５および任意選択のディスプレイ１１４０を含む。ネットワーク・インターフェース１１２５は、コンピュータ・システム１１１０がネットワークに接続することを可能にし、一方でメディア・インターフェース１１３５は、コンピュータ・システム１１１０がハード・ドライブまたは脱着可能メディア１１５０などのメディアと情報を交換することを可能にする。
プロセッサ・デバイス１１２０を、本明細書において開示した方法、ステップ、および機能を実施するように構成することができる。メモリ１１３０は、分散型であってもローカルであってもよく、そしてプロセッサ・デバイス１１２０は、分散型であっても単数であってもよい。メモリ１１３０を、電気的メモリ、磁気的メモリもしくは光学的メモリ、またはこれらもしくは他のタイプのストレージ・デバイスの任意の組み合わせとして実装してもよい。その上、「メモリ」という用語を、プロセッサ・デバイス１１２０によりアクセスされるアドレス指定可能な領域のアドレスから読み出す、または書き込むことができる任意の情報を包含するように十分広く解釈すべきである。この定義を用いて、ネットワーク・インターフェース１１２５を介してアクセス可能なネットワーク上の情報は、依然としてメモリ１１３０内であり、その理由は、プロセッサ・デバイス１１２０がネットワークから情報を検索できるためである。プロセッサ・デバイス１１２０を作る各々の分散型プロセッサは、一般にそれ自身のアドレス指定可能なメモリ領域を含むことに留意すべきである。コンピュータ・システム１１１０のうちのいくつかまたはすべてを、特定用途集積回路または汎用集積回路へと組み込むことができることにやはり留意すべきである。
任意選択のディスプレイ１１４０は、装置１１００の人間ユーザと対話するために適した任意のタイプのディスプレイである。一般に、ディスプレイ１１４０は、コンピュータ・モニタまたは他の類似のディスプレイである。

Claims (17)

  1. ギャップｇＭにより互いに隔てられた直径方向磁石の対および前記直径方向磁石同士の間に浮揚している反磁性ロッドを有する平行双極子ライン（ＰＤＬ）トラップと、
    前記ＰＤＬトラップの下方のコンタクト・パッドであって、前記コンタクト・パッドが前記反磁性ロッドの長さｌよりも小さい空間により互いに隔てられている、前記コンタクト・パッドと
    を備える、衝撃センサ。
  2. 前記ギャップｇＭが可変である、請求項１に記載の衝撃センサ。
  3. 前記直径方向磁石が、前記磁石同士の間の前記ギャップｇＭを変えるように構成された可変ギャップ固定治具にそれぞれ付けられる、請求項１に記載の衝撃センサ。
  4. 前記コンタクト・パッドのうちの２つが、前記ＰＤＬトラップの中央の下方に存在する、請求項１に記載の衝撃センサ。
  5. 前記コンタクト・パッドの対が、前記ＰＤＬトラップの各端部の下方に存在する、請求項１に記載の衝撃センサ。
  6. 前記ＰＤＬトラップの中央の上方に存在する２つの他のコンタクト・パッド
    をさらに備える、請求項１に記載の衝撃センサ。
  7. 衝撃センサのネットワークであって、前記衝撃センサの各々が請求項１ないし６のいずれかに記載の特徴を有する、前記衝撃センサのネットワークと、
    前記衝撃センサのネットワークからのいずれかの衝撃－トリガ事象を記録するように構成されたブロックチェーン台帳と
    を備える、衝撃モニタリング・システム。
  8. 前記衝撃センサのネットワークが、ローカル・エリア・ネットワークに接続される、請求項７に記載の衝撃モニタリング・システム。
  9. 前記ローカル・エリア・ネットワークが、インターネットを介して前記ブロック－チェーン台帳に接続される、請求項８に記載の衝撃モニタリング・システム。
  10. 衝撃モニタリングのための方法であって、
    ｉ）ギャップｇＭにより互いに隔てられた直径方向磁石の対および前記直径方向磁石同士の間に浮揚している反磁性ロッドを有するＰＤＬトラップと、ｉｉ）前記ＰＤＬトラップの下方のコンタクト・パッドであって、前記コンタクト・パッドが前記反磁性ロッドの長さｌよりも小さい空間により互いに隔てられている、前記コンタクト・パッドとを備える、少なくとも１つの衝撃センサを用意するステップと、
    前記少なくとも１つの衝撃センサの衝撃しきい値をチューニングするために前記ギャップｇＭを変えるステップと、
    製品にチューニングされている前記少なくとも１つの衝撃センサを設置するステップと、
    前記少なくとも１つの衝撃センサの状態をモニタするステップと
    を含む、方法。
  11. 前記直径方向磁石が可変ギャップ固定治具にそれぞれ付けられ、前記方法が、
    前記ギャップｇＭを変えるために前記直径方向磁石を互いに近づけるまたは遠ざけるように動かすために前記可変ギャップ固定治具を使用するステップ
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 衝撃－トリガ事象が生じたかどうかを判断するステップであり、前記衝撃トリガ事象が前記少なくとも１つの衝撃センサの前記衝撃しきい値を超え、前記反磁性ロッドを前記ＰＤＬトラップから前記少なくとも２つのコンタクト・パッドの上へと落下させて前記少なくとも２つのコンタクト・パッドをショートさせる、前記判断するステップ
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記少なくとも２つのコンタクト・パッド同士の間の抵抗をモニタするステップ
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 衝撃－トリガ事象が生じており、前記方法が、
    前記衝撃－トリガ事象をブロックチェーン台帳に記録するステップ
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記少なくとも１つの衝撃センサをリセットするステップと、
    前記少なくとも１つの衝撃センサの前記状態をモニタし続けるステップと
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記少なくとも１つの衝撃センサが、前記ＰＤＬトラップの中央の上方に存在する２つの他のコンタクト・パッドをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記少なくとも１つの衝撃センサをリセットする前記ステップが、前記少なくとも１つの衝撃センサをひっくり返すステップを含む、請求項１６に記載の方法。
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