JPH026371Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は移動体の運動加速度検出装置に関し、
詳しくは、船舶、車両、航空機などの移動体が運
動することにより、その移動体の任意の個所に作
用する加速度を検出することができる加速度検出
装置に関する。これは、所望個所の加速度を知る
ことにより、例えば、積載重量貨物の移動体に対
する影響を調べる分野で利用されるものである。

〔従来技術〕

重量貨物を積載する移動体、例えば、船舶など
が航行中揺動すると、船体構造物または積載物に
加速度が作用し、これに伴つて船体構造物、積載
物およびその支持構造に動的荷重が働く。その結
果、積載物の配置計画者や操船者は、船体の波に
対する応答特性と遭遇する波浪海象の長期予測か
ら、所定の強度を有するように配慮する必要があ
る。すなわち、配置計画者は船体構造の強度を考
慮した重量物の配置やその固縛方法を採り、ま
た、操船者は波浪中の動的荷重が過大とならない
ように減速、変針などの荒天避航を採る必要があ
る。

このような場合に、実際に作用する動的荷重を
検知できれば、より一層効果的な対策を採ること
ができる。そこで従来は、予め船体の幾つかの個
所を定めてその位置ごとに３方向の加速度センサ
を設置し、検出された加速度が船体強度や固縛方
法に許容されるものであるかを確認しながら操船
している。しかし、船体の各所や積載物ごとに作
用する加速度は異なるのが一般的であり、計測さ
れない位置で過大な加速度が作用していてもそれ
を知ることはできない。その結果、数点の検出値
に基づいて操船していると、過大に作用している
個所で船体の一部が損傷したり、また、積載物の
固縛装置が破損して荷崩れを起こすといつた事態
が生じる。したがつて、近年、船体ならびに積載
物に作用する加速度を任意に検出できる装置の出
現が強く要望されるようになつてきている。

〔考案の目的〕

本考案は上述の要望に鑑みなされたもので、そ
の目的は、移動体上の所定個所で加速度を検出す
ることにより、移動体やその積載物の任意の個所
に作用する動的荷重を、リアルタイムで表示して
操船方法の変更などの指針を得ることのできる移
動体の運動加速度検出装置を提供することであ
る。

〔考案の構成〕

本考案の構成を第１図を参照して説明すると、 (i) 移動体２の長手方向で選定された異なる第１
および第２の点ａ，ｂを含む垂直面または水平
面内に、基準点となる一方の点ａを通り点ａと
点ｂを結ぶ線Ａに直交する線上に第３の点ｃが
選定され、基準点ａでｘ，ｙ，ｚ方向の加速度
を検出する加速度センサ１ax，１ay，１azと、
長手方向の他の点ｂで、ｙ，ｚ方向の加速度を
検出する加速度センサ１by，１bzと、第３の
点ｃでｙまたはｚ方向の加速度を検出する加速
度センサ１cy，１dzを有する加速度検出手段
１が設けられている。

(ii) 加速度検出手段１からの出力信号を増幅する
増幅手段３が設けられている。

(iii) 増幅された信号からノイズを除去するフイル
タ手段４が設けられている。

(iv) 検出信号をデイジタル化するAD変換器５が
設けられている。

(v) デイジタル化された信号から、移動体２上の
任意の位置の加速度を演算する演算手段６が設
けられている。

(vi) 演算結果を表示する表示手段７が設けられて
いる。

〔実施例〕

以下、本考案をその実施例に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本考案の実施例の構成を示すブロツク
図である。図中、１は船体２上の空間の独立した
少なくとも３個所の位置ａ，ｂ，ｃに設置された
加速度センサからなる加速度検出手段である。こ
れらを詳述すると、第２図に示すように、移動体
２の長手方向（後述するｘ方向）で選定された異
なる第１および第２の２つの点ａ，ｂを含む垂直
面内に、例えばａ点を基準点としてその点を通り
第１と第２の点を結ぶ線Ａに直交する線Ｂ上に第
３の点ｃが定められ、基準点とした位置ａにｘ，
ｙ，ｚ方向の加速度を検出する加速度センサ１
ax，１ay，１azが、長手方向の他の点の位置ｂ
にｙ，ｚ方向の加速度を検出する加速度センサ１
by，１bzが、第３の点の位置ｃにｙ方向の加速
度を検出する加速度センサ１cyが設置されてい
る。第１図の３は、６個の加速度センサからの出
力信号を増幅する増幅手段、４は増幅された信号
からノイズを除去するフイルタ手段、５は検出さ
れたアナログ信号をデイジタル化して演算に供し
得るよう変換するAD変換器である。６はデイジ
タル化された信号から、船体２上の任意の位置の
加速度を演算すると共にその演算値を基に統計処
理演算を行なう演算手段である。７はその演算結
果を表示するCRTなどの表示手段で、操船者が
加速度の大小やその経時的変化を一目して確認で
きるようにするためのものである。８は船体２の
各所および積載物に許容される加速度が予め記憶
されている記憶装置である。９は外部記憶装置
で、演算された多数の値を集積して記憶する持ち
運び自在の記憶媒体であつて、演算手段６が統計
処理演算する際そのデータを提供するものであ
る。１０はプリンタで、演算結果を保存するため
に打ち出させるものである。

ここで、前述した３個所の位置ａ，ｂ，ｃにお
ける６個の加速度センサ１ax，１ay，１az，１
by，１bzおよび１cyによる検出値を用いて、任
意の位置における加速度を演算する手法を説明す
る。

まず、船体の船首方向をｘ、船幅方向をｙ、船
体の重心を通る鉛直方向をｚとした船体固定座標
系を想定する。その結果、船体または積載物の任
意の位置は（ｘ，ｙ，ｚ）、船体の重心はxG，
Ｏ，zGで与えられる。次に、船体に空間固定座
標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を想定する。第３図ａ〜ｃに
示すように、その座標系、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）におけ
るそれぞれの変位量すなわち前後方向の運動であ
るサージ量をξ、左右方向の運動であるスウエイ
量をη、上下方向の運動であるヒーブ量をζとす
ると、船体の任意点である（ｘ，ｙ，ｚ）の運動
の空間固定座標系の、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分は式１
−１〜１−３〔９ページ参照〕で与えられる。し
たがつて、任意点（ｘ，ｙ，ｚ）における船体固
定座標系での加速度の３方向成分αx，αy，αz
は、重力加速度ｇ、重心回りの遠心力の合成を考
慮すると、式（２−１）〜（２−３）〔９ページ
参照〕で近似することができる。

いま、位置ａでの３方向の加速度αxa，αya，
αzaが計測されたとすると、式（２−１）〜（２
−３）から、任意の点（ｘ，ｙ，ｚ）の加速度
αx，αy，αzは式（３−１）〜（３−３）〔９ペ
ージ参照〕で与えられる。すなわち、式（３−
１）〜（３−３）より、任意点の３方向の加速度
αx，αy，αzは、次のようにして演算される。式
中のαxa，αya，αzaは、位置ａにおいて計測さ
れた加速度（第２図参照）が代入され、ｘ−xa，
ｙ−ya，ｚ Ｘ＝ξ＋（ｚ−zG）Θ−yΨ …（１−１） Ｙ＝η＋（ｘ−xG）Ψ−（ｚ−zG）Φ
…（１−２） Ｚ＝ζ−（ｘ−xG）Θ＋yΦ …（１−３） αx＝ξ¨＋（ｚ−zG）Θ¨−ｙΨ¨−（ｘ−xG）（Θ
〓²＋
Ψ〓²）＋gΘ …（２−１） αy＝η¨＋（ｘ−xG）Ψ¨−（ｚ−zG）（Φ¨−ｙ（
Φ〓²
＋Ψ〓²）−gΦ …（２−２） αz＝ζ¨−（ｘ−xG）Θ¨＋ｙΦ¨−（ｚ−zG）（Θ
〓²＋
Φ〓²）−gcosΘcosΦ …（２−３） αx＝αxa＋（ｚ−za）Θ¨−（ｙ−ya）Ψ¨−（ｘ−
xa）（Θ〓²＋Ψ〓²） …（３−１） αy＝αya＋（ｘ−xa）Ψ¨−（ｚ−za）Φ¨−（ｙ−
ya）（Φ〓²＋Ψ〓²） …（３−２） αz＝αza＋（ｘ−xa）Θ¨＋（ｙ−ya）Φ¨−（ｚ−
za）（Θ〓²＋Φ〓²） …（３−３） Ψ¨＝（αyb−αya）／（xb−xa） …(4) Φ¨＝（αyc−αya）／（za−zc）…（５−１） Φ¨＝（αzd−αza）／（yd−ya）…（５−２） Θ¨＝（αzb−αza）／（xa−xb） …(6) −zaは位置ａから所望の位置との距離が演算
されて代入される。一方、ヨーの角加速度Ψ¨は、
第２図から判るようにｙ，ｚが同一でｘが異なる
２点ａ，ｂでの計測加速度αyaとαybから、ロー
ルの角加速度Φ¨は、ｘ，ｙが同一でｚが異なる２
点ａ，ｃでの計測加速度αyaとαycから、ピツチ
の角加速度Θ¨は、ｙ，ｚが同一でｘが異なる２点
ａ，ｂでの計測加速度αzaとαzbから、それぞれ
式(4)，（５−１），(6)で演算され、また、ヨー角速
度Ψ〓、ロール角速度Φ〓およびピツチ角速度Θ〓は、
演算されたヨー角加速度Ψ¨、ロール角加速度Φ¨お
よびピツチ角加速度Θ¨が演算手段６で積分されて
求められる。そして、これらが前述の式（３−
１）〜（３−３）に代入されると、αx，αy，αz
が得られる。なお、第２図に示したように、位置
ｃに代えて船体２の水平面内の位置ｄに加速度セ
ンサ１dzが設けられていると、前述したロール
の角速度Φ¨は、ｘ，ｚが同一でｙが異なる２点
ａ，ｄでの計測加速度αzaとαzdから式（５−２）
により演算される。

上述の構成の実施例ならびにその演算手法によ
れば、次のようにして任意の個所における加速度
を検出することができる。なお、作動の理解を容
易にするため、第４図に示すフローチヤートを参
照しながら説明する。

まず、運動加速度検出装置のシステムを起動さ
せ（フローチヤートのステツプ１、以下、Ｓ１と
記す）、計測したい任意の位置（ｘ，ｙ，ｚ）や
計測時間を指示すると共に書誌的事項などの必要
な事項を設定する（Ｓ２）。位置ａ，ｂ，ｃに設
けられた加速度センサ１ax，１ay，１az，１by，
１bz，１cyがそれぞれの加速度信号を検出し
（Ｓ３）、それぞれが増幅されかつフイルタリング
されてAD変換手段５でデイジタル値に変換され
る（Ｓ４）。同一時刻に検出された値は同期が取
られ、演算手段６で、式（３−１）〜（３−３）
および式(4)，（５−１），(6)により、指定された任
意の位置の（ｘ，ｙ，ｚ）における３方向の加速
度αx，αy，αzが演算される（Ｓ５）。この演算
された加速度がCRT画面に、記憶装置８に記憶
されているその位置における許容加速度などと共
に表示される。また、必要に応じてタイムヒスト
リプロツトが指令される（Ｓ６）と、指定された
位置（ｘ，ｙ，ｚ）における３方向加速度がそれ
ぞれ経時的にリアルタイムで表示される（Ｓ７）。
このようにして、異なる任意の位置の加速度を
次々と表示させてその加速度がそれぞれの位置に
おいて許容されるものであるかを確認し、必要に
応じて加速度を軽減すべく操船方法を変更する。
また、これらのデータは外部記憶装置９に記憶さ
れている同じ位置における従前のデータと突き合
され、演算手段６で有義値や１／３最大期待値な
どが統計処理的に演算され（Ｓ８）、この演算値
も必要に応じてCRTに表示される（Ｓ９）。検出
されたデータは外部記憶装置９にロギングされ
（Ｓ１０）、また必要に応じてロギング事項がプリ
ントアウトされる（Ｓ１１）。そして、統計処理
されたデータに基づいて、積載物の配置計画者
は、次の航海における積載物の配置やその固縛方
法の改善の有無を検討することができる。さらに
は、船体の設計者もそのデータを船体構造の強度
設計に供することができる。

なお、各位置に所定方向の加速度センサをそれ
ぞれ複数個設置して、検出精度を向上させること
もできる。さらに、船体が剛体であれば上述の設
置センサは１セツトでよいが、船体が弾性変形し
て船首、中胴、船尾で異なる挙動をする場合があ
るときは、それぞれに１セツトずつ設置すれば、
それぞれの部分でより一層正確な加速度を検出す
ることができる。上述の加速度センサによる検出
は、船体のみならず車両や航空機などの移動体全
てに適用できることは言うまでもない。

〔考案の効果〕

本考案は以上の実施例の説明から判るように、
移動体の長手方向で選定された異なる第１、第２
の点を含む垂直面または水平面内に、いずれか一
方の点を通り第１と第２の点を結ぶ線に直交する
線上に第３の点が選定され、その３個所に設置さ
れた加速度センサからなる加速度検出手段の検出
信号を基に、船体上の任意の位置での加速度を演
算することができる。したがつて、リアルタイム
で表示される加速度に応じて操船方法を変更する
ことができると共に、重量貨物を積載する船舶な
どにおいて、積載物の配置や固縛方法の選定が容
易になり、航行の安全を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は運動加速度検出装置の構成ブロツク
図、第２図は選定された３個所の位置に設置され
た加速度センサとその計測方向を示す計測状態
図、第３図ａ〜ｃは船体に想定された座標系とそ
れぞれの運動を示す模式図、第４図は作動手順を
示すフローチヤートである。 １……加速度検出手段、１ax，１ay，１az，
１by，１bz，１cy，１dz……加速度センサ、２
……移動体（船体）、３……増幅手段、４……フ
イルタ手段、５……AD変換器、６……演算手
段、７……表示手段、ａ〜ｄ……位置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 移動体の長手方向で選定された異なる第１およ
   び第２の２つの点を含む垂直面または水平面内
   に、基準点となる一方の点を通り第１と第２の点
   を結ぶ線に直交する線上に第３の点が選定され、
   前記基準点でｘ，ｙ，ｚ方向の加速度を検出する
   加速度センサと、長手方向の他の点で、ｙ，ｚ方
   向の加速度を検出する加速度センサと、第３の点
   でｙまたはｚ方向の加速度を検出する加速度セン
   サを有する加速度検出手段と、 加速度検出手段からの出力信号を増幅する増幅
   手段と、 増幅された信号からノイズを除去するフイルタ
   手段と、 検出信号をデイジタル化するAD変換器と、 デイジタル化された信号から、移動体上の任意
   の位置の加速度を演算する演算手段と、 演算結果を表示する表示手段と、 を有することを特徴とする移動体の運動加速度検
   出装置。