JPH0277653A

JPH0277653A - 小型加速度測定記録装置

Info

Publication number: JPH0277653A
Application number: JP1158293A
Authority: JP
Inventors: Fumio Takei; 文雄武井; Takafumi Hataya; 隆文端谷; Shozo Fujita; 省三藤田; Takaharu Asano; 高治浅野; Hiroaki Suzuki; 博章鈴木; Akio Sugama; 明夫菅間; Naomi Kojima; 小嶋　尚美
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1990-03-16
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: US5541860A; JP2567100B2; EP0359595A2; DE68915661D1; EP0359595A3; EP0359595B1; DE68915661T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の背景〕１、発明の技術分野本発明は小型加速度測定記録装置、とくに物体に加わる
微小な加速度の時間的変化を記録するに適した装置に関
する。

さらに本発明はスペースシャトルもしくは航空機の軌道
（もしくはパラボリック）飛行による無重力実験におい
て無重力実験系がスペースシャトルもしくは航空機から
浮遊した無重力実験装置に関する。

２、関連技術の説明近年、新材料の開発のために無重力環境を利用すること
が注目されている。これは、無重力下では、地上では得
られない物理現象例えば溶液又は融液の対流や、その中
で生成する結晶の沈降などが起こらないなどの現象を容
易に起こすことが可能であり、新規な材料の創製の可能
性が内在するためである。無重力環境の提供の場として
は、宇宙空間が最も理想的であり、米国航空宇宙局（Ｎ
ＡＳＡ）のプロジェクトであるスペースシャトルや、日
本における第一次材料実験計画（ＦＭＦＴ）など、宇宙
環境での実験が精力的に進められている。

また、比較的簡便に行える無重力実験としては、航空機
の弾道飛行による無重力場の提供や、高い塔からの、あ
るいは深い垂直坑における実験系の自由落下による短時
間の無重力の利用が代表的である。

しかしながら、上記の系においても、物体に加わる重力
はほとんど零に近いが、完全に零ではなく、−船釣には
、垂直自由落下ではｌＸｌ０−’〜ｌＸｌ０−’Ｇ、宇
宙実験ではＩ　Ｘｌ０−’　〜Ｉ　Ｘｌ０−３Ｇ。

航空機実験ではｌＸｌ０−″４〜ｌＸ１０″″２Ｇ程度
の無重力が得られると言われている。さらに、上記の系
においては、地球に対して垂直方向の加速度、いわゆる
重力は零に近いものの、実験系の振動など、水平方向に
加わる加速度が零である保証は無い。

このため、かかる実験系において、時々刻々と変化する
加速度を記録することは、実験の質を決定する上で重要
となる。また、無重力環境における実験機会は時間や費
用の点で大きな制限があり、最小の実験回数で有意水準
の高いデータを得ることが求められているため、得られ
た実験結果の信頼性を向上する上で、加速度変化のデー
タを収集することが重要である。

従来、加速度を測定するには、大きさが８０ｃｍｘ８０
　ｃｍ　Ｘ　４０　ｃｍ程度で、重量が２０ｋｇ程度の
測定・記録装置を必要としていた。この装置は、加速度
センサの信号を増幅するアンプ、アンプの信号をディジ
タル変換するＡＤ変換器、信号の処理を行う中央処理装
置、加速度の変化を記録させる補助記憶装置及びペン式
記録計などから構成されていた。

このような従来の大きく、かつ重い加速度測定装置は、
宇宙船（スペースシャトルなど）又は航空機全体の加速
度を測定する場合は問題ないが、材料実験に代表される
、限られた空間内の局所的加速度の測定が必要となる場
合には、かかる大きな測定装置の使用は適当でない。

従って、前記したような材料開発などにおける無重力実
験用の加速度変化の測定においては、前記したような従
来の大型の測定装置は実験系の特定の位置での加速度変
化の測定には適用できず、加速度データは、宇宙船ある
いは航空機全体の加速度変化のデータにて代表せざるを
得なかった。

しかし、これでは特定の現象が生じた瞬間の、特定の位
置おける加速度が正確に把握できないため、実験の質に
制限が生じていた。

かかる問題を解決するためには、従来の加速度測定・記
録装置において、例えば加速度センサ部をその制御・記
録部と分離し、ケーブルで接続する方法も考えられるが
、この場合には、ケーブルを通じて加わる外部からの振
動等による系の撹乱は避けられないため、信頼のおける
データが得られず、また、測定の速度も、例えばビデオ
カメラによる現象の画像記録に対応するだけの高速記録
は困難であった。

一方において、近年、半導体技術の進歩により、Ｃ−Ｍ
ＯＳプロセスによるスタテックＲＡＭ　（随時書込続出
可能記憶素子：　Ｓ−ＲＡＭ）の性能が向上している。

即ち、１素子あたりの記憶密度が高まるとともに、低消
費電力で動作が可能なＲＡＭが出現するに到っている。

この５−ＲＡＭの特徴を生かした応用の一つとして、従
来、磁気テープ、磁気ディスク、フロッピィディスクな
どの外部記憶媒体を、５−ＲＡＭで構成する方法が考え
られる。

この５−ＲＡＭを使用した外部記憶媒体の特徴は、高速
で書き込みおよび読み出しが可能なため、コンピュータ
システム等に応用した場合においては、プログラムやデ
ータのアクセス時間を従来に比べ大幅に短縮できる点に
ある。また、固体素子であるために、可動部分や暦滅す
る部分は全くなく、寿命が長く、かつ信頼性が高いとい
う長所がある。

そして、具体的にコンピュータシステムに応用される場
合は、取り扱いの容易さから、−枚の板状の“ＲＡＭカ
ード”として用いられる場合が多い。

上記のＲＡＭカードがコンピュータシステムに正しく装
着され、自由にデータのアクセスが可能な状態に置かれ
ているか否かを検出するためには、装着の有無を検出す
るための電気的接点を１回路以上設け、この接点の電気
的な探索により、ＲＡＭカードの装着を検出する方法が
一般的である。

あるいは、発光素子と受光素子の組み合わせによる、い
わゆるフォトインクラブタによるＲＡＭカード検出が頻
繁に用いられてい゛る。

しかしながら、前者においては、ＲＡＭカードの装着検
出のための専用接点が必要であり、小型化の難しいコネ
クタ接点の数を増加させ、結果としてシステムの小型化
を妨げる要因になりかねない。一方、後者の方法におい
ては、フォトインクラブタの検出光路を設ける必要があ
り、空間的にやはり小型化には不利であるとともに、た
とえＲＡＭカードが見掛は上正しく装着されているにも
かかわらず、接点部の装着不良等の事故はこのメカニズ
ムを用いることによっては検出が不可能であった。

従って、従来の方法では、ＲＡＭカードを用いたシステ
ムの小型化には不利であった。一方、信頼性の点におい
ても、従来の方法には問題があり、確実に、すなわちシ
ステムのデータを任意に読み書きする状態での装着の有
無を検出することは困難であった。

〔発明の要約〕

本発明は、か−る従来の加速度測定・記録装置の問題点
を排除し、物体に作用する加速度を該物体と同一の運動
系に搭載して微小な加速度の時間的変化を測定記録する
ことを可能にする小型加速度測定記録装置を提供するこ
とを目的とする。

本発明に係る小型加速度測定記録装置は加速度センサと
、加速度センサの信号をディジタル変換するＡＤ変換器
と、ディジタル信号の処理を行う制御素子と、加速度の
変化を記憶する着脱可能な外部記憶装置とから構成され
る、物体に作用する加速度を該物体と同一の運動系に搭
載して測定することを可能にした小型加速度測定記録装
置である。

即ち、本発明では、前記の問題を解決するため、従来の
加速度記録装置におけるペン式レコーダによる記録や、
フロッピーディスク、磁気テープなどの補助記憶装置に
代えて、データを測定装置（回路）に容易に着脱可能な
固体素子を使用した記憶装置に蕃積し、測定データの量
に応じてこれを交換するようにして測定加速度データを
、高速でかつ長時間記録することを可能にしたものであ
る。

本発明の他の目的はコンピュータシステムに半導体記憶
素子を用いた外部記憶媒体を装着して用いる場合に記憶
媒体の装着を確認するための記憶媒体検出方式に関し、装着の確認を特別の装置を用いることなく容易かつ確実
に行うことにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、コンピュータシ
ステムに半導体記憶素子を用いた外部記憶媒体を装着し
て処理するに際して、記憶素子の内容の一部または全部
に対する任意のデータの書き込みと読み出しによるデー
タの比較により、前記外部記憶媒体の装着を確認するこ
とを特徴とする記憶媒体検出方式を提供する。

即ち、本発明においては、ＲＡＭカードの任意書込読出
機能を応用して、特定の番地に任意のデータを書き込み
、これを後に読み出して、書き込んだデータと照合し、
一致した場合にのみＲＡＭカードの装着有りと判定する
方法を採用するものである。

本発明の他の目的は無重力実験を行う改良された方法を
提供することにある。

この目的を達成するため本発明によれば、スペースシャ
トルもしくは航空機の軌道（もしくはパラボリック）飛
行を用いて無重力実験を行う方法であって、無重力実験
系がスペースシャトルもしくは航空機から浮遊させる方
法が提案される。

〔実施例〕

第１図は従来の加速度測定装置の典型的な例を示す。第
１図に示す装置は加速度センサ１、Ａつ変換器２、制御
素子３、入出力回路４、外部記憶装置５、ペン型レコー
ダ６および電源回路７を有する。この型の装置は大きさ
が８０ｃｍ　Ｘ８０ｃｍ　Ｘ４０ｃｍ。

重さが２０ｋｇ程度を必要とした。

第２図は、本発明の原理説明図である。図中、１１は加
速度センサ、１２はＡＤ変換器、１３は制御素子又は中
央処理装置（例えば８ビツトマイクロプロセツサ）、１
４は着脱可能な高速外部記憶装置、１５は電源回路、１
６は入出力回路を示す。

高速外部記憶装置１４として、大容量のスタティックあ
るいはダイナミック方式の随時書込み続出式記憶素子−
（ＲＡＭ）を用いれば、小型の電池でデータのバックア
ップが可能となり、見掛は上の不揮発記憶装置が実現で
きる。特に着脱可能な機械的駆動部を有しない記録媒体
（例えばリチウム電池でバックアップしたスタティック
ＲＡＭカード）を外部記憶装置として使用するのが好ま
しい。

本発明では、第２図に示したように、軽量で高速の着脱
可能な記憶装置を加速度測定記録装置に備えて、時間と
ともに微小に変化する加速度の値を高速に測定可能とし
ていた。その測定速度は、ビデオ画像の１フレーム以下
のサンプリングタイムであり、測定系における画像記録
データに対応可能である。

従って、航空機や宇宙船などのように限られた空間で、
高速で変化する物理現象の観察などの実験を進める必要
がある場合に、従来の装置では測定不可能なデータが入
手可能となる。

第３図は本発明の一実施例構成図であり、小型静的加速
度測定記録装置を示している。図中、第２図で示したも
のと同一のものは同一の信号で示しである。ｌｌａ〜ｌ
ｌｃは小型化高精度化に有利なサーボ型加速度センサ（
日本航空電子側製、ＪＡ５Ｖ）、１２はＡＤ変換器（ア
ナログデバイセズ■製、ＡＤ７５８２）、１３は中央処
理装置（富士通■、Ｍ８６８ＢＯ９）、１５は電源回路
にッケルーカドミウム電池と定電圧装置）、１６はＬＥ
Ｄ表示器および制御用スイッチである。

１４は２５５ｋｂｉｔのスタティックＲＡＭ、４個を用
いて構成される外部補助記録ブロックであり、これは多
極コネクタ１９を介して本体に容易に着脱可能である。

加速度の測定においては、三次元方向の同時測定が重要
であるため、例えば加速度センサ１１ａ〜１１Ｃを３個
使用し、互いに直交する向きにセットし、これらの出力
は、サンプリング信号に同期して１７ａ〜１７ｃのサン
プル−ホールド回路に記憶された後、ＡＤ変換器で順次
数値に変換される。また測定のダイナミックレンジを拡
大するため、１８ａ〜１８Ｃで示す可変利得増幅器を加
速度センサｌｌａ〜１１Ｃとサンプルホールド回路１７
ａ〜１７Ｃの間に挿入しである。中央処理素子１３は、
測定の全ての手順をＲＯＭ　（Ｒｅａｄ　０ｎｌｙ　Ｍ
ｅｍｏｒｙ）に書き込まれたプログラムに従って進める
。この場合、データのサンプリングの間隔はスイッチか
ら入力された値で行い、測定の開始および終了は、やは
り外部のスイッチにより行う。あるいは加速度測定の起
動点および終了点は加速度センサの出力信号、例えば航
空機の軌道もしくはパラポリツク飛行によって変化する
ものをトリガとして用いることによって自動的に決定す
ることもできる。

弾道飛行を行う場合、第４図、第５図のようなＺ軸方向
の加速度を基準とし加速度が犬→小への所定値以下とな
る点を起動点とし又加速度が小→大への所定値以上とな
る点を終了点として自動的にサンプリングさるこことが
できる。制御回路は常に航空機の重力状態を測定し、実
験装置の無重力実験の起動もしくは自由浮遊の開始およ
びその終了のサンプルのタイミングを決定し、その値を
浮遊の機構にフィードバックしてサンプリング時間を制
御することができる。可変利得制御回路１８ａ〜１８Ｃ
の利得制御は、フルスケール値に対する測定データの値
から、中央処理素子が自動的に計算して求める。

本体の形状は、例えば１２ｃｍ　Ｘ１８ｃｍ　ｘ１２ｃ
ｍの直方体で、重量は１　ｋｇ程度である。

本発明に係る小型加速度測定記録装置の外部補助記憶装
置に記録されたデータは、実験終了後、他の装置により
読みだして、処理することができる。

本実施例による測定データの一例を第４図及び第５図に
示す。

第４図および第５図は米国航空宇宙局（ＮＡＳＡ）所有
の弾道飛行実験機ＫＣ−１３５による微小重力実験にあ
ける加速度データの一例である。

第４図は実験装置をＫ（１’−１３５の機体に固定して
加速度データを収集したものである。この図において、
前半２０秒の間では加速上昇によりＺ軸（鉛直）方向に
は２Ｇ（重力加速度の２倍）程度の加速度が記録されて
いる。次の２０秒は、エンジン推力の減少により微小重
力が実現されている。しかしながら、エンジンおよび気
流の変動等に起因する振動は土７０ｍＧ程度あり、微小
重力環境における機体の振動成分が無視し得ないことが
わかる。

すなわち第４図に実験装置を機体の床に固定した場合の
代表的な加速度変化のパターンを示す。

弾道飛行の初期には、Ｚ軸方向に約１．８Ｇ程度の高重
力が観測されるが、エンジン推力の低下により、約３秒
程で０．１Ｇ以下の微小重力状態に到達する。また、Ｙ
軸方向には、弾道飛行初期に０．２Ｇ程度の加速度が加
わっており、機体の姿勢と推力が反映されていると思わ
れる。弾道飛行終期には、機体の立て直しによる高重力
が同様に加わっている。

第５図は、本発明による小型加速度測定記録装置を含ん
だ測定装置全体を機体から浮遊させて測定したデータで
ある。初期の１０秒間は第３図と同様に過電力が記録さ
れている。次の１０秒は、手操作により実験装置全体を
浮遊させている時間であり、装置に触れることによる振
動が記録されている。以上の説明において実験装置全体
というのは、例えば、結晶成長実験装置、もしくはとく
にたん白質結晶もしくはＩｎＰもしくはＧａＡｓのどと
きＳｉもしくはＧｅまたは■−■族合成半導体結晶もし
くはたとえばＶＳＰ４７５５３６３またはＦｕｊｉｔｓ
ｕ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ＆　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　１９８８．　Ｖｏｌ　２４．　　Ｎ（Ｌ
　２　ｐ１２６〜１３１に開示され自動多結晶準備装置
のごときものを称する。また宇宙においてたん白質を生
成する実験装置または液体部の自由表面の模様またたと
えば水溶液滴安定に影響する結晶Ｇレベルの基礎データ
もしくは２つの水溶液滴の融液の実験装置の基準技術に
関する液体の処理方法に関する。

しかしながらさらに次の５秒間は該装置全体か低重力状
態にあって、ＫＣ−１３５の床に徐々に低下して、全装
置がフローテング状態になり記録された加速度はほとん
ど０に近く、非常に高品質の微少重力環境が実現される
ことを証明している。

なお、第６Ａ図は第４図及び第５図の弾道爪片実験にお
けるｘ、Ｙ及びＺ軸を示す図面である。

第６Ａ図に示される無重力実験用航空機ＫＣ−１３５は
本来空中給油機であり、初期のジェット旅客機Ｂｏｅｉ
ｎｇ　Ｂ−７０７型の原型となった高性能の航空機であ
る。ＮＡＳＡはこのタイプの航空機を改造して種々の無
重力実験のために運用している。

１回の弾道飛行パターンを第６図に示す。実験は１０回
の弾道飛行を１セツトとして１日に４セツトを行い、こ
れを３日間繰り返して、合計１２０回行われた。１回の
微小重力持続時間は約２０秒程度であるから、２０秒Ｘ
１２０　＝２４００秒＝４０分の無重力実験が提供され
る。

本システムを前記の観察実験用モジニールに搭載し、米
国メキシコ湾上空にて微小重力実験を行った。

これらのデータから、高品質の微小重力環境を得る場合
において、その加速度データのチエツクに本発明による
小型加速度測定記録装置の有用性は明らかである。

第７Ａ図から第７Ｊ図までは第３図に示す装置の動作を
説明するフローチャートである。

第７Ａ図は第３図に示す装置のソフトウェアの主ルーチ
ンを示し、ブロック２１に示す初期化ルーチン、ブロッ
ク２２に示す５ＴＡＲＴから起動する測定開始、ブロッ
ク２３にＩＮＴＥＲで示す測定ルーチン、ブロック２４
に示すＣＬＥＡＲから始まるファイルクリヤルーチン、
ブロック２５に示すファイルＮαインクリメントルーチ
ン、ブロック２６に示すファイルＮαデクリメントルー
チン、ブロック２７に示すＬＥＤドライブ、およびブロ
ック２８に示すスイッチ入カル−チンからなる。

第７Ｂ図は測定ルーチンを示し、ブロック２２Ｈにおけ
るＦ　ＡＴ（ｆｉｌｅ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｔａｂ
ｌｅ）をサーチして空ファイルが存在するときはＣＰＵ
割込み許可がブロック２２ｂにあたえられてデータはブ
ロック２２Ｃのメモリカセットに書込まれ測定ルーチン
に入る。

第７Ｃ図はインターバルタイム変更ルーチンを示し、測
定インターバルタイムを増加するか減少するかをブロッ
ク２３ａおよび２３ｂにて決定する。

第７Ｄ図はファイルクリヤルーチンを示し、ファイルが
ブロック２４ａにおいてファイルが空でないとき先頭Ｆ
ＡＴがブロック２４ｂでサーチされＦＡＴはブロック２
４ＧでクリアされるＤＩＲはディレクトリである。

第７Ｅ図＄よび第７Ｆ図はファイル番号インクリメント
およびデクリメントルーチンであり、第７Ｇ図はシステ
ム初期化ルーチンである。

第７Ｈ図は桁データをＬＥＤデイスプレィに表示するＬ
ＥＤドライブルーチンを示す。

第７１図はスイッチ入カル−チンを示す。

第７Ｊ図はインクラブドルーチンを示し、操作がインク
ラブドされるとサンプルホールド回路が動作して、ホー
ルドされたデータがディジタルデータに変換されてデー
タバッファに記憶される。

本発明においては半導体メモリ素子を用いたメモリ媒体
が外部記憶媒体としてコンビニ−クシステムに用いられ
、装着が完全であるかないかを外部メモリの１部の部分
的書込みおよび読出しによって確君忍する。

第８図は、本発明の原理説明図である。図中、ＲＡＭカ
ードに割り当てられた番地をＮ−Ｎ＋Ｖ（Ｎは開始アド
レス、■は全容量）とすると、この範囲で、特定のアド
レス線が重複しないように、適当な間隔で番地Ｐｌ　　
、Ｐ２　　＋　・・・、Ｐｏを選び、この番地を対象と
して任意のデータを書き込んだ後、直ちに読み出し、書
き込んだデータと比較するチエツクを繰り返す。このチ
エツクを複数回行い、全ての番地について書き込んだデ
ータと同一のデータが読み出せれば、ＲＡＭカードは正
常に装着されていることが確かめられたことになる。

本発明では、ＲＡＭカードとして本質的に必要な電気的
接点、すなわち電源供給線、アドレス線、データ線、書
き込み読み出し制御線等の配線を接続するための接点以
外には、何ら物理的、ハードウェア的な付加を要求され
ない。

従って、このために従来必要であった空間が節約されて
、システムの小型軽量化に大きく貢献する。また、複数
のアドレスについての書き込みおよび読み出しをも行う
ため、接点が確実に接続しているか、あるいはＲＡＭカ
ード中の５−ＲＡＭが正常に機能しているかの検査をも
兼ねることができる。

第９図に１２８ｋＢｙｔｅのＲＡＭカードに対し、本発
明による記録媒体検出方式適用した場合の一実施例を示
す。

１２８ｋＢｙｔｅのメモリ空間のうち、アドレス＆ＨＯ
ＯＯＯ１゜＆ＨＯＯＯＣＯ，＆ＨＯＯＦ３ｇ、　＆ＨＯ
６５６６、＆Ｈ１９ＡＩＢ　　（＆Ｈは１６進数を表す
記号）を選んだ。まず、上記のアドレスに格納されてい
るデータを一時退避しておく。

つぎに、これらのアドレスのそれぞれにデータ＆）１１
２　、　＆Ｈ２４、＆Ｈ５８、＆Ｈ７Ｃ、＆ＨＤ３を書
き込み、直ちに読み出す。読み出したデータが書き込ん
だデータと全て一致すれば、ＲＡＭカードは正常に装着
されているものとみなす。全く一致しなければ、ＲＡＭ
カードは装着されていないものとみなす。

部分的に一致しない場合は、ＲＡＭカードの不良あるい
はコネクタにおける接点不良等が考えられるため、その
場合は適切な処置（メツセージの表示等）をする。

第１０図は第３図に示す本発明の装置のさらに詳細なブ
ロック図であり、第１０図において第３図における対応
の部分は第３図におけると同じ記号をもって示す。第１
１Ａ図ないし第１１Ｈ図は第１０図の装置のブロック図
の詳細な例を示す。

第１１Ａ図は第１０図に示す制御部であって、第１１Ａ
図に示す部分はＣＰ［Ｉ４０．　ＲＯＭ４１．　ＲＡＭ
４２．　ＰＴＭ（プログラムタイマ）　４３、ＰＩＡ（
周辺インタフェースアダプタ）４４およびメモリカセッ
トインターフェース４５を含む。第１１Ａ図に示すよう
に、ＲＯＭ４１゜ＲＡＭ４３．　ＰＩＡ４４はアドレス
バスＡ（Ａ０〜Ａ１５）およびデータバスＤ（Ｄｏ〜Ｄ
？）を介してＣＰＵに結合される。素子４０〜４４はそ
れぞれＩｃ　、　（Ｍａｔ、６８Ｂ０９）　。

ＩＣ２（ＭＢ２７６４−２０）、　ＩＣ３（ＭＢ２６４
Ａ−１ＯＬＬＰ）、　　ＩＣ，（Ｍ８８８７３Ｈ）およ
びＩＣ（ＭＢ８８７４Ｈ）によって構成される。

第１１Ｂ図は第１０図に示すメモリーセットインク−フ
ェース４５を示し、メモリカセットインターフェース４
５はアドレスバスＡ、データバスＤおよびコネクタを介
してＣＰＵとメモリカセット１４との間に接続される。

第１１Ｃ図は第１０図に示すスイッチ、デイスプレィお
よび遠隔制御器１６（第３図におけるＩ１０回路１６に
相当）を示し、第１１Ｃ図の上方の部分はＬＥＤデイス
プレィをもち表示部を示し、第１１Ｃ図の下方の部分は
スイッチおよび遠隔制御部を示す。

第１１Ｄ図はＡ／Ｄコンバータ１２のディジタル部分お
よび第１０図のＰＧＡインターフェースを含むその周辺
回路を示し、第１１Ｅ図は第１０図に示すＡ／Ｄコンバ
ータ１２のアナログ部分を示す。Ａ／Ｄコンバータ１２
はＩＣ２８（ＡＤ７５８２ＫＮ）によって構成され、Ｐ
ＧＡインターフェース４６はＩＣ２２、ＩＣ２５、ＩＣ
２６およびＩＣ２７によって形成される。

第１１Ｆ図は第３図に示す可変もしくはプログラマブル
利得増幅器（ＩＣ３０、ＡＤ５２６ＢＤ）　１８　ａ　
〜１８　ｃを示し、サンプルホールド回路（ＩＣ３１、
ＡＤ３８９ＫＯ）およびインバータ増幅器（ＩＣ３２、
ＬＦ３５６Ｈ）により構成され、プログラマブル利得制
御増幅器１８２〜１８Ｃの出力はＡＤコンバータＩＣ２
８のアナログ部分に供給される。

第１１Ｇ図は電源回路を示し、電力調節器ＩＣ３６。

ＩＣ３７およびＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３８（ＡＤ９
４０　）によって構成される。

第１１Ｈ図は第３図に示すメモリカセット回路１４を示
し、メモリカセットコネクタ１９を介して第１１Ｂ図に
示すメモリカセットインターフェースに接続される。メ
モリカセット回路１４は４つのＩＣ３５（ＭＢ８ｌＣ５
５（によって構成され、メモリカセット回路１４の容量
は１２８にバイトである。

第１２Ａ図は本発明にか＼る記憶装置の１実施例のメモ
リマツプを示す。メモリカセット内のデータ管理方式を
以下説明する。第１２Ａ図においてＤＩＲＥＣＴＯＲＹ
は＆Ｈ００００２〜＆ＨＯＯＯＯＣ７におかれファイル
Ｎα０１〜９９に対応しており、ファイルＮαをＦとす
ると、〔ＦＸ２）番地にＦＡＴの先頭番地を、［Ｆｘ２
＋１Ｅ番地にサンプリングタイムを格納する。データが
記録されていないファイルＮｏ、の場合は、（Ｆｘ２）
に＆Ｈ００が書かれる。

ＦＡＴは＆Ｈ００１０２〜＆ＨＯＯＯＩＦＦに置かれ、
１６進アドレスの下位２桁がブロック番号＆Ｈ０２〜＆
ＨＦＦ　）に対応する。ＦＡＴが＆Ｈ００の場合は、対
応するブロックにはデータが記録されていない。データ
が記録されている場合には、次のＦＡＴのナンバーが書
かれる。＆Ｈ０１の場合は、そのブロックが最終ブロッ
クであることを意味する。

データ領域は、各５１２バイトずつ、ブロック番号＆Ｈ
０２〜＆ＨＦＦに分けられている。一つのブロック内で
は、データは時系列に従って、ｘ、ｙ、ｚの順に格納さ
れてゆく。−軸あたり２バイトが必要であるため、２Ｘ
３＝６バイトで１回のサンプリングのデータが構成され
る。従って、１ブロツクあたり５１２÷６″＝、８５個
のデータが記録される。余りの２バイトは未使用である
。ブロック番号と実アドレスの対応は、ブロック番号を
８１実アドレスをＡＤとすると、ＡＤ＝ＢＸ５１２であ
る。これは、実アドレスの上位８ビツトをブロック番号
にみイヱせばよい。

一つのデータの構成は第１２Ｂ図に示すとおりである。

電圧信号はデータ／２０４８　Ｘ倍率で換算することが
できる。

第１３図は本発明にか＼る加速度測定系の配置図を示し
、記号１４は第３図に示すメモリカセットを示す。

第１４図は地上作業部分におけるメモリカセット続出装
置のブロック図である。第１４図のブロック図に示すよ
うに、メモリカセット１４の内容はメモリカセットイン
ターフェース５０を介してパーソナルコンビ二−タ５１
へ転送する。転送されたデータはフロッピィディスクド
ライブ５２によってフロッピィディスクに蓄えられる。

この時点でデータは取り扱いやすいデータに変換され他
のシステムでも利用できる。

第１５図は第１４図に示すメモリカセットインターフェ
ースの詳細回路図である。第１５図において、ＬＳ２７
３およびＬＳ２７５はメモリカセットの書込および読出
しアドレスを特定するためのラッチ、ＬＳ６４０゜ＬＳ
２４５はデータバストランシーバ−を示し、パーソナル
コンビエータとカセットメモリデータ間のインターフェ
ースにおいてデータの方向を制御する。さらにＬＳＩ２
３は書込読出のタイミングを制御するワンショットマル
チ、またはＬＳ２０．３０．１３９はパーソナルコンピ
ュータのアドレスを選択するためのアドレスデニーダで
ある。

以上水したように、本発明は小型で高速に物体に加わる
加速度を測定することが可能なため、従来の装置では測
定不可能であった微小な空間にセットされた実験系の加
速度変化を容易に測定することができる。本発明に従え
ば、例えば３０分の１秒以下の高速測定及び記録が可能
である。

さらにまた本発明によれば、簡便な構成で、確実にＲＡ
Ｍカードの有無を検出することが可能である。本発明に
より、コンビ二一夕の外部記憶素子としてのＲＡＭカー
ドが小型軽量化され、システム全体の小型化に役立つ。

また、確実にＲＡＭカードの存在が検知できるため、シ
ステムの高信頼化を達成することができる。

第１６図はＺ方向加速度が０．１Ｇ以下であった時間を
各弾道飛行について求め、時間を横軸にとったヒストグ
ラムを示す。これから、２１秒を中心に、最小１８秒か
ら最大２４秒程度の間に持続時間が分布している。

第１７図はＺ方向加速度が０．１Ｇ以下になった時間の
前後１秒のデータを破棄し、データを平均化することで
、１回の弾道飛行中の残留加速度レベルを求めた。残留
加速度を横軸にとったヒストグラムを示す。この図より
、残留加速度のレベルは１２〜４ｍＧにピークのある分
布を示している。

第１８図は実験モジニール浮遊時は、持続時間が短かか
ったため、残留加速度が５ｍＧ以下になった期間（１６
回存在）内に得られた１１６３個のデータのヒストグラ
ム（第１８図）で残留加速度の分布を示した。はぼＯＧ
　（単純平均すると一２μＧ）を中心に、標準偏差１ｍ
Ｇ程度のゆらぎであることが示されている。すなわち、
実験モジュールの浮遊により、加速度環境はμＧレベル
にまで著しく向上する。

実験モジュールを機体に固定した場合（前述）について
の、５２０８６個のデータについての同様のヒストグラ
ムを第１９図に示す。

前途の如く、残留加速度が継続して５ｍＧ以下で・あっ
た期間内に得られた１１６３個のデータについて、残留
加速度の分布を見るとほぼＯＧ（単純平均では一２μＧ
）を中心に、標準偏差１ｍＧ程度のゆらぎであることが
わかった。すなわち、実験装置の浮遊により、加速度環
境はμＧレベルにまで著しく向上したがこのことは、航
空機に固定した場合の残留加速度データ（５２０８６個
）との比較（第１９図。

黒画角）によりさらに明確になる。

加速度測定のデータには、第４図に見られるように若干
の振動成分が重量している。振動成分における特定の周
波数成分の有無を調べるため、フーリエ変換により微小
重力状態の振動を解析した。

−例を（第２０図）に示す。この解析からは特定の周波
数の振動成分は見出されなかった。また、機体に固定し
た場合と実験モジュールを浮遊した場合とでは、振動成
分のパワーに１桁以上の差がある。

航空機にＣ−１３５に搭載して微小重力実験の間に加速
度を測定するためにコンパクトな３軸加速測定システム
が開発された。この加速測定システムは次の特徴を有す
る、すなわち１）グイナミノク範囲の広いこと、２）小
型軽量であること、３）機械的衝撃および振動に対して
記憶媒体が高信頼度であることおよび４）電池駆動系の
電力消費が少ないことである。

無重力状態での残留重力はパラボラ状に変化する。

残留重力の平均値は１３±２５ｍＧであった。減少重力
状態の期間および間隔はそれぞれ２１秒および８１秒で
あった。ＫＣ−１３５室内の加速測定系をもった減少重
力実験に対する装置の浮遊残留重力を０．００２±１ｍ
Ｇとおお幅に改良した。

従来の加速測定装置では、磁気テープやフロッピィディ
スクが記録媒体として利用されているため小型化が難し
く、過酷な振動環境にさらされることに対して脆弱であ
ることが予想された。また機械的駆動部の発する振動が
実験系の微小重力環境を劣化させる懸念があった。さら
に複数の実験で加速度測定装置を共有しそれぞれの局所
環境を計測するためにはポータプルであることが望まし
く、電源を内蔵する必要がある。一方、微小重力状態の
みならず、過渡的な過電力状態（ロケットの打ち上げな
ど）を測定することも宇宙実験の遂行上意義があり、広
い測定レンジが求められていた。

これらの問題を解決するため以下の項目が課題であった
。（１）小型・軽量化（体積４０００ｃｃ、重量４　ｋ
ｇ以下）（２）機械的駆動部の排除（３）電池駆動が可能なこと（４）ワイドレンジ化（１０Ｇ〜１０μＧ）上記課題は
上述した本発明装置により達成された〔小型軽量化〕記憶媒体に、２５６にビットスタティクＲＡＭをモジュ
ール化した“メモリカセット”を採用しメモリカセット
は、コネクタにより本体に容易に着脱可能とする。加速
度センサの信号はＡ／Ｄコンバータでディジタル化され
、時系列゛のデータとしてメモリカセット内に格納され
る。メモリカセットの使用により、記録部の体積・重量
とも従来の１７５以下にすることができ、機械的駆動部
の排除も可能となる。

メモリカセットに記録されたデータは、実験後にインタ
ーフェース回路を通じてコンビ二一夕で読み出し、グラ
フ化各種数値演算等のデータ処理を行う。

〔電池駆動〕

マイクロプロセッサおよび周辺のロジックなどディジタ
ルＩＣには＋５Ｖが、加速度センサや高精度のＡ／Ｄコ
ンバータなどのアナログ信号処理系の素子には±１５Ｖ
の電源が必要である。ニッケルーカドミウム電池モジ、
−−ル（７，２Ｖ　、　１２００ｍＡｈ）から安定化電
源で＋５ｖを作り、ＤＣ−ＤＣコンバータで±１５Ｖを
得る。アナログ信号処理系においてはリップルなどのノ
イズの影響が大きいため、特に低ノイズのｏｃ−ｏｃコ
ンバータを選択した。これにより、−個の電池モジニー
ル（１３０Ｘ４５　Ｘ２２ｍ１！ｌ）で１時間の連続動
作が可能となった。

〔ワイドレンジ化〕

可変利得増幅器を加速度センサとＡ／Ｄコンバータの間
に設置し、マイクロコンビエータで常に最適増幅率にな
るようにリアルタイムで制御する。

Ａ／Ｄコンバータの分解能は１２ビツトであるが、これ
により、１６ビツト以上のレンジが実現できた。

本装置を米国航空宇宙層（ＮＡＳＡ）の無重力実験専用
航空機・ＫＣ−１３５による微小重力実験に用いて、性
能の検証を行い良好な上記結果を得た。微小重力実験に
適した世界最小の三輪加速度測定装置を開発した。航空
機用および宇宙用の２種類の製品化が進められている。

これら二つのタイプの諸性能を表１に示す。

表１　性能−覧微小重力実験用として、従来になく小型でボータプルな
本発明加速度測定装置により、微小重力下にある実験装
置の加速度環境を精密に測定することが可能になった。

加速度センサブロックとして、本システム用の加速度セ
ンサには、 ■スタティックな加速度変化が検出可能で、■微小重力
領域で、十分な精度を有し、■小型軽量で低消費電力で
ある、ことが要求される。本システムではこの条件に最も適し
ているサーボ方式のセンサを使用し、航空では、センサ
から５信号を適当な倍率で増幅し、Ａ／Ｄ変換器でディ
ジタル値に変換した後、後述のメモリカセットに転送す
る処理を行う。この処理を行うため、８ビツトのマイク
ロプロセッサを使用した専用のマイクロコンビコータモ
ジニールとし、マイクロプロセッサはＲＯＭに格納され
たプログラムに従い、以下の動作を行う。

■センサ信号増幅率の最適化 ■サンプリング信号の発生 ■メモリカセットの管理 ■コマンドの人力・動作状況の表示メモリカセットは、半導体メモリを使用した記憶媒体で
ある。今回開発したものは、１個のカセットあたり１２
８ｋｂｙｔｅの容量を有し、サンプリング間隔１０ｍ５
〜１００ｍ５に対応して、２１０〜２１０Ｏｓ間の連続
測定が可能となる。また、航空機実験では、一つの実現
が比較的短時間で終了するため、測定データを複数の自
由長ファイルに割り当てられるようにして、メモリの容
量を有効に活用できるようにする。

本発明にかかる小型加速度測定記録装置は車、車両もし
くはロケットの加速度測定記録に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の加速度測定記録装置のブロック図、第２
図は本発明にか−る加速度測定記録装置の構成原理の説
明図、第３図は本発明にか＼る装置の１実施例のブロッ
ク図、第４図および第５図は本発明においてパラボリッ
ク飛行航空機を用いた微少重力実験から得られた加速デ
ータの１例、第６Ａ図はパラボリック飛行航空機ＫＣ−
１３５における加速度測定における軸を示す図、第６Ｂ
図はＫＣ−１３５航空機の軌道を示す図、第７Ａ図ない
し第７Ｊ図は第３図の装置の動作を説明するためのフロ
ーチャート、第８図は第３図に示す装置に外部メモリの
正確な装着を確認するための原理説明図、第９図は第８
図に示す外部メモリの正確な装着を確認するための１実
施例の図、第１０図は第３図に示す装置のさらに詳細な
ブロック図、第１１八図ないし第１１Ｈ図は第１０図の
装置の各ブロックにお（之る詳細回路図、第１２Ａ図は
第１０図に示すメモリカセットのメモリマツプ、第１２
Ｂ図は第１２Ａ図に示すマツプの１ブロツクの構成を示
す図、第１３図は本発明にか＼る加速度計の外観図、第
１４図は測定終了後地上の作業所においてメモリカセッ
トの内容を読出す装置のブロック図、第１５図は第４図
に示すブロック図のカセットインターフェースの詳細回
路図、第１６図は減少重力時間の分布を示す図、第１７
図は平均減少重力の分布を示す図、第１８図は実験装置
が浮遊した状態における減少重力データの分布を示す図
、第１９図は実験装置が航空機に固定された場合の減少
重力データの分布を示す図、第２０図は重力変動のパワ
ースペクトラムを示す図である。１１、ｌｌａ　、ｌｌｂ　、ｌｌｃ・・・加速度センサ
、１２・・・ＡＤ変換器、　　１３・・・制御素子、１
４・・・外部記憶装置、　１５・・・電源回路、１６・
・・入出力回路。

Claims

【特許請求の範囲】

　１．小型加速度測定記録装置において、加速度センサ
と、加速度センサの信号をディジタル変換するＡＤ変換
器と、ディジタル信号の処理を行う制御素子と、加速度
の変化データをストアする着脱可能な外部記憶装置と、
前記センサに電力を供給するバッテリとから構成され、
前記ＡＤコンバータ、前記制御素子および前記外部記憶
装置および前記小型装置が測定すべき運動系に搭載され
、全小型装置が前記バッテリによって駆動される小型加
速度測定記録装置
　２．前記外部記憶装置の記録媒体が半導体メモリ、バ
ブルメモリ等機械的駆動部を有しない群の中から選択さ
れた請求項１に記載の装置
　３．機械的駆動部を有しない外部記憶媒体をデータ処
理のためのコンピュータシステムに正確に取りつけられ
たことを検出する方法であって、データを特定のアドレ
スに書込み、その後そのデータを読出し、書込データと
読出しデータを比較し、読出しデータが書込データと一
致したときに前記外部記憶媒体が正確に取けられたかど
うかを判断する方法
　４．加速度が前記請求項１に記載の小型装置を用いる
ことによって測定および記録される加速度測定および記
録方法。
　５．加速度の測定および記録が加速度が高から低に変
化し予め決められた値以下になったときをスタート点と
して開始され、加速度が低から高に変化し予め決められ
た値以上になったときを終了点として終了しサンプルホ
ールド回路が自動的にサンプルを行う請求項４に記載の
無重力実験を行う方法
　６．スペースシャトルもしくは航空機の軌道（もしく
はパラボリック）飛行を用いて無重力実験を行う方法で
あって、無重力実験系がスペースシャトルもしくは航空
機から浮遊させる方法
　７．実験が加速度が高から低に変化し予め決められた
値以下になったときをスタート点として開始され、加速
度が低から高に変化し予め決められた値以上になったと
きを終了点として実験を終了し、サンプルホールド回路
が自動的にサンプルを行う請求項６に記載の無重力実験
を行う方法
　８．前記無重力実験がたん白質成長実験、III−Ｖ合
成半導体成長実験、および固有半導体結晶成長実験のグ
ループから選択された結晶成長実験であって、その無重
力実験が加速度が高から低に変化し予め決められた値以
下になったときをスタート点として開始され、加速度が
低から高に変化し予め決められた値以上になったときを
終了点として終了し、サンプルホールド回路が自動的に
サンプルを行う請求項６もしくは７に記載の無重力実験
方法