JPH0351709A - 相対高さ検出方法及びその装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、エレベータ、ハンググライダ−航空機、車
両等の物体の、ある時点がらある時点までの鉛直（高さ
）方向の変位量を検出する相対高さ検出装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、この種の高さ検出装置としては大気圧を用いて絶
対高さ（海面からの高さ）を検出するブルドン管等を用
いる方式のものがあった。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、この種の高さ計は海面からの高さを求めるもの
であったために、例えはハンググライダ−や熱気球の飛
行高度が、ある時点を基準として飛行中にどれだけ変わ
ったかを知るには。

メモをとらなくてはならず、ハンググライダ−にあって
は両手を操縦にとられて、メモをとることは実際上不可
能であった。

またこの作業を電子化し電気的に行わせるには、センサ
が機械式であるため一度、電気信号に変換し、更にその
信号を集積回路等を用いて演算処理しなくてはならない
のでそのための回路が必要となり、装置全体のサイズ、
重量が大きくなり、高価になるという問題点があった。

更には、最近の傾向として機械的センサを用いて測定装
置を構成することが、装置の小型化、センサのインテリ
ジェント化等の要請により少なくなり１機械的センサを
用いて装置を構成すると云うことが、時代の流れに合わ
ないようになってきており、またコスト高になると云う
傾向が現われてきている。

［発明が解決するための手段］ この発明は、小生がマイクロホンを鉛直方向に動かして
動特性の測定実験中に発見したものを応用したもので１
例えば中央部の平坦な周波数特性を有するマイクロホン
（圧力検出手段）をケース内に収納すると共に、該ケー
ス内外を連通し、かつ流通する空気に流量抵抗を付与す
る空気流通孔を設けて、前記圧力検出手段を前記周波数
特性のうちの中央部の平坦な周波数範囲内で、又は零か
ら該中央部の平坦な周波数までの間の周波数範囲内で気
体中を、被測定物と共に鉛直方向に変位せしめ、その変
位に伴って発生する前記ケース内外の圧力差に基づいて
、前記圧力検出手段の取り付けられた被測定物の高さ方
向の相対変位量を検出するものである。

［作用］ 本件発明に係る相対高さ測定装置を５例えばハンググラ
イダ−１熱気球、車両等の乗り物に搭載し、その乗り物
等の大気中におけるある時点からある時点までの鉛直方
向の高度差を、また車両の走行中の鉛直方向の変位量を
マイクロホン等の圧力検出手段の周囲の気圧変化の割合
から検出し求める。

［第１実施例コ 第１図乃至第４図に基づいて本発明の詳細な説明する。

（１）は剛性を有し、略密閉された高周波圧力フィルタ
用容器で、その壁面には流量抵抗ｒｅ（極めて大きい）
の空気流通孔（２）が形成され、この容器（１）外で発
生する気圧変動の容器（１）内への伝搬に遅れ時間を設
けている。

（３）は圧力回り込み防止用容器で、コンデンサーマイ
クロホン（４）が該圧力回り込み防止用容器の壁面の一
部を形成するように取付けられ、マイクロホン（４）の
後方に該マイクロホンと一体的に密閉された部屋を形成
している。また圧力回り込み防止用容器（３）は、該マ
イクロホン（４）のエレクトレットフィルム（４ａ）の
後方に形成されている空間の容積が小さいので、この空
間を補って該圧力回り込み防止用容器の容積を大きくす
ることによって、第３図における】／Ｔ。

を小さい方にずらして設定するためのものでもある。な
お、この圧力回り込み防止用容器（３）へのマイクロホ
ン（４）の取付部（６）を介して気体がこの容器（３）
内外を流通しないように気密性が保たれている。また、
該容器（３）と高周波圧力フィルタ用容器（１）との間
に形成されている空間にはその空間全体に互ってスポン
ジ等の海綿体（７）が充填されており、この海綿体（７
）は高周波圧力フィルタ用容器（１）外の気圧が急激に
変化した場合に、双方の容器（１）、　（３）間に形成
された空間内の圧力が空間全体に亙って急激に変化しな
いようにするためのもので、空気流通孔（２）の機能を
補う機能を有している。また、該空間における空気の音
響減衰を早めるためのものでもある。なお１本実施例で
は海綿体（７）を用いているが、それに代り、布、多孔
質物質等の流量抵抗を与えるものであれば何でもよいこ
とはいうまでもない、また、空気流通孔（２）のみでフ
ィルタ機能が十分であるならば、海綿体（７）は用いな
くてもよい。（４）は現在ラジカセなどへの使用目的で
市販されているコンデンサーマイクロホン（マイクロホ
ン）で、リング状絶縁部材（４ｂ）と、該リング状絶縁
部材（４ｂ）の後ろ側に配設され、かつ所定の電荷量Ｑ
が与えられたエレクトレットフィルム（一方の電極板）
　（４ａ）と、該エレクトレットフィルム（４ａ）の後
方に配設されたリング状絶縁スペーサ（４ｃ）と、該ス
ペーサの後ろ側に、前記エレクトレットフィルム（４ａ
）に対向配設され、かつ複数個の空気流通孔（４ｄ）が
穿設された他方の電極板（４ｅ）と、この他方の電極板
（４ｅ）に皿バネ状に形成された導電性挟持部材（４ｆ
）及び一つのリード端子（８ａ）を直列に介して電気接
続されたＦＥＴ集積回路（８）と、該ＦＥＴ集積回路（
８）の他の３つのリード端子（８ｂ）がＦＥＴ集積回路
（８）を外部回路に接続するためにハンダ付けされ、か
つ複数個の空気流通孔（９ａ）が穿設された基板（９）
と、該基板と前記他方の電極板（４ｅ）との間隔を一定
に保持する円筒状隔設部材（ｌＯ）とがケース（１１）
内に収納されると共に、これらの収納された各部材は該
ケースの両端開口部にケースと一体的に設けられた挟持
部（ｌｌａ）によって両端から押圧されて収納されてい
る。なおケース（１１）内に収納されたものは、ケース
（１１）の両端開口部に設けられた双方の挟持部（ｌ　
ｌａ）よって押圧されて保持されておるが、ミクロ的に
は完全に密接されておらず、ケース（１１）内外の空気
はケース（１１）内の壁面、各押圧面等に形成された小
さな隙間（流量抵抗の大きい隙間）　Ａ、Ｂ、　Ｃ，Ｄ
、　Ｅを介して所定の時定数の流量抵抗で流通するよう
に構成され、それによってエレクトレットフィルム（４
ａ）は外部から供給される圧力とエレクトレットフィル
ム（４ａ）の背後の内圧との差に応じて歪み作動する。

なお、上記基板（９）に空気流通孔（９ａ）を穿設せし
めたが、該空気流通孔はＦＥＴ集積回路（８）の周囲の
空間と圧力回り込み防止用容器（３）内の空間とを一つ
の空間とみなせるようにするためのものである。

次に上記構成の作用を説明する前に下記原理説明で用い
る符号１３ついて説明する。

Ｔ：絶対温度　　Ｐｌ：高周波圧力フィルタ用容器（１
）の外側の大気圧 Ｐ：圧力回り込み防止用容器（３）の内側の圧力Ｐ膓：
高周波圧力フィルタ用容器（１）と圧力回り込み防止用
容器（３）との間の空間部分の容積（但し、海綿体（７
）の実効体積を除いた容積）Ｖ（＜（Ｖｅ　）　　：マ
イクロホン（４）内の空間のうちでエレクトレットフィ
ルム（４ａ）の後方に形成されている空間部分の容積と
、圧力回り込み防止用容器（３）の容積でマイクロホン
（４）の体積を除いた部分の容積との和　　Ｌ。：双方
の電極板（４ａ）、（４ｅ）間の空気の誘電率　　Ｓ、
：エレクトレットフィルム（４ａ）の面積　　Ｓニラプ
ラス演算子　　Ｑ：エレクトレットフィルム（４ａ）の
電荷量　　ｋ：エレクトレットフィルム（４ａ）の単位
面積当たりのバネ定数　　Ｄ＝ニスペーサ４ｃ）の厚さ
　　ｄ：音圧による双方の電極板（４ａ）、　（４ｅ）
間のギャップの変化量　　Ｇ：ＦＥＴ’ｌ積回ｇ（８）
のゲイン　　ｒｅ：空気流通孔（２）の流量抵抗　　　
ｒ：マイクロホン（４）内に形成されている接触面等Ａ
、８、Ｃ，Ｄ、Ｅによる隙間に発生する漏れの流量抵抗 である。

次に、コンデンサーマイクロホン（４）の空気圧動特性
について説明する。

（＋）　　大気圧Ｐｉと高周波圧力フィルタ用容器（１
）内圧力Ｐａとの関係 ｄＰ層／ｄｔ＝　（−１／Ｔ、）・Ｐ層＋（１／Ｔｚ）
・ＰｉＴｚ＝（ｒｅ−Ｖｅ）／（Ｒ４）　　　　Ｒ：ガ
ス定数伝達関数では Ｐｒａ＝　　（１／　（１＋　ｓ　　４ｍ　））　・Ｐ
ｉ　　・＝　−−■（■）圧力Ｐ■と圧力回り込み防止
用容器（３）内圧力（気圧）Ｐどの関係 ｄＰ／ｄｔ＝　（−１／Ｔ−）’Ｐ　＋　（１／Ｔｘ）
・ＰｍＴ、　＝　（ｒ−Ｖ）／（Ｒ−Ｔ） 伝達関数では Ｐ＝　（１／（１＋５４１））・Ｐｍ　＝−・−＠（Ｉ
ＩＩ）　　コンデンサーマイクロホン（４）の出方電圧
（Ｅｂ十ｅ）とＰｍ、Ｐｉの関係（Ｅｂ　：コンデンサ
ーマイクロホン（４）のバイアス電圧、ｅ：圧力変化に
よる出力電圧） Ｅｂ＋ｅ二Ｇ・（Ｑ・（Ｄ＋ｄ）／（Ｓ、・　Ｅ　０）
）＝（Ｇｌ）Ｑ）／（Ｓｏ・ｉ、。）”　（Ｇ−（ｌｄ
）／　（Ｓ、　・ｉ　、）ｄ＝（Ｐｍ−Ｐ）／にである
ので Ｅｂ＋ｅ”　（Ｇ−Ｄ−Ｑ）／　（Ｓｏ　・ｉ　−）　
”　（（Ｇ−Ｑ）／　（Ｓｏ　・ｔ　−）　）・（１／
ｋ）・（Ｐ＋ｍ−Ｐ） よって Ｅｂ＝　（Ｇ−Ｄ−Ｑ）／（Ｓ、・ｆ、）ｅ＝　（（Ｇ
−Ｑ）／（Ｓｏ−ｔ　、・ｋ））（ＰｍＰ）上式に■の
関係を代入すると ｅ−（（Ｇ−Ｑ）／（Ｓ、・ｉ　　、５ｋ））・（（ｓ
４．）／（１＋ｓ４．））・Ｐｍ更に、上式に■の関係
を代入すると。

ｅ＝　（（Ｇ−Ｑ）／（Ｓｏ　・ｔ　　ｏ　・ｋ）Ｅ　
（（ｓ４．）／（１＋ｓ４．））・（１／（１◆Ｓ”Ｔ
２））・Ｐｉ・・・・・・・・・■となる。

通常のコンデンサーマイクロホン（４）では（Ｇ−Ｑ）
／（Ｓ、・ｔ　。・ｋ）＝　１Ｏ−３ｔｔ　Ｖ／Ｂａｒ
ここで ｒ’Ｊｒ　ｒｅ　　　Ｖｅ＞Ｖ　　より　Ｔ２＜Ｔ。

であるので、■のＰｉからｅまでの周波数特性は第３図
の様になる。

この図より周波数 ｆ　＜　（１／２ｃ　Ｔ、）　　（＝　（１／２ｚ　）
（（ｒ−Ｖ）／（Ｒ４）））の範囲でｅはＰｉの微分に
比例することが示されている。

すなわち ｆ（（１／２ｚ丁□）に対して ｅ＝（（Ｇ−Ｑ）／（Ｓ、・ε。・ｋ））・（ｄＰｉ／
ｄｔ）ここで、数千ｍの高度において気圧は高さ（成層
圏の０気圧の高度を基準とした所からの鉛直方向の距１
ｆ）ｈに比例するので Ｐｉ＝ρｇｈ （ρ：空気の密度、ｇ：重力加速度） これを■に代入すると、コンデンサーマイクロホン（４
）の音圧による出力電圧ｅと昇降速度Ｖとの関係は ｅ　＝（（Ｇ−Ｑ）／（Ｓｏ・ｔ　、５ｋ））ｉｓ４□
／（１＋ｓ−Ｔ、））・（１／（１”５−Ｔｚ）’）／
”　ｇ’ｈ＝（（ｃ−Ｑ−ｐ　・ｇ）／（Ｓｏ・Ｅ　。

・ｋ））−Ｃｒ、／（ｌ＋ｓ−■、　））　−（１／　
（ｌ＋５−ｙ２））・ν　・・・・・・・・・・・・・
・ｑ）となる。

ｆ＜１／（２πＴｓ）＜１／（２π’ｒｚ）の周波数範
囲でｃ　＝　（（Ｇ−Ｑ・ｐ　・ｇ）ｉＣ５ｏ−ｔ　Ｏ
・ｋ））・ＴＩ　−ｖ＝（（に・Ｑ・ρ・ｇ）／　（Ｓ
ｏ　・ｉ　ｏ−ｋ））・（（ｒ−Ｖ）／（Ｒ４））・Ｖ となり、第１図のシステムにおけるコンデンサーマイク
ロホン（４）の出力電圧ｅは昇降速度Ｖに比例する。

ここで、鉛直方向の変位りは昇降速度■を積分すること
によって求められるので。

ｈ＝／νｄｔ＝　／　（（Ｓｏ・ｔ　ｅｋ）／ＣＫ−Ｑ
・ρ・ｇ））（（Ｒ４）／（ｒ−Ｖ））・ｅｄｔ となり、第１図のシステムにおけるコンデンサーマイク
ロホン（４）の出力電圧ｅの積分値は鉛直方向の変位り
になる。

なお第３図における時定数Ｔよ、Ｔ２（あるいは遮断周
波数ｆＸ＝１／（２冗Ｔ、）、　ｆ、＝１／（２πＴよ
））は、高周波圧力フィルタ用容量（１）と圧力回り込
み防止用容器（３）との間に形成される空間の海綿体（
７）の体積を除いた部分の容積Ｖｅ及びエレクトレット
フィルム（４ａ）の後方に形成された。

コンデンサーマイクロホン（４）内の空間の容積と圧力
回り込み防止用容器（３）の容積との和Ｖを変えること
で調整できる。このうち時定数Ｔ１は、どの様な範囲の
速度を測定するものであるかによって決められるもので
ある。すなわち、使用範囲の最大周波数を決める時に用
いられる定数である。

つぎに、上記構成に係る装置を第４図（Ａ）、　（Ｂ）
を中心に説明する。

第４図における基準電圧発生回路（１２）は、同一抵抗
値の抵抗（１２ａ）、（１２ｂ）とバッファ用オペアン
プ（１２ｃ）とから成り、バッテリ（１３）の出力電圧
の１／２の電圧を出力している。他の基準電圧発生回路
（１４）は、ツェナダイオード（１４ａ）、保護抵抗（
１４ｂ）、バッファ用オペアンプ（１４ｃ）、電圧分割
用抵抗（１４ｄ）及び調整抵抗（１４ｅ）から構成され
、コンデンサーマイクロホン（４）から出力されるバイ
アス電圧Ｅｂと同一の電圧を出力する。

差動増幅器（１７）は、ローパスフィルタ機能を有し、
コンデンサーマイクロホン（４）からの出力電圧のうち
バイアス電圧Ｅｂを前記基準電圧発生器（１４）から出
力される電圧でキャンセルし、圧力変化による電圧ｅの
低周波成分のみを増幅して出力する。積分回路（１８）
は、前記差動増幅器（１７）からの出力電圧を、基準電
圧発生器（■２）から出力される基準電圧を基準として
差をとりながら積分して、その積分値を出力端子Ｘ−Ｘ
’から出力する。比較回路部（２０）は、複数個の抵抗
素子（２０ａ）とオペアンプ（２０ｂ）から構成された
コンパレータ（１）（ＩＩ　）（ＩＩＩ　）（ＩＶ）（
Ｖ　）（ＶＩ）が並列接続されて１１ｍされおり、それ
ぞれのコンパレータに供給される基準電圧は、バッテリ
（１３）の端子間電圧を同一抵抗値の複数の抵抗素子（
２０ａ）で直列分割することによって作成され、それぞ
れの抵抗素子（２０ａ）の接続点の電圧値がそれぞれの
コンパレータの基準電圧になっている０表示部（２１）
Ｉｔ、コンパレータ（１）（ＩＩ）（Ｊｎ）（ｍＶ）（
Ｖ）（Ｖｌ）のそれぞれの出力端子に、それぞれのベー
ス端子が接続されたスイッチングトランジスタ（２］ｂ
）と該スイッチングトランジスタのそれぞれに直列接続
された発光ダイオード（２１ａ）との直列回路が複数組
設けられてなる。なお前記積分回路（１８）は、該積分
回路（１８）を構成するコンデンサ（１８ａ）に並列接
続された常開型のリセットスイッチ（１９）を閉成する
ことによってリセットされ、そのリセットスイッチ（１
９）を閉成した地点の高度が次の基準地点となる。

上記構成において、まずリセットスイッチ（１９）を−
度閉成した後に開放すると、それ二四ってリセットされ
る。その後、第１図から第４図に示された装置を熱気球
等の乗り物に搭載し。

熱気球が大気圧変化に対して、第３図に示す周波数特性
において１／Ｔ、より大きい角周波数で大気中を鉛直方
向に変位せしめるか、又は静止させたまま放置せしめる
と、高周波圧力フィルタ用容器（１）の外側の大気圧Ｐ
ｉの変化は、非常にゆっくりしたものか、又はほとんど
ないために空気流通孔（２）の流量抵抗ｒｅ及び海綿体
（７）の流量抵抗によって減衰されてしまい、エレクト
レットフィルム（４ａ）に圧力が付勢されないため。

電極板（４ａ）、（４ｅ）間に常時発生している電圧の
みがＦＥＴ集積回路（８）に供給され０倍されるが、そ
の０倍された値（バイアス電圧Ｅｂ）はローパスフィル
タ機能つき差動増幅器（１７）で基準電圧発生回路（１
４）から供給される基準電圧（前記バイアス電圧Ｅｂと
等しく設定されている。）との間で差がとられ、その差
が零なので電圧は出力さ九ず９表示部（２１）にも表示
されない。

次に、リセットスイッチ（１９）を−時閉成した後、こ
の装置を熱気球等に搭載して昇降させられ、高周波圧力
フィルタ用容器（１）に１／Ｔ□より小さい角周波数の
鉛直方向の変位が加えられると、高周波圧力フィルタ用
容器（１）の外側の気圧が変化するが、その気圧変化の
時間に対する割合は、空気流通孔（２）の流量抵抗ｒｅ
と海綿体（７）の流量抵抗と高周波圧力フィルタ用容器
（１）と圧力回り込み防止用容器（３）間の容積Ｖｅと
によって決められる時定数によって緩やかにされて、マ
イクロホン（４）の受圧面に達し、その受圧面に位置す
るエレクトレットフィルム（４ａ）に圧力が加えられる
ことにより、双方の電極板（４ａ）、　（４ｅ）間に発
生する電圧変動ｅ及びバイアス電圧Ｅｂは、ＦＥＴ集積
回路（８）で０倍された後に、差動増幅器（１７）に供
給され、基準電圧発生回路（１４）からの基準電圧との
間で差動が取られ、バイアス電圧Ｅｂがキャンセルされ
る。また電圧変動分ｅは昇降速度成分として抽出されて
、次の積分回路（１８）で積分され、変位（相対変位）
が求められる。この積分はリセットスイッチ（１９）が
再度閉成されるまで続けられ、その積分結果は比較回路
部（２０）を介して表示部（２１）にレル表示される。

なおこの実施例において、上記差動増幅器（１７）の出
力も表示するようにすれば、昇降速度も分かることは云
うまでもない。

以上説明したようにこの実施例では、第３図に示したコ
ンデンサーマイクロホン（４）等のマイクロホンの周波
数特性（これを台形状の周波数特性と云う）のうち、角
周波数が０から１／Ｔ、までの範囲に示される微分特性
を利用する構成にしたので、熱気球等の乗り物が非常に
ゆっくり昇降した場合にも、それに伴う鉛直方向の変位
量を確実に求められると言う効果がある。

［第２実施例］ この実施例を第３図、第５図（Ａ）、（Ｂ）及び第６図
に基づいて詳細に説明する。

第５図（Ａ）、（Ｂ）及び第６図における各構成要素の
うち第１実施例で説明した第１図乃至第４図における構
成と同一構成の部分については同一符号を付して、その
説明は省略する。なおこの実施例において使用するマイ
クロホン（４）は、第２図で説明した物と同一のもので
ある。

先ず、構成の説明に先立ち、原理説明をするが、第１実
施例での原理説明を利用しながらその説明をするので、
重複箇所についてはその説明を省略し、異なる部分につ
いてのみ説明をする。

即ち、■式より ｅ　”（（Ｇ−Ｑ）／（Ｓ、−ｔ　、　・ｋ））”　Ｃ
ｓ４．／（１÷５−ＴＩ））・（１／（１＋５４２））
・ｐ　・ｇ−ｈ＝（（Ｇ−Ｑ・ｐ　・ｇ）／　（Ｓａ　
・［＠　・ｋ））　・（ｓ−ｙ、　／　（１＋ｓ−Ｔ、
　））・（１／（１＋ｓ４＊））・ｈ となり、周波数ｆが １／（２７ＣＴｌ）　＜　ｆ　＜　１／（２ｘ　Ｔｚ）
の範囲では、コンデンサーマイクロホン（４）の音圧（
圧力）による出力電圧ｅは ｅ弁（（Ｇ−Ｑ・ρ・ｇ）／（Ｓ、・ｉ、・ｋ））・ｈ
となり、高さ（鉛直方向の変位量）に比例する。

なお、ゆっくりした鉛直方向の変位に対して測定範囲を
広げるためには、Ｔ１が十分に大きくなるように圧力回
り込み防止用容器（３）の容積Ｖを大きく設定すれば良
く、また早い鉛直方向の変位に対する測定範囲を広げる
ためには、Ｔ２が小さくなるように高周波圧力フィルタ
用容器（１）に設けられる空気流通孔（２７）の流量抵
抗ｒｅを小さく設定するか、又は高周波圧力フィルタ用
容器（１）と圧力回り込み防止用容器（３）との間に形
成される空間の容積（海綿体（７）の実体積を除＜）Ｖ
ａを小さく設定すればよい。

次に、上記原理の具体例を第５図（Ａ）、（Ｂ）及び第
６図に基づいて詳細に説明する。

第５図（Ａ）、（Ｂ）及び第６図において、第１図。

第２図及び第４図の構成要素と同−構成及び均等の部分
については、同一符号を付してその説明を省略し、異な
る部分についてのみ説明する。

（２２）は円筒体で、高周波圧力フィルタ用容器（１）
の内側に先端が圧力回り込み防止用容器（３）の壁面に
当接するように突設されてり、その円筒体（２２）には
その身長（高さ）方向に貫通する空気流通孔（２３）が
設けられている。また前記円筒体（２２）の壁面には、
第１図における空気流通孔（２）に相当する空気流通孔
（２３ａ）が設けられている。

更に前記円筒体（２２）の空気流通孔（２３）内にはリ
セット竿（２４）が遊罷されている。なお、リセット竿
（２４）の一端にはゴム板（２５）が貼付られたストッ
パ（２６）が設けおり、また他端には摘み部（２７）が
固着され、該摘み部（２７）、圧力回り込み防止用容器
（３）間に介装されたスプリング（２８）が、摘み部（
２７）を外側に付勢してゴム板（２５）を圧力回り込み
防止用容器（３）の内壁面に常時押しつけている。また
第６図に示す回路構成が第４図（Ａ）に示した回路構成
と異なる部分は、第４図（Ａ）に示した差動増幅器（１
７）、積分回路（１８）及びリセットスイッチ（１９）
がなく、それに代わり差動増幅器（１７’　）（１７”
　）のローパスフィルタ機能の遮断周波数が第４図（Ａ
）に示される差動増幅器（１７）の遮断周波数より高く
、即ち第３図に示される周波数特性における角周波数が
１７Ｔ１と１／Ｔ２との間の部分の角周波数に対応する
成分が遮断されないように高く設定されている点にある
。また第６図では差動増幅器（１７’）（１７”）が２
段接続されており、そのうち前段の差動増幅器（１７’
）は第４図の差動増幅器（１７）と遮断周波数の設定の
点を除けば実質同一であるが、後段の差動増幅器（１７
″′）は前段の差動増幅器（１７’　）と同様に遮断周
波数の点と、非反転入力端子（＋）に基準電圧発生回路
（１２）から基準電圧が供給される点とにその違いがあ
る。なお出力端子Ｘ−Ｘ’を第４図（Ｂ）に示される回
路の入力端子ｘ−ｘ’に接続すると、発光ダイオード（
２１ａ）の何れかが点灯するかによって相対変位の状況
が示される。

即ち、上側半分の何れかの発光ダイオード（２１ａ）が
点灯すれば高度を上げて変位しており、下側半分の何れ
かの発光ダイオード（２１ａ）が点灯すれば高度を下げ
て変位している。また、何れの発光ダイオード（２１ａ
）も点灯していない場合は、高度は上方にも下方にも変
位していない。

次に、上記構成のものの動作を説明する。

先ず、本件発明に係る装置の未使用時においては、海綿
体（７）が充填されている空間における気圧Ｐ−は高周
波圧力フィルタ用容器（１）の外側の気圧Ｐｉに等しい
、それによって、コンデンサーマイクロホン（４）のＦ
ＥＴ集積回路（８）からは、バイアス電圧Ｅｂが出力さ
れるが、前段の差動増幅器（１７″）で基準電圧発生回
路（１４）から供給される基準電圧との間で差動がとら
れ、その結果差動増幅器（１７’）からの出力電圧は０
となる。

次に、本件発明に係る上記構成の装置を熱気球等の乗り
物に搭載し、出発時、又はある高度に到達してから摘み
部（２７）をスプリング（２８）力に抗して押し、リセ
ット竿（２４）を後方に変位せしめ、圧力回り込み防止
用容器（３）の内壁面とゴム板（２５）との密接状態を
解除すると、圧力回り込み防止用容器（３）内の空間は
高周波圧力フィルタ用容器（１）外の大気に空気流通孔
（２３）を介して連通ずるので、その空間の気圧Ｐを高
周波圧力フィルタ用容器（１）外の気圧Ｐｉと等しくし
、摘み部（２７）に加えた押圧力を解除する。その後、
熱気球等の乗り物が上昇を開始して、その上昇に伴う大
気圧の変化が、第３図に示す周波数特性図において１／
Ｔ、と１／Ｔ２との間の角周波数範囲の値をとると、コ
ンデンサーマイクロホン（４）のＦＥＴ集積回路（８）
からの出力電圧ｅは、圧力回り込み防止用容器（３）内
の圧力がリセットされた時点から現時点までの高度差（
変位）ｈに比例し、 ｅ＝（（Ｇ−Ｑ・ρ・ｇ）／（Ｓ、・Ｌ、・ｋ））・ｈ
となる。

そうすると、コンデンサーマイクロホン（４）からの出
力電圧Ｅｂ＋　ｅは差動増幅器（１７’）に供給され、
バイアス電圧Ｅｂが除去され、該出力電圧ｅはその後後
段の差動増幅器（１７”）で、設定された基準電圧と比
較され、その基準電圧より大きい場合は上昇中で、かつ
その変位量がどの位であるかを示す信号が、また小さい
場合は下降中で５かつその変位量がどの位であるかを示
す信号が出力端子Ｘ−Ｘ’から出力される。この出力端
子Ｘ−Ｘ’から出力された信号は第４図（Ｂ）に示され
る回路の入力端子ｘ−ｘ’に供給され、その結果高さ方
向の変位量が表示器（２１）に表示される。

［第３実施例］ この実施例を第７図に基づいて詳細に説明する。

この実施例は第２実施例で説明した構成のものを現在市
販されている万歩計に応用したものである。第７図にお
いて、第６図に示したものと同−又は均等のものには同
一符号を付してその説明を省略する。

（２９）は差動増幅器で、コンデンサーマイクロホン（
４）のＦＥＴ集積回路（８）から出力される信号のうち
からバイアス電圧Ｅｂを、基準電圧発生回路（１２）か
ら供給される基準電圧でキャンセルし、鉛直方向の変位
による高周波圧力フィルタ用容器（１）内の気圧変化に
よる出力電圧ｅのみが増幅されて出力される（第８図ｂ
）、　（３０）はバンドパスフィルタで、コンデンサー
マイクロホン（４）から出力される信号のうちから第３
図の周波数特性図における１／Ｔ１からｌ／Ｔ、までの
範囲内の角周波数の成分のみを通過させるための周波数
（角周波数）帯域が設定されており、差動増幅器（２９
）から供給される信号のうち鉛直方向の変位に係る信号
成分（第８図の脈流分）のみを抽出する。

（３１）は波形整形回路で、バンドパスフィルタ（３０
）から供給される信号をパルス波形に変換する（第８図
ｃ）、　（３２）はカウンタ回路で、波形整形回路（３
１）から供給されるパルス波形を計数し、その計数結果
を第１表示器（３３）に供給し、表示せしめる。またカ
ウンタ回路（３２）は常開のリセットスイッチ（３６）
が閉成されることによってその計数値がリセットされる
。　（３４）は積分回路で、差動増幅器（２９）から供
給される信号を所定時定数で積分し、歩行を開始してか
ら現時点までの高度差（第８図ｄ）を求めるもので、そ
の求められた高度差は第２表示器（３５）に供給され。

表示される。また積分回路（３４）の積分値はリセット
スイッチ（３６）の開成によってリセットされる。

次に上記構成の動作を第８図に基づいて説明する。

第７図に示す回路全体が図示されないケースに収納され
て歩行者の身体の一部１例えば胸ポケット、腰、靴等に
装着されているとする。また出発地点を基準地点として
その高度をＯｍとし。

歩行時間の経過と共に、歩行中の地点と出発地点との高
度差が、実際に第８図（ａ）に示されるように変化する
ものとする。この様な状況の下で歩行を開始すると、上
記実施例と同じようにコンデンサーマイクロホン（４）
からの出力信号のうちバイアス信号Ｅｂが基準電圧発生
器（１２）から差動増幅器（２９）に供給される基準電
圧によってキャンセルされ、その結果歩行に伴う身体ま
たはその一部の上下変動によって高周波圧力フィルタ用
容器（１）内外の圧力が変動することによる電、圧変動
が第８図（ｂ）に示される脈流となって差動増幅器（２
９）から出力される。その後バンドパスフィルタ（３０
）で脈流のみが抽出され、波形整形回路（３１）で第８
図（Ｑ）に示されるようなパルス信号に変換され、カウ
ンタ回路（３２）で計数され、その計数結果は第１表示
器（３３）に歩数の累計として表示される。また差動増
幅器（２９）からの第８図（ｂ）に示される出力信号は
積分回路（３４）によって積分され、その積分結果は第
２表示器（３５）に最終地点と出発地点との高度差とし
て表示される。

なおこの実施例では、積分回路（３４）は出発地点と最
終地点との高度差を求めていたが、ピーク値ホールド回
路を積分回路（３４）と第２表示器（３５）との間に介
装して、該ピーク値ホールド回路に歩行を開始してから
終了するまでの間の最高高度差（出発地点の高度を特徴
とする請求めさせ、第２表示器（３５）に表示させても
よい。

それによって、例えば１日の間に出発地点の高度に対し
てどれだけ高い地点まで登ったかを知ることができ運動
の目安になる。また登山においては、出発地点から現在
地点までの高度差を知ることができるので目的地までの
高度差を、地図と対比させることによって知ることがで
きるので、目的地までの所要時間を正確に予想できる。

また更に、積分回路（３４）と第２表示器（３５）との
間に演算回路を介装し、該演算回路に使用者の体重を設
定記憶させておくことによって次の演算を実施せしめ１
歩行による消費カロリーを算出せしめ、第２表示器（３
５）に単位時間毎に表示せしめてもよい。

（（第１の定数）Ｘ（使用者の体重）Ｘ（単位時間当た
りに上った鉛直距離数））＋（（第２の定数）×（使用
者の体重）Ｘ（単位時間当たりに下った鉛直距離数）） （但し、第１の定数〉第２の定数） ［第４実施例］ この実施例を第９図に基づいて詳細に説明する。

第９図において、第８図に示す構成要素と同−又は均等
のものには同一符号を付してその説明を省略し、異なる
部分のみを説明する。

（３７）はゲート回路で、後述の比較回路（３８）から
制御信号が供給された時のみ、波形整形回路（３１）か
らのパルス信号をカウンタ回路（３２）に供給する。比
較回路（３８）は、単位時間当たりの標準的な歩数の人
が歩行した時に波形整形回路（３１）から出力されるパ
ルス幅が基準パルス幅として設定されており、該パルス
幅と、歩行時に足を交互に前進させる毎に波形整形回路
（３１）から供給されるパルス信号のパルス幅とを比較
し、該パルス幅が標準的なパルス幅よりも小さい場合、
即ち歩行を競歩の如き運動と考え、足の運び方を激しく
し、単位時間当たりの歩数を多くしている場合には、ゲ
ート回路（３７）に対して制御信号を供給する。また比
較回路（３８）は、波形整形回路（３１）から供給され
るパルス信号のパルス幅が設定されている標準的なパル
ス幅よりも大きい場合には、足の運び方がゆっくりして
いるとして制御信号の出力を停止する。　（４３）は報
知部で、比較回路（３８）から制御信号が供給される毎
に報知音を発生する。

その結果、単位時間当たりの歩数を標準値よりも多く１
例えば競歩の如く足を交互に動かすと、比較回路（３８
）は、ゲート回路（３７）及び報知部（３８）に制御信
号を供給するので、カウンタ回路（３２）は波形整形回
路（３１）から供給されるパルス信号を計数し、その計
数結果が表示器（３３）に供給されて歩数の累計が表示
される。また一方でそれと同時に音によって報知される
ので、標準的な歩数の人が歩いた時の一歩当たりに必要
な時間に比べて、自分の一歩当たりの必要な時間が多い
のか、又は少ないのかを運動をしながら知ることができ
る。また比較回路（３８）で設定されている単位時間当
たりの標準的な歩数を老人向に設定し直すことによって
１足が最初に弱くなる老人のための全く新しい健康増進
・管理器具となり、また運動機能障害を持ちリハビリ等
を実施する場合においても１日当たりの、又は１回当た
りの歩数を医師等が数値として与えられ。

また数値データとして捕えることができるので、治療効
果をあげる事が期待できる。

［第５実施例］ この実施例を第１０図に基づいて詳細に説明する。

なお第１０図において、第９図の構成要素と同一または
均等のものについては同一符号を付してその説明を省略
し、異なる部分についてのみ説明する。

（３８’）は比較回路で、標準的な人が歩く場合に上げ
る足の高さに対応する信号を基準電圧値として設定され
ており１足を上げる毎にバンドパスフィルタ（３０）か
ら出力される電圧波形（第８図すに示される正弦波状の
脈流電圧波形）を入力し。

その入力した電圧波形と、設定された基準値とを比較し
、入力した電圧波形のピーク値が基準電圧値より大きい
と１足が標準の人よりも上げて歩行を行っており１足の
運動になっているとして制御信号をゲート回路（３７）
及び報知部（４３）に供給する。

この様に構成された装置を足に装着して使用することに
よって１歩いている時または運動している時に自分の足
が他の人に比べて上がっているのか、それとも上がって
いないのかを測定データと共に知ることができるので、
今まで一人ではできなかった自分の足の上げ方を直した
りするのに利用できる。また決められた測定場所でなけ
れば測定できなかった垂直跳び等の運動機能も一人で測
定できるようになる等の効果がある。

［第６実施例］ この実施例を第１１図に基づいて詳細に説明する。

なお第１１図において、第９図の構成要素と同−又は均
等のものについては同一符号を付してその説明を省略し
、異なる部分についてのみ説明する。

（３９）はＡ／Ｄ変換器で、バンドパスフィルタ（３０
）から供給されるアナログ信号をデジタル信号に変換す
る０、（４０）は信号処理回路で、Ａ／Ｄ変換器（３９
）から供給される信号に対して、該信号波形の変曲点の
有無を調べることによって、正常な歩行をしている時に
バンドパスフィルタ（３０）から供給される正弦波状の
波形（大きな山が１つ）と、坂道等でつまずいたり又は
滑ったりしだときに供給される歪んだ正弦波状の波形（
小さな山が重畳された大きな山が１つ）とを判別して、
歪んだ正弦波状の波形の時でもゲート回路（３７）を１
口開いて波形整形回路（３１）から出力されるパルス信
号を１つカウンタ回路（３２）に供給して。

表示器（３３）に表示せしめる。これによって、山道等
を歩行した場合に良く坂道等の悪路でのつまずきやスリ
ップに対しても重複して計数することを防止できる。

［第７実施例］ この実施例を第１２図に基づいて詳細に説明する。

第１２図において、第９図及び第１１図の構成要素と同
−又は均等の部分については同一符号を付してその説明
を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

（４１）はワンショットマルチバイブレータで、波形整
形回路（３１）から供給されるパルス信号を。

供給される毎に所定パルス幅のパルス信号に変換する。

なおこの変換されるパルス信号のバルス幅は、運動のた
めに歩行する場合において、標準的な人が単位時間当た
りに歩ける歩数に対応する値が基準値として設定されて
いる。（３７″）はゲート回路で、ワンショットマルチ
バイブレータ（４１）から供給される所定パルス幅のパ
ルス信号と、波形整形回Ｍ（３１）から供給されるパル
ス信号とを入力して双方のパルス信号を比較し、ワンシ
ョットマルチバイブレータ（４１）から供給されるパル
ス信号のパルス幅（基準値）が波形整形回路（３１）か
ら供給されるパルス信号のパルス幅より小さい時もみ、
もつとピッチをあげて歩くように指示する。

なお上記各実施例では変位方向を鉛直方向としたが、飛
行機のように斜めに昇降するものであっても、その鉛直
方向の変位成分は本発明による装置によって求められる
事はいうまでもない。

また、上記第２乃至第８実施例の夫々では、コンデンサ
ーマイクロホン（４）による圧力検出を第５図（＾）　
、　（Ｂ）に示される機構によってお行ったが、第１図
に示される機構のもので行ってもよい事は云うまでもな
い、この場合リセット手段として、リセット竿（２４）
に替えてリセットスイッチ（１９）によってリセットを
行わなくてはならない。

［発明の効果］ 以上のように本発明は、微小な空気流通孔が設けられた
ケース内に圧力検出手段を収納し、被測定物と共に、大
気中を鉛直方向に変位量せしめ、その変位に伴う前記ケ
ース内外の圧力差に基づいて前記被測定物の鉛直方向の
変位量を検出する相対高さ検出方法であるので５この方
法で作られた装置は、電子部品で構成されるので形状が
小型化され、かつ極めて大量に生産されているマイクロ
ホンも使用できるので著しく安価になると、いう特異な
効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本件発明の第１実施例の要部である、被測定物
の鉛直方向への変位による空気圧変化を電気信号に変換
する部分の説明図、第２図は本件発明による各実施例に
使用するコンデンサーマイクロホン（４）の断面説明図
、第３図はコンデンサーマイクロホン（４）の周波数特
性図（なお横軸は角周波数）、第４図（Ａ）は第１実施
例のシステム回路図の主回路説明図、第４図（Ｂ）は第
３図に示すシステム回路図に接続される出力部の回路説
明図、第５図（Ａ）は本件発明の第２実施例の要部であ
る、被測定物の鉛直方向への変位による空気圧変化を電
気信号に変換する部分の説明図、第５図ＣＢ）は第５図
（Ａ）に示した説明図における要部の拡大説明図、第６
図は第２実施例のシステム回路図の主回路説明図、第７
図は第３実施例の回路ブロック図、第８図は第７図及び
第９図に示した回路の動作説明図。 第９図は第゛４実施例の暉絡ブ４０ツク図、第１０図は
第６実施例の回路ブロック図、第１１図は第７実施例の
回路ブロック図、第１２図は第８実施例の回路ブロック
図である。 １・・・・・・高周波圧力フィルタ用容器２．２３．２
３ａ・・・・・・空気流通孔３・・・・・・圧力回り込
み防止用容器４・・・・・・コンデンサーマイクロホン
４ａ・・・・・・エレクトレットフィルム（電極板）４
ｃ・・・・・・スベ〜サ　　　４ｅ・・・・・電極板７
・・・・・・海綿体　　　８・・・・・・ＦＥＴ集積回
路８ａ、８ｂ・・・・・・リード端子 １２．１４・・・・・・基準電圧発生回路１３・・・・
・・バッテリ １７．１７’、１７″″、２９・・・・・・差動増幅器
１８・・・・・・積分回路 １９・・・・・リセッスイッチ２２・・・・・・円筒体
２４・・・・・・リセット竿　２５・・・・・・ゴム板
２６・・・・・・ストッパ　２７・・・・・・摘み部　
　　２８・・・・・・スプリング ３０・・・・・・バンドパスフィルタ ３１・・・・・・波形整形回路　　３２・・・・・・カ
ウンタ回路３３．３５・・・・・・表示器　　　３４・
・・・・積分回路３６・・・・・・リセットスイッチ ７・・・・・・ゲート回路　　　３８・・・・・・比較
回路９・・・・・・Ａ／Ｄ変換器　　４０・・・・・・
信号処理回路１・・・・・・ワンショットマルチバイブ
レータ２・・・・・・警報器 第３図 第２図 第１図 第４ｍ （Ｂ） 第 ５ 図 ｑ） ８ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）微小な空気流通孔が設けられたケース内に圧力検
   出手段を収納し、被測定物と共に大気中を鉛直方向に変
   位せしめ、その変位に伴う前記ケース内外の圧力差に基
   づいて前記被測定物の鉛直方向の変位量を検出する相対
   高さ検出方法。
2. （２）密閉ケース内に収納され、かつ中央部の平坦な周
   波数特性を有する圧力検出手段と、前記密閉ケースにそ
   の内外を連通するように設けられ、流通する気体に所定
   の流量抵抗を与える空気流通孔とを備え、前記圧力検出
   手段を前記周波数特性のうち、零から平坦な周波数特性
   に至るまでの範囲内、又は平坦な周波数範囲内で被測定
   物を鉛直方向に変位せしめ、その変位に伴う前記ケース
   内外の圧力差に基づいて前記被測定物の鉛直方向の変位
   量を検出することを特徴とする相対高さ検出装置。