JPH06172A - 運動機能測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人間の柔軟性等の運動機能を測定できる電子
化された運動機能測定装置を提供する。 【構成】 高さ方向に応じて変化する気圧を、被測定者
の体に取り付けられた上下速度センサで検出し、その検
出値から被測定者の柔軟性等の運動機能を測定する手段
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば人間の体の柔
軟性等の運動機能を測定する運動機能測定装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、運動機能測定装置としては、例え
ば人間（以下、被測定者１という）の体の柔軟性を測定
するための手法として立位体前屈（学習研究社 改訂中
学保健体育 ４８ページ）等があるが、その測定原理に
あっては、例えば図６に示すように被測定者１が台２の
上に乗り、直立状態（同図Ａに示す）から膝３を曲げな
いようにして腰４を曲げ（同図Ｂ，Ｃに示す）、指先５
を延びるだけ下方に真っ直ぐ延ばし、その指先５と基準
線７（前記被測定者１の乗っている台２の平面６の高さ
に相当する）との間の距離Ｈを測定することによって、
その被測定者１の体の柔軟性を測定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の人間の運動機能を測定する装置は、適切なセンサが開
発されておらないために昔からの機械的な手法によるも
のが学校等において使用されており、未だに電子化され
ておらず、時代に見合わないようになってきている。ま
た、前記立位体前屈の手法にあっては、個々の人の手の
長さを考慮しない測定方法であるので、本来同一柔軟性
を有する手の長い（標準値に比較して）被測定者と、手
の短い（標準値に比較して）被測定者とを比較した場
合、腰４から背中にかけて同一に曲がっているにも係わ
らず、手の短い被測定者は手の長い被測定者に比べて手
が下方に届かないため、柔軟性を示す値が必然的に悪く
なり、他の人の柔軟性に比べて体が硬いという結果にな
ってしまうという問題点があった。この発明は、人間の
柔軟性等の運動機能を測定するのに使われる電子化され
た装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、小生がマイ
クロホン、特にオーデイオ等に大量に、かつ低コストで
生産されているコンデンサーマイクロホンの各種環境下
における特性の差違を調査研究している間に着想したも
ので、これに関連する技術については、現在までに数多
くの出願を行ってきている。そのような状況の中で、今
回のものの発明は、被測定者の体に取り付けられて、そ
の取付箇所の上下運動に伴って検出される気圧変化量か
ら被測定者の運動機能を測定する手段を備えた運動機能
測定装置を構成する。

【０００５】

【作用】上記構成の装置を、例えば手首等に取り付けて
直立状態から前屈姿勢にはいり、体を前方に倒し、下方
に手首を落とすことにより、検出手段の周囲の気圧の変
化量を検出し、その気圧の変化度合いから上下方向の変
位量を検出する。

【０００６】

【実施例】図１に基づいて、上下速度センサを構成する
コンデンサマイクロホンの構成を説明し、その後に、図
２を用いてそのコンデンサマイクロホン１０を受圧素子
として利用するための工夫、改造点を詳細に説明する。
図１において、１０は一般に市販されているオーデイオ
用のコンデンサマイクロホンで、円筒状ケーシング１
１、回路基板１２、ＦＥＴトランジスタ１３、間隔保持
用絶縁性円筒１４、受圧用エレクトレットフィルム１５
ａ、固定電極板１５ｂ、リング状のスペーサ用絶縁性フ
ィルム１６、引き出し用リード線１７等から構成されて
いる。

【０００７】次に、上記各構成要素について詳細に説明
する。前記円筒状ケーシング１１は、底部に形成されて
いる底壁に前記リード線１７が貫通する小孔１１ａが穿
設され、またケーシング１１の上端部に形成された開口
部は網目状保護部材１９によつて覆われている。回路基
板１２は前記ケーシング１１の底部に配設され、前記Ｆ
ＥＴトランジスタ１３が載置されると共に、前記リード
線１７が接続されている。間隔保持用絶縁性円筒１４
は、前記ケーシング１１の底壁と、ＦＥＴトランジスタ
１３のリード１３ａに接続された前記固定電極１５ｂと
の間隔を一定に保持するものである。スペーサ用絶縁性
フィルム１６のそれぞれは、受圧用エレクトレットフィ
ルム１５ａと固定電極板１５ｂとの間の間隔を一定に保
持すると共に、ケーシング１１や間隔保持用絶縁性円筒
１４との間隔を一定に保持するものである。

【０００８】以上が、一般に市販され、音響用として使
用されているコンデンサマイクロホンの主な構成の概要
である。ここでは上下速度センサとして使用するため以
下に述べる工夫をしている。即ち、図２において、１８
は密閉補助用円筒部材で、前記コンデンサマイクロホン
１０の外周面全体を覆うものである。前記密閉補助用円
筒部材１８は、コンデンサマイクロホン１０の外径より
若干大きな内径を有し、かつコンデンサマイクロホン１
０の軸方向長さより若干長めの円筒からなり、その円筒
中空部内にコンデンサマイクロホン１０が挿入され、該
コンデンサマイクロホン１０は前記密閉補助用円筒部材
１８との間の隙間全体に亘って接着剤が充填されること
によつてその密閉補助用円筒部材１８内に固着される。

【０００９】その後、前記コンデンサマイクロホン１０
のリード線取り出し口１１ａが、該リード線取り出し口
１１ａ等から空気の流通がなくなるように、該コンデン
サマイクロホン１０の後ろ面が全体に亘って樹脂剤２０
によって充填されて密閉され、裏面からの空気の流通が
完全に遮断される。以上のようにして、コンデンサマイ
クロホン１０内外の空気の流通を前記ケーシング１１の
上端開口部を介してのみに制限させ、上下速度センサと
しての改造コンデンサマイクロホン２１が得られる。

【００１０】次に、上記のように構成されたものの作用
説明を行なう。上記構成の説明の中で説明した改造され
たコンデンサマイクロホン２１を、上下方向に、すなわ
ちエレクトレットフィルム１５ａ面を水平方向に向けて
上下変位させると、そのエレクトレットフィルム１５ａ
に上下速度に比例した圧力変化が作用し、その上下速度
が検出される。

【００１１】次に、上記のように構成されたコンデンサ
マイクロホン２１についての作用説明を論理的に行な
う。改造されたコンデンサマイクロホン２１からの出力
電圧をｅ（ｔ）、地表面からの高さをｈ、圧力変化／電
圧変換のゲインをｋ、円筒状ケーシング１１内に形成さ
れている空間の容積をｖ、前記受圧用エレクトレットフ
ィルム１５ａ、固定電極板１５ｂ、スペーサ用絶縁性フ
ィルム１６等と前記円筒状ケーシング１１との間に形成
される前記隙間の流量抵抗をｒ、前記受圧用エレクトレ
ットフィルム１５ａと固定電極板１５ｂとの間の静電容
量をＣ、内臓ＦＥＴトランジスタ１３の出力インピーダ
ンスをＺ、前記円筒状ケーシング１１内の空気の密度を
ρ、重力加速度をｇ、複素角周波数をｓとすると、上下
方向の運動速度ｖ（ｔ）と改造コンデンサマイクロホン
２１の出力電圧ｅ（ｔ）との関係は次式で与えられる。

【００１２】

【数１】

【００１３】上記数１において、前記改造されたコンデ
ンサーマイクロホン２１の物理的特性が、下記数２及び
数３で示す条件を満たすように設定されていると、数４
が成立する。即ち

【００１４】

【数２】

【００１５】

【数３】

【００１６】

【数４】

【００１７】即ち、上記数４は前記市販のコンデンサマ
イクロホン１０を図２の如く改造することによって得ら
れ、それから出力される出力信号ｅ（ｔ）の大きさが上
下方向の運動速度ｖ（ｔ）に比例して変化し、上下速度
センサを形成することを示している。

【００１８】次に、上記コンデンサマイクロホン２１を
用いた一実施例を図３に示し、その図に基づいて、図４
のタイムチャートを参照しながら本件発明による測定装
置の回路構成を説明する。２０は図２で説明した上下速
度センサで、例えば図５に示す布バンド４０に設けられ
たケース４１内に収納されており、被測定者１の手首等
に前記布バンド４０をマッジクテープ４０ａ、４０ｂを
介して巻き付けられる。２３は第１バンドパスフィル
タ、２４は積分回路で、前記第１バンドパスフィルタ２
３から出力される上下速度信号を、後述の微分回路３６
から出力されるリセット信号に基づいて積分動作を開始
して上下変位量を算出し、それに相当する上下変位信号
（図４、Ａ）を出力する。２５は最大値検出回路で、前
記積分回路２４から出力される積分出力の最大値を検出
する。

【００１９】２６はホールド回路で、後述の微分回路３
６からのリセット信号を受け、リセットされた後に、前
記最大値検出回路２５から供給される上下変位量の内の
最大値をホールドする。２７は前記ホールド回路２６と
後述の表示内容制御回路２８との間に介装される表示制
御スイッチで、オフ時に後述の表示制御回路２８に０
（ｖ）の接地電圧、即ちゼロ表示信号を送るためのもの
である。しかし、後述の表示内容制御回路２８の信号処
理においてもプログラム処理において電源投入から所定
時間の間、表示部２９でゼロ表示をするような信号を作
成することは容易にできるので、この機能をプログラム
ソフトにもたせればよく、必要に応じて設けられること
であり、介装されなくてもよい。

【００２０】前記表示内容制御回路２８は、表示制御ス
イッチ２７を介して供給される前記ホールド回路２６か
らの出力信号を優先的に表示部２９に供給して表示す
る。また、前記表示内容制御回路２８は、前記表示制御
スイッチ２７を介して前記ホールド回路２４から供給さ
れる上下変位量の最大値が供給される毎に記憶回路３０
に順次記憶せしめる。さらにまた、前記表示内容制御回
路２８は、表示内容操作部３１から操作信号が供給され
ると、前記記憶回路３０に記憶された上下変位量の最大
値を最新の値から順に読み取り、表示部２９に供給し表
示せしめる。表示内容操作部３１は、後述のハウジング
４１の側面に設けられている。

【００２１】３２は第２バンドパスフィルタで、前記第
１バンドパスフィルタ２３よりも低い帯域に遮断周波数
が設定されており、前記上下速度センサ２２から出力さ
れる上下速度信号のうち設定された所定周波数帯域内の
周波数成分のみを抽出する。３３はウインドコンパレー
タで、前記第２バンドパスフィルタ３２から出力される
上下速度信号の値が０レベルから所定のレベルまでの値
の範囲内に入ると、出力をハイレベルに変化させ（図
４、Ｂ）、被測定者１が測定姿勢に入ったことを示す。
３４はワンショットマルチバイブレータで、前記ウイン
ドコンパレータ３３からハイレベルの出力信号（図４、
Ｂ）が供給されると、所定パルス幅Ｔのローレベルのパ
ルス（図４、Ｄ）を１つ出力する。

【００２２】３５はアンドゲートで、前記ウインドコン
パレータ３３及びワンショットマルチバイブレータ３４
からの出力のアンド論理をとり、一致したとき駆動回路
３４に一致信号（図４、Ｅ）を出力する。３８は報知音
発生部で、前記アンドゲート３５からの一致信号（図
４、Ｅ）を受けて、所定時間の間、報知音を発し、被測
定者に前屈姿勢に入るように促す。３６は微分回路で、
前記ウインドコンパレータ３３からの出力信号Ｂがロー
レベルからハイレベルに反転するときの変化を抽出し、
前記積分回路２４及びホールド回路２６にリセット信号
（図４、Ｃ）を供給する。４０は帯状ベルトで、その両
端部にはマジックテープによる取付部４０ａ，４０ｂが
形成されている。また、前記ベルト４０の中央部には前
記図３に示す回路ブロック全体が収納されるハウジング
４１が設けられている。

【００２３】次に、上記構成の作用説明をする。まず、
前屈運動の前に、被測定者１は、手首にバンド４０を巻
き付け、かつその両端部のマジックテープ４０ａ，４０
ｂで止める。その後、直立不動の状態になる。このとき
表示制御スイッチ２７がオン状態に切り替えられ、この
状態で手をぶらぶらさせたりしていると、それにともな
つて手首は、肩を中心にして回転運動（角度にしてみる
と小さい）させられ、それによって手首は上下運動させ
られる。その結果、コンデンサマイクロホン２２からの
上下速度信号は第１及び第２バンドパスフィルタ２２、
３２に供給され、その後に、ウインドコンパレータ３３
で、その基準値内に入るか否かが判断される。しかしな
がら、手のぶらつきが大きいと、その上下方向の変位量
が基準値の範囲内に入らないので、ウインドコンパレー
タ３３はその出力をロイレベルの状態に維持させる。そ
の結果、微分回路３６が作動しないので、積分回路２４
及びホールド回路２６はリセットされない（図４の区間
Ｔ１）。

【００２４】しかしながら、Ｔ２時点で直立不動の状態
にはいり、直立不動の状態が所定時間Ｔ３の間つずく
と、第２バンドパスフィルタ２９からの出力がウインド
コンパレータ３０の基準値の範囲内に入るようになるの
で、アンドゲート３２の出力が所定時間の間ハイレベル
になるので、駆動回路３７を介して報知音発生部３８か
ら運動開始許可を知らせる音が発生させられる。またそ
れと同時に積分回路２４及びホールド回路２６が微分回
路３６から発生したリセット信号（図４、Ｃ）によって
リセットされる。

【００２５】それによって、被測定者１は体を前方に倒
すことを開始し、手が最大位置まで下げられ、その後直
立姿勢まで戻されるが、その間の被測定者１の手首の下
方への移動に伴って、上下速度センサ２２からの上下速
度信号が第１バンドパスフィルタ２３を介して積分回路
２４で積分され、直立状態の手首の位置を基準にした相
対変位量がリアルタイムに求められる（図４、Ｆ）。そ
の上下変位量が、次の最大値検出回路２５で検出され、
検出された上下変位量の内Ｔ１時点の最大値がホールド
回路２６で記憶される（図４、Ｇ）。そのホールド回路
２６に記憶された値は、表示制御スイッチ２７を介して
表示内容制御回路２８に供給され、表示部２９に表示さ
れると共に、その表示された値は逐次、記憶回路３０に
記憶される。

【００２６】また、非測定状態の時に、表示内容操作部
３１のスイッチ３１ａ、３１ｂが操作されることによっ
て、記憶回路３０に記憶されたデータが時系列的に表示
部２９にバーグラフ表示される。

【００２７】それゆえ、個人で使用する場合は、このバ
ーグラフ表示によってそのデータを基にして自己の体の
柔軟性を監視することができる。また学校等の体力測定
で使用する場合には全体の学生の体の柔軟性を一目で管
理できる。

【００２８】次に、図６に基づいて他の実施例を説明す
る。なお、図６において図３で説明したものと同一叉は
均等物のものには同一符号を付してその説明を省略す
る。４５は上下変位量センサで、小生がここで述べたコ
ンデンサマイクロホンの応用と同様な技術を用いたもの
を先に出願しているので、ここではその説明を省略す
る。４６は演算回路で、前段の最大値検出回路２５で検
出される波形に基づいて、その波形のピーク値を図示さ
れないメモリに記憶された代表なパターン波形と比較し
ながら一回の測定におけるピーク値を求め、つぎのラッ
チ回路４７に記憶せしめる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、被測
定者の体に取り付けられて、その取付箇所の上下運動の
状態に伴う気圧変化量から被測定者の運動機能を測定す
る手段を備えてなることを特徴とする運動機能訓練装置
であるので、今までにない電子化された運動機能測定装
置を提供できるようになる。また、研究者に対して新し
い概念の測定データを提供でき、学問の新しい概念の創
生に寄与できる効果が発揮される。また、上述した実施
例のように大量に生産されているオーデイオ用のコンデ
ンサーマイクロホンを上下速度センサとして使用するこ
とによって、製造設備等に大きな投資をしなくても簡単
にセンサを入手できるという極めて大きな効果が発揮さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例に用いられるコンデンサマ
イクロホン１０の断面説明図である。

【図２】本発明による実施例に用いられる改造コンデン
サマイクロホン２１の断面説明図である。

【図３】図２の改造されたコンデンサマイクロホンを使
用した実施例の回路ブロック図である。

【図４】図３の回路ブロック図の説明用のタイムチャー
ト図である。

【図５】本発明による装置を被測定者に取り付けるため
のバンドの説明図である。

【図６】本発明による他の実施例に用いられる改造コン
デンサマイクロホン２１の断面説明図である。

【図７】従来例を説明するための図である。

【符号の説明】

２１ 改造されたコンデンサマイクロホン ２２ 上下速度センサ ２３ 第１バンドパスフィルタ ２４ 積分回路 ２５ 最大値検出回路 ２６ ホールド回路 ２８ 表示内容制御回路 ２９ 表示部 ３０ 記憶回路 ３１ 表示内容操作部 ３２ 第２バンドパスフィルタ ３３ ウインドコンパレータ ３４ ワンショットマルチバイブレータ ３５ アンドゲート ３６ 微分回路 ３７ 駆動回路部 ３８ 報知音発生部 ４０ バンド ４１ ハウジング ４５ 上下変位量センサ ４６ 演算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定者の体に取り付けられて、その取
   付箇所の上下運動に伴って検出される気圧変化量から前
   記被測定者の運動機能を測定する手段を備えてなること
   を特徴とする運動機能訓練装置。