JPH067327A - 上下方向変位量測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大気圧が上下方向の各位置で圧力変化してい
ることを利用して機械的に精度よく、かつばらつきなく
伏臥上体そらし等の体力テストを測定できる方法を提供
することである。 【構成】 コンデンサマイクロホンを含む受圧素子（叉
は圧力センサ）を上下動センサとして利用して、上下方
向への移動量を、大気の上下方向の気圧変化量から検出
し、その検出出力を上下方向変位量として出力するもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば人間等の被測
定体の柔軟性を測定するのに用いられる上下方向変位量
測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、学校等において行われる体力テス
トの一種目に柔軟性（伏臥上体そらし）の測定があり、
その測定方法を図９（学習研究社 平成４年１月２０日
発行改訂中学保健体育）に基づいて説明する。即ち、被
測定者１がうつ向きにふし、両足先を所定の間隔に開い
て、両手を腰のうしろにくむ。そして前記被測定者１
は、静かに上体をそらせ、測定者２がマット３面からあ
ご４までの最短距離を物差し５で測定する。なお、６は
前記被測定者１の足を抑える介添え人である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の体の柔軟性の測定方法にあっては、被測定者１が上体
を反らしている間に被測定者１のあご４の先端に物差し
５を当てて、記録を採る測定者２が瞬時にして床３から
あご４までの距離を物差し５によって瞬時に測定しなく
てはならず、そのために介添え人６は長時間に亘って測
定に係わることになり、その間全神経を集中させなくて
はならず、非常に困難を極めていた。

【０００４】そこで、この発明の目的は、大気圧が上下
方向の各位置で圧力変化していることを利用して機械的
に精度よく、かつばらつきなく測定できる方法を提供す
ることである。

【０００５】

【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、コンデンサマイクロホンを含む受圧
素子（叉は圧力センサ）を上下動センサとして利用し
て、上下方向への移動量を、大気の上下方向の気圧変化
量から検出し、その検出出力を上下方向変位量として出
力するものである。

【０００６】（なお、ここでの上下動センサは、上下方
向加速度、上下方向速度、上下方向変位のいずれかを検
出するもので、下記実施例で説明するコンデンサマイク
ロホンを利用した上下速度センサに限らず、上下加速度
センサ、上下方向相対変位センサ（これらについては、
既に小生が出願済みである。）であってもよく、上下加
速度センサの場合はその出力を一回積分すれば速度信号
に、また二回積分すれば変位量信号になる。またそれら
のセンサは半導体素子、磁歪素子、圧電素子、水晶振動
子等であってもよいことは云うまでもないことであ
る。）

【０００７】

【作用】上記構成によれば、例えば体力テストの一種で
ある伏臥上体そらしを開始すると、被測定者のあごが大
気中を上下に移動し、それによるあごの周囲の圧力変化
（ある高度での大気圧は基準となる地表面からその高度
までの高さに応じて決まってくるので）を被測定者のあ
ごに取り付けたセンサによって検出し、その検出信号に
基づいて前記被測定者の上下方向への変位量を算出する
ものである。

【０００８】

【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、そ
のコンデンサマイクロホンを圧力センサとして利用する
ための工夫、改造点を詳細に説明する。同図１におい
て、１０は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、その構成は大きく分けて円筒状ケーシン
グ１１、回路基板１２、ＦＥＴトランジスタ１３、円筒
状間隔保持部材１４、受圧用エレクトレットフィルム１
５ａ、固定電極板１５ｂ、外部引き出し用リード線１７
等である。

【０００９】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、その下端円形状底
部を構成する底壁に前記リード線１７が貫通する小孔１
１ａが穿設され、またそのケーシング１１の上端部に形
成された開口部は網目状保護部材１９によつて全体が覆
われている。また前記回路基板１２は、前記ケーシング
１１の底部に配設され、前記ＦＥＴ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。また同図において、受圧用エレクトレットフィルム
１５ａと固定電極板１５ｂとの間の周辺部には、その間
隔を一定に保持するため、及び絶縁性を確保するために
リング状のスペーサ用絶縁性フィルム１６が介装されて
いる。

【００１０】さらに、前記受圧用エレクトレットフィル
ム１５ａ、スペーサ用絶縁性フィルム１６及び固定電極
板１５ｂによって前記ケーシング１１内外の空気の、前
記上端開口部を介しての流通は大きく制限されている。
即ちその受圧用エレクトレットフィルム１５ａ、スペー
サ用絶縁性フィルム１６及び固定電極板１５ｂを介して
の空気流量抵抗値が大きな値に設定されることになり、
それによってオーデイオ用としての周波数特性が確保さ
れている。なお、前記固定電極板１５ｂには空気流通用
の微細孔（図示せず）が設けられ、また回路基板１２は
ケーシング１１の底壁に密着して設けられ、小孔１１ａ
を介しての空気の流通を大きく規制している。

【００１１】以上が、一般にオーデイオ用として市販さ
れ、使用されているコンデンサマイクロホンの主な構成
である。ここでは市販されている上記コンデンサマイク
ロホン１０を受圧センサとして改造し、上下速度センサ
（上下動センサ）として使用するため、以下に述べる工
夫、改造を施している。即ち、１８は剛性を有する密閉
用筒状補助部材で、その両端が開口され、かつその内径
はコンデンサマイクロホン１０の外径より若干大きめの
径を有している。また、前記密閉用筒状補助部材１８の
下方端部は、前記コンデンサマイクロホン１０の底壁か
ら外側にはみ出し、樹脂性封止剤２０が封止のために流
し込まれたときに流れ出さないような壁の機能を備えて
いる。

【００１２】このように前記コンデンサマイクロホン１
０の底壁の小孔１１ａを外部から密閉することによっ
て、即ち、その小孔１１ａを介してコンデンサマイクロ
ホン１０内の空気圧が大気圧の影響を受けないように覆
うことによって前記コンデンサマイクロホン１０の円筒
状ケーシング１１の底壁を介しての空気の流通、即ち密
閉用筒状補助部材１８の外側の空気が内側に入ることを
全く遮断している。それ故、前記円筒状ケーシング１１
内外の空気の流通は、受圧用エレクトレットフィルム１
５ａ、固定電極板１５ｂ、スペーサ用絶縁性フィルム１
６等の間に形成される接触部の隙間、即ちそれぞれの接
触面等に形成された微少な隙間等を介して空気の流通が
なされる。

【００１３】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行なう。上記構
成の説明の中で述べた改造コンデンサマイクロホン２
１、すなわち外気に対して円筒状ケーシング１１内がほ
ぼ密閉されて高気密状態にされたコンデンサマイクロホ
ン２１を、大気中で垂直方向に上昇させると、それに伴
って周囲の大気圧が減少する（これは地表面から上方に
向かうにつれて気圧が減少することによる）。このと
き、前述したような受圧用エレクトレットフィルム１５
ａ、固定電極板１５ｂ、スペーサ用絶縁性フィルム１６
等の周縁接触部に形成された微少な隙間に発生する非常
に大きな流量抵抗によって、円筒状ケーシング１１内の
空気の流出に時間遅れが与えられ、外気圧の変化によっ
て該円筒状ケーシング１１内外のそれぞれの圧力に一時
的な差が生じさせられる。その結果、前記改造されたコ
ンデンサマイクロホン２１から、被測定体の昇降速度
（上下速度）に比例した電圧信号ｅ（ｔ）として出力さ
れる。

【００１４】次に、これを理論的に説明する。図２に示
す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）、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１
５ａと固定電極板１５ｂとの間の静電容量をＣ、内臓Ｆ
ＥＴトランジスタ１３の入力インピーダンスをＲ、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
と、それを検出する改造コンデンサマイクロホン２１の
出力電圧との関係は次式で与えられる。

【００１５】

【数１】

【００１６】上記数１において、前記改造コンデンサマ
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

【００１７】

【数２】

【００１８】

【数３】

【００１９】

【数４】

【００２０】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１の如く改造することによって得ら
れ、そこから出力される出力信号ｅ（ｔ）の大きさが上
下方向の運動の速度に比例して変化し、上下速度センサ
を形成することを示している。

【００２１】［第１実施例］次に、図３に基づいて、こ
の実施例の構成を詳細に説明する。２２は上下速度セン
サで、図２で説明した改造コンデンサマイクロホン２１
等を使用し、その外部引き出し用リード線１７からの検
出信号を後述の積分回路２４に供給する。２３は常開の
リセットスイッチで、測定準備ができて測定を開始しす
る直前に一時的にオンする。積分回路２４は、前段に図
示されないバンドパスフィルタを有し、該バンドパスフ
ィルタは、前記コンデンサマイクロホン２１がマイクロ
ホンとしての機能を有していることから周囲からの音等
のノイズを遮断し、その結果人間の運動に伴う上下速度
信号が入力され、その入力信号を積分して、上下変位量
信号を作成して出力する。なお、前記積分は前記リセッ
トスイッチ２３からのリセット信号を受けてからの前記
上下速度信号を積分する。２５はクロック信号発生回路
で、所定周波数のクロックパルスを出力する。２６はサ
ンプリング回路で、前記積分回路２４から出力される上
下変位量信号を前記クロック信号発生回路２５からのク
ロックパルスに同期してサンプリングする。

【００２２】２７は波形記憶回路で、前記サンプリング
回路２６から逐次供給される最新の上下変位量信号を時
系列的に記憶する。また前記波形記憶回路２７は前記リ
セットスイッチ２３からリセット信号が供給されると、
記憶内容をすべてキャンセルし、初期化する。２８は最
大振幅値検出回路で、前記波形記憶回路２７に記憶され
た波形に基づいてその波形の最大ピーク値（基準レベル
はリセットスイッチ２３がオンされたときの初期値に相
当する）を検出し、その検出値が表示部２９に供給され
て表示する。

【００２３】次に上記回路構成のケースに納め、実装し
た状態のものを図５乃至図８に基づいて説明する。図５
乃至図８において、４０は一対の竿状の耳掛け用部材
で、その双方の一端部はコイル状のスプリング部材４１
で、形状が円弧状になるように形成されて、図６に示す
ようにあご４から耳までの寸法が大きな人の場合には破
線Ａのように延び、また逆に短い人の場合には実線Ｂの
ように寸法が小さくなっている。また双方の他端４２に
は後述のあご当部材４３の開口部の互いに対向する部分
が取り付けられている。

【００２４】あご当部材４３は、椀状（中央部に凹状の
最深部４４が形成され、その最深部４４に被測定者のあ
ご４が入り込むように）に形成され、かつその開口部は
楕円状に形成されている。即ち、あご当部材４３は先端
に向けて尖るように形成されている。４５は回路収納部
で、前記あご当部材４４の外側上側面の先端部になるべ
く近づけて設けてられ、その回路収納部４５内には前記
で説明した図３に示す回路が収納されている（特に、上
下速度センサ２２が先端に位置するように設けられるこ
とが望ましい）。なお、図３におけるリセットスイッチ
２３のボス部（操作部）２３ａは、回路収納部４５の外
部から押圧操作できるように設けられている。また、表
示部２９の表示器の表示面が外部から見えるように露出
されれて設けられている。

【００２５】次に上記構成の作用説明を行う。図８に示
すように被測定者１はあご当部材４３の最深部４４にあ
ご４の先端が当たるようにあご当部材４３の中にあご４
を入れ、かつ耳掛け用部材４０の一端部に形成された双
方の円弧状のスプリング部材４１を双方の耳に掛ける。
その後、被測定者１は、うつ伏せになり、あご４をマッ
ト３面に付ける。その時点で、リセットスイッチ２３の
ボス部２３ａを押圧すると、積分回路２４と波形記憶回
路２７がリセットされる。その後、被測定者１は体を反
らし、あご４を最大限上方にまで持ち上げ、最大位置に
まで達したら体をもとの初期の状態に戻す。

【００２６】一方、あご４の上下変位状況が上下速度セ
ンサ２２によって逐次検出され、その検出出力が初期値
０の積分回路２４によって積分され、上下方向変位量が
検出される。その検出結果のすべては、サンプリング回
路２６を介して波形記憶回路２７に記憶される。その記
憶結果は次段の最大振幅値検出回路２８に供給され、最
大振幅値が算出され、その算出結果、即ちあご４の持ち
上げられた高さが表示部２９に体の柔軟性として表示さ
れる。

【００２７】［第２実施例］図４に基づいて構成を説明
をする。同図において、３０は絶対圧を検出する気圧セ
ンサで、絶対圧に比例した電気信号を出力するもので、
例えば水晶振動子を利用したもの等がある。３１は図３
におけるリセットスイッチ２３と同一のものである。３
２は気圧変化量算出回路で、単位時間当たりの気圧変化
量を算出し、またリセットスイッチ２３からリセット信
号を受けて算出結果がリセットされる。

【００２８】３３は気圧・変位量変換回路で、前記気圧
変化量算出回路３２からの算出出力に基づいて変位量を
算出する。３４は最大変化量検出回路で、前記気圧・変
位量変換回路３３からの出力に基づいて最大変化量を算
出し、最大変化量が算出されると、音声等を発生する報
知部３５に対して最大値に到達したことを被測定者１に
知らせるための信号を出力する。

【００２９】３６は絶対気圧入力部で、テンキー等から
なり天気図等を基にして測定時の絶対気圧を入力する。
３７は補正部で、前記絶対気圧入力部３６で設定された
絶対気圧に対応する信号を受けて、前記最大変化量検出
回路３４から供給される最大変位量を補正して表示部３
８に供給して表示せしめる。

【００３０】次に上記構成の作用説明を行う。第１実施
例の如く、被測定者１はあご当部材４３の最深部４４に
あご４の先端が当たるようにあご当部材４３の中にあご
４を入れ、かつ双方の耳掛け用部材４０の一端部の円弧
状のスプリング部材４１を双方の耳に掛ける。その後、
被測定者１は、うつ伏せになり、あご４をマット３面に
付ける。その時点で、リセットスイッチ２３のボス部２
３ａを押圧すると、気圧変化量算出回路３２に対してリ
セット信号を演算開始信号として供給する。その後、被
測定者１は体を反らし、あご４を最大限上方にまで持ち
上げ、最大位置にまで達したら体をもとの初期状態に戻
す。

【００３１】一方、そのあご４の上下変位状況が気圧セ
ンサ３０によって逐次検出され、その検出出力が、初期
化された気圧変化量算出回路３２に供給され、リセット
スイッチ３１がオンされた時点からの気圧の変化量が算
出される。その算出された気圧変化量は気圧・変位量変
換回路３３で変位量に変換され、さらに最大変化量が最
大変出量検出回路３４で求められ、求められると報知部
３５から測定が終了したことを知らせる。また、一方で
求められた最大変化量は補正部３７で補正されて、表示
部３８に供給されあご４の持ち上げられた高さが体の柔
軟性として表示される。

【００３２】なお、上記第１実施例において、波形記憶
回路２７と最大振幅値検出回路２８開との間に波形判定
回路を介挿し、またその波形判定回路の外付け回路とし
てあご４の上下変位量の各種パターンが記憶させられた
メモリを設けて、波形判定回路において前記波形記憶回
路２７に記憶された波形と、メモリに記憶された波形と
を比較してほぼ近似している場合には測定した波形（ノ
イズではない）として、最大振幅値検出回路２８に供給
する構成にしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は被測定
体の測定部分の上下移動に伴う圧力変化に基づいて前記
被測定体の上下方向変位量を測定することを特徴とする
上下方向変位量測定方法であるので、被測定体の上下方
向変位量を機械的に、かつ極めて簡単な方法で測定でき
るようになるという有効、かつ優れた効果が発揮され
る。また、この方法を実施例に示す如く体力テストの一
種である伏臥上体そらしの測定に応用することによって
測定を非常に効率的、かつ精度よく行うことができるよ
うになると云う効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来からオーデイオ等において使用されている
コンデンサマイクロホンの断面説明図である。

【図２】本発明による第１実施例に用いられる、図１で
説明したオーデイオ用コンデンサマイクロホンを利用し
た上下速度センサの断面説明図である。

【図３】本発明による第１実施例を示す回路ブロック図
である。

【図４】本発明による第２実施例を示す回路ブロック図
である。

【図５】図３及び図４に示す回路ブッロク図が実装され
るものの上方平面説明図ある。

【図６】図５に示したものの側面説明図である。

【図７】図６の要部説明図である。

【図８】図７のＡＢ断面による要部断面説明図である。

【図９】本発明の作用説明図である。

【図１０】本発明の先行技術を説明するための作用説明
図である。

【符号の説明】

１０ コンデンサマイクロホン ２２ 上下速度センサ ２３、３１ リセットスイッチ ２４ 積分回路 ２６ サンプリング回路 ２７ 波形記憶回路 ２８ 最大振幅値検出回路 ２９、３８ 表示部 ３０ 気圧センサ ３２ 気圧変化量算出回路 ３３ 気圧・変位量変換回路 ３４ 最大変化量検出回路 ３５ 報知部 ３６ 絶対気圧入力部 ３７ 補正部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定体の測定部分の上下移動に伴う圧
   力変化に基づいて前記被測定体の上下方向変位量を測定
   することを特徴とする上下方向変位量測定方法。