JP2013205265A

JP2013205265A - 計測器

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Publication number: JP2013205265A
Application number: JP2012075380A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Uchida; 宏打田; Kaoru Takamura; 馨高村
Original assignee: Genetec Corp
Current assignee: Genetec Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP5744783B2

Abstract

【課題】加速度の値が大きくことなる振動と衝撃を正確に計測出来る計測器を提供する。
【解決手段】計測器１は、加速度を一定時間ごとに計測する振動センサー１１を備える。振動センサー１１の感度幅よりも広く且つ振動センサーの測定分解能よりも低い感度特性を有し、加速度を一定時間ごとに計測する衝撃センサー１３を備える。振動センサー１１で得られた加速度に関する情報と、衝撃センサー１３で得られた加速度に関する情報とを、測定した時間情報とともに記録する記録部１５を備える。振動センサー１１や衝撃センサー１３を実装した基板は、計測器１の外形を構成する筐体の計測対象物と接触する面の内側に接着により固定され、筐体の計測対象物と接触する面の外側は、平面形状を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、計測器に関し、特に、振動と衝撃の両方を解析するための情報を計測する計測器に関する。

貨物の輸送中の振動を記録する装置が提案されている。特許文献１は、２つの加速度計を用い、第１の加速度計で振動を検知し、振動を検知した時に第２の加速度計の出力信号を記録する振動記録装置を開示する。

特開２００６−３８４８２号公報

しかし、特許文献１の装置は、加速度計を２つ備えているものの、振動と衝撃といった、加速度の値が大きく異なる複数種類の加速度を正確に計測することは出来ない。

したがって本発明の目的は、加速度の値が大きくことなる振動と衝撃を正確に計測出来る計測器や、当該計測器を含む振動衝撃計測システムを提供することである。

本発明に係る振動衝撃計測システムは、加速度を一定時間ごとに計測する振動センサーと、振動センサーの感度幅よりも広く且つ振動センサーの測定分解能よりも低い感度特性を有し、加速度を一定時間ごとに計測する衝撃センサーと、振動センサーで得られた加速度に関する情報と、衝撃センサーで得られた加速度に関する情報とを、測定した時間情報とともに記録する記録部と、入出力部とを有する計測器と、時計情報を入手可能であって、入出力部を介して計測器に時計情報を出力する解析装置とを備え、時間情報は、時計情報に基づいて算出されるものであり、解析装置は、振動センサーで得られた加速度に関する情報と振動センサーで得られた加速度に関する情報の時系列変化を示すグラフ表示や、指定した時間帯における加速度のパワースペクトル密度解析の表示の少なくとも一方を行う。

振動に基づく加速度と、衝撃に基づく加速度は値が大きく異なるが、本発明における振動衝撃計測システムでは、感度特性が異なる２つの加速度センサーを用いるため、振動に基づく加速度についても、衝撃に基づく加速度についても、正確に測定出来、かかる測定結果を解析装置に表示させることで、衝撃や振動の計測対象物（貨物）への影響を正しく解析することが可能になる。

計測器は、比較的小さい部品で構成することが可能であり、６ｃｍ〜８ｃｍ角の直方体形状の筐体に計測器を構成する部材を収めることが出来るため、計測器が邪魔になりにくい。また、例えば、計測対象物の上面四隅に複数の計測器を載置し、１つの計測対象物における異なる位置の振動や衝撃の差異を把握することも可能になる。

また、計測器と解析装置の時計情報のズレが無い状態で、計測器で得られた加速度に関する情報に基づいて、解析装置の表示装置上に振動や衝撃に関する情報を表示させることが可能になる。解析装置がインターネット時刻サーバーと同期可能な場合や原子時計からの時計情報を受信出来る場合は、正確な時計情報で振動などに関する時系列情報を表示させることが可能になる。

好ましくは、振動センサーや衝撃センサー、若しくは振動センサーや衝撃センサーを実装した基板は、計測器の外形を構成する筐体の計測対象物と接触する面の内側に接着により固定され、筐体の計測対象物と接触する面の外側は、平面形状を有する。

計測対象物（貨物）が受けた衝撃や振動が、殆ど変化せずに、振動センサーや衝撃センサーに伝わり、実際の振動波形や衝撃波形に近い情報を得ることが可能になる。

また、好ましくは、計測器と別体構成であり、位置情報を測定した時間情報とともに記録する位置検出装置に記録された位置情報と時間情報とに基づいて、解析装置は、グラフ表示やパワースペクトル密度解析の表示において指定した時間の位置情報を表示する。

解析装置が、位置検出装置から位置情報と時間情報とを取得すれば、計測器からの加速度に関する情報に対応した位置情報を算出することが可能になり、指定した時間における加速度の情報だけでなく、当該位置情報に基づいて指定した時間において計測対象物（貨物）の位置を地図表示することも可能になる。

本発明に係る計測器は、加速度を一定時間ごとに計測する振動センサーと、振動センサーの感度幅よりも広く且つ振動センサーの測定分解能よりも低い感度特性を有し、加速度を一定時間ごとに計測する衝撃センサーと、振動センサーで得られた加速度に関する情報と、衝撃センサーで得られた加速度に関する情報とを、測定した時間情報とともに記録する記録部とを備える。

振動に基づく加速度と、衝撃に基づく加速度は値が大きく異なるが、本発明における計測器では、感度特性が異なる２つの加速度センサーを用いるため、振動に基づく加速度についても、衝撃に基づく加速度についても、正確に測定出来、かかる測定結果を記録しているので、測定後に別体の解析装置に表示させることで、衝撃や振動の貨物への影響を正しく解析することが可能になる。

また、好ましくは、計測器の周囲の空気の温度と湿度の少なくとも一方を一定時間ごとに計測するセンサーを更に備え、記録部は、センサーで得られた温度と湿度の少なくとも一方に関する情報を記録する。

食品など温度や湿度の変化によって変質するモノを貨物として取り扱う場合に、振動や衝撃の時系列変化以外に、温度や湿度の時系列変化を把握することが可能になる。

また、好ましくは、操作部と、操作部によって設定された操作状態を表示する表示部を更に備え、操作部によって設定された時間帯に、振動センサーと衝撃センサーによる加速度の計測や、計測結果の記録部への記録が行われる。

計測器に設けられた表示部に表示された操作状態を見ながら、操作部を操作することにより、振動センサーや衝撃センサーによる加速度計測の時間帯を設定することが出来、外部機器を使わずに、計測器だけで、動作設定を行うことが出来る。

以上のように本発明によれば、加速度の値が大きくことなる振動と衝撃を正確に計測出来る計測器や、当該計測器を含む振動衝撃計測システムを提供することができる。

本実施形態における振動衝撃計測システム（計測器の斜視図を含む）の構成図である。計測器の各部の構成を示すブロック図である。計測器の内部の配置の一例を示すブロック図である。振動センサーや衝撃センサーの子基板が接着された計測器の筐体を示す斜視図である。解析装置の表示装置において表示される、振動センサーや衝撃センサーで得られた３方向の加速度に関する情報の時系列変化を示すグラフ表示の一例を示す図である。解析装置の表示装置において表示される、指定した時間帯における３方向の加速度のパワースペクトル密度解析の表示の一例を示す図である。解析装置の表示装置において表示される、振動センサーや衝撃センサーで得られた１方向の加速度に関する情報の時系列変化を示すグラフ表示の一例を示す図である。解析装置の表示装置において表示される、指定した時間帯における１方向の加速度のパワースペクトル密度解析の表示の一例を示す図である。

以下、本実施形態について、図を用いて説明する。本実施形態における振動衝撃計測システム１は、計測器１０と、解析装置５０を備える（図１、図２参照）。

計測器１０は、振動センサー１１、衝撃センサー１３、記録部１５、制御部１７、バッテリー１９、表示部２１、入出力部２３、操作部２５を有し、輸送手段（トラックや鉄道など）で運ばれる貨物などといった計測対象物に取り付けられ、操作部２５を使って設定した測定時間中に、振動センサー１１で得られた加速度に関する情報や衝撃センサー１３で得られた加速度に関する情報を、記録部１５に記録する。

解析装置５０は、制御装置や表示装置や入出力装置を有し、計測器１０に記録された振動や衝撃に関する情報を解析するプログラムがインストールされた装置で、振動センサー１１で得られた加速度の時系列変化や衝撃センサー１３で得られた加速度の時系列変化を示すグラフ表示（図５、図７参照）や、指定した時間帯における加速度のパワースペクトル密度（ＰＳＤ：Power Spectral Density）解析の表示（図６、図８参照）を行う。

まず、計測器１０の構成について説明する。

振動センサー１１は、直交する３方向（ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向）の加速度を、一定時間（たとえば２ｍｓ）ごとに、すなわち一定のサンプリング周波数で、測定する加速度センサーを有し、主に振動（ある量の大きさが、時間とともにある基準の値よりも大きくなったり小さくなったりする減少）に基づく加速度を測定するために使用される。

衝撃センサー１３は、直交する３方向（ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、振動センサー１１の検出方向と同じ）の加速度を、一定時間（たとえば２ｍｓ）ごとに、すなわち一定のサンプリング周波数で、測定する加速度センサーを有し、衝撃（輸送中および荷役中に貨物に対する力、位置、速度または加速度が突然変化して、貨物に過渡的な動的変化をもたらす励振またはその状態）に基づく加速度を測定するために使用される。

但し、振動センサー１１や衝撃センサー１３の加速度センサーは３軸のものに限る訳ではなく、１軸や２軸のものであってもよい。

振動センサー１１が測定出来る加速度の範囲（感度幅）は、衝撃センサー１３が測定出来る加速度の範囲よりも狭くなるような感度特性の加速度センサーが振動センサー１１や衝撃センサー１３に使用される。すなわち、振動センサー１１が有する加速度センサーの感度幅は、衝撃センサー１３が有する加速度センサーの感度幅よりも狭く、振動センサー１１が有する加速度センサーの測定分解能は、衝撃センサー１３が有する加速度センサーの測定分解能よりも高い。例えば、振動センサー１１は約８Ｇ（≒８０ｍ／ｓ^２）まで測定出来る加速度センサーを用い、衝撃センサー１３は約２４Ｇ（≒２４０ｍ／ｓ^２）まで測定出来る加速度センサーを用いる形態が考えられる。このため、測定出来る加速度の範囲を超える衝撃を受けた時は、振動センサー１１は正しい加速度を測定することが出来ない。

振動センサー１１や衝撃センサー１３、若しくは振動センサー１１や衝撃センサー１３を実装した子基板は、制御部１７などの他の回路や部材を実装したメイン基板とは別体で、計測器１０の外形を構成する筐体の内側（例えば、底面など貨物（計測対象物）と接触する面の内側）に固定される。振動センサー１１や衝撃センサー１３の筐体への固定は、振動などにより固定状態が緩まないように接着により行われるのが望ましい（図３、図４参照）。また、貨物と接触する筐体の計測対象物と接触する面の外側は、突起部が無い平面形状を有するのが望ましい。貨物と計測器１０との固定は、接着により行われるのが望ましい。

記録部１５は、記録媒体若しくは、脱着可能な記録媒体を保持する装置であり、当該記録媒体に、振動センサー１１で測定した加速度や衝撃センサー１３で測定した加速度に関する情報を測定した時間情報（測定した時点の時計情報）とともに記録する。

制御部１７は、計測器１０の各部を制御したり、入出力部２３を介して計測器１０と接続された外部機器（例えば、解析装置５０）との間で信号送受信の制御を行ったりする。

バッテリー１９は、計測器１０の各部に電力を供給する。バッテリー１９は、入出力部２３を介して外部からの電力で充電可能なものを用いるのが望ましい。

表示部２１は、動作状態（現在時刻（時計情報）、測定中かどうかの表示、バッテリー１９の充電状態、３方向の加速度の値など）や、操作部２５を使って設定した内容（サンプリング周波数、測定開始時間など）を表示する。

入出力部２３は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）など、外部機器と接続するための端子を有し、バッテリー１９の充電や、外部機器との信号送受信に使用される。

操作部２５は、計測器１の計測動作の設定（電源オンオフ、測定開始や測定終了など）を行うために使用される。また、３方向それぞれの測定値にオフセット値を加算してキャリブレーション（計測器具の偏りを基準量によって正す操作）を行うためにも使用される。

計測器１０の各部の具体的な配置例を説明する（図３参照）。振動センサー１１を実装した子基板や衝撃センサー１３を実装した子基板が、下側の筐体の底面内側にエポキシ樹脂などで接着される。これらに蓋をするように鉄板が下側の筐体にネジ止めされ、鉄板にバッテリー１９が取り付けられる。記録部１５や制御部１７や入出力部２３が実装されたメイン基板は、上側の筐体にネジ止めされる。記録部１５のスロットは、上側の筐体の側面に設けられた孔を介して、記録媒体の出し入れが可能なように配置され、入出力部２３の端子は、上側の筐体の側面に設けられた孔を介して、外部機器と接続出来るように配置される。上側の筐体の上面や側面には、表示部２１や操作部２５が設けられる。上側の筐体と下側の筐体とは、ネジ止め後に下側の筐体の底面から突出しないネジで取り付けられる。図３の構成図は、各部を接続する線材を省略している。

記録部１５の記録媒体に記録された加速度に関する情報は、解析装置５０に転送される。当該加速度に関する情報の転送は、記録部１５に着脱可能な状態で取り付けられた記録媒体（メモリーカードなど）を解析装置５０に装着して行う形態であってもよいし、ＵＳＢケーブルなどで計測器１０と解析装置５０を接続し入出力部２３を介してデータ転送する形態であってもよい。

使用者が解析装置５０を操作して、解析装置５０における解析プログラムが起動すると、解析装置５０の表示装置は、振動センサー１１で得られた加速度の時系列変化や衝撃センサー１３で得られた加速度の時系列変化を示すグラフ表示（３軸表示：図５参照、１軸表示：図７参照）や、指定した時間帯における加速度のパワースペクトル密度解析の表示（３軸表示：図６参照、１軸表示：図８参照）を行う。

グラフ表示では、振動センサー１１で検出された加速度の指定された時間帯の時系列表示、衝撃センサー１３で検出された加速度の指定された時間帯の時系列表示、振動センサー１１で検出された加速度の総ての時間帯の時系列表示、衝撃センサー１３で検出された加速度の総ての時間帯の時系列表示が行われる。使用者によって指定された時間帯は、総ての時間帯のグラフ表示において他の時間帯と異なる色で表示される形態であってもよい。

パワースペクトル密度解析の表示では、振動センサー１１で検出された加速度の指定された時間帯のパワースペクトル密度解析の表示、衝撃センサー１３で加速度の指定された時間帯のパワースペクトル密度解析の表示、振動センサー１１で検出された加速度の総ての時間帯の時系列表示、衝撃センサー１３で検出された加速度の総ての時間帯の時系列表示が行われる。使用者によって指定された時間帯は、総ての時間帯のグラフ表示において他の時間帯と異なる色で表示される形態であってもよい。

図５、図７のグラフ表示や、図６、図８のパワースペクトル密度解析の表示では、計測器１０で衝撃センサー１３のｘ方向の加速度計測について、キャリブレーションを行わない状態で計測した加速度情報を表示したため、上方に１００ｍ／ｓ^２ほどずれた値を示している。

解析装置５０の制御装置は、解析装置５０に転送された加速度に関する情報をＣＳＶ（Comma Separated Values）形式のファイルを作成し、解析装置５０の記録装置に保存する形態を有していても良い。これにより、他のアプリケーションソフトで加速度に関する情報を活用することも可能になる。

解析装置５０の制御装置は、入出力部２３を介して、時計情報（日時に関する情報）を計測器１０に送信し、計測器１０は、解析装置５０から送られてきた時計情報に基づいて、計測器１０内部の時計情報を更新する。記録部１５の記録媒体に、加速度に関する情報と共に記録する時間情報は、当該時計情報に基づいて算出される。

これにより、計測器１０と解析装置５０の時計情報のズレが無い状態で、計測器１０で得られた加速度に関する情報に基づいて、解析装置５０の表示装置上に振動や衝撃に関する情報を表示させることが可能になる。また、解析装置５０がインターネット時刻サーバーと同期可能な場合や原子時計からの時計情報を受信出来る場合は、正確な時計情報で振動などに関する時系列情報を表示させることが可能になる。

振動など、計測器１０が外部から受ける力が比較的小さく、振動センサー１１で当該力に基づく加速度を正しく計測出来る場合は、振動センサー１１も衝撃センサー１３も加速度に関する情報を正しく検出出来る（図５の期間Ａ参照）。ただし、振動センサー１１の方が、測定分解能が高いので、衝撃センサー１３に基づく加速度情報よりも、振動センサー１１に基づく加速度情報の方が、正確な加速度情報を得ることが出来る。

衝撃など、計測器１０が外部から受ける力が大きく、振動センサー１１で当該力に基づく加速度を正しく計測出来ない場合は、振動センサー１１が検出した加速度に関する情報を正しく検出することは出来ないが、衝撃センサー１３が加速度に関する情報を検出出来る（図５の期間Ｂ参照）。

振動に基づく加速度と、衝撃に基づく加速度は値が大きく異なるが、本実施形態における振動衝撃計測システム１では、感度特性（感度幅、測定分解能）が異なる２つの加速度センサーを用いるため、振動に基づく加速度（絶対値が比較的小さい加速度）についても、衝撃に基づく加速度（絶対値が比較的大きい加速度）についても、正確に測定出来、かかる測定結果を解析装置５０に表示させることで、衝撃や振動の貨物への影響を正しく解析することが可能になる。

計測器１０は、比較的小さい部品で構成することが可能であり、６ｃｍ〜８ｃｍ角の直方体形状の筐体に計測器１０を構成する部材を収めることが出来るため、輸送時に計測器１０が邪魔になりにくい。また、例えば、貨物の上面四隅に複数の計測器１０を載置し、１つの貨物における異なる位置の振動や衝撃の差異を把握することも可能になる。

また、計測器１０に設けられた表示部２１に表示された操作状態を見ながら、操作部２５を操作することにより、振動センサー１１や衝撃センサー１３による加速度計測の時間帯を設定することが出来、解析装置５０などの外部機器を使わずに、計測器１０だけで、動作設定を行うことが出来る。

また、振動センサー１１や衝撃センサー１３を実装した子基板は、制御部１７などの他の回路や部材を実装したメイン基板とは別に、計測器１０の筐体の貨物と接触する面の内側に張り付けられ、筐体の貨物と接触する面の外側が突起物のない平面構造を有するため、貨物が受けた衝撃や振動が、殆ど変化せずに、振動センサー１１や衝撃センサー１３に伝わり、実際の振動波形や衝撃波形に近い情報を得ることが可能になる。また、かかる子基板以外は、筐体にネジ止め出来るため、接着作業による工数負担増は子基板の固定だけに抑えることが出来る。

また、計測器１０は、計測器１０の周囲の空気の温度や湿度の少なくとも一方を一定時間ごとに計測するセンサーを有してもよい。例えば、筐体の上面や側面にかかるセンサーを設ける形態が考えられる。この場合には、温度や湿度に関する情報を測定した時間情報とともに記録部１５の記録媒体に記録する。食品など温度や湿度の変化によって変質するモノを貨物として取り扱う場合に、振動や衝撃の時系列変化以外に、温度や湿度の時系列変化を把握することが可能になる。

また、振動衝撃計測システム１は、計測器１０における測定中に、計測器１０を載置した貨物を輸送する輸送手段の上方にＧＰＳ（Global Positioning System）などの位置検出装置７０を計測器１０の別体構成で設け、位置検出装置７０が位置情報を測定した時間情報とともに記録する形態であってもよい。

解析装置５０が、位置検出装置７０から位置情報と時間情報とを取得すれば、計測器１０からの加速度に関する情報に対応した位置情報を算出することが可能になり、指定した時間における加速度の情報だけでなく、当該位置情報に基づいて指定した時間において計測器１０を載置した貨物の位置を地図表示することも可能になる。

１０計測器
１１振動センサー
１３衝撃センサー
１５記録部
１７制御部
１９バッテリー
２１表示部
２３入出力部
２５操作部
５０解析装置

Claims

加速度を一定時間ごとに計測する振動センサーと、前記振動センサーの感度幅よりも広く且つ前記振動センサーの測定分解能よりも低い感度特性を有し、加速度を一定時間ごとに計測する衝撃センサーと、前記振動センサーで得られた加速度に関する情報と、前記衝撃センサーで得られた加速度に関する情報とを、測定した時間情報とともに記録する記録部と、入出力部とを有する計測器と、
時計情報を入手可能であって、前記入出力部を介して前記計測器に前記時計情報を出力する解析装置とを備え、
前記時間情報は、前記時計情報に基づいて算出されるものであり、
前記解析装置は、前記振動センサーで得られた加速度に関する情報と前記振動センサーで得られた加速度に関する情報の時系列変化を示すグラフ表示や、指定した時間帯における加速度のパワースペクトル密度解析の表示の少なくとも一方を行うことを特徴とする振動衝撃計測システム。
前記振動センサーや前記衝撃センサー、若しくは前記振動センサーや前記衝撃センサーを実装した基板は、前記計測器の外形を構成する筐体の計測対象物と接触する面の内側に接着により固定され、
前記筐体の計測対象物と接触する面の外側は、平面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の振動衝撃計測システム。
前記計測器と別体構成であり、位置情報を測定した時間情報とともに記録する位置検出装置に記録された位置情報と時間情報とに基づいて、前記解析装置は、前記グラフ表示や前記パワースペクトル密度解析の表示において指定した時間の位置情報を表示することを特徴とする請求項１に記載の振動衝撃計測システム。
加速度を一定時間ごとに計測する振動センサーと、
前記振動センサーの感度幅よりも広く且つ前記振動センサーの測定分解能よりも低い感度特性を有し、加速度を一定時間ごとに計測する衝撃センサーと、
前記振動センサーで得られた加速度に関する情報と、前記衝撃センサーで得られた加速度に関する情報とを、測定した時間情報とともに記録する記録部とを備えることを特徴とする計測器。
前記振動センサーや前記衝撃センサー、若しくは前記振動センサーや前記衝撃センサーを実装した基板は、前記計測器の外形を構成する筐体の計測対象物と接触する面の内側に接着により固定され、
前記筐体の計測対象物と接触する面の外側は、平面形状を有することを特徴とする請求項４に記載の計測器。
前記計測器の周囲の空気の温度と湿度の少なくとも一方を一定時間ごとに計測するセンサーを更に備え、
前記記録部は、前記センサーで得られた温度と湿度の少なくとも一方に関する情報を記録することを特徴とする請求項４に記載の計測器。
操作部と、
前記操作部によって設定された操作状態を表示する表示部を更に備え、
前記操作部によって設定された時間帯に、前記振動センサーと前記衝撃センサーによる加速度の計測や、前記計測結果の前記記録部への記録が行われることを特徴とする請求項４に記載の計測器。