【発明の詳細な説明】
測定装置および測定方法
本発明は、測定値を得るための少なくとも1つの第1ユニットと、各第1ユニ
ットに接続した第2ユニットとを包含する測定装置に関する。さらに、本発明は
測定値を処理するための方法に関する。
従来の大抵の測定装置は、重要なパラメータを測定する1つまたはそれ以上の
センサと、表示する前に測定値を処理する演算処理装置とを包含する。例えば米
国特許第5126937号は演算処理装置に接続している複数の測定部を含んで
いる生物学的情報測定装置に関するものである。この演算処理装置は、測定セク
ションで得た値を測定セクションによって測定された温度に対して補正された出
力値に変換し、表示装置と記録計に補正済みの値を出力する。
多くの用途において、重要なパラメータは直接に測定することはできないが、
1つまたはそれ以上の他のパラメータを測定して、測定値に基づきかつ数学的モ
デルに従って重要なパラメータを計算できるようにしなければならない。例えば
肺壁の弾性をモニタして新薬に対する患者の反応を検査したい場合、弾性を直接
測定することはできないが、吸入流量と肺の圧力を測定してそれに基づいて弾性
を計算することはできる。
数的モデルは時には複雑であり、異なるセンサーからの測定値を使用していく
つかの段階を経て時間のかかる計算を行わなければならない。リアルタイムで結
果を提示できるようにするためには、いくらかの段階を並行して実行しなければ
ならないかもしれない。同期システムにおいては、並行計算段階を実施する時間
が異なる可能性があることを勘案しなければならない。システムが間違って設計
され、その結果を使用することになっている先の計算段階が終了する前に後の計
算段階が始まった場合、測定値に
固有の時間情報が失われ、システムが計算段階から外れて作動し、不正確な結果
が得られることになる。
本発明の第1の目的は、段階的な計算から外れて行われた計算による不正確な
結果のリスクを排除する測定方法および測定装置を提供することにある。
測定装置は、関係する種々の計算に必要な特定の時間を考慮しなければならな
いので、用途毎に特定の設計をしなければならず、これは時間がかかるし、高価
なものになる。ちなみに、大抵の測定装置は1つの用途についてのみ使用される
。
したがって、本発明の第2の目的は、種々の用途に容易に適用できる融通性の
ある測定装置を提供することにある。
測定装置、特に研究開発のために使用される測定装置と関連する更なる問題は
、測定装置によって実施される実験の文書化である。研究室の実務環境を良好に
するために、すべての薬理学的実験は反復できるように文書化しなければならな
い。しかしながら、主要な測定データとそれに基づく計算結果は、今日、しばし
ばディスケットなどに記憶されており、どのセンサを用い、どの較正係数などを
用いて実験をどのように行ったかを文書化するのは研究者の責任である。もしこ
の情報がすべて記録される場合、手作業で行われることが多いので、エラーが生
じる可能性がある。
したがって、本発明の第3の目的は、実施された測定の文書化を容易にする測
定装置を提供することにある。
上記の目的は、添付の請求の範囲に記載した特徴を有する測定装置および測定
値を処理する方法によって達成される。
したがって、時間指示を各測定値へ割り当て、同時に測定されているが種々の
持続時間で処理を施されている可能性のある値を再同期させるよう
にこの時間指示を使用することによって、時間情報が失われたり、システムが段
階を踏まずに作動するというリスクがもはやなくなる。
換言すると、或る特定の時点の検査対象の状態を表す対応する測定値について
計算を実施し、対応する測定値を表示するか、あるいは、同期化された測定値を
必要とする他の任意の操作を実施するために、同時に得られたために最初に同期
化されている測定値は非同期で処理され、それから、時間指示によって再同期化
することができる。
測定値を処理することにより、対応する未処理の測定値の時間指示とは異なる
時間指示を有する処理済みの測定値を得ることができる。しかしながら、処理済
みの測定値の「時間基点」を反映させるために、これらの測定値は、常に、対応
する未処理の測定値の時間指示に基づいている。同期操作は、値を時系列順に並
べることも含み得る。
本発明による測定装置は、測定値を得るための1つまたはそれ以上の第1のユ
ニット、例えばセンサ・ユニットを包含することができる。第1ユニットが1つ
だけの場合、この第1ユニットによって得られた測定値のストリームを非同期で
処理される測定値の2つの全く同じストリームに分割したときに、測定値を同期
化する必要が生じる。測定値を得る第1ユニットが2つまたはそれ以上ある場合
には、同時に得られた測定値に割り当てられた時間指示は、実質的に同じである
はずであり、後に再同期化することができる。
本発明による測定装置の設計は、それぞれの処理段階の持続時間を考慮する必
要がないので、従来の測定装置に比べてかなり容易となる。
本発明による装置は、すべてのユニットが1つのプロセッサを含むインテリジ
ェント・ユニットであり、その動作が異なったユニットにロードされたプログラ
ムによって決まるので、融通性もあり、種々の測定に容易に
適用される。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しながら説明する。
図面において、第1図は、本発明による測定装置のハードウェア構成を示す概
略ブロック図であり、第2図は電力を測定するのに適用される本発明による測定
方法を示す概略ブロック図である。
第1図に示すように、本発明による測定装置は、本質的に、測定コンピュータ
1、ワークステーション2およびデータベース3を包含し、これらはすべてデー
タ・ネットワーク4に接続している。測定コンピュータ1は、複数のセンサ・ユ
ニットs1、s2・・・・、snを包含し、各センサ・ユニットは、それぞれのチャ
ネル・ユニットch1、ch2・・・・、chnを経て演算処理装置cpに接続して
いる。
この測定装置を使用するとき、センサ・ユニットs1−snが検査対象、例え
ば実験動物に接続され、種々のパラメータを測定する。この目的のために、セン
サ・ユニットは、異なる種類のゲージ、例えば圧力ゲージ、温度ゲージ、流量ゲ
ージを包含し得る。
さらに、各センサ・ユニットs1−snは、ゲージで測定した値をゲージに接
続されたディジタル化するA−D変換器および測定値を処理、例えば測定値をS
Iユニットにスケーリングし、付随するチャネル・ユニットに情報を送ったり、
そこから情報を受け取ったりするプロセッサを包含する。
各チャネル・ユニットch1−chnは、チャネル・ユニットへロードされた
プログラムに従って計算を実施するプロセッサを包含する。より詳細には、各チ
ャネル・ユニットは、付随するセンサ・ユニットからの測定データだけを使用す
る計算を実施する。このような計算の例としては、フィルタリングと平均化があ
る。また、もっと複雑な計算もチャネル・ユニ
ットで実施できる。チャネル・ユニットにおける処理の目的は、それが処理し、
記憶することになっている主要なデータの量を減らすことによって演算処理装置
をアンードすることにある。しかしながら、演算処理装置をアンロードする必要
がないならば、チャネル・ユニットによる上記の処理は演算処理装置で実施して
もよい。
チャネル・ユニットch1−chnは、たとえば共通バスを経て演算処理装置
cpに接続される。演算処理装置は、それぞれのセンサ・ユニットまたはチャネ
ル・ユニットあるいはこれら両方からの測定データを必要とする計算を実施する
プロセッサを包含する。
さらに、各センサ・ユニットs1−snは、各サンプル採取された測定値のた
めの時間指示を得る手段を包含する。この手段は、クロック・ユニット、例えば
レジスタを包含してもよく、これによって、測定値のための時間指示を得ること
ができる。より詳細には、演算処理装置cpはクロックを包含し、そのクロック
信号が用いられてすべてのクロック・ユニットを増分させ、こうして、クロック
・ユニットが同期化される。実験の開始時、すべてのクロック・ユニットはリセ
ットされてすべてが同じ計数で始動するようになっている。こうして、各測定値
に関連した時間指示が相対的となる。しかしながら、クロック・ユニットのリセ
ット時間が記憶された場合には、測定装置における各事象の絶対時間が確立され
得る。
本測定装置は、次のように作動する。
各センサ・ユニットs1−snのゲージはパラメータをサンプル採取する。サ
ンプル採取された測定値は、アナログからディジタルへ変換され、プロセッサに
入力される。プロセッサは、測定値をSIユニットにスケーリングし、各測定値
を時間指示と関連させる。時間指示は、クロック・ユニットから得られ、測定値
がサンプル採取された時間とゲージによりサン
プル採取したパラメータを定めるデータ・ストリーム識別とを表す。付随する時
間指示およびデータ・ストリーム識別を持つ測定値のデータ・ストリームはチャ
ネル・ユニットに送られる。
クロック・ユニットは、センサ・ユニットの代わりにチャネル・ユニットに配
置してもよい。この場合、測定値は直接それぞれのチャネル・ユニットに送られ
、そこにおいて、時間指示が加えられる。
各チャネル・ユニットch1−chnは、付随するセンサ・ユニットからの測
定値だけを必要とする計算、例えばフィルタリングを、計算ルーチンによって実
施する。計算ルーチンの各々から出力される測定値は、処理された測定値のスト
リームを構成する。チャネル・ユニットのプロセッサは、出力ストリームにおけ
る処理済みの測定値の各々に時間指示を加える。この時間指示の目的は、処理さ
れた測定値の「時間基点」を示すことにあり、その結果、種々の持続時間につい
ての処理を受けて初期固有の同期を失った場合にも、同一の測定値、あるいは、
異なったセンサ・ユニットによって同時にサンプル採取されたいくつかの測定値
から発生する処理済み測定値を後で同期化することができる。ある出力処理済み
の測定値と関連する時間指示は、通常、計算ルーチンに入力された対応する測定
値に関連した時間指示である。しかしながら、それは、たとえば計算が捕間法で
あるときには2つの実際のサンプリング時間の間の時間を表す時間指示でもあり
、あるいは、複数の入力された測定値の時間指示のなかから選ばれた時間指示で
もある。いずれにせよ、処理済みの測定値の時間指示は、対応する1つまたはそ
れ以上の未処理の測定値の時間指示に基づいている。処理済みの測定値の時間指
示を決定するための手段は、計算ルーチンの一部であってもよい。
プロセッサは、計算によって得られたパラメータを定めるデータ・スト
リーム識別もこれらの処理された測定値の各々に加える。チャネル・ユニットに
おける処理からの処理済み測定値のストリームは演算処理装置に送られる。チャ
ネル・ユニットに入力された測定値のストリームまたは中間の計算からの測定値
のストリームあるいはこれら両方は、計算段階にとって必要ならば、あるいは、
測定コンピュータからの出力として使用しようとする場合には、演算処理装置に
送られてもよい。
通常、それぞれのチャネル・ユニットch1−chnにおける処理のために必
要とされた時間は同じではない。したがって、或る時間に異なるチャネル・ユニ
ットから演算処理装置の受け取った測定値は、しばしば、異なる「時間基点」有
し、関連がない。このことは、単一のチャネル・ユニットまたはセンサ・ユニッ
トから或る時間に受け取られ、同じ起源の測定値に基づくが、これらの値の非同
期化処理の結果である測定値にもあてはまる。
関係のあるあるいは対応する測定値に基づく計算を可能にするためには、互い
に対応し、ある特定の計算にとって必要なすべての測定値を受け取るまで、演算
処理装置はデータ・ストリームをバッファリングする。演算処理装置は、時間情
報を使用して種々のデータ・ストリームから対応する測定値を同期化させる。
演算処理装置における計算から得られた最終的なデータ・ストリームは、他の
選ばれたデータ・ストリームと共にワークステーション2に送られ、リアルタイ
ムで表示される。時間指示は、同時間にそれぞれのセンサ・ユニットによって測
定された測定値を同時に表示させ、データベース3に記憶させることができる。
記憶されたデータは、処理された測定値あるいはサンプル採取されたままの測定
値を、それらに付随する時間表示およびそれらのデータ・ストリーム識別と一緒
に含む。
前述の説明から明らかなように、センサ・ユニット、チャネル・ユニットおよ
び演算処理装置はすべてインテリジェント・ユニットであり、ユニットにダウン
ロードされたプログラムに従って種々の演算を実施するようになっていてもよい
。この目的を達成するために、測定コンピュータにおける各ユニットは、不揮発
メモリに記憶される独特の識別コードを与えられる。測定コンピュータをオンに
すると、ユニットのプロセッサが不揮発メモリ内の識別コードを読み取る。次い
で、このプロセッサは、その識別コードを演算処理装置に送ることによってその
プログラムを要求し、演算処理装置は、データベースからプログラムを要求する
。データベースは、測定コンピュータにおいて適用できるすべてのプログラムを
記憶している。演算処理装置がデータベースからプログラムを受け取ると、演算
処理装置はこれらのプログラムをチャネル・ユニットとセンサ・ユニットにダウ
ンロードする。
すべてのプログラムに加えて、データベース3は、測定コンピュータにおける
各ユニットの記述、例えばその識別コード、センサ・ユニットが含むゲージの種
類、その測定レンジ、そのスケーリング・ファクタなどを含む記述も記憶してい
る。さらに、データベースは、測定装置による実行され得るすべての測定につい
ての記述を含んでいてもよい。このような記述は、どのプログラムが測定コンピ
ュータの異なったユニットで使用されたか、どのデータストリームがプログラム
に入力されたか、あるいは、プログラムから出力されたか、あるいは、どのデー
タストリームがワークステーションで表示されることになっているかを定義する
ことができる。
測定を行なう場合には、オペレータはワークステーション2における測定を測
定名を示すことによって選ぶ。該当するプログラム(測定の記述において示され
ている)は、次に、測定コンピュータ1にダウンロードされ
る。オペレータは、また、測定を行おうとしている実験、例えば検査対象に与え
られるべき薬品の投与量についての記述も指定する。さらに、オペレータは、ワ
ークステーションからのセンサ・ユニットのゲージを較正することができる。較
正ファクタは自動的にデータベースに記憶される。
この方法は多くの利点を有する。第1に、オペレータは意図した方法で実験を
実行することができる。第2に、実験についての上記記述を後に実験を繰り返せ
るようにデータベースに記憶されているので、実験を適切に文書化することがで
きる。さらに、測定装置はワークステーションからのみ作動させ得るため、行わ
れるすべてのすべての段階が自動的に文書化され、時間指示を備えることができ
る。第3に、間違ったセンサ・ユニットがあるチャネル・ユニットに接続され、
測定コンピュータのハードウェア構成がデータベースにおける記述に対応してい
ない場合には、センサ・ユニットがプログラムを要求するときにその識別コード
を演算処理装置に送るとき、測定装置は誤っている接続を発見することになる。
オペレータは、ワークステーションで新しい構成の記述を入力することによっ
て新しい測定のための装置を構成することもできる。新しい構成の記述はデータ
ベースに記憶され、したがって、後の段階で使用するために選ばれ得る。
第2図は、電力を測定するときに本発明をどのように適用するかを例示してい
る。測定装置は第1、第2のセンサ・ユニット10、11を有し、各センサ・ユ
ニットはサンプルホールド回路12、13と、FIRフィルタ14、15と、瞬
間電力値を計算するための演算処理装置16とを包含する。第1のサンプルホー
ルド回路12は電圧をサンプル採取する。時間tでサンプル採取された電圧値は
、Utで示してある。サンプルホールド回路は、クロック・レジスタ17から得
た時間指示tおよびデータ・スト
リーム識別「サンプル採取電圧」を電圧サンプルUtと関連付ける。同様に、第
2のサンプルホールド回路13は、時間tで電流Iをサンプル採取する。時間表
示tおよびデータ・ストリーム識別「サンプル採取電流」が電流サンプルItと
関連付けられる。
第1のFIRフィルタ14は2mの長さを有する。したがって、FIRフィル
タ14の出力は2m電圧サンプルの値に依存する。第1のFIRフィルタから時
間tに出力された濾波済みの電圧値はU′t−mで示してあり、そして、時間指
示t−mはそれと関連付けられて時間t−mでの電圧を実質的に表していること
を示す。さらに、データ・ストリーム識別「濾波済み電圧」が濾波済みの電圧値
と関連付けられる。
第2のFIRフィルタ15は、2nの長さを有し、その出力は2n電流サンプ
ルの値に依存する。第2FIRフィルタによって時間tで出力された濾波済みの
電流値はI′t−nで示してある。時間指示t−nおよびデータ・ストリーム識
別「濾波済み電流」は出力と関連づけられる。もしmがnよりも短いならば、第
1FIRフィルタ14によって生じた遅延時間は第2FIRフィルタ15によっ
て生じた遅延時間よりも短くなる。したがって、濾過済みの電圧値U′t−mが
対応する濾波済み電流値I′t−mよりも早く利用できる。したがって、濾波済
み電圧値は演算処理装置における待ち行列18に入る。
時間tで、演算処理装置の計算ルーチン19は、同じ時間指示t−nを有する
濾過済み電圧値U′t−nおよび濾波済み電流値I′t−nの両方が利用できる
ことを検知し、電力Pt−nを計算し、時間指示t−nとデータ・ストリーム識
別「電力」をそれに関連付け、この値が時間t−nで測定された電力を表す電力
値であることを示す。
上に説明した実施例が例示に過ぎないことは言うまでもない。これらの
実施例は添付の請求の範囲内で多くの方法によって変更可能である。上述の第1
実施例では、測定コンピュータはn個のセンサ・ユニットを包含する。しかしな
がら、本発明は、センサ・ユニットが測定装置において後の段階で同期化させら
れる必要がある測定値の少なくとも2つのストリームを生じるならば、単一のセ
ンサ・ユニットだけを包含する測定装置に適用できる。演算処理装置に加えて、
時間指示による同期化はセンサ・ユニットあるいはチャネル・ユニットまたはこ
れら両方でも利用することができる。また、センサ・ユニットはそれぞれのチャ
ネル・ユニットを経て演算処理装置に接続している必要はなく、すべての必要な
処理を実施することができる演算処理装置に直接接続していてもよい。
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1996年8月26日
【補正内容】
請求の範囲
1.第1、第2の測定値のストリームを得るための2つの第1のユニット(s1
−sn;ch1−chn)と、各第1ユニットに接続した第2のユニット(ch
1−chn;cp)とを包含する測定装置であって、各第1ユニット(s1−s
n;ch1−chn)が時間指示を得るための手段を有し、この手段が、各測定
値が得られる時間を表し、この時間指示を前記測定値と関連付け、第2ユニット
(ch1−chn;cp)が測定値と関連付けられた時間指示を使用して第1、
第2のストリームからの測定値を同期化し、第2ユニットが受け取る前にこれら
のストリームの非同期処理を行なえるようになっていることを特徴とする測定装
置。
2.請求項1記載の測定装置において、各第1ユニットが、それによって得られ
た測定値のこのような処理を、他の第1ユニットからの測定値から独立して実施
する処理手段を包含することを特徴とする測定装置。
3.請求項2記載の測定装置において、各第1ユニットが、測定値を得るための
センサ・ユニット(s1−sn)と、他の第1ユニットからの測定値から独立し
て処理を行うチャネル・ユニット(ch1−chn)とを包含することを特徴と
する測定装置。
4.請求項2または3記載の測定装置において、各第1ユニット(s1−sn;
ch1−chn)が、この第1ユニットの実施した処理から得た各定値のための
時間指示を決定し、この時間指示を得られた測定値と関連付ける手段を有するこ
とを特徴とする測定装置。
5.第1の測定値のストリームを得るための第1ユニット(s1−sn;ch1
−chn)と、この第1ユニットに接続した第2ユニット(ch1−chn;c
p)とを包含する測定装置において、第1ユニット(s
1−sn;ch1−chn)が、各測定値が得られた時間を表す時間指示を得、
それを前記測定値と関連付ける手段と、第1の測定値のストリームと同じであり
、同じ時間指示を有する第2の測定値のストリームを生成する手段とを包含し、
第2ユニット(ch1−chn;cp)が、測定値と関連付けられた時間指示を
用いて第1、第2のストリームからの測定値を同期化し、第2ユニットが受け取
る前にストリームを非同期処理することができるようになっていることを特徴と
する測定装置。
6.請求項5記載の測定装置において、第1ユニットが、少なくとも1つのスト
リームの測定値を処理する処理手段と、処理から得られた各測定値についての時
間指示を決定し、この時間指示を得られた測定値と関連付ける手段とを包含する
ことを特徴とする測定装置。
7.請求項1〜6のいずれか1項に記載の測定装置において、前記ユニット(s
1−sn、ch1−chn、cp)がインテリジェント・ユニットであり、各ユ
ニットが1つのプロセッサを包含しており、各ユニットの動作がそのユニットへ
ロードされたプログラムによって決定されることを特徴とする測定装置。
8.請求項7記載の測定装置において、異なるユニットによって使用できるすべ
てのプログラムを記憶した第1記憶手段(3)を有し、この第1記憶手段が第2
のユニットに接続していることを特徴とする測定装置。
9.請求項1〜8のいずれか1項に記載の測定装置において、前記ユニット(s
1−sn、ch1−chn、cp)の各々が独特の識別コードを記憶する不揮発
メモリ手段を有することを特徴とする測定装置。
10.請求項9記載の測定装置において、前記独特の識別コードによって同定され
たユニットの性質についての記述と共にこの独特な識別コードを記憶する第2記
憶手段(3)を包含し、この第2記憶手段が第2ユニッ
トに接続していることを特徴とする測定装置。
11.請求項1〜10までのいずれか1項に記載の測定装置において、対応する時
間指示と共に演算処理装置の計算の結果を記憶する第3の記憶手段(3)を有す
ることを特徴とする測定装置。
12.請求項1〜11のいずれか1項に記載の測定装置において、時間指示を得る
ためのすべての手段に接続してあってそれらを同期化する同期化手段を包含する
ことを特徴とする測定装置。
13.少なくとも第1、第2の測定値ストリームを得る段階を包含する、測定値を
処理する方法において、各測定値に対して、測定値が得られる時間を表す時間指
示を得、それを測定値と関連付ける段階と、測定値のストリームを非同期で処理
する段階と、関連付けた時間指示によって第1、第2のストリームからの測定値
を再同期化する段階とを包含することを特徴とする方法。
14.第1の測定値のストリームを得る段階を包含する、測定値を処理するための
方法において、各測定値について、測定値が得られた時間を表す時間指示を得る
段階と、それを測定値と関連付ける段階と、第1の測定値ストリームと同じであ
って同じ時間指示を有する第2の測定値ストリームを生成する段階と、これらの
測定値のストリームを非同期で処理する段階と、時間指示によって測定値を再同
期化する段階とを包含することを特徴とする方法。
15.請求項13または14記載の方法において、測定値のストリームを非同期で
処理する段階が、測定値ストリームのうち少なくとも1つのストリームを処理し
、各処理された測定値についての時間指示を決定する段階と、この時間指示を測
定値に関連付ける段階とを包含することを特徴とする方法。
16.請求項13〜15のいずれか1項に記載の方法において、各処理済みの測定
値についての時間指示を対応する1つまたはそれ以上の未処理の測定値の時間指
示に基づいて決定することを特徴とする方法。
17.請求項13〜16のいずれか1項に記載の方法において、少なくとも第1の
測定値ストリームが検査対象の測定パラメータのサンプル採取することによって
得られることを特徴とする方法。
18.請求項13〜17のいずれか1項に記載の方法において、測定値によって表
わされるパラメータを示すストリーム識別を各測定値に関連付ける段階を包含す
ることを特徴とする方法。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG),
AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C
H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB
,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR,
KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M
N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU
,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TT,
UA,UG,US,UZ,VN
(72)発明者 ヴアールデツク,ヨーハン
スウエーデン国エス−247 33 セードラ
サンドビユー.オエースタンベツクスヴエ
イエン69