(57)【要約】【課題】  体動の方向や加速度の検出が可能なセンサ回路を駆動するための電源を不要とすると共に機構的に小型化が可能な、磁気平衡型３軸加速度センサ及び該センサを使用した体動検出装置を得る。【解決手段】  シリンダ内部を軸方向に振動可能に平衡させた可動マグネットと当該シリンダ外面に巻いたコイルにより構成した磁気平衡型加速度センサをＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に互いに直交するように配設して構成した磁気平衡型３軸加速度センサと、該磁気平衡型３軸加速度センサのコイルから出力される誘導起電力をデジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換装置により構成する。また、複数の磁気平衡型３軸加速度センサからのデータを識別するためのＩＤ情報の付加及び通信機器とのインターフェースを行うためのデータ出力装置を前記Ａ／Ｄ変換装置に接続して構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（２）内部を軸方向に振動可能に平衡させた可動マグネット（３）と当該シリンダ（２）外面に巻いたコイル（６）により構成した磁気平衡型加速度センサ（１）をＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に互いに直交するように配設して構成した磁気平衡型３軸加速度センサ（７）と、該磁気平衡型３軸加速度センサ（７）のコイル（６）から出力される誘導起電力をデジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換装置（８）により構成したことを特徴とする、磁気平衡型３軸加速度センサ及び該センサを使用した体動検出装置。
【請求項２】
複数の磁気平衡型３軸加速度センサ（７）からのデータを識別するためのＩＤ情報の付加及び通信機器とのインターフェースを行うためのデータ出力装置（１４）を前記Ａ／Ｄ変換装置（８）に接続して構成したことを特徴とする、請求項１に記載の磁気平衡型３軸加速度センサ及び該センサを使用した体動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気平衡型加速度センサを組合わせて構成した磁気平衡型３軸加速度センサにより、被測定物特に人体における前後左右及び上下の動き即ち体動を検出することができる、磁気平衡型３軸加速度センサ及び該センサを使用した体動検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体の体動検出や歩数計の歩数検出等を行う方法として、体動センサが使用されている。該体動センサの種類としては、特開２０００−０４１９７１号公報の「カロリ測定器」に記載されているように、光電式体動センサや接点式体動センサ又は振り子式体動センサがある。また、特開２００２−１９１５８０号公報の「体動検出装置」に記載されているように、圧電素子を使用した加速度センサによるものがある。
【０００３】
上記光電式体動センサは略方形をした容器内の相対する角部に発光素子と受光素子を配置すると共にボールを収容する。そして、体動によりボールが容器内を動き回ることにより発光素子と受光素子間の遮光と受光が繰り返されてパルスを出力するものである。また、接点式体動センサは方形の頂点位置に４個の導電性ピンを配置すると共に大きな導電性ボールを当該導電性ピンの内部に収容する。そして、体動により導電性ボールが導電性ピン間に接触して導通しパルスを出力するものである。他の方式として球状の容器内の相対する面に導電性電極を配置すると共に小さな導電性ボールを複数個収容する。そして、体動により複数の導電性ボールが導電性電極の片側に集められると当該導電性ボール同士が接触して導電性電極間が導通しパルスを出力するものである。また、振り子式体動センサは筒状の容器内にマグネットを収容すると共に外部近傍にリードスイッチを配置する。そして、体動によりマグネットが容器内を移動する度にリードスイッチの接点がＯＮ／ＯＦＦしてパルスを出力するものである。更に、上記加速度センサによるものは板状の支持体の表面に圧電素子を配設すると共に当該支持体の片端部に重りを配設する。そして、体動により重りが振動すると加速度に応じた電圧信号が圧電素子より出力されるものである。
【特許文献１】特開２０００−０４１９７１号公報
【特許文献２】特開２００２−１９１５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記光電式体動センサや接点式体動センサ及び振り子式体動センサは体動をパルス信号として出力するため一定方向の周期的な動きによる体動検出を行うには好適であるが、体動の方向や加速度は検出することができないといった問題点があった。また、圧電素子を使用した加速度センサによるものは体動を電圧の変化による電気信号として出力するため体動の方向のみならず加速度も検出することができるが、圧電素子によるセンサ回路を駆動するために電源が必要であるという問題点があった。更には支持体の片端部に重りを配設する構造のため小型化ができないといった問題点もあった。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解決するために成されたものであり、体動の方向や加速度の検出が可能なセンサ回路を駆動するための電源を不要とすると共に機構的に小型化が可能な、磁気平衡型３軸加速度センサ及び該センサを使用した体動検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の磁気平衡型３軸加速度センサ及び該センサを使用した体動検出装置は、シリンダ内部を軸方向に振動可能に平衡させた可動マグネットと当該シリンダ外面に巻いたコイルにより構成した磁気平衡型加速度センサをＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に互いに直交するように配設して構成した磁気平衡型３軸加速度センサと、該磁気平衡型３軸加速度センサのコイルから出力される誘導起電力をデジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換装置により構成する。また、複数の磁気平衡型３軸加速度センサからのデータを識別するためのＩＤ情報の付加及び通信機器とのインターフェースを行うためのデータ出力装置を前記Ａ／Ｄ変換装置に接続して構成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の磁気平衡型３軸加速度センサ及び該センサを使用した体動検出装置により被測定物特に人体における体動を検出するようにすれば、該磁気平衡型３軸加速度センサのコイル内を振動するマグネットによりその振動数や加速度に比例した誘導起電力が得られるため、センサ回路及び電源が不要となるという効果を奏する。更にはコイルの巻数やマグネットの磁力強度による出力電圧の調整及びＡ／Ｄ変換装置内でのスケーリングにより高感度となるという効果も奏する。更にはマグネットの振動方向がシリンダ内部の軸方向であるため機構的に小型化が可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の磁気平衡型３軸加速度センサ及び該センサを使用した体動検出装置を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。図１は本発明の磁気平衡型加速度センサの正面断面図であり、図２は本発明の磁気平衡型加速度センサを組合わせて構成した磁気平衡型３軸加速度センサの構成配置図である。
【０００９】
図１に示すように、本発明の磁気平衡型３軸加速度センサ７を構成する磁気平衡型加速度センサ１は、シリンダ２の内部に可動マグネット３を収容すると共に当該シリンダ２の両端部に可動マグネット３の極性と同一極性が対向するように固定マグネット５，５を固設し、シリンダ２内部の軸方向に振動可能に可動マグネット３を平衡配置させる。更に、可動マグネット３の先端部分のシリンダ２外面に誘導起電力を発生させるためのコイルを巻く。図１では可動マグネットの両端部分の２箇所にコイル６，６を巻いているが、上部のコイル６又は下部のコイル６のどちらか１つのコイルとしても良い。なお、可動マグネット３を平衡配置させるための固定マグネット５，５の磁力強度やコイル６，６の巻数は、使用するシステムによりそれぞれ異なったものとして任意に設計するものである。
【００１０】
図１の（ａ）は、可動マグネット３の両端部に鋼球４，４を配設してあるが、これはシリンダ２の内部を可動マグネット３が振動する際にシリンダ２の内面と鋼球４，４が点接触することにより滑り摩擦による影響を減少させるためのものである。また、（ｂ）は可動マグネット３’の両端部を予め球状に形成してあるため（ａ）と同様の効果が得られ、この場合には鋼球４，４は不要となる。
【００１１】
次に図２に示すように、上記磁気平衡型加速度センサ１をＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向に互いに直交するように配設して磁気平衡型３軸加速度センサ７とする。ここで、Ｘ軸方向に配設した磁気平衡型加速度センサ１ａのコイル６ａ，６ａからは当該磁気平衡型加速度センサ１ａがＸ軸方向に振動した時に誘導起電力が発生し、Ｙ軸方向に配設した磁気平衡型加速度センサ１ｂのコイル６ｂ，６ｂからは当該磁気平衡型加速度センサ１ｂがＹ軸方向に振動した時に誘導起電力が発生し、Ｚ軸方向に配設した磁気平衡型加速度センサ１ｃのコイル６ｃ，６ｃからは当該磁気平衡型加速度センサ１ｃがＺ軸方向に振動した時に誘導起電力が発生するものである。
【００１２】
次に、図３は本発明の磁気平衡型３軸加速度センサを使用した体動検出装置の構成図であり、Ｘ軸方向の磁気平衡型加速度センサ１ａのコイル６ａ，６ａから発生した誘導起電力と、Ｙ軸方向の磁気平衡型加速度センサ１ｂのコイル６ｂ，６ｂから発生した誘導起電力と、Ｚ軸方向の磁気平衡型加速度センサ１ｃのコイル６ｃ，６ｃから発生した誘導起電力をＡ／Ｄ変換装置８に接続する。該Ａ／Ｄ変換装置８は、体動に伴う磁気平衡型３軸加速度センサ７の各磁気平衡型加速度センサ１のコイル６，６から発生した誘導起電力を、アナログ演算処理及びＡ／Ｄ変換処理により各軸方向のデジタル値に変換するものである。また、複数の磁気平衡型３軸加速度センサ７からのデータを識別するためデータにＩＤ情報を付加したり、該データを処理するための無線受信機やＬＡＮ等の通信機器とのインターフェースを行うためのデータ出力装置１４を前記Ａ／Ｄ変換装置８に接続する。
【実施例】
【００１３】
本発明の実施例を図を用いて説明する。図４は本発明の磁気平衡型加速度センサから出力される電圧波形であり、図１及び図２で説明した磁気平衡型３軸加速度センサ７の各磁気平衡型加速度センサ１の可動マグネット３が振動した時に発生する誘導起電力の波形を示している。ここで、磁気平衡型加速度センサ１が図中矢印Ａ方向に１振動すると可動マグネット３のコイル６，６からはＶ１で示す１サイクルの交流電圧が発生する。また、図中矢印Ｂ方向に１振動すると可動マグネット３のコイル６，６からはＶ２で示す１サイクルの交流電圧が発生する。該Ｖ１とＶ２の交流電圧は逆極性であるため、極性を判断することにより体動方向の検出が可能となる。また、体動の強さ即ち加速度の強さにより誘導起電力の電圧値が変化するため、電圧値及び変動周期を計測することにより体動加速度の検出が可能となる。
【００１４】
次に、図５は図３におけるＡ／Ｄ変換装置の概略ブロック回路図である。該図に示すように、Ａ／Ｄ変換装置８はＸ軸方向の磁気平衡型加速度センサ１ａとＹ軸方向の磁気平衡型加速度センサ１ｂとＺ軸方向の磁気平衡型加速度センサ１ｃから出力される誘導起電力を入力するためのアナログ演算部９と、該アナログ演算部９でスケーリングされたＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸の３チャンネルの入力電圧を選択切替して後段のＡ／Ｄコンバータ１１に出力するためのアナログマルチプレクサ１０と、前記アナログマルチプレクサ１０から出力された電圧入力をデジタル値に変換するためのＡ／Ｄコンバータ１１と、前記アナログマルチプレクサ１０及びＡ／Ｄコンバータ１１のクロック生成及びタイミング制御を行うためのクロック制御部１２等により構成する。
【００１５】
前述の説明において、各磁気平衡型加速度センサ１にはコイル６がシリンダ２の上下に配設されているため、各コイル６，６から発生した誘導起電力は極性を合わせた上、アナログ演算部１０の前段の加算回路にて加算され、後段のＯＰアンプにてスケーリングされる。各磁気平衡型加速度センサ１において、コイル６が１箇所のみ配設されたものである場合は、加算回路は不要となる。なお、図５のアナログ演算部９は構成要素を示すだけのものであるため、図示する回路に限定するものではない。
【００１６】
そして、磁気平衡型３軸加速度センサ７を被測定物例えば人体に装着させ当該人が前後左右及び上下に動くと、磁気平衡型３軸加速度センサ７の各磁気平衡型加速度センサ１から誘導起電力が発生されることになる。人体の体動の速度は速くても数Ｈｚ程度であるため、該誘導起電力をアナログマルチプレクサ１０にて数十Ｈｚ程度の周期でサンプリングし、Ａ／Ｄコンバータ１１でデジタル値に変換する。該デジタル値は極性１ビット及びデータ分解能７ビット即ち−１２７〜＋１２７程度の分解能で十分であり、データの出力形態はシリアル出力が好適であるが、これに限定するものではない。
【００１７】
次に、図６は図３におけるデータ出力装置の概略ブロック回路図である。該図に示すように、データ出力装置１３は上記Ａ／Ｄ変換装置８からのシリアル出力を入力するための入力インターフェース部１４と、該データ出力装置１３に固有に与えられたＩＤを記憶しておくためのメモリ部１５と、無線出力の場合においては後段のＲＦ出力部１８を制御し、有線出力の場合においては後段のシリアルデータ出力部１９を制御するためのロジック制御部１６と、前記メモリ部１５及びロジック制御部１６のクロック生成及びタイミング制御を行うためのクロック制御部１７等により構成する。
【００１８】
また、図７は本発明の磁気平衡型３軸加速度センサを使用した体動検出装置から出力されるシリアルデータのデータフォーマットの一例であり、データの始まりを示すヘッダーと、Ｘ軸データ，Ｙ軸データ，Ｚ軸データと、当該データ出力装置１３に固有に与えられたＩＤにより構成される。データ出力装置１３の出力が無線出力の場合には、ＲＦ出力部１８及びアンテナ２０より無線受信機に対して、該フォーマットのデータが出力される。有線出力の場合には、シリアルデータ出力部１９よりＬＡＮ等に対して、該フォーマットのデータが出力される。
【００１９】
上記Ｘ軸データ，Ｙ軸データ，Ｚ軸データには、極性データ及び起電力データが含まれるため、該データをベクトル的に解析処理することにより体動の方向と加速度を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の磁気平衡型加速度センサの正面断面図である。
【図２】本発明の磁気平衡型加速度センサを組合わせて構成した磁気平衡型３軸加速度センサの構成配置図である。
【図３】本発明の磁気平衡型３軸加速度センサを使用した体動検出装置の構成図である。
【図４】本発明の磁気平衡型加速度センサから出力される電圧波形である。
【図５】図３におけるＡ／Ｄ変換装置の概略ブロック回路図である。
【図６】図３におけるデータ出力装置の概略ブロック回路図である。
【図７】本発明の磁気平衡型３軸加速度センサを使用した体動検出装置から出力されるシリアルデータのデータフォーマットの一例である。
【符号の説明】
【００２１】
１  磁気平衡型加速度センサ
２  シリンダ
３  可動マグネット
４  鋼球
５  固定マグネット
６  コイル
７  磁気平衡型３軸加速度センサ
８  Ａ／Ｄ変換装置
９  アナログ演算部
１０  アナログマルチプレクサ
１１  Ａ／Ｄコンバータ
１２  クロック制御部
１３  データ出力装置
１４  入力インターフェース部
１５  メモリ部
１６  ロジック制御部
１７  クロック制御部
１８  ＲＦ出力部
１９  シリアルデータ出力部
２０  アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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