電子工作１２１　–　モバイルフォン振り子スタンドの振れ回数を測ってみた

Electronics Project 121 – Measurement of the Number of Swings of Mobile Phone Pendulum Stand

概要 Introduction

先日秋葉原を散策していたら、前から気になっていたスマホを乗せて揺れ動いている「モバイルフォン振り子スタンド」というブランコのようなアイテムが手頃な価格になっていたの見つけ、早速購入してみた。後で、ネットなどで調べてみると、スマホを揺れ動かして内臓アプリの万歩計の歩数を機械的に稼ぐものらしいことが分かった。ある種のゲームと関係しているらしい。ただ単に、デスクの上でUSB電源を僅かに消費しながら健気に動き続けるのを見ているのも悪くない。今回は老化防止を兼ねて、この振り子は一体どれくらの速度で振れ動いているのか、２つの方法、１）接触式マイクロスイッチ法と、２）非接触式磁気ホールセンサー法、で測定してみた。

スマホを乗せた「モバイルフォン振り子スタンド」の外観

左が表側、右が裏側。単三電池４本かUSB５V（数ｍA）で動く、ここでは後者で動いている。始めは振り子を大きく振ってやる必要がある。ステンレスフレームの中央最下部には永久磁石が装着してある。丸い下部ボックスには電磁石とICチップが入っていて振り子フレームが止まらないように永久磁石に僅かな力を与えているようだ。振り子時計と同じ原理。このスマホの重さは１６０ｇである。

接触式マイクロスイッチによる振り子の振れ回数の測定

マイクロスイッチを使った接触式測定の概観。ステンレスフレーム下部のボールがマイクロスイッチの延長したレバーを押してON/OFFさせる。ONになると回路が導通して左下のカウンターを１カウント進める。この振り子フレームに乗っているのはリチウムイオン電池（９６ｇ）である。

マイクロスイッチのボールとの接触部拡大写真。ON/OFFするための押す圧力は振り子の動きに影響しないほど小さいと思われる。

左端の写真がPanasonic FS型マイクロスイッチAV3222で、ここでは基板を切って作った小片をレバーの長さを延長するため貼り付けてある。

中央の写真は固定するための金具を装着したマイクロスイッチである。右端の写真は振り子の振れ回数を数えるカウンター（ダイソーの歩数計の改造品、詳細は電子工作９０参照）である。割と正確にカウントしてくれる。

非接触式磁気ホールセンサーによる振り子の振れ回数の測定

磁気ホールセンサーを使った非接触式測定の概観。ステンレスフレームの左側下方にフェライト磁石（LXWXT=３０X１２X5mm）を設置（磁力で）してある。その左手側に磁気検知用のホールセンサーが置かれている。これで振り子が動くごとにホールセンサーからオシロ用の信号が取り出せる。

フェライト磁石（黒い物体）のS極が表側になるようにステンレスフレームに取り付ける。約５ｍｍ離れた位置にホールセンサーを、その裏側（文字の印刷がある反対側）を磁石に面するように取り付ける。これで磁石がセンサーを横切るごとに、センサーから信号が出る。振り子が１回往復するごとに２個の信号が出る。固定した磁石に対してセンサーの上下位置が変わっても、振り子が１回往復する時間は変わらない。

左が使用したフェライト磁石、表がS極、裏がN極である。右はホールセンサーDN6851で、赤と黒線をそれぞれDC５VとGNDをつなぎ、黄線からは信号を取り出してオシロ（Picoscope ２１０５）につないで測定する。

振り子が動いている時、ホールセンサーからはこのような綺麗な矩形波信号が出る。２個の波長分で振り子の１往復に相当するので、この時間を計測して、その時間で６０秒を割ると１分当たりの振れ回数が計算できる。例えば、リチウムイオン電池（９６ｇ）を振り子に乗せて測定した場合、２波長分（１往復）の時間は５７１．４ｍｓと計測された。従って、６０s/５７１．４ｍｓ=105回。つまり、１分間に１０５回振り子が振れたということになる

一方、これは振り子にスマホ（１６０ｇ）を乗せた場合の測定結果で、２波長分（１往復）の時間は６０５．１ｍｓと出た。従って、６０s/６０５．１ｍｓ=９９回。つまり、１分間に９９回振り子が振れたということになる。２つの実験から、振り子に乗せるものが重いと振れる回数が低下することが分かった。

結論＆コメント

１）　マイクロスイッチ法（MS法）とホールセンサー法（HS法）による測定差はあまり大きくはなかった。すなわち、リチウムイオン電池（９６ｇ）を乗せた場合、MS法では１０７回/分に対して、HS法では１０５回/分だった。一方、スマホ（１６０ｇ）搭載の場合、MS法では１００回/分に対してHS法では９９回/分だった。

２） 振り子に乗せるものが重いと振れる回数が低下するようだ。支点軸に掛かる摩擦抵抗などが大きく影響していると思われる。

３） 振り子に何も乗せない状態でも振り子は動作を続ける。ホールセンサー法で何も乗せない振り子の振れ回数を測定したところ１０６回/分で、リチウムイオン電池（９６ｇ）での測定値１０５回/分に近かった。

４） ２つの測定法を比べると、非接触式のホールセンサー法がより正確のようだ。一方、接触式のマイクロスイッチ法はオシロの必要なくて簡便であるが、手頃なカウンターが必要で、振り子の運動に影響を与えないようにマイクロスイッチを設置することが大切。

５） Youtube上で、いろいろ関連情報が得られる。

６）　磁石、ホールセンサー、オシロの組み合わせで、今回のようなことが出来ることを再確認、頭の体操になった。

1) Through the experiments, it was found more accurate and simpler to use the magnet-Hall sensor method for the measurement of the number of swings of Mobile Phone Pendulum Stand, compared with the micro switch contact method.

Menu Pageへ戻る (Return to Menu Page)

Top of Pageへ戻る (Return to Top of Page)