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SENSOR APPARATUS AND DISTRIBUTION MEASURING APPARATUS meetings

Patent code P130009036
File No. PA09-34
Posted date Apr 15, 2013
Application number P2010-203621
Publication number P2012-058159A
Patent number P5688792
Date of filing Sep 10, 2010
Date of publication of application Mar 22, 2012
Date of registration Feb 6, 2015
Inventor
  • (In Japanese)笹川 和彦
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人弘前大学
Title SENSOR APPARATUS AND DISTRIBUTION MEASURING APPARATUS meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor apparatus 70 allowed to be applied to a living body when directly and simultaneously measuring shear stress and contact pressure and capable of measuring shear stress excluding the influence of the contact pressure.
SOLUTION: A polypyrrole thin film is used for a pressure conversion element 50 and a copper clad polyimide film is used for an electrode material. In a shear stress measurement part 30, comb portions between an interdigital electrode 11a in a one-face-side electrode 10 and an interdigital electrode 21a in a counter side electrode 20 are aligned and opposed and the pressure conversion element 50 is put between both the electrodes. In a contact pressure measurement part 40, a square electrode 12a in the one-face-side electrode 10 is opposed to an interdigital electrode 21c in the counter side electrode 20 and the pressure conversion element 50 is put between both the electrodes. An output obtained by subtracting a resistance variation ΔRb caused by the influence of contact pressure from a resistance variation ΔRa in the shear stress measurement part 30 or the like is obtained based on the relation of a resistance variation of a 4-gauge bridge circuit 60 to measure shear stress excluding the influence of the contact stress.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

生体内の詳細なせん断応力および接触圧力を直接測定することは、外科的な臨床治療において医師が病態の検査・診断・治療を行うに際し貴重な情報をもたらす。そのため、近年、生体内の接触圧力測定は感圧紙、感圧導電インク、導電性フィルム、感圧導電ゴム等を利用したセンサによる測定が行われてきている(非特許文献1参照)。しかし、固体接触に伴うせん断応力の測定に関しては、当該測定に用いるセンサに関してわずかな研究例が見られるのみである(非特許文献2参照)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、接触圧力およびせん断応力を測定するセンサ装置と、該センサ装置を用いて接触圧力およびせん断応力の分布を測定する分布測定装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
接触圧力及びせん断応力を測定するセンサ装置であって、該センサ装置は、ブリッジ回路の対向する2辺に各々配置された接触圧力を測定する接触圧力測定部と、別の対向する2辺に各々配置されたせん断応力を測定するせん断応力測定部とを備えた4ゲージ法ブリッジ回路を構成し、接触圧力およびせん断応力が無印加状態における4辺の電気抵抗は等しいものであり、
前記センサ装置に接触圧力及びせん断応力が印加され、前記接触圧力測定部では接触圧力による電気抵抗変化のみが生じ、前記せん断応力測定部では接触圧力による電気抵抗変化及びせん断応力による電気抵抗変化が生じた場合、前記4ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧には接触圧力による影響が排除されているという測定原理に基づき、該4ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧とせん断応力との関係を求めておき、該関係により該4ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧から該せん断応力測定部におけるせん断応力を求めることを特徴とするセンサ装置。

【請求項2】
 
接触圧力及びせん断応力を測定するセンサ装置であって、該センサ装置は、
接触圧力を測定する方形電極とせん断応力を測定する櫛型電極とが一端で接続された形状の電極と該電極に点対称な形状の電極とを対向させた片面側電極と、
2つの櫛型電極が1端で接続された形状の電極と該電極に点対称な形状の電極とを対向させた対面側電極と、
櫛型電極の櫛部分を揃わせて対面させた前記片面側電極と前記対面側電極との間に挟み込まれた導電性で薄膜状の圧力変換素子とを備え、
接触圧力を測定する接触圧力測定部は対面させた前記片面側電極の方形電極と前記圧力変換素子と前記対面側電極の櫛型電極とにより構成し、せん断応力を測定するせん断応力測定部は櫛部分を揃わせて対面させた前記片面側電極の櫛型電極と前記圧力変換素子と前記対面側電極の櫛型電極とにより構成し、
ブリッジ回路の対向する2辺に前記接触圧力測定部が各々配置され、別の対向する2辺に前記せん断応力測定部が各々配置されて4ゲージ法ブリッジ回路を構成し、接触圧力およびせん断応力が無印加状態における4辺の電気抵抗は等しいものであり、
前記センサ装置に接触圧力及びせん断応力が印加された場合、前記4ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧には接触圧力による影響が排除されているという測定原理に基づき、該4ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧とせん断応力との関係を求めておき、該関係により該4ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧から該せん断応力測定部におけるせん断応力を求めることを特徴とするセンサ装置。

【請求項3】
 
請求項1又は2記載のセンサ装置において、前記センサ装置に接触圧力及びせん断応力が印加された場合、前記4ゲージ法ブリッジ回路への入力電圧を切った状態で測定された前記接触圧力測定部における電気抵抗と印加された接触圧力との関係を求めておき、該関係により該接触圧力測定部における電気抵抗から接触圧力を求めることを特徴とするセンサ装置。

【請求項4】
 
請求項1又は2記載のセンサ装置において、前記センサ装置に接触圧力及びせん断応力が印加された場合、前記4ゲージ法ブリッジ回路への入力電圧を印加した状態で測定された前記接触圧力測定部における電圧により電気抵抗を得るという測定原理に基づき、該電気抵抗と印加された接触圧力との関係を求めておき、該関係により該接触圧力測定部における電気抵抗から接触圧力を求めることを特徴とするセンサ装置。

【請求項5】
 
接触圧力及びせん断応力を測定するセンサ装置であって、該センサ装置は、ブリッジ回路の隣接する2辺に各々配置された接触圧力を測定する接触圧力測定部及びせん断応力を測定するせん断応力測定部と、他の隣接する2辺に各々配置された固定抵抗とを備えた2ゲージ法ブリッジ回路を構成し、接触圧力およびせん断応力が無印加状態における4辺の電気抵抗は等しいものであり、
前記センサ装置に接触圧力及びせん断応力が印加され、前記接触圧力測定部では接触圧力による電気抵抗変化のみが生じ、前記せん断応力測定部では接触圧力による電気抵抗変化及びせん断応力による電気抵抗変化が生じた場合、前記2ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧には接触圧力による影響が排除されているという測定原理に基づき、該2ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧とせん断応力との関係を求めておき、該関係により該2ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧から該せん断応力測定部におけるせん断応力を求めることを特徴とするセンサ装置。

【請求項6】
 
接触圧力及びせん断応力を測定するセンサ装置であって、該センサ装置は、
接触圧力を測定する方形電極と2次元平面の一次元方向を向いたせん断応力を測定する線状電極とが接続された形状の片面側電極と、
前記片面側電極の方形電極に対応する線状電極と前記片面側電極の線状電極に対応する線状電極とを有する対面側電極と、
前記片面側電極の線状電極と該線状電極に対応する前記対面側電極の線状電極とを揃わせて対面させた状態で、該片面側電極と該対面側電極との間に挟み込まれた導電性で薄膜状の圧力変換素子とを備え、
接触圧力を測定する接触圧力測定部は対面させた前記片面側電極の方形電極と前記圧力変換素子と該方形電極に対応する前記対面側電極の線状電極とにより構成し、せん断応力を測定するせん断応力測定部は線部分を揃わせて対面させた前記片面側電極の線状電極と前記圧力変換素子と該線状電極に対応する前記対面側電極の線状電極とにより構成し、
ブリッジ回路の隣接する2辺に前記接触圧力測定部及び前記せん断応力測定部が各々配置され、別の隣接する2辺に固定抵抗が各々配置されて2ゲージ法ブリッジ回路を構成し、接触圧力およびせん断応力が無印加状態における4辺の電気抵抗は等しいものであり、
前記センサ装置に接触圧力及びせん断応力が印加された場合、前記2ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧には接触圧力による影響が排除されているという測定原理に基づき、該2ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧とせん断応力との関係を求めておき、該関係により該2ゲージ法ブリッジ回路の出力電圧から該せん断応力測定部におけるせん断応力を求めることを特徴とするセンサ装置。

【請求項7】
 
前記片面側電極の線状電極の向きが2次元平面の一次元方向を向いた請求項6記載のセンサ装置と、前記片面側電極の線状電極の向きが2次元平面の別の一次元方向を向いた請求項6記載のセンサ装置とを、各2ゲージ法ブリッジ回路の電源を共通にして重ね合わせたことを特徴とするセンサ装置。

【請求項8】
 
請求項5乃至7のいずれかに記載のセンサ装置において、前記センサ装置に接触圧力及びせん断応力が印加された場合、前記接触圧力測定部に隣接する辺に配置された固定抵抗の電圧は該接触圧力測定部の抵抗の変化の影響を受けるという測定原理に基づき、該固定抵抗の電圧と印加された接触圧力との関係を求めておき、該関係により該固定抵抗の電圧から接触圧力を求めることを特徴とするセンサ装置。

【請求項9】
 
請求項1乃至8のいずれかに記載のセンサ装置において、該センサ装置を構成する各電極は銅薄膜を貼り付けられたポリイミドフィルムをエッチング処理することにより作製することを特徴とするセンサ装置。

【請求項10】
 
請求項7記載のセンサ装置を複数個接続して所定の配置を行ったことを特徴とする接触圧力及びせん断応力の分布測定装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010203621thum.jpg
State of application right Registered
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