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COMPOSITE SENSOR meetings

Patent code P170014456
File No. H23-008
Posted date Jul 19, 2017
Application number P2011-111403
Publication number P2012-242210A
Patent number P5811588
Date of filing May 18, 2011
Date of publication of application Dec 10, 2012
Date of registration Oct 2, 2015
Inventor
  • (In Japanese)木本 晃
  • (In Japanese)島田 尚悟
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人佐賀大学
Title COMPOSITE SENSOR meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite sensor capable of achieving highly accurate measurement by compositely performing sensing from a plurality of information pieces.
SOLUTION: A composite sensor comprises: a first piezoelectric element 11 constituted by plate electrodes 11a and 11b and a piezoelectric substance 11c; a second piezoelectric element 12 disposed facing the first piezoelectric element 11 and constituted by plate electrodes 12a and 12b and a piezoelectric substance 12c; a dielectric substance 2 held between the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 12, having plasticity against external force, and having density that is substantially uniform; a signal application part 21 for applying a signal of a predetermined frequency to the first piezoelectric element 11; a first signal detection part 22 for detecting a reflection signal of a signal oscillated in a direction of a measurement object 20 approaching from the first piezoelectric element 11; a second signal detection part 23 for detecting a signal oscillated in a direction from the first piezoelectric element 1 to the second piezoelectric element 12; and an electrostatic capacitance detection part 24 for detecting electrostatic capacitance between the plate electrode of the first piezoelectric element 11 and the plate electrode 12b of the second piezoelectric element 12.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

高齢化社会の到来を迎え、独居老人等が増えつつある中で、在宅医療を支援するために、ヒトの心拍、呼吸、体動等の動作を非拘束でセンシング又はモニタリングする技術の確立が重要であり、様々な研究・開発がなされている。現在、光ファイバーやマイクロフォンセンサ、圧電素子、感圧ゴムなどを用いた様々な圧力(分布)センサが開発され、ベッド内でのヒトのモニタリング(例えば、非特許文献1-3を参照)や椅子の座位姿勢検出システム(例えば、非特許文献4を参照)の研究が進められている。また、タッチパネルやゲーム等のタッチセンサを広く普及しており、より高精度なセンシング技術の開発が望まれている。

このようなこのような状況の中で、圧力(分布)測定に加え、測定対象物の判別、接近、温度等の複数の情報を複合的にセンシングすることで、より高精度に測定を行う技術が望まれている。

また、超音波や電圧を利用して押圧力や厚みを測定する技術が特許文献1に開示されている。特許文献1に示す技術は、第1、第2超音波センサが第1、第2板材を所定押付け力で押付けた状態で、第1、第2板材に対する超音波の伝播時間の計測、並びに第1、第2延長部間に介在された歪ゲージにかかる押圧力に対応するホイートストンブリッジ回路の電圧計の出力電圧を計測し、超音波の伝播時間及び伝播速度に基づいて板厚を算出し、出力電圧に基づいて両部材全幅を求め板隙を算出するものである。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、圧電素子を用いて、測定対象物の接近、接触及び押圧を検知する複合センサに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
対向して配設される一対の平板電極圧電体を挟んで形成され、一方の前記平板電極を測定対象物が接近及び接触するように配設された第1の構造体と、
前記第1の構造体に対向して配設され、少なくとも平板電極を有する第2の構造体と、
前記第1の構造体と前記第2の構造体との間に挟持され、外力に対して弾性を有し、密度が略均一である誘電体と
記第1の構造体の平板電極と前記第2の構造体の平板電極との間の静電容量を検知する静電容量検知手段とを備え
前記第1の構造体における一方の前記平板電極が前記誘電体に接触して配設され、他方の前記平板電極が測定対象物が接近及び接触されるように配設されており、
前記測定対象物の前記第1の構造体への接近を、前記第1の構造体における1対の平板電極のうち、前記誘電体側に配設されている平板電極がグランドに接続され、前記静電容量検知手段が、前記第1の構造体の測定対象物側に配設されている平板電極と前記第2の構造体の平板電極との間の静電容量を測定することで検知し、
前記測定対象物の前記第1の構造体への接触を、前記第1の構造体における1対の平板電極のうち、前記測定対象物側に配設されている平板電極がグランドに接続され、前記静電容量検知手段が、前記第1の構造体の誘電体側に配設されている平板電極と前記第2の構造体の平板電極との間の静電容量を測定することで検知することを特徴とする複合センサ。

【請求項2】
 
対向して配設される一対の平板電極で圧電体を挟んで形成され、一方の前記平板電極を測定対象物が接近及び接触するように配設された第1の構造体と、
前記第1の構造体に対向して配設され、少なくとも平板電極を有する第2の構造体と、
前記第1の構造体と前記第2の構造体との間に挟持され、外力に対して弾性を有し、密度が略均一である誘電体と、
前記第1の構造体の平板電極と前記第2の構造体の平板電極との間の静電容量を検知する静電容量検知手段と、
前記測定対象物が前記第1の構造体に接触したかどうかを、前記測定対象物の振動及び/又は前記測定対象物の温度による前記一対の平板電極間の電圧変化に基づいて検知する接触検知手段とを備え、
前記第1の構造体における一方の前記平板電極が前記誘電体に接触して配設され、他方の前記平板電極が測定対象物が接近及び接触されるように配設されており、
前記測定対象物の前記第1の構造体への接近を、前記第1の構造体における1対の平板電極のうち、前記誘電体側に配設されている平板電極がグランドに接続され、前記静電容量検知手段が、前記第1の構造体の測定対象物側に配設されている平板電極と前記第2の構造体の平板電極との間の静電容量を測定することで検知することを特徴とする複合センサ。

【請求項3】
 
請求項1又は2に記載の複合センサにおいて、
前記第1の構造体に所定周波数の信号を印加する信号印加手段を備え、
前記第1の構造体から、当該第1の構造体に接近する測定対象物の方向に発振された信号の反射信号を、前記第1の構造体にて電気信号に変換して検知する第1の信号検知手段を備えることを特徴とする複合センサ。

【請求項4】
 
請求項3に記載の複合センサにおいて、
前記測定対象物が前記第1の構造体に接触したかどうかを検知する接触検知手段を備え、
前記第1の構造体の検知に応じて、当該第1の構造体における平板電極とグランドとの接続を切り替える接続切替手段を備えることを特徴とする複合センサ。

【請求項5】
 
請求項4に記載の複合センサにおいて、
前記第1の構造体から前記第2の構造体の方向に発振された信号を、前記第2の構造体にて電気信号に変換して検知する第2の信号検知手段を備え、
前記接触検知手段が、前記測定対象物の振動及び/もしくは前記測定対象物の温度による前記第1の構造体における前記一対の平板電極間の電圧変化、並びに/又は、前記第2の信号検知手段が検知した電気信号に基づく前記第1の構造体から前記第2の構造体までの信号の伝播時間に基づいて、前記測定対象物の接触を検知することを特徴とする複合センサ。

【請求項6】
 
請求項1ないし4のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記第1の構造体から前記第2の構造体の方向に発振された信号を、前記第2の構造体にて電気信号に変換して検知する第2の信号検知手段を備え、
前記測定対象物が前記第1の構造体に接触している場合に、前記測定対象物から前記第1の構造体への押圧力が所定の基準値以下であれば、前記第2の信号検知手段が検知した信号に基づいて前記押圧力を算出し、前記測定対象物から前記第1の構造体への押圧力が所定の基準値を超えていれば、前記静電容量検知手段が検知した静電容量に基づいて前記押圧力を算出する複合センサ。

【請求項7】
 
請求項1ないし6のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記第2の構造体が、対向して配設される一対の平板電極で圧電素子を挟んで形成され、前記第1の構造体に対向して配設されることを特徴とする複合センサ。

【請求項8】
 
請求項3ないし7のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記第1の信号検知手段が、前記第1の構造体が受けた前記測定対象物からの熱を信号として検知することを特徴とする複合センサ。

【請求項9】
 
請求項3ないし8のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記測定対象物の方向に対して光を照射する発光素子を備え、
前記第1の信号検知手段が、前記発光素子が照射した光を前記測定対象物が吸収したことによる熱及び/又は振動を検知することを特徴とする複合センサ。

【請求項10】
 
請求項1ないし9のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記測定対象物の方向から照射される光を受光する受光素子を備え、
前記受光素子が受光した光に関する情報に基づいて、前記測定対象物の有無を検知することを特徴とする複合センサ。

【請求項11】
 
請求項1ないし10のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記測定対象物の方向に対して光を照射する発光素子と、
前記測定対象物の方向から照射される光を受光する受光素子を備え、
前記受光素子が、前記発光素子から照射された光の前記測定対象物からの反射光を受光して得られた情報に基づいて、前記測定対象物の有無を検知することを特徴とする複合センサ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
  • 2G105AA01
  • 2G105BB01
  • 2G105BB02
  • 2G105BB03
  • 2G105BB04
  • 2G105BB09
  • 2G105BB11
  • 2G105CC01
  • 2G105DD02
  • 2G105HH02
Drawing

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JP2011111403thum.jpg
State of application right Registered
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