JP5859847B2

JP5859847B2 - Liquid detection system

Info

Publication number: JP5859847B2
Application number: JP2011286603A
Authority: JP
Inventors: 石川　忠; 忠石川; 良明長谷部; 鎌谷　直之; 直之鎌谷; 琳太郎平田
Original assignee: Aqua Power System Japan
Current assignee: Aqua Power System Japan
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013132518A

Description

本発明は、液体検知システムに関し、特に詳しくは、自己発電機能を有し、より高精度に液体の漏れ等を検知することのできる液体検知システムに関する。 The present invention relates to a liquid detection system, and more particularly to a liquid detection system that has a self-power generation function and can detect liquid leakage and the like with higher accuracy.

従来、水や尿、血液等の液体を検知する液体検知システムは公知である。例えば、特許文献１には、電極と、尿の漏れを検知するための検知回路とを有するセンサ構造体と、センサ構造体から発信された信号を受信するための受信ユニットと、情報処理（管理）ユニットとを備える液体検知システムが開示されている。 Conventionally, liquid detection systems that detect liquids such as water, urine, and blood are known. For example, Patent Document 1 discloses a sensor structure having an electrode and a detection circuit for detecting leakage of urine, a receiving unit for receiving a signal transmitted from the sensor structure, and information processing (management). A liquid sensing system comprising a unit.

特開２００４−４１６９７号公報JP 2004-41697 A

特許文献１に開示された液体検知システムでは、センサ構造体の電極間に尿が排泄されることによって電位差が生じ、その電流値（抵抗値）の変化によって排尿を検知することができる。また、受信ユニットから送信される信号を情報処理ユニットで処理することによって、一定時間内における排尿回数や排尿時間を把握することができる。また、かかる方法によって入手されたデータを使用者ごとの識別ＩＤとして保存することによって、使用者の排尿パターンを解析し、体調管理、失禁治療薬の処方等に利用することができる。 In the liquid detection system disclosed in Patent Document 1, a potential difference is generated when urine is excreted between the electrodes of the sensor structure, and urination can be detected by a change in the current value (resistance value). Further, by processing the signal transmitted from the receiving unit by the information processing unit, the number of urinations and the urination time within a certain time can be grasped. Further, by storing the data obtained by such a method as an identification ID for each user, the user's urination pattern can be analyzed and used for physical condition management, prescription of incontinence drugs, and the like.

しかし、センサ構造体の電極間には、排尿を検知するために、常に微弱の電圧を印加する必要があり、電気効率が悪く、また、排泄時間や排泄回数を把握するためのユニットが比較的に大型であって、製造コストや所要の設置場所を要する。 However, in order to detect urination, a weak voltage must always be applied between the electrodes of the sensor structure, the electrical efficiency is poor, and there are relatively few units for grasping the excretion time and number of excretions. It is large and requires manufacturing cost and required installation location.

本発明の課題は、従来の技術における液体検知システムの改良であって、より簡易かつコンパクトな構造であって、自己発電機能を有し、より高精度に液体の漏れ等を検知することのできる液体検知システムに関する。 An object of the present invention is to improve a liquid detection system in the prior art, which has a simpler and more compact structure, has a self-power generation function, and can detect liquid leakage and the like with higher accuracy. The present invention relates to a liquid detection system.

前記課題を解決するために、本発明は、センサ構造体と、前記センサ構造体と電気的に接続された液体検出装置とを有する液体検知システムに関する。 In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a liquid detection system including a sensor structure and a liquid detection device electrically connected to the sensor structure.

本発明に係る液体検知システムは、前記センサ構造体は、第１面及びその反対側に位置する第２面を有し、開口部と、前記第１面側に位置する液体を検知するための検知部と、液体を触媒とする水電池を有する発電部とを含み、前記検知部には前記開口部からその一部が露出した液検知素子が配置されていることを特徴とする。 In the liquid detection system according to the present invention, the sensor structure has a first surface and a second surface located on the opposite side, and detects an opening and a liquid located on the first surface side. It includes a detection unit and a power generation unit having a water battery using a liquid as a catalyst, and the detection unit is provided with a liquid detection element partially exposed from the opening.

本発明の好ましい実施態様の一つとして、前記液検知素子は、圧電素子である。 As one preferred embodiment of the present invention, the liquid detection element is a piezoelectric element.

本発明の他の好ましい実施態様の一つとして、前記センサ構造体の前記発電部と前記検知部との間には、防水性を有する隔離壁が配置されている。 As another preferred embodiment of the present invention, a waterproof isolation wall is disposed between the power generation unit and the detection unit of the sensor structure.

本発明の他の好ましい実施態様の一つとして、前記センサ構造体の前記検知部は、前記第１面側の外面を形成し、中央に開口を有する透液性の第１シートと、前記第１シートの内方に位置する前記液検知素子と、前記液検知素子を保持するためのハウジングとを有し、前記発電部は、前記第２面の外面を形成する透液性の第２シートと、前記第２シートの内方に位置する液体を吸収、保持するための吸収部材と、前記吸収部材の内方に位置する前記水電池とを有する。 As another preferred embodiment of the present invention, the detection unit of the sensor structure forms an outer surface on the first surface side and has a liquid-permeable first sheet having an opening in the center, and the first A liquid-permeable second sheet that includes the liquid detection element located inside one sheet and a housing for holding the liquid detection element, and wherein the power generation unit forms an outer surface of the second surface. And an absorbing member for absorbing and holding the liquid located inside the second sheet, and the water battery located inside the absorbing member.

本発明の他の好ましい実施態様の一つとして、前記液体検出装置は、前記液検知素子から出力されるセンサ電圧を取得するための手段と、前記検知部上の液体の有無を判断する手段と、予め決められたサンプリング時間毎に出力電圧をサンプリングしてデータを得るサンプリング手段とを有する。 As another preferred embodiment of the present invention, the liquid detection device includes means for acquiring a sensor voltage output from the liquid detection element, and means for determining the presence or absence of liquid on the detection unit. And sampling means for sampling the output voltage at predetermined sampling times to obtain data.

本発明の他の好ましい実施態様の一つとして、前記液体検出装置は、サンプリングしたデータを保存するためのメモリ手段をさらに有する。 As another preferred embodiment of the present invention, the liquid detection device further includes memory means for storing sampled data.

本発明の他の好ましい実施態様の一つとして、前記水電池は、１枚の正極電極板と、２枚の負極電極板と、前記正極電極板と前記負極電極板との間に介在し、それらと直接的又は絶縁部材を介して間接的に当接する正極活物質とを有し、前記正極電極板と一方の前記負極電極板との離間寸法が前記正極電極板と他方の負極電極板との離間寸法とほぼ等しくなっている。 As another preferred embodiment of the present invention, the water battery is interposed between one positive electrode plate, two negative electrode plates, the positive electrode plate and the negative electrode plate, A positive electrode active material that directly or indirectly abuts with an insulating member, and a separation dimension between the positive electrode plate and one negative electrode plate is the positive electrode plate and the other negative electrode plate It is almost equal to the separation dimension of.

本発明に係る液体検知システムの一つ以上の実施態様によれば、センサ構造体は、液体を触媒とする水電池が配置された発電部を有することから自己発電機能を備え、外部電源を必要しない簡易かつコンパクトな構成を有する。また、センサ構造体は、液検知素子の配置された検知部をさらに有し、より高精度に液体の漏れを検知することができる。 According to one or more embodiments of the liquid detection system according to the present invention, the sensor structure has a power generation unit in which a water battery using a liquid as a catalyst is disposed, and thus has a self-power generation function and requires an external power source. Does not have a simple and compact configuration. In addition, the sensor structure further includes a detection unit in which the liquid detection elements are arranged, and can detect liquid leakage with higher accuracy.

液体検知システムの斜視図。The perspective view of a liquid detection system. センサ構造体の分解斜視図。The exploded perspective view of a sensor structure. 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1. 水電池の斜視図。The perspective view of a water battery. 水電池の分解斜視図。The exploded perspective view of a water battery. 液体検出装置の構成ブロック図。The block diagram of the configuration of the liquid detection device. 液体検知システムを使い捨ておむつに使用した態様を示す図。The figure which shows the aspect which used the liquid detection system for the disposable diaper. 図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う模式的断面図。Typical sectional drawing which follows the VIII-VIII line in FIG. 液体検出装置の内部の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of the inside of a liquid detection apparatus. センサ構造体の端子電圧の時間的な変化を示す図。The figure which shows the time change of the terminal voltage of a sensor structure.

図１を参照すると、液体検知システム１０は、液体を検知するセンサ構造体１１と、センサ構造体１１にコネクタ１２を介して電気的に接続された液体検出装置１３とを含む。なお、本発明に係る液体検知システム１０が対象とする「液体」とは、水などの飲料水、海水、人や動物の血液及びそれらが排泄する尿や便等の広い分野における液体を意味し、特定のものに限定されるものではない。 Referring to FIG. 1, a liquid detection system 10 includes a sensor structure 11 that detects liquid, and a liquid detection device 13 that is electrically connected to the sensor structure 11 via a connector 12. The “liquid” targeted by the liquid detection system 10 according to the present invention means liquids in a wide range of fields such as drinking water such as water, seawater, human and animal blood, and urine and feces excreted by them. It is not limited to a specific one.

センサ構造体１１は、略円形状であって、中央に開口部１４を有する第１面１５とその反対側に位置する第２面１６とを有する。第１面１５には中央に開口部を有する疎水性の繊維不織布、プラスチックフィルム又はそれらのラミネートシートなどから形成された円形の第１シート１８が配置されており、第２面１６は、透液性の繊維不織布、プラスチックフィルム又はそれらのラミネートシート等から形成された円形の第２シート１９が配置されている。センサ構造体１１は、その内部に防水性のプラスチックフィルムから形成された円形の隔離壁２０と、隔離壁２０の第１面１５側に位置する検知部２１と隔離壁２０の第２面１６側に位置する発電部２２とを有する。 The sensor structure 11 has a substantially circular shape, and has a first surface 15 having an opening 14 in the center and a second surface 16 located on the opposite side. A circular first sheet 18 formed of a hydrophobic fiber nonwoven fabric, a plastic film, or a laminate sheet thereof having an opening in the center is disposed on the first surface 15, and the second surface 16 is a liquid-permeable material. A circular second sheet 19 formed of a conductive fiber nonwoven fabric, a plastic film, or a laminate sheet thereof is disposed. The sensor structure 11 includes a circular isolation wall 20 formed of a waterproof plastic film therein, a detection unit 21 positioned on the first surface 15 side of the isolation wall 20, and the second surface 16 side of the isolation wall 20. And a power generation unit 22 located at the same position.

センサ構造体１１の検知部２１は、中央に開口１８ａを有する第１シート１８と、第１シート１８の開口１８ａからその一部が外部に臨む略円形状の液検知素子（圧電素子）２４と液検知素子２４を配設するための中央凹部２５を有するプラスチック製のハウジング２６とを有する。液検知素子２４は、中央に位置する円形状のセラミックスから形成された第１電極板２７と、第１電極板２７の下面側に位置し、かつ、その外周縁から外方へ延出する銀やステンレス等の導電性の良い金属材料から形成された第２電極板２８とから構成されている。液検知素子２４には、一般に市販されている圧電素子等を用いることができ、圧力が加えられると電気エネルギーを発生する。 The detection unit 21 of the sensor structure 11 includes a first sheet 18 having an opening 18a in the center, and a substantially circular liquid detection element (piezoelectric element) 24 partially facing the outside from the opening 18a of the first sheet 18. And a plastic housing 26 having a central recess 25 for disposing the liquid detection element 24. The liquid detection element 24 is a first electrode plate 27 formed of a circular ceramic located at the center, and a silver positioned on the lower surface side of the first electrode plate 27 and extending outward from the outer peripheral edge thereof. And a second electrode plate 28 formed of a metal material having good conductivity such as stainless steel. As the liquid detection element 24, a commercially available piezoelectric element or the like can be used, and electrical energy is generated when pressure is applied.

発電部２２は、第２シート１９と、第２シート１９の内面に位置する吸収部材２９と、隔離壁２０と吸収部材２９との間に介在された水電池３０とを有する。吸収部材２９は、一時的に液体を吸収保持することが可能なものであって、コットンとレーヨンの混繊やそれらにオプションとしてウレタン等の弾性反発性を有する連続発泡部材を混合したもの等を使用することができる。吸収部材２９にウレタン等の弾性反発部材を含む場合には、クッション性が向上し、第２面１６側から内方に向かって圧力が加えられても、それによって水電池３０が変形したりするおそれはない。 The power generation unit 22 includes a second sheet 19, an absorption member 29 located on the inner surface of the second sheet 19, and a water battery 30 interposed between the isolation wall 20 and the absorption member 29. The absorbent member 29 is capable of temporarily absorbing and holding a liquid, such as a mixture of cotton and rayon, and an optional mixture of a continuous foam member having elastic resilience such as urethane. Can be used. In the case where the absorbing member 29 includes an elastic repulsion member such as urethane, the cushioning property is improved, and even if pressure is applied inward from the second surface 16 side, the water battery 30 is deformed thereby. There is no fear.

図４及び５を参照すると、水電池３０は、１枚の薄板状の正極電極板３１と、正極電極板３１とほぼ同形同大の２枚の負極電極板３２と、透液性を有する繊維不織布又は透液性プラスチックフィルムなどから形成されたラップシート３３の袋状部３４の内部に配置された正極活物質３５とを含む。 Referring to FIGS. 4 and 5, the water battery 30 has a thin plate-like positive electrode plate 31, two negative electrode plates 32 having substantially the same shape and size as the positive electrode plate 31, and liquid permeability. A positive electrode active material 35 disposed inside a bag-like portion 34 of a wrap sheet 33 formed of a fiber nonwoven fabric or a liquid-permeable plastic film.

正極電極板３１は、比較的に導電性が強くイオン化傾向の小さい、電気化学的に比較的安定な、例えば、ニッケル、銅、銀等の金属またはこれらの金属を主体とする合金から作られる。負極電極板３２は、イオン化および/または酸化傾向が比較的に大きな電極活物質、例えば、金属マグネシウム、アルミニウム、亜鉛などまたはそれらを少なくとも２種以上含む合金から作られる。 The positive electrode plate 31 is made of a metal having a relatively high conductivity and a small ionization tendency, which is electrochemically stable, for example, a metal such as nickel, copper, silver, or an alloy mainly composed of these metals. The negative electrode plate 32 is made of an electrode active material having a relatively large tendency to ionize and / or oxidize, such as metal magnesium, aluminum, zinc, or an alloy containing at least two of them.

正極活物質３５は、ラップシート３３の袋状部３４の内面にスプレー塗布された接着剤を介して固定された粉末状であって、比較的に酸化力が強い酸化物質、例えば、活性炭、二酸化マンガン、酸化鉄、結晶性の酸化銀等の混合物から作られており、混合物に含まれる材料の種類や混合比率は、所要の酸化力に応じて自由に設定することができる。なお、水電池３０の厚さをさらに小さくして全体としてコンパクトにするために、活性炭等の各種粉末をシート状に成形してそれを正極活物質３５とし袋状部３４の内面に接着剤を介して固定してもよい。 The positive electrode active material 35 is a powder that is fixed to the inner surface of the bag-like portion 34 of the wrap sheet 33 via an adhesive applied by spraying, and has a relatively strong oxidizing power, such as activated carbon, carbon dioxide. It is made from a mixture of manganese, iron oxide, crystalline silver oxide and the like, and the type and mixing ratio of materials contained in the mixture can be freely set according to the required oxidizing power. In order to further reduce the thickness of the water battery 30 and make it compact as a whole, various powders such as activated carbon are formed into a sheet shape, which is used as the positive electrode active material 35 and an adhesive is applied to the inner surface of the bag-shaped portion 34. It may be fixed via.

水電池３０の組立状態において、正極電極板３１は、正極活物質３５の内部に挿入され、各負極電極板３２はラップシート３３の袋状部３４の第１面１５側の面と第２面１６側の面とに当接しており、袋状部３４を挟み込むように配置されている。また、ラップシート３３の袋状部３４と連続して延びる延出部３７の一部は、その幅方向の長さ寸法を二分する折曲ライン３８に沿って内方へ折り曲げられており、その内側部位が袋状部の第１面１５側の面に配置された負極電極板３２に当接し、また、外側部位が袋状部３４の第２面１６側の面に配置された負極電極板３２に当接している。このように、ラップシート３３の延出部３７によって各構成部材が積層された状態で被包されて水電池３０が形成される。 In the assembled state of the water battery 30, the positive electrode plate 31 is inserted into the positive electrode active material 35, and each negative electrode plate 32 is a first surface 15 side surface and a second surface of the bag-shaped portion 34 of the wrap sheet 33. It is in contact with the surface on the 16th side and is arranged so as to sandwich the bag-like portion 34 therebetween. Further, a part of the extending portion 37 extending continuously with the bag-like portion 34 of the wrap sheet 33 is bent inward along a bending line 38 that bisects the length in the width direction, The negative electrode plate in which the inner portion contacts the negative electrode plate 32 disposed on the surface of the bag-shaped portion on the first surface 15 side, and the outer portion is disposed on the second surface 16 side of the bag-shaped portion 34. 32. Thus, the water battery 30 is formed by being encapsulated by the extending portion 37 of the wrap sheet 33 in a state where the respective constituent members are laminated.

水電池３０は、互いに重なり合うラップシート３４の対向面どうし、及びラップシート３４と負極電極板３２とが間欠的に塗布された接着剤によって互いに接合されているとともに、その全体を挟み込むようにその両側部が折り曲げられた硬質プラスチック製又は金属製の固定部材３９によって積層状態が維持されている。図示していないが、固定部材３９による固定をより強固するために、ラップシート３４の一部に形成された透孔に固定部材３９の一方側部を挿入した状態で折曲してもよい。 The water battery 30 is bonded to each other by opposing adhesive surfaces of the overlapping wrap sheets 34 and the lap sheet 34 and the negative electrode plate 32, and both sides of the water battery 30 so as to sandwich the whole. The laminated state is maintained by a fixing member 39 made of hard plastic or metal whose portion is bent. Although not shown, the fixing member 39 may be bent in a state where one side portion of the fixing member 39 is inserted into a through hole formed in a part of the lap sheet 34 in order to make the fixing by the fixing member 39 stronger.

水電池３０は、その内部構造において、第１及び第２面１５，１６側の両面からその中心に向かって、負極電極板３２と正極電極板３１とが交互に配置されていることから、１枚の正極電極板３１と１枚の負極電極板３２とのみを有する場合に比して電気化学的面積が広くなり、より発電効率に優れているといえる。また、第１面１５側に位置する正極電極板３１と負極電極板３２との離間距離と、第２面１６側に位置する正極電極板３１と負極電極板３２との離間距離とがほぼ等しく、かつ、それらの電極板３１，３２間に正極活物質３５が位置していることから、水電池３０はその厚さ方向において均等の起電力を発生させることができ、全ての正極活物質３５を無駄なくその発電作用に利用することができる。 In the internal structure of the water battery 30, the negative electrode plates 32 and the positive electrode plates 31 are alternately arranged from both the first and second surfaces 15 and 16 toward the center. Compared to the case where only one positive electrode plate 31 and one negative electrode plate 32 are provided, the electrochemical area is widened, and it can be said that the power generation efficiency is more excellent. Further, the separation distance between the positive electrode plate 31 and the negative electrode plate 32 located on the first surface 15 side and the separation distance between the positive electrode plate 31 and the negative electrode plate 32 located on the second surface 16 side are substantially equal. And since the positive electrode active material 35 is located between those electrode plates 31 and 32, the water battery 30 can generate an equal electromotive force in the thickness direction, and all the positive electrode active materials 35 are obtained. Can be used for power generation without waste.

図１及び図２に示すとおり、水電池３０の正極電極板３１、液検知素子２４の第１電極板２７及び第２電極板２８にそれぞれ接続されたリード線４０，４１，４２がコネクタ１２に接続されており、負極電極板３２に接続されたリード線４３は外側板２８に接続されている。このように、液検知素子２４と水電池３０、センサ構造体１１と液体検出装置１３とが電気的に接続されていることによって、液体検出装置１３において水電池３０の端子間に流れるセンサ構造体１１を動作させるための動作電圧Ｖ_１と液検知素子２４のセンサ電圧Ｖ_２とを検知することができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, lead wires 40, 41, and 42 connected to the positive electrode plate 31 of the water battery 30, the first electrode plate 27 and the second electrode plate 28 of the liquid detection element 24 are connected to the connector 12. The lead wire 43 connected to the negative electrode plate 32 is connected to the outer plate 28. Thus, the sensor structure which flows between the terminals of the water battery 30 in the liquid detection device 13 by electrically connecting the liquid detection element 24 and the water battery 30, and the sensor structure 11 and the liquid detection device 13. 11 can detect the sensor voltage V ₂ of the operating voltage V ₁ and the liquid sensing device 24 for operating the.

図６に示すとおり、液体検出装置１３は、センサ電圧取得手段４６、液体検知判断手段４７、サンプリング時間発振手段４８、出力電圧サンプリング手段４９およびメモリ手段５０とを有する。センサ電圧取得手段４６と液体検知判断手段４７とはコンパレータ（比較器）、出力電圧サンプリング手段４９はＭＰＵ（マイクロプロセッサーユニット）、サンプリング時間発振手段４８は水晶体、メモリ手段５０は小型かつ大容量のメモリーカード等のフラッシュメモリーによって構成することができる。図１を参照すると、液体検出装置１３には、メモリーカードを挿入するためのスロット５１が設けられている。 As shown in FIG. 6, the liquid detection device 13 includes a sensor voltage acquisition unit 46, a liquid detection determination unit 47, a sampling time oscillation unit 48, an output voltage sampling unit 49, and a memory unit 50. The sensor voltage acquisition means 46 and the liquid detection judgment means 47 are a comparator (comparator), the output voltage sampling means 49 is an MPU (microprocessor unit), the sampling time oscillation means 48 is a crystalline lens, and the memory means 50 is a small and large capacity memory. It can be configured by a flash memory such as a card. Referring to FIG. 1, the liquid detection device 13 is provided with a slot 51 for inserting a memory card.

かかる構成を有する液体検知システム１０において、まず、センサ構造体１１が液体で濡れたときに、液体が発電部２２の第２シート１９を透過して吸収部材２９の一部又は全体に浸透する。吸収部材２９に浸透した一定量の液体が水電池３０に触れることによって、それを触媒として水電池３０がその内部において電気化学反応を生じて起電力が発生する。発生した起電力によって液検知素子２４に電流が流れる。発電部２２に液体が浸透した後又はそれと同時に検知部２２の開口１４に液体が触れることによって液検知素子２４が圧電される。液検知素子２４が圧電されることによってそのセンサ電圧Ｖ_２を液体検出装置１３のセンサ電圧取得手段４６及び液体検知判断手段４７で検知することができる。サンプリング時間発振手段４８から出力電圧サンプリング手段４９にクロック信号を入力し、センサ電圧Ｖ_２の増加に伴って増加する出力電圧をサンプリング時間毎に電圧サンプリング手段４９でサンプリングすることができる。サンプリングしたデータはメモリ手段５０であるメモリーカード等に記録してそれをＰＣ等の外部の情報処理機器に接続することができ、情報処理機器でサンプリングデータを解析することによって、液体検出時間、検出された液体量等を得ることができる。 In the liquid detection system 10 having such a configuration, first, when the sensor structure 11 gets wet with the liquid, the liquid penetrates the second sheet 19 of the power generation unit 22 and permeates a part or the whole of the absorption member 29. When a certain amount of liquid that has penetrated into the absorbing member 29 touches the water battery 30, the water battery 30 causes an electrochemical reaction in the water battery 30 as a catalyst to generate an electromotive force. A current flows through the liquid detection element 24 by the generated electromotive force. After the liquid has permeated into the power generation unit 22 or at the same time, the liquid touches the opening 14 of the detection unit 22 so that the liquid detection element 24 is piezoelectric. The sensor voltage V ₂ by the liquid sensing device 24 is a piezoelectric can be detected by the sensor voltage acquisition unit 46 and the liquid detection determination unit 47 of the liquid detection device 13. Input the clock signal to the output voltage sampling unit 49 from the sampling time oscillating means 48, may be sampled by the voltage sampling means 49 the output voltage at each sampling time to increase with increasing sensor voltage V _2. The sampled data can be recorded on a memory card or the like as the memory means 50 and connected to an external information processing device such as a PC. By analyzing the sampling data with the information processing device, the liquid detection time and detection And the like can be obtained.

従来のこの種の液体検知システムでは、液体を検出するために常時微弱な電圧をセンサ構造体に印加しておく必要があるところ、本実施形態の液体検知システム１０によれば、センサ構造体１１が液体に触れたときに水電池３０が起電力を発生して作動するので、センサ構造体１１に常時電圧を印加しておく必要はない。したがって、センサ構造体１１を献血時における血液の漏れや排尿等の使用者の身体に直接触れる場所に配置しても、身体に悪影響を及ぼすことはなく、また、電気効率的に優れているといえる。また、水電池３０の発電の有無によっても液漏れ等を検知することができるが、水電池３０はその性質上、センサ構造体１１から液体が取り除かれた後であっても暫らくの間発電し続けるので感度が悪く、サンプリングしたデータに基づいて正確に液漏れの時間や液量を把握することができない。本発明の液体検知システム１０によれば、液検知素子２４は圧力の有無によってその出力電圧が瞬時に変化するので、より高精度に液漏れの開始及びその終了を検知することができる。 In the conventional liquid detection system of this type, it is necessary to always apply a weak voltage to the sensor structure in order to detect the liquid. According to the liquid detection system 10 of the present embodiment, the sensor structure 11 Since the water battery 30 operates by generating an electromotive force when it touches the liquid, it is not necessary to always apply a voltage to the sensor structure 11. Therefore, even if the sensor structure 11 is disposed in a place where the sensor structure 11 is in direct contact with the user's body, such as blood leakage or urination during blood donation, the body is not adversely affected, and the electrical efficiency is excellent. I can say that. In addition, liquid leakage or the like can be detected depending on whether or not the water battery 30 generates power. However, the water battery 30 generates power for a while even after the liquid is removed from the sensor structure 11 due to its nature. Therefore, the sensitivity is poor, and the time and amount of liquid leakage cannot be accurately grasped based on the sampled data. According to the liquid detection system 10 of the present invention, the output voltage of the liquid detection element 24 changes instantaneously depending on the presence or absence of pressure, so that the start and end of liquid leakage can be detected with higher accuracy.

本実施形態のセンサ構造体１１では、検知部２１と発電部２２との間に防水性を有する防漏壁２０が設けられていることによって、発電部２２の吸収部材２９に吸収保持された液体が検知部２１に移動して液検知素子２４を圧電し、液体の漏れ等の終了を誤検知するおそれはない。液検知素子２４は、圧電によるセンサ電圧Ｖ_２の変化をモニターして液漏れ等を検知することができるが、水や尿が液検知素子２４に触れることによってその抵抗値が低下してセンサ電圧Ｖ２が変化するという性質を利用してもよい。 In the sensor structure 11 of the present embodiment, the liquid that is absorbed and held by the absorbing member 29 of the power generation unit 22 is provided by providing the waterproof leak-proof wall 20 between the detection unit 21 and the power generation unit 22. However, there is no possibility that the liquid detecting element 24 is moved to the detecting unit 21 to piezo-electrically detect the liquid leakage and the end of liquid leakage. Liquid sensing device 24 can detect the monitor to leakage or the like change of the sensor voltage V ₂ by the piezoelectric sensor voltage the resistance value by water or urine touches the liquid sensing device 24 is lowered You may utilize the property that V2 changes.

センサ構造体１１自体は外部電源を要しないので、比較的に軽量かつ小型なものであって、図１に示すとおり、長さ寸法Ｌは約１．０〜４．０ｃｍ、厚さは約０．５〜２．０ｃｍである。また、図４に示すとおり、水電池３０の長さ寸法Ｌ２は、約０．７〜１．２ｃｍ、その幅寸法Ｗは、約０．３〜０．７ｃｍである。このようにセンサ構造体１１及び水電池３０は比較的に小型なものであるので、例えば、排尿を検知するために使用者の下着やおむつの内部に配置しても使用者に違和感を与えるおそれはない。 Since the sensor structure 11 itself does not require an external power supply, it is relatively light and small, and as shown in FIG. 1, the length L is about 1.0 to 4.0 cm and the thickness is about 0. .5 to 2.0 cm. Moreover, as shown in FIG. 4, the length dimension L2 of the water battery 30 is about 0.7-1.2 cm, and the width dimension W is about 0.3-0.7 cm. Since the sensor structure 11 and the water battery 30 are relatively small in this way, for example, even if the sensor structure 11 and the water battery 30 are placed inside the user's underwear or diaper to detect urination, the user feels uncomfortable. It is not.

図７は、液体検知システム１０を使い捨ておむつ６０に使用した態様を示す図、図８は、図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う模式的断面図、図９は、液体検出装置１３の内部の一例を示す回路図、図１０はセンサ構造体１１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの時間的な変化を示す図である。図９は、液体検出装置１３の内部構造の一例を示すものであって、図６に示すブロック図の構成を有する限りにおいて、他の回路構成を有するものであってもよい。 FIG. 7 is a diagram showing a mode in which the liquid detection system 10 is used for the disposable diaper 60, FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7, and FIG. 9 is an example of the inside of the liquid detection device 13 FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in the output voltage _Vout of the sensor structure 11. FIG. 9 shows an example of the internal structure of the liquid detection device 13, and as long as it has the configuration of the block diagram shown in FIG. 6, it may have another circuit configuration.

図７及び８を参照すると、使い捨ておむつ６０は、肌対向面及びその反対側の非肌対向面を有し、前ウエスト域６１と、後ウエスト域６２と、前後ウエスト域６１，６２間に位置するクロッチ域６３と、使い捨ておむつの外形をなすシャーシ６４と、シャーシ６４の肌対向面側に分離可能に連結される吸液構造体６５とを有する。吸液構造体６５は、透液性の繊維不織布、プラスチックシート又はそれらのラミネートシート等から形成されたトップシート６６と、不透液性の繊維不織布、プラスチックシート、又はそれらのラミネートシートから形成されたバックシート６７と、両シート６６，６７間に介在する、吸収性ポリマー粒子と粉砕パルプとの混合物等から形成された吸収性コア６８とを含む。液体検知システム１０のセンサ構造体１１は、使い捨て着用物品６０の前ウエスト域６１側において、吸液構造体６５のトップシート６６と吸収性コア６８との間に配置されており、第１面１５はトップシート６６に当接し、第２面１６は吸収性コア６８に当接している。 7 and 8, the disposable diaper 60 has a skin facing surface and a non-skin facing surface on the opposite side, and is located between the front waist region 61, the rear waist region 62, and the front and rear waist regions 61, 62. A crotch region 63, a chassis 64 forming the outer shape of the disposable diaper, and a liquid absorbing structure 65 detachably connected to the skin facing surface side of the chassis 64. The liquid absorbing structure 65 is formed from a top sheet 66 formed from a liquid-permeable fiber nonwoven fabric, a plastic sheet, or a laminate sheet thereof, and a liquid-impervious fiber nonwoven fabric, a plastic sheet, or a laminate sheet thereof. Back sheet 67 and absorbent core 68 formed from a mixture of absorbent polymer particles and pulverized pulp, etc., interposed between both sheets 66 and 67. The sensor structure 11 of the liquid detection system 10 is disposed between the top sheet 66 of the liquid absorption structure 65 and the absorbent core 68 on the front waist region 61 side of the disposable wearing article 60, and the first surface 15. Is in contact with the top sheet 66, and the second surface 16 is in contact with the absorbent core 68.

かかる態様において、着用者が尿を排泄したときには、尿がトップシート６６を透過して吸収性コア６５に移動する過程において、図８において仮想線で示すようにトップシート６６が吸収性コア６８向かって移動し、センサ構造体１１の検知部２１の開口１４上に位置する尿がその自重によってトップシート６６を介して液検知素子２４を圧電する。その後又はそれと同時に、尿が第２面１６側に位置する発電部２２の第２シート１９を透過して吸収部材２９に吸収されて水電池３０が発電する。水電池３０が発電することによって液検知素子２４に電流が流れてセンサ電Ｖ_２を検知することができる。 In this aspect, when the wearer excretes urine, in the process of urine passing through the top sheet 66 and moving to the absorbent core 65, the top sheet 66 faces the absorbent core 68 as shown by phantom lines in FIG. The urine located on the opening 14 of the detection unit 21 of the sensor structure 11 piezoelectrically moves the liquid detection element 24 through the top sheet 66 by its own weight. Thereafter or simultaneously, urine passes through the second sheet 19 of the power generation unit 22 located on the second surface 16 side and is absorbed by the absorption member 29, and the water battery 30 generates power. By water battery 30 for power generation current flows through the liquid detection device 24 can detect a sensor electric V _2.

図９を参照すると、まず、液体検出装置１３のＭＰＵ７０は電源７１から供給される電力によって作動している。排尿時においてセンサ構造体１１の水電池３０の動作電圧Ｖ_１とセンサ電圧Ｖ_２とがそれぞれ、ＭＰＵ７０の入力ポート７２，７３に入力される。また、センサ電圧Ｖ_２は、センサ電圧取得手段と液体検知判断手段とを構成するコンパレータ７４の（非反転）入力端子に入力電圧Ｖ_ｉｎとして入力される。コンパレータの（反転）入力端子には予め設定された基準電圧（液検知素子が液体に触れたときの最初の基準電圧は設定された初期値）が入力され、入力電圧Ｖ_ｉｎが基準電圧よりも大きいときには、コンパレータ７４の出力端子からハイレベルの信号が出力される。コンパレータ７４から出力された信号はＭＰＵの入力ポート７５に入力され、ＭＰＵ７０の出力ポート７６からは８ビットはしご形の抵抗回路７８を介して出力電圧Ｖ_ｏｕｔが出力される。出力電圧Ｖ_ｏｕｔはコンパレータ７４の入力端子に入力され、出力電圧Ｖ_ｏｕｔとセンサ電圧Ｖ_２とがコンパレータ７４で比較され、センサ電圧Ｖ_２が出力電圧Ｖ_ｏｕｔよりも大きい限りにおいてハイレベルの信号がＭＰＵ７０の入力ポート７５に入力され続ける。ＭＰＵ７０のグランド側には動作用の抵抗８１が位置し、コンパレータ７４の反転入力端子のグランド側にはコンデンサ８２が位置している。 Referring to FIG. 9, first, the MPU 70 of the liquid detection device 13 is operated by the electric power supplied from the power source 71. Operating voltage _{V 1} and the sensor voltage _{V 2} and the respective water battery 30 of the sensor structure 11 at the time of urination, is input to the input port 72 and 73 of the MPU 70. The sensor voltage V ₂ is a comparator 74 constituting the sensor voltage acquiring means and the liquid detection judgment means (non-inverting) input to the input terminal as the input voltage V _in. The (inverted) input terminal of the comparator is (the first reference voltage set initial value when the liquid detection device has touched the liquid) input a preset reference voltage, than the reference voltage input voltage V _in When large, a high level signal is output from the output terminal of the comparator 74. The signal output from the comparator 74 is input to the input port 75 of the MPU, and the output voltage V _out is output from the output port 76 of the MPU 70 via the 8-bit ladder-type resistor circuit 78. The output voltage _{V out} is input to the input terminal of the comparator 74, the output voltage _{V out} and the sensor voltage _{V 2} is compared by the comparator 74, the high-level signal as long as the sensor voltage _{V 2} is greater than the output voltage _{V out} The input continues to the input port 75 of the MPU 70. An operation resistor 81 is located on the ground side of the MPU 70, and a capacitor 82 is located on the ground side of the inverting input terminal of the comparator 74.

図１０に示すとおり、コンパレータ７４から出力されたデジタル信号をデジタル・アナログ変換し、かつ、サンプリング時間発振手段（ＭＨｚ）を構成する水晶体８５から入力されるクロック信号によって、サンプリング時間（μsec）毎における出力電圧Ｖ_ｏｕｔの変化を把握することができる。コンパレータ７４から入力ポート７５にハイレベルの信号が入力されることによって出力電圧Ｖ_ｏｕｔは次第に上昇して規定値（ピーク値Ｐ１，Ｐ２）に達するまで上昇する。ピーク値Ｐ１，Ｐ２に達した後、開口部１４と当接するトップシート６６から尿が完全に吸収性コア６８に移行したときに、液検知素子２４は圧電された状態から解放される。液検知素子２４の圧電状態が解除されることによって、センサ電圧Ｖ_２がコンパレータ７１に入力されずコンパレータ７１がＯＦＦ（ローレベル）になるので、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが出力されず、排尿が終了したことを検知することができる。このように、排尿と同時に液検知素子２４が圧電されることによって排尿の開始を検知することができ、また、排尿が停止されると同時に、身体側ライナ６１から速やかに吸収性コア６８に尿が移行して液検知素子２４の圧電状態が解除されることによって、排尿の終了を検知することができる。かかる方法によれば、水電池の発電の有無によっても排尿の開始を検知することもできるが、液検知素子２４を用いることによってより高精度に排尿の終了や排尿時間を検知することができる。 As shown in FIG. 10, the digital signal output from the comparator 74 is converted from digital to analog, and the clock signal input from the crystal body 85 constituting the sampling time oscillation means (MHz) is used at every sampling time (μsec). A change in the output voltage _Vout can be grasped. When a high level signal is input from the comparator 74 to the input port 75, the output voltage _Vout gradually rises and rises until reaching the specified values (peak values P1, P2). After reaching the peak values P1 and P2, the liquid detection element 24 is released from the piezoelectric state when the urine completely moves from the top sheet 66 in contact with the opening 14 to the absorbent core 68. By piezoelectric state of the liquid sensing device 24 is released, the sensor voltage V ₂ is so comparator 71 without being input to the comparator 71 becomes OFF (low level) is not output the output voltage V _out is, urination is completed Can be detected. In this way, the start of urination can be detected by the piezoelectricity of the liquid detection element 24 simultaneously with urination, and at the same time as urination is stopped, the urine is promptly applied from the body side liner 61 to the absorbent core 68. And the end of urination can be detected by releasing the piezoelectric state of the liquid detection element 24. According to such a method, the start of urination can be detected by the presence or absence of power generation of the water battery, but the end of urination and the urination time can be detected with higher accuracy by using the liquid detection element 24.

液検知素子２４は、尿以外にもそれを圧電するもの、例えば、糞便にも反応しうるが、排尿開始後における、抽出したサンプリングデータの波形によって排尿と排便とを区別することができる。また、排尿開始後において、液検知素子２４は着用者の体圧によっても反応し続けるといえるが、本実施形態のように、センサ構造体１１を使い捨ておむつ６０の前ウエスト域６１の着用者の排尿口近傍と対向する位置に配置することによって、着用者が横臥状態にあってもセンサ構造体１１に体圧が負荷されて液検知素子２４が誤作動するのを防止することができる。液検知素子２４は、圧電によるセンサ電圧Ｖ_２、出力電圧Ｖ_ｏｕｔの変化をモニターして排尿を検知することができるが、尿が液検知素子２４に触れることによってその抵抗値が低下してセンサ電圧Ｖ_２、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが変化するという性質を利用してもよい。その場合には、第１面１５がトップシート６６の表面に当接するようにセンサ構造体１１を吸液構造体６５上に配置し、トップシート６６に一時的に吸収された尿の有無によって排尿を検知することができる。 The liquid detection element 24 can react to piezo-electric elements other than urine, such as stool, but can distinguish urination and defecation from the waveform of the extracted sampling data after the start of urination. In addition, after the start of urination, it can be said that the liquid detection element 24 continues to react even with the body pressure of the wearer. However, as in this embodiment, the sensor structure 11 is attached to the wearer in the front waist region 61 of the disposable diaper 60. By arranging it at a position facing the vicinity of the urination opening, it is possible to prevent the fluid detection element 24 from malfunctioning due to body pressure being applied to the sensor structure 11 even when the wearer is lying down. The liquid detection element 24 can detect urination by monitoring changes in the sensor voltage V ₂ and the output voltage V _out due to piezoelectricity. However, when the urine touches the liquid detection element 24, the resistance value decreases and the sensor detects the urination. voltage _{V 2,} the output voltage _{V out} may be by utilizing the property that changed. In that case, the sensor structure 11 is disposed on the liquid absorbing structure 65 so that the first surface 15 contacts the surface of the top sheet 66, and urination is performed depending on the presence or absence of urine temporarily absorbed by the top sheet 66. Can be detected.

図１０に示す出力電圧の変化を示す波形から、例えば、排尿時間を検出したり、ピーク値（Ｐ１，Ｐ２）の回数をカウントすることによって一定時間内における排尿回数を検出したりすることができる。また、メモリ手段５０を構成するメモリーカード８６をパソコン等の他のハードウエアを用いて所定のソフトウエア（動作プログラム）を実行することによって、各サンプリングデータの変化量を算出し、その変化量を累積することによって積分量を得ることが出来る。尿量の定量的な算出のため、出力電圧Ｖ_ｏｕｔの積分量と尿量（ｍｌ）とを関係付ける相関式を着用者ごとに予め作成してソフトウエアに設定し、この相関式に従って抽出したサンプルデータの出力電圧の積分量から尿量を算出することができる。また、図示していないが、ＭＰＵ７０にスライド式の排尿量検出手段を設けてそれをコンパレータ７４の入力端子に入力される基準電圧が０Ｖよりも高い所定の電圧値になるように設定し、センサ電圧Ｖ_２が設定された基準電圧（閾値）と比較して大きい場合にのみコンパレータ７４がＯＮになるようにすることによって一定量の尿量を算出することもできる。 From the waveform showing the change in the output voltage shown in FIG. 10, for example, the urination time can be detected, or the number of urinations within a certain time can be detected by counting the number of peak values (P1, P2). . Further, by executing predetermined software (operation program) on the memory card 86 constituting the memory means 50 using other hardware such as a personal computer, the amount of change of each sampling data is calculated, and the amount of change is calculated. The integration amount can be obtained by accumulating. For quantitative calculation of urine volume, a correlation equation that relates the integrated amount of output voltage _Vout and urine volume (ml) is created in advance for each wearer, set in software, and extracted according to this correlation equation The amount of urine can be calculated from the integrated amount of the output voltage of the sample data. Although not shown in the figure, the MPU 70 is provided with a slide type urine volume detection means, which is set so that the reference voltage inputted to the input terminal of the comparator 74 becomes a predetermined voltage value higher than 0V, it is also possible to calculate the urine volume of a fixed amount by allowing only the comparator 74 is greater in comparison with a reference voltage to which the voltage V ₂ is set (threshold) turned oN.

メモリ手段５０に保存された出力電圧Ｖ_ｏｕｔは着用者の排尿パターンを表すものであって、排尿パターンを参照することによって着用者のおむつ６０の交換時期や脱水症状の有無、排尿の指導等に利用することができる。また、液体検出装置１３にメモリ手段５０を設ける代わりにデータ送信手段を設け、外部のハードウエアと無線によりサンプリングデータの送受信をすることによって、例えば、着用者が寝臥する部屋とは別の部屋でリアルタイムに排尿を確認し、速やかにおむつ６０の交換をすることができる。また、液体検出装置１３に排尿を検知したときに光や音で外部に表示する報知手段を設けてもよい。本発明にかかる液体検知システム１０は、患者の排尿や点滴袋の液残りの確認等のために病院や介護施設で利用することができることの他に、比較的に大型の給水ポンプに使用されるチューブの液漏れを検知するためのセンサ、災害時における河川等の氾濫を速やかに検知するためのセンサなど各種分野において制限なく使用することができる。 The output voltage _Vout stored in the memory means 50 represents the wearer's urination pattern. By referring to the urination pattern, the wearer's diaper 60 can be exchanged, whether there is a dehydration symptom, urination guidance, etc. Can be used. Further, by providing data transmitting means instead of providing the memory means 50 in the liquid detection device 13 and transmitting and receiving sampling data wirelessly with external hardware, for example, a room different from the room where the wearer lies down Thus, urination can be confirmed in real time, and the diaper 60 can be replaced quickly. Moreover, you may provide the alerting | reporting means displayed on the exterior with a light or a sound, when the urination is detected in the liquid detection apparatus 13. The liquid detection system 10 according to the present invention can be used in a hospital or a care facility for checking urination of a patient, checking of the liquid remaining in an infusion bag, and the like, and is also used for a relatively large water pump. It can be used without limitation in various fields such as a sensor for detecting liquid leakage from a tube and a sensor for quickly detecting flooding of a river in a disaster.

１０液体検知システム
１１センサ構造体
１３液体検出装置
１４開口部
１５第１面
１６第２面
１８第１シート
１９第２シート
２０防漏壁
２１検知部
２２発電部
２４液検知素子
２６ハウジング
２９吸収部材
３０水電池
３１正極電極板
３２負極電極板
３３ラップシート（絶縁体）
３５正極活物質
４６センサ電圧取得手段
４７液体検知判断手段
４８サンプリング時間発振手段
４９出力電圧サンプリング手段
５０メモリ手段
Ｖ_２センサ電圧
Ｖ_ｏｕｔ出力電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Liquid detection system 11 Sensor structure 13 Liquid detection apparatus 14 Opening part 15 1st surface 16 2nd surface 18 1st sheet 19 2nd sheet 20 Leak-proof wall 21 Detection part 22 Power generation part 24 Liquid detection element 26 Housing 29 Absorption member 30 Water battery 31 Positive electrode plate 32 Negative electrode plate 33 Wrap sheet (insulator)
35 Positive electrode active material 46 Sensor voltage acquisition means 47 Liquid detection determination means 48 Sampling time oscillation means 49 Output voltage sampling means 50 Memory means V ₂ Sensor voltage V _out Output voltage

Claims

In a liquid detection system having a sensor structure and a liquid detection device electrically connected to the sensor structure,
The sensor structure has a first surface and a second surface located on the opposite side, an opening, a detection unit for detecting the liquid located on the first surface side, and the liquid as a catalyst. The liquid detection system, comprising: a power generation unit having a water battery, wherein the detection unit includes a liquid detection element partially exposed from the opening.

The liquid detection system according to claim 1, wherein the liquid detection element is a piezoelectric element.

The liquid detection system according to claim 1, wherein a waterproof isolation wall is disposed between the power generation unit and the detection unit of the sensor structure.

The detection unit of the sensor structure includes a liquid-permeable first sheet that forms an outer surface on the first surface side and has an opening at a center thereof, and the liquid detection element that is positioned inward of the first sheet. And a housing for holding the liquid detection element, wherein the power generation unit includes a liquid-permeable second sheet that forms an outer surface of the second surface, and a liquid that is located inside the second sheet. The liquid detection system in any one of Claims 1-3 which has an absorption member for absorbing and hold | maintaining and the said water battery located inside the said absorption member.

The liquid detection device includes means for acquiring a sensor voltage output from the liquid detection element, means for determining the presence or absence of liquid on the detection unit, and sampling the output voltage at a predetermined sampling time. The liquid detection system according to claim 1, further comprising sampling means for obtaining data.

The liquid detection system according to claim 5, wherein the liquid detection device further includes a memory unit for storing sampled data.

The water battery is interposed between one positive electrode plate, two negative electrode plates, the positive electrode plate and the negative electrode plate, and directly or indirectly through an insulating member. 7. A positive electrode active material that abuts, wherein a separation dimension between the positive electrode plate and one negative electrode plate is substantially equal to a separation dimension between the positive electrode plate and the other negative electrode plate. Liquid detection system according to crab.