JP2000230872A

JP2000230872A - ケーブル状圧力センサおよび圧力検出装置

Info

Publication number: JP2000230872A
Application number: JP11034064A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nagai; 彪長井; Masahiko Ito; 雅彦伊藤; Yuko Fujii; 優子藤井; Hiroyuki Ogino; 弘之荻野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のケーブル状圧力センサは、圧力の印加
された位置を検出できないという課題があった。【解決手段】芯電極３と第１可撓性外電極５ａ間（第
１感応部）に圧力が印加された場合、この芯電極３と第
１可撓性外電極５ａ間に振動電圧が誘起されるが、芯電
極３と第２可撓性外電極５ｂ間（第２感応部）には誘起
されない。従って、第１感応部と第２感応部でそれぞれ
独立して圧力を検出できるので、圧力の印加された部分
がどちらの部分であるかを特定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はケーブル圧力センサ
および圧力検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のケーブル状圧力センサは
以下のようなものであった。

【０００３】特開昭６２−２３００７１号公報では図１
０に示すように、線状導電材１と導電ゴム２とから構成
された芯電極３の周囲に可撓性圧電体４を配置し、その
周囲に可撓性外電極５を配置し、さらにその周囲に熱収
縮チューブから成る外皮６を被覆して成るケーブル状圧
力センサが開示されている。可撓性圧電体４として、合
成ゴムや合成樹脂の中にチタン酸鉛などのセラミック圧
電体粉末を添加した複合体あるいはビニリデンフルオロ
ライド（ＶＤＦ）/トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）
共重合体系などの圧電性高分子が用いられる。また、可
撓性外電極５として、アルミニウム箔や塗装法による銀
系導電性塗膜が用いられる。６は外皮、７は振動電圧検
出手段である。

【０００４】類似のケーブル状圧力センサが特開平３−
２５９５７７号公報にも開示されている。この公報で
は、可撓性圧電体４として、ポリエチレン、ポリプロピ
レンや塩化ビニルなどの樹脂の中にチタン酸鉛などのセ
ラミック圧電体粉末を添加した複合体が開示されてい
る。可撓性外電極５として、無電解メッキ法によるニッ
ケル膜や銅膜、および蒸着法によるアルミニウム膜や銀
膜が開示されている。

【０００５】上記ケーブル状圧力センサの一部あるいは
全面に時間的に変化する圧力が印加されたとき、その部
分の圧力センサに生じる加速度に応じた振動電圧が芯電
極３と外電極５間に誘起される。この振動電圧を振動電
圧検出手段７で検出することにより、時間的に変化する
圧力を検出していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ケーブル状圧力センサでは、ケーブル状圧力センサの一
部に時間的に変化する圧力が印加されたとき、ケーブル
状圧力センサのどの位置に圧力が印加されたかを検出で
きなかった。ケーブル状圧力センサの一部に圧力が印加
されたとき、その部分に電荷（Ｑ）が誘起されるが、こ
の電荷は芯電極３と可撓性外電極５の静電容量（Ｃ）に
蓄えられるので、振動電圧（Ｖ_d＝Ｑ／Ｃ）が振動電圧
検出手段７により検出される。静電容量（Ｃ）は芯電極
３と可撓性外電極５の対向する全体の長さで決まり、圧
力の印加された部分の位置や長さに依存しない。従っ
て、圧力の印加された位置を検出できない。

【０００７】また、従来のケーブル状圧力センサでは、
時間的に変化する圧力を検出できるが、温度を検出でき
ないという課題も有していた。可撓性圧電体４として前
述した複合体を用いても、高分子を用いても、その最高
使用温度は（８０〜１２０）℃程度である。可撓性圧電
体４が最高使用温度以上に曝された場合、その圧電性能
が劣化する。従って、可撓性圧電体４の使用に当たって
は充分な温度管理を必要とするが、従来のケーブル状圧
力センサでは、温度センサを別途に準備する必要がある
ので、（１）複雑な構成になる、（２）温度センサで検
出される温度は必ずしも可撓性圧電体４の温度と一致し
ないなどの課題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、芯電極と、前記芯電極の周囲に配置され
た可撓性圧電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置され
た第１可撓性外電極およびを第２可撓性外電極を備えた
ケーブル状圧力センサとしたものである。

【０００９】上記発明によれば、芯電極と第１可撓性外
電極間（第１感応部）に圧力が印加されたとき、芯電極
と第１可撓性外電極間に振動電圧が誘起されるが、芯電
極と第２可撓性外電極間（第２感応部）には誘起されな
い。従って、第１感応部と第２感応部でそれぞれ独立し
て圧力信号を誘起できるので、圧力の印加された部分が
どちらの部分であるかを特定できる。

【００１０】また、第１感応部で可撓性圧電体の静電容
量を検出することもできるので、静電容量の温度依存性
から可撓性圧電体の温度を検出できる。従って、温度セ
ンサを特別に準備する必要がない。このとき第２感応部
で振動電圧を同時に検出できるので、圧力もまた検出で
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかるケーブ
ル状圧力センサは、芯電極と、前記芯電極の周囲に配置
された可撓性圧電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置
された第１可撓性外電極およびを第２可撓性外電極を備
えたものである。

【００１２】芯電極と第１可撓性外電極間（第１感応
部）に圧力が印加されたとき、芯電極と第１可撓性外電
極間に振動電圧が誘起されるが、芯電極と第２可撓性外
電極間（第２感応部）には誘起されない。また、その逆
も成り立つ。従って、第１感応部と第２感応部でそれぞ
れ独立して圧力信号を誘起できるので、圧力の印加され
た部分がどちらの部分であるかを特定できる。

【００１３】また、第１感応部で可撓性圧電体の静電容
量を検出することもできるので、静電容量の温度依存性
から可撓性圧電体の温度を検出できる。従って、温度セ
ンサを特別に準備する必要がない。このとき第２感応部
で振動電圧を同時に検出できるので、圧力もまた検出で
きる。

【００１４】本発明の請求項２にかかる圧力検出装置
は、芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された可撓性圧
電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置された第１可撓
性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケーブル状圧
力センサと、前記芯電極と前記第１可撓性外電極に接続
された第１振動電圧検出手段と、前記芯電極と前記第２
可撓性外電極に接続された第２振動電圧検出手段を備え
たものである。

【００１５】芯電極と第１可撓性外電極間（第１感応
部）に圧力が印加されたとき、芯電極と第１可撓性外電
極間に振動電圧が誘起されるので、この振動電圧は第１
振動電圧検出手段により検出される。このとき第２振動
電圧検出手段には振動電圧が誘起されない。逆に、芯電
極と第２可撓性外電極間（第１感応部）に圧力が印加さ
れたとき、芯電極と第２可撓性外電極間に振動電圧が誘
起されるので、この振動電圧は第２振動電圧検出手段に
より検出される。このとき第１振動電圧検出手段には振
動電圧が誘起されない。従って、圧力が第１感応部に印
加されたか、もしくは第２感応部に印加されたかを特定
できる。

【００１６】本発明の請求項３にかかる圧力検出装置
は、芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された可撓性圧
電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置された第１可撓
性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケーブル状圧
力センサと、前記芯電極と前記第１可撓性外電極に接続
された静電容量検出手段と、前記芯電極と前記第２可撓
性外電極に接続された振動電圧検出手段を備えたもので
ある。

【００１７】芯電極と第１可撓性外電極間（第１感応
部）に静電容量検出手段が接続されているので、第１感
応部の可撓性圧電体の静電容量を検出できる。静電容量
の温度特性に基づき温度を検出できる。また、芯電極と
第２可撓性外電極間（第２感応部）に振動電圧検出手段
が接続されているので、第２感応部に圧力が印加された
ときに生じる振動電圧を振動電圧検出手段により検出で
きる。従って、第１感応部で温度を検出できると共に、
第２感応部で圧力を検出できる。

【００１８】本発明の請求項４にかかる圧力検出装置
は、可撓性外電極をアース電位とする構成である。

【００１９】可撓性外電極は静電容量検出手段および振
動電圧検出手段に共通して接続され、アース電位を与え
るので、芯電極は外部空間からシールドされる。従っ
て、芯電極は外部空間からのノイズから遮断される。

【００２０】本発明の請求項５にかかる圧力検出装置
は、静電容量検出手段に温度算出手段を接続して構成さ
れる。

【００２１】静電容量の温度特性に基づきそのときの静
電容量を温度に換算する温度算出手段を備えているの
で、容易に温度を直読できる。

【００２２】本発明の請求項６にかかる圧力検出装置
は、ケーブル状圧力センサの両端の芯電極のどちらか一
方にリード線を接続し、且つ、同両端の第１可撓性外電
極および第２可撓性外電極にそれぞれリード線を接続す
る構成である。

【００２３】芯電極や可撓性外電極にリード線を接続す
る場合、それらの電極を露出する必要があるが、ケーブ
ル状圧力センサの両端では、これらの露出作業が容易で
ある。また、静電容量検出手段や振動電圧検出手段に信
号電圧を取り込むとき、リード線はできるだけ短い方が
好ましい。ケーブル状圧力センサの両端部分はこれら検
出手段に近い位置に配置できるので、リード線を短くで
きる。

【００２４】本発明の請求項７にかかる圧力検出装置
は、芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された可撓性圧
電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置された第１可撓
性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケーブル状圧
力センサと、芯電極と前記第１可撓性外電極に接続され
た静電容量検出手段および第１振動電圧検出手段と、芯
電極と前記第２可撓性外電極に接続された第２振動電圧
検出手段を備えたものである。

【００２５】芯電極と第１可撓性外電極間（第１感応
部）に静電容量検出手段および第１振動電圧検出手段が
接続されている。静電容量検出手段で検出された静電容
量から第１感応部の可撓性圧電体の温度を検出できる。
また、第１振動電圧検出手段で検出された振動電圧から
第１感応部に印加された圧力もまた検出できる。また、
芯電極と第２可撓性外電極間（第２感応部）に第２振動
電圧検出手段が接続されているので、第２感応部に圧力
が印加されたときに生じる振動電圧を第２振動電圧検出
手段により検出できる。従って、第１感応部で温度と圧
力を同時に検出できると共に、第２感応部でも圧力を検
出できる。

【００２６】本発明の請求項８にかかる圧力検出装置
は、静電容量検出手段に用いられる検出周波数は、振動
電圧検出手段で得られる振動周波数と異なる。

【００２７】静電容量の検出には、通常、交流電圧が用
いられる。他方、振動電圧検出手段で得られる信号も交
流電圧である。両者の周波数が異なるので、それぞれを
分離して検出できる。

【００２８】本発明の請求項９にかかる圧力検出装置
は、静電容量検出手段に用いられる検出周波数は、振動
電圧検出手段で得られる振動周波数よりも高周波数であ
る。

【００２９】人体の運動を時間的に変化する圧力として
検出する場合、振動電圧検出手段で得られる振動周波数
は１０Hz以下である。このような場合、本請求項の構成
は、静電容量検出手段に用いられる検出周波数を高周波
数（例えば、１kHz）にしているので、容易に静電容量
を検出できる。

【００３０】本発明の請求項１０にかかる圧力検出装置
は、芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された可撓性圧
電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置された第１可撓
性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケーブル状圧
力センサと、芯電極と前記第１可撓性外電極に接続され
た第１濾波部および第２濾波部と、前記第１濾波部に接
続された静電容量検出手段と、前記第２濾波部に接続さ
れた第１振動電圧検出手段と、芯電極と前記第２可撓性
外電極に接続された第２振動電圧検出手段を備えたもの
である。

【００３１】第１感応部では、静電容量検出手段に用い
られる検出周波数を濾波する第１濾波部と前記第１振動
電圧検出手段で得られる振動周波数を濾波する第２濾波
部を備えているので、それぞれの信号を精度よく分離し
て同時に検出できる。また、第２感応部の芯電極と第２
可撓性外電極に第２振動電圧検出手段が接続されている
ので、第２感応部に圧力が印加されたときに生じる振動
電圧を振動電圧検出手段により検出できる。従って、第
１感応部で温度と圧力を同時に分離して検出できると共
に、第２感応部でも圧力を検出できる。

【００３２】本発明の請求項１１にかかる圧力検出装置
は、芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された可撓性圧
電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置された第１可撓
性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケーブル状圧
力センサと、前記芯電極と前記第１可撓性外電極に接続
された信号切替手段と、前記信号切替手段に接続された
静電容量検出手段と第１振動電圧検出手段と、前記芯電
極と前記第２可撓性外電極に接続された第２振動電圧検
出手段を備え、前記信号切替手段により前記静電容量検
出手段か、もしくは前記第１振動電圧検出手段のどちら
か一方が前記芯電極と前記第１可撓性外電極に接続する
構成である。

【００３３】芯電極と第１可撓性外電極間（第１感応
部）に接続された信号切替手段により、芯電極と第１可
撓性外電極は、静電容量検出手段に接続されるか、また
は第１振動電圧検出手段に接続されるか、どちらかであ
るので、それぞれの信号を時間的に分離して検出でき
る。従って、振動電圧の振動周波数成分の一つの周波数
が、静電容量の検出に用いられる検出周波数と一致する
場合でも、両者を時間的に分離して検出できる。また、
第２感応部の芯電極と第２可撓性外電極に接続された第
２振動電圧検出手段により、第２感応部に印加される圧
力もまた検出できる。

【００３４】

【実施例】以下、本本発明の実施例について図面を用い
て説明する。

【００３５】（実施例１）図１は本発明の実施例１のケ
ーブル状圧力センサの見取図である。

【００３６】芯電極３の周囲に可撓性圧電体４を形成し
た後、第１可撓性外電極５ａおよび第２可撓性外電極５
ｂを形成してケーブル状圧力センサを構成した。芯電極
３として、従来例で示した構成の芯電極や複数の金属細
線だけから成る芯電極などが用いられる。可撓性圧電体
４として、ゴムや樹脂の中にチタン酸鉛、チタン酸鉛ジ
ルコン酸鉛などのセラミック圧電体粉末を添加した複合
体、あるいは、ビニリデンフルオロライド（ＶＤＦ）/
トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）共重合体系などの圧
電性高分子が用いられる。また、第１可撓性外電極５ａ
や第２可撓性外電極５ｂとして、アルミニウム箔や塗装
法による銀系導電性塗膜、あるいは、ポリエチレンテレ
フタレート・フィルム上にアルミニウム層の形成された
導電性フィルムなどが用いられる。

【００３７】ケーブル状圧力センサの一部に時間的に変
化する圧力が印加されたとき、例えば，第１可撓性外電
極５ａの一部に圧力が印加されたとき、その部分の圧力
センサに生じる加速度に応じた振動電圧が芯電極３と第
１可撓性外電極５ａ間に誘起され，芯電極３と第２可撓
性外電極５ｂ間には振動電圧が誘起されない。逆に，第
２可撓性外電極５ｂの一部に圧力が印加されたとき、そ
の部分の圧力センサに生じる加速度に応じた振動電圧が
芯電極３と第２可撓性外電極５ｂ間に誘起され，芯電極
３と第１可撓性外電極５ａ間には振動電圧が誘起されな
い。また、第１可撓性外電極５ａの一部と第２可撓性外
電極５ｂの一部に同時に圧力が印加されたとき、その部
分の圧力センサに生じる加速度に応じた振動電圧が芯電
極３と第１外電極５１間に誘起されると共に芯電極３と
第２可撓性外電極５ｂ間にも振動電圧が誘起される。従
って，圧力の印加された位置が第１可撓性外電極５ａの
部分か、第２可撓性外電極５ｂの部分か、あるいは、両
者であるか、を誘起電圧によって検出できる。

【００３８】この検出には、図２に示すように、芯電極
３と第１可撓性外電極５ａに接続された第１振動電圧検
出手段７ａ、および芯電極３と第２可撓性外電極５ｂに
接続された第２振動電圧検出手段７ｂを備えた構成が好
ましい。各振動電圧を分離して検出できるので、誘起電
圧がどの位置で発生したかを容易に検出できる。

【００３９】（実施例２）図３は実施例２を示し、本発
明のケーブル状圧力センサを用いた圧力検出装置であ
る。芯電極３と第１可撓性外電極５ａに接続された静電
容量検出手段８と芯電極３と第２可撓性外電極５ｂに接
続された振動電圧検出手段７備えた構成である。

【００４０】第２可撓性外電極５ｂの一部に時間的に変
化する圧力が印加されたとき、その部分の圧力センサに
生じる加速度に応じた振動電圧が芯電極３と第２可撓性
外電極５ｂ間に誘起される。この振動電圧は振動電圧検
出手段７により検出される。この振動電圧を利用して、
時間的に変化する圧力が検出される。他方、静電容量
は、芯電極３と第１可撓性外電極５ａに接続された静電
容量検出手段８により検出される。図４にケーブル状圧
力センサ（第１可撓性外電極５ａの長さ：約１．５m）
の静電容量の温度特性の一例を示す。このとき用いたケ
ーブル状圧力センサは、芯電極３としてコイル状銅線
を、可撓性圧電体４としてゴムにセラミック圧電体粉末
を添加した複合体（約０．６mm^t）を、第１可撓性外電
極５ａおよび第２可撓性外電極５ｂとしてアルミニウム
箔を用いて構成した。同図から明らかなように、温度上
昇と共に静電容量は、室温から約８０℃の温度範囲で約
−１６００ppmの大きな負の温度係数を示し、それ以上
の温度ではやや小さな負の温度係数を示した。従って、
静電容量を検出することにより、可撓性圧電体４の温度
が検出できる。

【００４１】なお、図４に示した測定は、恒温槽内にケ
ーブル状圧力センサを配置して行ったので、ケーブル状
圧力センサの温度は均一である。しかし、実用状態で
は、必ずしも全体的に均一な温度にならない。このよう
な場合、静電容量は平均的な値を示すので、温度も平均
温度が検出される。実用状態での温度分布を把握するこ
とにより、例えば耐熱性１２０℃のケーブル状圧力セン
サであれば、平均温度が例えば１００℃になったとき
に、警報を発するなどの手段ができるので、平均温度検
出は実用的にも有効である。

【００４２】図２、図３に示した場合、第１可撓性外電
極５ａと第２可撓性外電極５ｂをアース電位とし、芯電
極３からそれぞれの電圧信号を取出すことが望ましい。
芯電極３は、アース電位の第１可撓性外電極５ａや第２
可撓性外電極５ｂにより外部空間からシールドされるの
で、それぞれの電圧信号はノイズから遮断されるからで
ある。第１可撓性外電極５ａや第２可撓性外電極５ｂか
らそれぞれの電圧信号を取出した場合、これら可撓性外
電極５ａや５２は外部空間からシールドされてないの
で、それぞれの電圧信号には外部空間からのノイズも重
畳される結果、正確な検出が困難になり易い。

【００４３】図３に示した静電容量検出手段８では、静
電容量の温度特性から温度を検出できるが、この場合静
電容量値を温度に換算する必要がある。この換算は実用
上煩わしい過程である。このような場合、図５に示すよ
うに、静電容量の温度特性に基づき静電容量の値から温
度を算出する温度算出手段９を静電容量検出手段８に接
続することが好ましい。この構成により、温度を容易に
直読できる。

【００４４】図２および図３に示した構成で、それぞれ
の電極にリード線を接続する場合，図６に示すように、
芯電極３へのリード線はケーブル状圧力センサの両端の
芯電極３のどちらか一方に接続し、また、第１可撓性外
電極５ａおよび第２可撓性外電極５ｂへのリード線はケ
ーブル状圧力センサの両端の第１可撓性外電極５ａおよ
び第２可撓性外電極５ｂにそれぞれ接続することが好ま
しい。

【００４５】ケーブル状圧力センサは、図１０で示した
従来例構成のように、外部環境から可撓性圧電体４やそ
れぞれの電極を保護するために、全体を塩化ビニールな
どの外皮６（図２や図３では図示してない）で被覆され
る。芯電極３にリード線を接続する場合、例えば、ケー
ブル状圧力センサの中間部に位置する芯電極３にリード
線を接続してもよいが、この場合その中間部で芯電極３
を外部に露出させる必要があり、このための作業は煩雑
である。また、第１振動電圧検出手段７ａなどの検出手
段までの配線が長くなるなどの欠点がある。第１可撓性
外電極５ａおよび第２可撓性外電極５ｂについても同様
の欠点が生じる。しかし、図６に示したリード線接続構
成では、芯電極３へのリード線はケーブル状圧力センサ
の両端の芯電極３のどちらか一方の端部に接続している
ので、芯電極３を外部に露出させる作業は容易である。
また、ケーブル状圧力センサの両端部は、第１振動電圧
検出手段７ａなどの検出手段の近くに配置される場合が
多いので、第１振動電圧検出手段７ａなどの検出手段ま
での配線も短くできる。第１可撓性外電極５ａおよび第
２可撓性外電極５ｂへのリード線接続についても同様で
ある。

【００４６】（実施例３）図７は実施例３を示し、本発
明のケーブル状圧力センサを用いた圧力検出装置であ
る。芯電極３と第１可撓性外電極５ａに静電容量検出手
段８と第１振動電圧検出手段７ａ備えた構成である。

【００４７】芯電極３と第１可撓性外電極５ａに静電容
量検出手段８および第１振動電圧検出手段７ａが接続さ
れているので、静電容量と振動電圧検出の両者を同時に
検出できる。静電容量検出手段８で検出された静電容量
から第１感応部の可撓性圧電体４の温度を検出できる。
また、第１振動電圧検出手段７ａで検出された振動電圧
から第１感応部に印加された圧力もまた検出できる。ま
た、第２感応部の芯電極３と第２可撓性外電極５ｂに第
２振動電圧検出手段７ｂが接続されているので、第２感
応部に圧力が印加されたときに生じる振動電圧を第２振
動電圧検出手段７ｂにより検出できる。従って、第１感
応部で温度と圧力を検出できると共に、第２感応部でも
圧力を検出できる。なお、芯電極３と第２可撓性外電極
５ｂに他の静電容量検出手段および第２振動電圧検出手
段７ｂを接続してもよいし、また、芯電極３と第１可撓
性外電極５ａに静電容量検出手段８および第１振動電圧
検出手段７ａを接続し、更に、芯電極３と第２可撓性外
電極５ｂに他の静電容量検出手段および第２振動電圧検
出手段７ｂを接続してもよい。後者の場合、局部的な加
熱が第１感応部に生じたか、第２感応部に生じたか、あ
るいは両者に生じたかなども検出できる。

【００４８】ある周波数（ｆ）での静電容量（Ｃ）の複
素インピーダンス（ｚ）は、ｚ＝１／ｊωＣ（ｊ＝−１
の平方根、ω＝２πｆ）で与えられる。静電容量は、一
定の周波数（ｆ）の交流電圧（Ｖ）を芯電極３と外電極
５間に印加したときの電流（Ｉ）を測定し、Ｃ＝１／
（｜ｚ｜ω）＝１／（｜Ｖ｜／｜Ｉ｜ω）より求められ
る。従って、静電容量検出手段８は、一定の検出周波数
（ｆ_d）の交流電源（図示してない）を備え、芯電極３
と外電極５間に交流電圧を常時印加している。このよう
に交流電圧が印加された状態で、時間的に変化する圧力
がケーブル状圧力センサに印加されたとき、芯電極３と
外電極５間で検出される電圧は、上記交流電圧と圧力に
より発生した振動電圧とが重畳した電圧となる。

【００４９】振動電圧は、時間的に変化する圧力に対応
した振動周波数（ｆ_v）を有する。人体の運動を時間的
に変化する圧力としてケーブル状圧力センサを用いて検
出する場合、振動周波数（ｆ_v）は（０．１〜１０Hz）
程度である。また、物体の落下を同様にして検出する場
合、振動周波数（ｆ_v）は（０．１〜１０）kHz程度であ
る。このように、対象とする圧力現象に応じて振動周波
数（ｆ_v）は様々な周波数領域に分布するので、静電容
量の検出周波数（ｆ_d）は、対象とする圧力に応じた振
動周波数（ｆ_v）と異なるように選ばれることが好まし
い。両周波数が同じ場合、例えば、第１振動電圧検出手
段７ａで得られる振動電圧が交流電圧の影響を受けるか
らである。

【００５０】人体の運動や物体の落下をケーブル状圧力
センサを用いて検出する場合、振動周波数（ｆ_v）は、
上述したように、それぞれ（０．１〜１０Hz）程度、
（０．１〜１０）kHz程度である。人体の運動検出のみ
を対象とする場合、検出周波数（ｆ_d）は、振動周波数
（ｆ_v）よりも高い周波数、例えば１kHzとすることが好
ましい。また、物体の落下のみを対象とする場合でも、
検出周波数（ｆ_d）は、振動周波数（ｆ_v）よりも高い周
波数、例えば１００kHzとすることが好ましい。検出周
波数（ｆ_d）が、例えば（０．０１〜１０）Hz程度にま
で低くなると、可撓性圧電体４の直流電気伝導の影響を
受け易くなるので、静電容量の測定が困難になるからで
ある。

【００５１】このように静電容量の検出周波数（ｆ_d）
が対象とする圧力に応じた振動周波数（ｆ_v）と異なる
ように選ばれる場合、図８に示すように、芯電極３と第
１可撓性外電極５ａ間に接続された第１濾波部１０ａお
よび第２濾波部１０ｂを接続し、第１濾波部１０ａに静
電容量検出手段８を接続し、第２濾波部１０ｂに第１振
動電圧検出手段７ａを接続することが好ましい。

【００５２】実施例３の項で述べたように、静電容量検
出のための交流電圧が印加された状態で、時間的に変化
する圧力がケーブル状圧力センサに印加されたとき、芯
電極３と第１可撓性外電極５ａ間で検出される電圧は、
上記交流電圧と圧力により発生した振動電圧とが重畳し
た電圧となる。静電容量の検出周波数（ｆ_d）を、対象
とする圧力に応じた振動周波数（ｆ_v）と異なるように
選ぶことにより、芯電極３と第１可撓性外電極５ａ間で
検出される電圧は、第１濾波部１０ａを介して静電容量
検出手段８に入力されるので、検出周波数（ｆ_d）成分
の電圧のみが検出される。一方、第１振動電圧検出手段
７ａに入力される電圧は、第２濾波部１０ｂを介して入
力されるので、振動周波数（ｆ_v）成分の電圧のみであ
る。従って、静電容量および振動電圧のそれぞれの信号
を分離して同時に検出できる。

【００５３】（実施例４）図９は本発明の実施例４の圧
力検出装置の構成図である。

【００５４】芯電極３と第１可撓性外電極５ａに信号切
替手段１１を接続し、この信号切替手段１１に第１振動
電圧検出手段７ａと静電容量検出手段８が接続され、信
号切替手段１１により芯電極３と第１可撓性外電極５ａ
間で検出される電圧は、第１振動電圧検出手段７ａに供
給されるか、もしくは静電容量検出手段８に供給される
か、どちらか一方にのみ供給される。

【００５５】時間的に変化する圧力が印加されたときに
生じる加速度は、必ずしも単一の周波数成分を有すると
は限らず、多くの場合、複数の周波数成分を有する。従
って、発生する振動電圧もまた複数の振動周波数成分を
有する電圧である。これら複数の振動周波数成分の一つ
の周波数が、静電容量の検出に用いられる検出周波数と
一致する場合、静電容量の検出用の交流電圧が振動電圧
に重畳するので、正確な振動電圧が検出できない。本構
成では、信号切替手段１１が静電容量検出手段８にのみ
信号電圧を供給するか、第１振動電圧検出手段７ａにの
み信号電圧を供給するか、どちらか一方にのみ信号電圧
を供給するので、それぞれの信号電圧を時間的に分離し
て検出できる。従って、振動電圧の振動周波数成分の一
つの周波数が、静電容量の検出に用いられる検出周波数
と一致する場合でも、次に示すように、振動周波数成分
と検出周波数を時間的に分離して検出できる。

【００５６】信号切替手段１１が第１振動電圧検出手段
７ａにのみ信号電圧を供給するとき、静電容量の検出用
の交流電圧を切断することにより、時間的に変化する圧
力にのみ基づく信号電圧が第１振動検出手段７１に供給
される。また、信号切替手段１１が静電容量検出手段８
にのみ信号電圧を供給するとき、振動周波数成分の一つ
の周波数が、静電容量の検出に用いられる検出周波数と
一致しても、芯電極３と第１可撓性外電極５ａ間のイン
ピーダンスは振動電圧の影響を受けないので、静電容量
を検出できる。

【００５７】なお、可撓性外電極５をアース電位にする
構成および温度算出手段９を接続する構成を実施例３や
実施例４に適用した場合、同様の利点を有することは明
らかである。

【００５８】また、上記実施例では、図１０に示した従
来例の外皮６について特に触れてないが、保護などの必
要に応じて用いてもよいことは明らかである。また、外
皮６として、熱収縮チューブ以外にも塩化ビニールやウ
レタン樹脂などを用いてもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
かかる圧力検出装置は、芯電極と第１可撓性外電極間
（第１感応部）に圧力が印加された場合、芯電極と第１
可撓性外電極間に振動電圧が誘起されるが、芯電極と第
２可撓性外電極間（第２感応部）には誘起されない。そ
の逆も成り立つ。従って、第１感応部と第２感応部でそ
れぞれ独立して圧力に応じた振動電圧を誘起できるの
で、圧力の印加された部分がどちらの部分であるかを特
定できる。

【００６０】また、第１感応部で可撓性圧電体の静電容
量を検出することもできるので、静電容量の温度依存性
に基づき可撓性圧電体の温度を検出できる。従って、温
度センサを特別に準備する必要がない。このとき第２感
応部で振動電圧を同時に検出できるので、圧力もまた検
出できる。

【００６１】本発明の請求項２にかかる圧力検出装置
は、芯電極と第１可撓性外電極間で構成された第１感応
部に圧力が印加されたとき、芯電極と第１可撓性外電極
間に誘起される振動電圧を第１振動電圧検出手段により
検出される。このとき第２振動電圧検出手段には振動電
圧が生じない。逆に、芯電極と第２可撓性外電極間で構
成された第２感応部に圧力が印加されたとき、芯電極と
第２可撓性外電極間に誘起される振動電圧を第２振動電
圧検出手段により検出される。このとき第１振動電圧検
出手段には振動電圧が生じない。従って、圧力が第１感
応部に印加されたか、もしくは第２感応部に印加された
か、あるいは圧力が両者に印加されたか、を特定でき
る。

【００６２】本発明の請求項３にかかる圧力検出装置
は、第１感応部の芯電極と第１可撓性外電極に静電容量
検出手段が接続されているので、第１感応部の可撓性圧
電体の静電容量を検出できる。静電容量の温度特性に基
づき温度を検出できる。また、第２感応部の芯電極と第
２可撓性外電極に振動電圧検出手段が接続されているの
で、第２感応部に圧力が印加されたときに生じる振動電
圧を振動電圧検出手段により検出できる。従って、第１
感応部で温度を検出できると共に、第２感応部で圧力を
検出できる。

【００６３】本発明の請求項４にかかる圧力検出装置
は、可撓性外電極は静電容量検出手段および振動電圧検
出手段に共通して接続され、アース電位を与えるので、
芯電極は外部空間からシールドされる。従って、芯電極
は外部空間からのノイズから遮断される。

【００６４】本発明の請求項５にかかる圧力検出装置
は、静電容量の温度特性に基づきそのときの静電容量を
温度に換算する温度算出手段を備えているので、容易に
温度を直読できる。

【００６５】本発明の請求項６にかかる圧力検出装置で
は、芯電極へのリード線はケーブル状圧力センサの両端
の芯電極のどちらか一方の端部に接続しているので、芯
電極を外部に露出させる作業は容易である。また、ケー
ブル状圧力センサの両端部は、第１振動電圧検出手段な
どの検出手段の近くに配置される場合が多いので、第１
振動電圧検出手段などの検出手段までの配線も短くでき
る。第１可撓性外電極５ａおよび第２可撓性外電極５ｂ
へのリード線接続についても同様である。

【００６６】本発明の請求項７にかかる圧力検出装置
は、第１感応部の芯電極と第１可撓性外電極に静電容量
検出手段および第１振動電圧検出手段が接続されてい
る。従って、第１感応部で温度と圧力を同時に検出でき
ると共に、第２感応部でも圧力を検出できる。

【００６７】本発明の請求項８にかかる圧力検出装置
は、静電容量検出手段に用いられる検出周波数は、振動
電圧検出手段で得られる振動周波数と異なるので、それ
ぞれを分離して検出できる。

【００６８】本発明の請求項９にかかる圧力検出装置
は、静電容量検出手段に用いられる検出周波数は、振動
電圧検出手段で得られる振動周波数よりも高周波数であ
るので、容易に静電容量を検出できる。

【００６９】本発明の請求項１０にかかる圧力検出装置
は、第１感応部では、静電容量検出手段に用いられる検
出周波数を濾波する第１濾波部と前記第１振動電圧検出
手段で得られる振動周波数を濾波する第２濾波部を備え
ているので、それぞれの信号を精度よく分離して同時に
検出できる。また、第２感応部でも圧力を検出できる。

【００７０】本発明の請求項１１にかかる圧力検出装置
は、第１感応部の芯電極と第１可撓性外電極に接続され
た信号切替手段により、芯電極と第１可撓性外電極は、
静電容量検出手段に接続されるか、または第１振動電圧
検出手段に接続されるか、どちらかであるので、それぞ
れの信号を時間的に分離して検出できる。従って、振動
電圧の振動周波数成分の一つの周波数が、静電容量の検
出に用いられる検出周波数と一致する場合でも、両者を
時間的に分離して検出できる。また、第２感応部でも圧
力を検出できる。

【００７１】本発明の請求項１２にかかる圧力検出装置
では、信号切替手段が第１振動電圧検出手段に芯電極と
前記第１可撓性外電極を接続するとき、静電容量の検出
を切断するので、圧力に応じた信号電圧を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるケーブル状圧力セン
サの見取図

【図２】本発明のケーブル状圧力センサを用いた圧力検
出装置の見取図

【図３】本発明の実施例２における圧力検出装置の見取
図

【図４】同圧力検出装置の静電容量の温度特性を示す特
性図

【図５】本発明の実施例２に温度算出手段を付加した圧
力検出装置の見取図

【図６】本発明の実施例２および実施例３における圧力
検出装置のリード線接続構成を示す見取図

【図７】本発明の実施例３における圧力検出装置の見取
図

【図８】本発明の実施例３に濾波部を付加した圧力検出
装置の見取図

【図９】本発明の実施例４における圧力検出装置の見取
図

【図１０】従来のケーブル状圧力センサの見取図

【符号の説明】

３芯電極４可撓性圧電体５ａ第１可撓性外電極５ｂ第２可撓性外電極７ａ第１振動電圧検出手段７ｂ第２振動電圧検出手段８静電容量検出手段９温度算出手段１０ａ第１濾波部１０ｂ第２濾波部１１信号切替手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井優子大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者荻野弘之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された
可撓性圧電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置された
第１可撓性外電極およびを第２可撓性外電極を備えたケ
ーブル状圧力センサ。
【請求項２】芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された
可撓性圧電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置された
第１可撓性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケー
ブル状圧力センサと、前記芯電極と前記第１可撓性外電
極に接続された第１振動電圧検出手段と、前記芯電極と
前記第２可撓性外電極に接続された第２振動電圧検出手
段を備えた圧力検出装置。
【請求項３】芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された
可撓性圧電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置された
第１可撓性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケー
ブル状圧力センサと、前記芯電極と前記第１可撓性外電
極に接続された静電容量検出手段と、前記芯電極と前記
第２可撓性外電極に接続された振動電圧検出手段を備え
た圧力検出装置。
【請求項４】可撓性外電極をアース電位とする請求項２
または３記載の圧力検出装置。
【請求項５】静電容量検出手段に、静電容量の温度特性
に基づき静電容量を温度に算出する温度算出手段を接続
した請求項３記載の圧力検出装置。
【請求項６】ケーブル状圧力センサの両端の芯電極のど
ちらか一方にリード線を接続し、且つ、同両端の第１可
撓性外電極および第２可撓性外電極にそれぞれリード線
を接続する請求項２または３記載の圧力検出装置。
【請求項７】芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された
可撓性圧電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置された
第１可撓性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケー
ブル状圧力センサと、芯電極と前記第１可撓性外電極に
接続された静電容量検出手段および第１振動電圧検出手
段と、芯電極と前記第２可撓性外電極に接続された第２
振動電圧検出手段を備えた圧力検出装置。
【請求項８】静電容量検出手段に用いられる検出周波数
は、振動電圧検出手段で得られる振動周波数と異なる請
求項７記載の圧力検出装置。
【請求項９】静電容量検出手段に用いられる検出周波数
は、振動電圧検出手段で得られる振動周波数よりも高周
波数である請求項８記載の圧力検出装置。
【請求項１０】芯電極と、前記芯電極の周囲に配置され
た可撓性圧電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置され
た第１可撓性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケ
ーブル状圧力センサと、芯電極と前記第１可撓性外電極
に接続された第１濾波部および第２濾波部と、前記第１
濾波部に接続された静電容量検出手段と、前記第２濾波
部に接続された第１振動電圧検出手段と、芯電極と前記
第２可撓性外電極に接続された第２振動電圧検出手段を
備えた請求項８記載の圧力検出装置。
【請求項１１】芯電極と、前記芯電極の周囲に配置され
た可撓性圧電体と、前記可撓性圧電体の表面に配置され
た第１可撓性外電極およびを第２可撓性外電極を含むケ
ーブル状圧力センサと、前記芯電極と前記第１可撓性外
電極に接続された信号切替手段と、前記信号切替手段に
接続された静電容量検出手段と第１振動電圧検出手段
と、前記芯電極と前記第２可撓性外電極に接続された第
２振動電圧検出手段を備え、前記信号切替手段により前
記静電容量検出手段、もしくは前記第１振動電圧検出手
段のどちらか一方が前記芯電極と前記第１可撓性外電極
に接続する圧力検出装置。
【請求項１２】信号切替手段が、第１振動電圧検出手段
に芯電極と第１可撓性外電極を接続するとき、静電容量
の検出を切断する請求項１１記載の圧力検出装置。