JP2001174568A

JP2001174568A - 埋設センサ

Info

Publication number: JP2001174568A
Application number: JP37665099A
Authority: JP
Inventors: Ryochi Kato; 良智加藤
Original assignee: KS TECHNO KK
Current assignee: KS TECHNO KK
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP4163357B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁界を発生するための高周波を用いず、且つ、
検出安定性に優れた埋設センサを提供すること。【解決手段】土砂等の隠蔽部材２により埋設された電極
部材１と検出回路２０とを備え、該電極部材１は、地表
側から順に積層して設けたアース電極１２、電極間可撓
性絶縁部材１３、検出電極１４を有し、該電極間可撓性
絶縁部材１３が圧縮され該アース電極１２と該検出電極
１４とが接近することによりこれら電極間の静電容量の
増加を検出回路２０が検出する埋設センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地上や建築物の床
上に存在する物体を検出する埋設センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、駐車場において、各駐車区画に車
両が存在するかどうかを検出する検出手段として、ルー
プコイルの共振周波数の変動を利用したループコイルセ
ンサが用いられている。

【０００３】このループコイルセンサは、直径１ｍ乃至
２ｍ程度の円形状に電線を４乃至６回程度巻いて形成し
たループコイルを上記各区画の地中に水平に埋設し、こ
のループコイルに１００ＫＨｚ乃至５００ＫＨｚの高周
波電流を供給し、ループコイル周囲に磁界を発生させ
る。

【０００４】この磁界に車両が侵入すると、車体の鉄損
失及び透磁率の変化により、ループコイルのインダクタ
ンスが減少する。このインダクタンスの減少による高周
波の周波数の変動を検出回路により検出し、上記各区画
に車両が存在するか否かを検出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなループコ
イルセンサは、高周波を用いてループコイルにより磁界
を発生させるために、近接する他のループコイルとの干
渉により誤動作が生じる場合がある。この場合、ループ
コイル間の間隔を厳密に調整する必要があり、配設位置
が限定されるという問題点があった。

【０００６】さらに、このループコイルセンサは高周波
を発生するために、駐車場周囲の電話回線や電子回路等
にこの高周波が影響を与え、ノイズ源になるという問題
点があった。逆に、ループコイル周囲のノイズ源、例え
ば、車両のスパークプラグから発生するノイズ等が、こ
のループコイルに接続された検出回路により検出され、
誤動作を生じるという問題点があった。

【０００７】本発明は、上記のループコイルセンサの問
題点を解決すると共に、磁界を発生するための高周波を
用いず、且つ、検出安定性に優れた埋設センサを提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の埋設セン
サは、土砂等の隠蔽部材により埋設された電極部材と検
出回路とを備え、該電極部材は、地表側から順に積層し
て設けたアース電極、電極間可撓性絶縁部材、検出電極
を有し、該電極間可撓性絶縁部材が圧縮され該アース電
極と該検出電極とが接近することによりこれら電極間の
静電容量の増加を検出回路が検出するというものであ
る。

【０００９】従来、静電容量センサを用いた感圧センサ
が知られていたが、これをそのまま埋設すると、地中の
電荷変動の影響を受け誤検知するという問題点があっ
た。しかし、本発明によれば、アース電極により地中の
電荷変動の影響を排除することができ、誤検知を防止し
優れた検出安定性を確保することができる。また、磁界
を発生するための高周波を用いないため、上記高周波セ
ンサの問題点も解消することができる。

【００１０】本発明の他の技術的特徴は、請求項２乃至
請求項１３に記載されており、さらに詳しくは、下記の
各実施の形態において詳細に説明する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る第１の実施の形態の
埋設センサを図１乃至図４を参照しつつ説明する。本実
施の形態の埋設センサは、地面に設けた防犯システム用
センサであり、侵入者が埋設センサの電極部１を隠蔽し
ている土砂２の上を歩くと警報が作動するというもので
ある。

【００１２】埋設センサの電極部１は、厚さ１４ｍｍ、
幅５０ｃｍ、奥行１００ｃｍのシート状の形態を有す
る。この電極部１は、シート状の銅箔の検出電極１１
と、シート状の銅箔のアース電極１２と、検出電極１１
とアース電極１２間に配設されたシート状の電極間ポリ
エチレンフォーム（以下、「ＰＥフォーム」という）１
３と、検出電極１１の裏面に設けたシート状の保護用Ｐ
Ｅフォーム１４と、アース電極１２の表面側に設けた可
撓性保護部材である表面ゴムシート１５と、ＰＥフォー
ム１４の裏面側に設けた可撓性保護部材である裏面ゴム
シート１６とから構成されている。

【００１３】上記検出電極１１は、電極部１の設置面の
状態、即ち、ゴムシート１６裏面側の土砂表面の平坦性
が十分でない場合でも、電極部１が当該土砂表面に密着
することを助ける。しかし、この検出電極１１は、必ず
しも可撓性を有する必要は無く、導電性を有する板状
体、例えば、アルミニウム板等であっても良い。

【００１４】上記アース電極１２は、銅箔であり可撓性
を有しているため、侵入者が踏んだ土砂の下方に位置す
る部分だけが検出電極１１側に接近することができる。
静電容量は、検出電極とアース電極の対向面積の増大
（静電容量の増加は正比例する）よりも両電極間の距離
の短縮（静電容量の増加は反比例する）の方が効率的に
増加する。従って、アース電極に可撓性が無い場合、即
ち、板状のアース電極の場合と比較して、可撓性を有す
るアース電極は、検出回路に対してより大きな静電容量
の変化をもたらすことができる。

【００１５】このことから、被検出物たる人間の靴底面
積、即ち、有効押圧面積が、アース電極の面積よりも相
対的に小さい場合には、アース電極に可撓性を持たせる
ことが好ましい。一方、有効押圧面積がアース電極の面
積よりも相対的に大きい場合には、アース電極に可撓性
を持たせる必要は必ずしもなく、この場合のアース電極
は、可撓性を有さない板状であっても良い。

【００１６】また、このアース電極１２に導電性ゴムシ
ートを用いる場合には、表面ゴムシート１５は必ずしも
必要ではない。尚、検出電極１１は、幅４０ｃｍ、奥行
９０ｃｍであり、アース電極１２よりもわずかに小さ
い。

【００１７】上記電極間ＰＥフォーム１３は、電極間部
材であり、その厚さが約５ｍｍである。また、その大き
さは、アース電極１１と略等しい。この部材には、可撓
性と絶縁性があれば、他の材質であっても用いることが
できる。そして、被検出物の重量と圧力が加わる面積に
応じてその圧力硬度を調整する。

【００１８】本実施の形態の場合には人間を被検出対象
としているため、圧力硬度０．６乃至０．９ｋｇ／ｃｍ
^２のＰＥフォームを用いている。このような圧力硬度の
ＰＥフォームを採用すると、重量が軽い猫等の小動物を
被検出対象から完全に除外することができる。圧力が加
わる面積に関しては後述する。

【００１９】上記保護用ＰＥフォーム１４も、検出電極
保護部材であり、その厚さが約５ｍｍである。この部材
も可撓性と絶縁性があれば他の材質を選択することがで
きる。この部材は、検出電極１１と同様に、電極部１の
設置面の状態、即ち、ゴムシート１６裏面側の土砂表面
の平坦性が十分でない場合でも、電極部１が当該土砂表
面に密着することを助ける。特に、検出電極１１がアル
ミニウム板等の可撓性の無い材質である場合には、当該
アルミニウム板が変形することを防止する。

【００２０】さらに、この保護用ＰＥフォーム１４は、
図１に符号４で示す木の根５が成長し、電極部１の裏面
を押し上げた場合、検出電極１１がアース電極１２側に
移動することを防止する。検出電極１１がアース電極１
２側に移動すると、検出電極１１とアース電極１２間の
静電容量が増加し誤検知するからである。

【００２１】表面ゴムシート１５と裏面ゴムシート１６
とは、夫々の縁周囲で互いに溶着されており、電極部１
内部への土砂や水分の進入を防止する。尚、溶着の際に
は、電極部１内部の空気を抜くことが好ましい。また、
この縁周囲では、これらゴムシート１５、１６により、
アース電極１２の周囲と、電極間ＰＥフォーム１３の上
縁周囲と、保護用ＰＥフォーム１４の下縁周囲とが押圧
されている。

【００２２】次に、図３を参照しつつ埋設センサの検出
回路２０を説明する。検出回路２０は、一連に接続され
たパルス信号発生回路２１と、差動増幅器２２と、ＡＣ
−ＤＣ変換器２３と、比較器２４とから成る。回路２０
から出力されたパルス信号Ｖ１は分枝され、分枝された
パルス信号は、抵抗２５と検出電極１１とアース電極１
２間で形成されるコンデンサＣの静電容量の増大によ
り、パルス信号波形が鈍るように変形する。

【００２３】差動増幅器２２は、パルス信号Ｖ１と、静
電容量の変化により形成されたパルス信号Ｖ２の電圧差
を増幅し、さらに、この出力Ｖ３を変換器２３により直
流電圧に変換する。比較器２４は、変換器２３の出力Ｖ
４を、予め設定されている検出しきい値と比較し、この
しきい値よりもＶ４が大きい場合、コントローラ（図示
せず）へ検出信号を送信する。

【００２４】次に、本実施の形態の埋設センサの作用を
説明する。侵入者が電極部１の上方に位置する土砂を踏
むと、図１に示すように、当該部分の電極間ＰＥフォー
ム１３が圧縮され、アース電極１２と検出電極１１が接
近する。このため、コンデンサＣの容量が増加する。

【００２５】そして、この静電容量の増大は、検出回路
２０により検出される。検出回路２０が検出信号を送信
すると、コントローラは、当該コントローラに接続され
ているサイレン等の警報手段を作動させ、侵入者の存在
を知らせる。

【００２６】本実施の形態の埋設センサは、基本的に静
電容量の変化を利用した感圧センサの一種であると言う
ことができるが、検出電極１１の地表側にアース電極１
２が配設されていることに発明の要部が存在する。

【００２７】雨等により電極部１の上方に位置する土砂
が水分を含んだ場合、当該土砂の電荷量が増大する。し
かし、この電荷量の増大は、アース電極１２が検出電極
１１よりも当該土砂側に位置するため、検出電極１１に
影響を与えることができない。

【００２８】これは、検出電極１１をアース電極１２が
シールドしているためである。従って、本実施の形態で
は検出電極１１とアース電極１２間の静電容量は、検出
電極１１とアース電極１２間の距離により変動するだけ
であり、このため、雨等により誤って検出信号が出力さ
れることが無い。即ち、誤動作が防止される。

【００２９】本実施の形態では、検出電極１１の下方に
は、アース電極が存在しない。しかし、実験の結果、通
常の設置条件であれば、電極部１の下方に位置する土砂
の水分含有量は略一定であることが分かったためであ
り、アース電極を検出電極１１の下方にも設ける必然性
が小さいからである。従って、電極部１の面積が小さ
く、電極部１の下方に位置する土砂の水分含有量が変化
しやすい場合には、検出電極１の下方にもアース電極を
設ける必要がある。この場合、アース電極は、保護用Ｐ
Ｅフォーム１４と裏面ゴムシート１４の間に配設する。

【００３０】さらに、図２に示すように、アース電極１
２の周縁部は、検出電極１１周縁に覆い被さるように下
方へ撓んでいる。このため、アース電極１２によりシー
ルドされた検出電極１１自体の検出領域Ｒは、一点鎖線
で示すように略水平方向へ限定される。例えば、電極部
１の上方に位置する土砂が乾燥し当該土砂表面に猫等が
存在する場合、アース電極１２が存在しないと検出電極
１１はこの猫等の電荷の影響を受け、コンデンサＣの容
量が増大してしまう。これは、誤検知を引き起こす。

【００３１】しかし、検出電極１１よりも大きいアース
電極１２が検出電極１１の地表側に位置し、また、その
周縁が検出電極１１の周縁に覆い被さるように下方へ撓
んでいるため、上記の猫等の存在による検出電極１１の
電荷量の増加は防止される。即ち、埋設センサの誤動作
が防止される。

【００３２】次に、図４乃至図６を参照しつつ、本発明
に係る第２の実施の形態の埋設センサを説明する。この
埋設センサは、タイル状の敷石３１を侵入者が踏むと、
リンク機構５０を介して電極部材４０が圧縮されるとい
う構成を有し、上記第１の実施の形態の検出回路２０を
用いる。

【００３３】本実施の形態の埋設センサは、３０ｃｍ×
３０ｃｍのタイル状の敷石３１と、敷石３１の裏面に設
けたアルミニウム製の可動枠体３２と、可動枠体３２の
底部に固定したアルミニウム製の底板５１と、可動枠体
３２を内側に上下動可能に収納するアルミニウム製の本
体ケース３３と、上端を可動枠体３２に固定し下端を本
体ケース３３の底面に固定した４本のコイルスプリング
７０と、本体ケース３３の底面に設けた電極部材４０
と、電極部材４０の上面に載置した押圧板６０と、底板
５１と押圧板６０の間に配設されたリンク機構５０とか
ら成る。

【００３４】リンク機構は、一対の第１リンク部材５２
と第２リンク部材５６とから構成されている。第１リン
ク部材５２は本体ケース３３に固定されている支点５３
により、第２リンク部材５６は本体ケース３３に固定さ
れている支点５７により夫々上下方向に揺動可能に支持
されている。

【００３５】第１リンク部材５２の上端５５は底板５１
の底面と当接しており、その反対側にはボルト５４が設
けられている。第２リンク部材５６の上端部には摺動孔
５８が設けられ、その反対側の下端５９は押圧板６０の
上面と当接している。そして、ボルト５４は、摺動孔５
８にスライド可能に連結されている。

【００３６】支点５３から上端５５とボルト５４との夫
々の距離は、１：１．５の比率となっており、また、支
点５７から摺動孔５８と下端５９との夫々の距離は、
１：３の比率になっている。このため、底板５１が１ｍ
ｍ程度下降しても押圧板６０は４ｍｍ以上下降する。

【００３７】電極部材４０は、厚さ１４ｍｍ、幅３０ｃ
ｍ、奥行３０ｃｍのシート状の形態を有し、シート状の
銅箔の検出電極４１と、検出電極１１の表面側に配設し
たＰＥフォーム４２と、検出電極１１の裏面側に配設し
たＰＥフォーム４３と、ＰＥフォーム４２の表面側に設
けた表面ゴムシート４４と、ＰＥフォーム４３の裏面側
に設けた裏面ゴムシート４５とから構成されている。

【００３８】上記検出電極４１は、検出回路２０に接続
され、一方、上記電極部材４０と敷石３１を除いた各部
材、例えば、本体ケース３３、底板５１及び押圧板６０
等は、アースされている。

【００３９】次に、本実施の形態の埋設センサの作用を
説明する。侵入者が敷石３１を踏むと、リンク機構５０
が作動し、押圧板６０を押し下げる。そして、電極部材
４０のＰＥフォーム４２、４３が圧縮されることで検出
電極４１と本体ケース３３の上面及び押圧板６０の底面
が接近する。このため、コンデンサＣの容量が増加す
る。

【００４０】そして、この静電容量の増大は、検出回路
２０により検出される。検出回路２０が検出信号を送信
すると、コントローラは、当該コントローラに接続され
ているサイレン等の警報手段を作動させ、侵入者の存在
を知らせる。

【００４１】本実施の形態においても、検出電極４１の
周囲は、本体ケース３３や底板１によりシールドされて
いるため、この埋設センサの周囲の電荷状態の変動の影
響を受けない。

【００４２】さらに、リンク機構５０により、敷石３１
が１ｍｍ程度下降しても、押圧板６０は４ｍｍ以上下降
するため、電極部材４０の静電容量は大きく変化するた
め、検出回路２０の閾値を十分大きな値に設定すること
ができるため、誤検知の確率を小さくすることができ
る。

【００４３】尚、本実施の形態では、上記ＰＥフォーム
４２、４３は、何れか一方のみを配設すれば足り、必ず
しも、検出電極４１の表裏面に可撓性部材を設ける必要
はない。また、本実施の形態のリンク機構は、中央から
偏在した支点を有するリンク機構であるが、支点が中央
に位置させ、敷石３１が１ｍｍ下降した場合に押圧板が
１ｍｍ下降するものであっても良い。

【００４４】次に、本発明に係る第３の実施の形態の感
圧センサを図７を参照しつつ説明する。この感圧センサ
は、上記埋設センサの原理を用いたものであり、コンク
リート塀８０の上面８１に電極部材７０を設け、この塀
８０を乗り越えようとする侵入者を検出するものであ
る。尚、上記第１の実施の形態の検出回路２０を使用す
る。

【００４５】電極部材７０は、厚さ１５ｍｍ、幅１０ｃ
ｍの帯状の形態を有し、帯状の銅箔の検出電極７１と、
検出電極７１の表面側に配設したＰＥフォーム７２と、
検出電極７１の裏面側に配設したＰＥフォーム７３と、
ＰＥフォーム７２、７３の外側周囲を覆う銅箔のアース
電極７４と、このアース電極７４の外側周囲を覆うゴム
シート７５とから構成されている。そして、検出電極７
１は検出回路２０に接続され、アース電極７４は大地に
アースされている。

【００４６】尚、上記ＰＥフォーム７２、７３は、絶縁
性があれば、何れかが可撓性を有していれば良く、例え
ば、ＰＥフォーム７２は、可撓性の無いプラスチック板
であってよい。

【００４７】次に、本実施の形態の作用を説明する。侵
入者が塀８０を乗り越えようとして、上面８１に配設さ
れている電極部材７０に手をかけると、電極部材７０の
ＰＥフォーム７２、７３が圧縮される。そして、検出電
極７１とアース電極７４が接近し、コンデンサＣの容量
が増加する。

【００４８】そして、この静電容量の増大は、検出回路
２０により検出される。検出回路２０が検出信号を送信
すると、コントローラは、当該コントローラに接続され
ているサイレン等の警報手段を作動させ、侵入者の存在
を知らせる。

【００４９】本実施の形態においても、検出電極７１の
周囲は、アース電極７４によりシールドされているた
め、雨水が塀８０にしみ込み塀８０の電荷量が増大して
も誤検知することがない。さらに、猫等の小動物がこの
電極部材７０の上に乗っても、この小動物の電荷の影響
を検出電極７１が受けることが防止される。

【００５０】尚、検出電極２０の閾値を調整することに
より、猫等の小動物を誤って検出することを防止するこ
とができる。即ち、小動物の重量と圧力を与える面積
（４本足で立っている場合には４本の足の裏の総面積で
あり、寝ている場合にはその体の着地総面積）を想定
し、ＰＥフォームの圧力硬度から電極部材７０の静電容
量の増加量を算出する。

【００５１】この小動物の存在による静電容量の増加量
よりも大きな値に検出回路２０の閾値を設定しておく
と、小動物の存在による誤検知を防止することができ
る。何故なら、人間が塀に手をかけぶら下がった場合の
静電容量の増加量は、小動物の存在による静電容量の増
加量よりもはるかに大きいからである。

【００５２】上記各実施の形態において、検出電極やア
ース電極は、銅箔等の導電体であったが、帯電性を有す
る物質に代えることも可能である。例えば、ビニール等
の合成樹脂やゴム等にカーボン粉体を混入しシート状に
形成したものであっても良い。そして、これら帯電シー
トと検出回路との接続には、５ｃｍ四方程度の導電性シ
ート（例えば、アルミ箔等）を帯電シートの一部に付着
し、この導電シートに検出回路のリード線を接続するこ
とで行う。帯電シートでの電荷変動は、導電シートを介
してリード線に伝達される。このような帯電性のシート
を用いることにより、導電体である金属等よりも撓んだ
後の復元性が優れるという利点がある。

【００５３】本実施の形態の感圧センサは、塀の他、フ
ェンスや門戸の上面に設けることにより、誤検知のない
高い防犯効果が期待できる。なお、設置場所は、これら
箇所に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態の埋設センサの
断面図である。

【図２】図１に示す電極部材１の周縁部の一部拡大図で
ある。

【図３】図１の埋設センサの検出回路２０のブロック図
である。

【図４】本発明に係る第２の実施の形態の埋設センサの
平面説明図である。

【図５】図４に示す埋設センサの正面説明図である。

【図６】図４に示す埋設センサの側面説明図である。

【図７】本発明に係る第３の実施の形態の感圧センサの
断面図である。

【符号の説明】１電極部材２土砂３脚４木５根１１検出電極１２アース電極１３電極間ＰＥフォーム１４保護用ＰＥフォーム１５表面ゴムシート１６裏面ゴムシート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】土砂等の隠蔽部材により埋設された電極
部材と検出回路とを備え、該電極部材は、地表側から順
に積層して設けたアース電極、電極間可撓性絶縁部材、
検出電極を有し、該電極間可撓性絶縁部材が圧縮され該
アース電極と該検出電極とが接近することによりこれら
電極間の静電容量の増加を検出回路が検出する埋設セン
サ。
【請求項２】前記電極部材は、さらに、水分等の侵入
を防止するための可撓性保護部材により包囲されている
請求項１記載の埋設センサ。
【請求項３】前記電極部材は、さらに、検出電極の裏
面側に可撓性の検出電極保護部材を備えている請求項１
記載の埋設センサ。
【請求項４】前記検出電極保護部材の裏面側には、さ
らに、アース電極が設けられている請求項３記載の埋設
センサ。
【請求項５】前記アース電極は前記検出電極よりも面
積が大きく、該アース電極の周縁部は前記電極間可撓性
絶縁部材の周縁部において下方に向かって撓んでいる請
求項１記載の埋設センサ。
【請求項６】前記検出電極は、可撓性を有している請
求項１記載の埋設センサ。
【請求項７】前記アース電極の面積が被検出物の有効
押圧面積よりも相対的に小さい場合、前記アース電極
は、可撓性を有している請求項１記載の埋設センサ。
【請求項８】前記電極間可撓性絶縁部材は、ＰＥフォ
ームから構成されている請求項１記載の埋設センサ。
【請求項９】前記検出電極保護部材は、ＰＥフォーム
から構成されている請求項３記載の埋設センサ。
【請求項１０】敷石等の隠蔽部材の下方に設けたリン
ク機構と、該リンク機構を支持すると共にアースされて
いる本体部と、該本体ケース内部に設けられた電極部材
とを備え、該電極部材は検出電極と該検出電極の表面側
及び／又は裏面側に電極間可撓性絶縁部材を有し、該リ
ンク機構により該電極間可撓性絶縁部材が圧縮され該本
体部と該検出電極とが接近することにより該本体部と該
検出電極間の静電容量の増加を検出回路が検出する埋設
センサ。
【請求項１１】前記リンク機構は、中央から偏在した
支点を有する一組のリンク部材を有し、前記遮蔽部材の
下降距離よりも該本体部と該検出電極との接近距離が大
きくなるように構成されている請求項１０記載の埋設セ
ンサ。
【請求項１２】電極部材と検出回路とを備え、該電極
部材は、検出電極と、該検出電極と絶縁されると共に検
出電極の周囲に配設されているアース電極と、該検出電
極と該アース電極間に配設された電極間可撓性絶縁部材
とを有し、該電極間可撓性絶縁部材が圧縮され該アース
電極と該検出電極とが接近することによりこれら電極間
の静電容量の増加を検出回路が検出する感圧センサ。
【請求項１３】前記感圧センサは、塀、フェンス、門
戸の上面に設けられている請求項１２記載の感圧セン
サ。