JP2002243539A

JP2002243539A - 振動検出器

Info

Publication number: JP2002243539A
Application number: JP2001037042A
Authority: JP
Inventors: Michio Nakajima; 道夫中島; Satoshi Yamada; 訓山田; Mamiko Yanagiura; 真美子柳浦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】より簡単な構成で、かつ、効果的に所望の周
波数帯域の生体の振動を検出可能な振動検出器を提供す
る。【解決手段】本発明の振動検出器は、接触面を有する
支持体と、上記接触面を介して伝わる振動に応じて揺れ
るように、一端が上記支持体に接続されている少なくと
も１枚の共振板と、各共振板の他端に接続される加速度
センサとで構成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人や動物等の被検
体の体内に発生する振動を検出する際に用いる振動検出
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】人や動物等が体内で発生する振動には、
音として捉える場合、心臓の心音、呼吸で生じる呼吸音
等がある。上記心音等の振動検出器として、従来より種
々のタイプの聴診器が提案されている。その一つは、心
音や呼吸音をマイクで直接集めるタイプのものである
（特開平６−１８１９２１号公報）。しかしながら、当
該タイプの聴診器では、上記心音等の他に生活雑音や人
の話し声等の外来ノイズまでもが集音されてしまうとい
った問題を有していた。

【０００３】上記マイクを用いるタイプの聴診器の欠点
を解消するため、音としてではなく振動として検出する
方法として、被検体に直接又は衣服を介して接触させ、
上記心音等を本体に内蔵する感圧センサを用いて直接検
出するタイプの聴診器が種々提案されている（特開昭６
１−１９３０２８号公報、特開２０００−１３９９０４
号公報）。これらの聴診器によれば、人の話し声などの
外来ノイズを効果的に除去することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】人や動物の心音や呼吸
音は、それぞれ独自の周波数帯域で発生する。一般的
に、心音の周波数帯域は、２０Ｈｚ〜１５０Ｈｚであ
り、呼吸音の周波数帯域は、２００Ｈｚ〜７００Ｈｚで
ある。上記感圧センサを用いるタイプの聴診器では、非
常に広い周波数帯域においてフラットな集音特性をもつ
ため、聴診時には心音だけでなく、呼吸音及びその他の
ノイズも同時に集音してしまう。この場合において、心
音のみを正確に集音するには、聴診器により検出された
振動を処理する帯域フィルタや増幅器等が必要になり、
装置の規模が大きくなり、かつ、コスト高となるといっ
た欠点を有していた。

【０００５】本発明は、より簡単な構成で、かつ、効果
的に所望の周波数帯域の生体の振動を検出可能な振動検
出器を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の振動検出
器は、被検体に接触させる接触面を有する本体と、一端
に振動量検出手段を取り付けると共に、他端を上記本体
の接触面を介して伝わる被検体の振動に応じて振れるよ
うに該本体に取り付け、検出する１又は複数の振動の周
波数帯域の少なくとも一部で共振するように調整した１
枚以上の共振板とで構成されることを特徴とする。

【０００７】本発明の第２の振動検出器は、上記第１の
振動検出器であって、検出する振動の周波数帯域におい
て、接触面の振動による変位量に対する各振動量検出手
段の変位量の倍率値の何れかが常に所定値以上となるよ
うに、各共振板を調整したことを特徴とする。

【０００８】本発明の第３の振動検出器は、上記何れか
の振動検出器であって、上記本体の接触面以外の箇所
に、減振材を介して保持部材を取りつけたことを特徴と
する。

【０００９】本発明の第４の振動検出器は、上記何れか
の振動検出器であって、接触体の被検体と接する箇所
に、検出の対象外の周波数帯域におけるノイズ振動の少
なくとも一部を除去する特性を有する減振材を取り付け
たことを特徴とする。

【００１０】本発明の第５の振動検出器は、上記何れか
の振動検出器であって、少なくとも一部の振動量検出手
段をそれぞれ複数の共振板で保持することを特徴とす
る。

【００１１】本発明の第６の振動検出器は、上記何れか
の振動検出器であって、振動量検出手段が加速度センサ
であることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】（１）発明の概要本発明の振動検出器は、人や動物等の被検体に、直接又
は衣服を介して接触させる接触面を有する本体と、一端
に振動量検出手段として、例えば、加速度センサを備
え、他端を当該共振板が上記本体の接触面を介して伝わ
る振動により振動する位置に取りつけ、更には検出しよ
うとするターゲットの振動の周波数帯域の一部又は全
部、例えば心音の場合、２０Ｈｚ〜１５０Ｈｚ（その一
部である４８Ｈｚ〜１１３Ｈｚの場合も含む）で共振す
るように調整した１枚以上の共振板とで構成されること
を特徴とする。当該構成を採用することで、接触面を介
して伝わる被検体の振動の内、ターゲットとする振動、
例えば、心音による振動（２０Ｈｚ〜１５０Ｈｚ）が共
振板により増幅され、当該増幅された振動が加速度セン
サにより検出される。これにより、生体の心音や呼吸音
といった特定の周波数帯域に分布する振動を効果的に抽
出することができる。以下、上記特徴を具備する実施の
形態に係る振動検出器について添付の図面を参照しつつ
詳細に説明する。

【００１３】（２）実施の形態１図１の（ａ）は、本体２に減振材（５）を介して取り付
けられるカバー（６）を取外した状態の振動検出器１の
斜視図であり、図１の（ｂ）は、振動検出器１の断面図
である。本体２の底面には、人間や動物等の被検体に直
接又は衣服を介して接触させる接触面２ａを備える。本
体２は、接触面２ａに対して垂直上方に伸びる凸部２ｂ
を備え、当該凸部２ｂの頂部において共振板３の一端を
支持している。これにより、共振板３は、接触面２ａを
介して伝わる被検体の振動に応じて振れる。共振板３の
他端には、振動量検出手段として加速度センサ４が接続
されている。振動量検出手段として加速度センサを用い
ることで、接触面２ａを介して伝わる被検体の振動を電
気的な振幅信号として検出することができる。また、加
速度センサ４としては、モノリシックＩＣ型のものを採
用することが、耐衝撃性能の面で好ましい。なお、共振
板３の振動量を検出できるものであれば、加速度センサ
４以外のものを用いても良い。

【００１４】なお、特に図示していないが、加速度セン
サ４への給電線、及び、センサ４による検出信号の出力
線は、当該共振板３の共振特性に影響を与えない程度の
細い導電線を使用する。あるいは無線方式を採用してコ
ードレスとする。以下に説明する全ての振動検出器につ
いて同じである。

【００１５】上記構成において、共振板３の共振周波数
ｆ_０は、共振板３のばね係数ｋと、先端に取り付ける加
速度センサ４の重さｍからｆ_０＝１／２π・（ｋ／ｍ）
^１／ ^２と求められる。また、共振板３のばね係数ｋは、
図１の（ａ）に示すように、共振板３の加速度センサ４
の取り付け位置までの長さをｌ、厚みをｈ、幅をｂ、ヤ
ング率をＥとすると、ｋ＝（Ｅｂｈ^３）／（４ｌ^３）と
表される。

【００１６】上記計算式に基づいて、共振板３の寸法
（ｌ、ｈ、ｂ）を、当該共振板３を本体２に取り付け、
先端に重さｍの加速度センサ４を取り付けた状態で、共
振板３の検出しようとするターゲットの振動の帯域内の
値、例えば、最頻の周波数となるように設定する。例え
ば、周波数帯域２０Ｈｚ〜１５０Ｈｚの人の心音を検出
する場合、共振周波数ｆ_０＝８０Ｈｚとなるように各寸
法（ｌ、ｈ、ｂ）を調整する。当該構成を採用すること
で、被検体である人の生じる振動の内、特に心音を増幅
して効果的に検出することができる。

【００１７】また、図１の（ｂ）に示すように、振動検
出器１の本体２には、減振材５を介して、保持部材とし
てカバー６が取り付けられる。減振材５としては、例え
ば、モルトプレーン等のスポンジ状の高分子吸音材を減
振材として用いる。なお、減振効果を奏するスポンジ状
の高分子構造、即ち、気泡部分を持つ網の目状の弾性構
造材であれば、他のものを採用しても良い。また、カバ
ー６からの振動（衝撃）が本体２に伝わらないようにす
るものであれば、他の構造体を用いても良い。カバー６
の素材には、例えば、スティール、プラスティック樹
脂、硬質ゴム等のつかみ易い硬さのものを採用する。減
振材５を介してカバー６を設けることで、カバー６に伝
えられる振動、例えば保持者の手の振動等を本体２に伝
えることなく、即ち、被検体の振動の検出精度に影響を
与えることなく、振動検出器１を手で持ち、被検体に押
し付ける、あるいは手に持たず被検体上に軽く接触させ
ておくことができる。

【００１８】なお、カバー６に伝えられる雑音やノイズ
振動などをより効果的に除去するため、カバー６内面に
減振材を貼りつけても良い。

【００１９】また、手で持つ代わりにバンドなどを利用
して被検体に押し付けることも考えられるが、このよう
な場合であっても、減振材５を介してカバー６を設ける
ことは、外部で発生する環境騒音による影響を除去する
意味で有効である。

【００２０】図２は、共振板３の共振特性について説明
するための図である。図示するように、被検体１０に接
触面２ａを接触させることで本体２に伝わってくる心音
や呼吸音による本体２の垂直方向の変位量をΔｘとし、
この時の加速度センサ４の垂直方向の変位量をΔｙとす
る。この場合において、相対感度ｆ（ω）は、次の「数
１」で表される。

【数１】但し、上記の式においてω、ω_０は、角速度（rad/s）
であり、ω_０は、共振点を表す。また、δは振動の減衰
に関係するパラメータであり、エネルギーロスに関する
係数（一種のダンピング係数）である。なお、当該値
は、変化しても共振周波数ｆ_０における相対感度ｆ
（ω）の値が変化するだけで、共振特性を表す曲線の形
状はほとんど変化しない。

【００２１】また、上記「数１」の式から共振周波数ｆ
_０より上の領域で相対感度ｆ（ω）が１となる周波数ｆ
maxは、約２^1/2×ｆ_０と特定される。これに伴い共振周
波数ｆ_０より下の領域で相対感度ｆ（ω）が１以下にな
る周波数ｆminは、約0.6×ｆ _０と特定できる。例えば、
共振周波数ｆ_０＝８０Ｈｚの場合、ｆmax＝１１３Ｈ
ｚ，ｆmin＝４８Ｈｚとなる。即ち、振動検出器１で
は、被検体の発する振動の内、周波数ｆが４８Ｈｚ〜１
１３Ｈｚの振動が増幅され、加速度センサ４により検出
されることが解る。

【００２２】図３は、共振周波数ｆ_０＝８０Ｈｚとなる
ように調整されている共振板３の特性曲線を表すグラフ
である。本図において、縦軸は相対感度ｆ（ω）を表
し、横軸は被検体の発する振動の周波数ωを表す。ま
た、本図は、上記「数１」の係数δの値を０．０１、
０．０５、０．１に設定した各測定点を○、□、◇の記
号で表し、これらを滑らかに接続した３つのグラフを重
ねて示すものであるが、係数δの値を変更しても共振周
波数ｆ_０での相対感度が変化するだけで、共振特性を表
す曲線の形状に大きな違いは現れないことが解る。以下
に説明する共振特性を示す他のグラフにおいても同様で
ある。

【００２３】図４は、図３に示すグラフのスケールを拡
大して表す図である。今、相対感度ｆ（ω）が５以上１
０未満の場合を中感度、１０以上を高感度とする。図４
より、８０Ｈｚを中心に、７１Ｈｚ〜７６Ｈｚ、８４Ｈ
ｚ〜８８Ｈｚの範囲が中感度の領域であり、７６Ｈｚ〜
８４Ｈｚが高感度な領域であることが解る。

【００２４】図５は、振動検出器１により人の心音を検
出した例を示す。図５の（ａ）は、通常の心電図を表
す。図５の（ｂ）は、振動検出器１の加速度センサ４に
より検出される信号を表す。図より心音の第１音α及び
第２音βが心電図と同期して正確に検出されていること
が解る。

【００２５】このように、振動検出器１では、被検体に
直接又は衣服を介して接触させるため、生活雑音の混入
を排除すると共に、被検体の発する様々な振動のうち、
ターゲットとする振動を増幅して効果的に検出すること
ができる。

【００２６】（３）実施の形態２図６の（ａ）は、本体２１から減振材（３１）を介して
取り付けられているカバー（３２）を取り除いた状態の
振動検出器２０の斜視図であり、図６の（ｂ）は、振動
検出器２０の断面図である。本体２１の底面には、人間
や動物等の被検体に直接又は衣服を介して接触させる接
触面２１ａを備える。振動検出器２０は、加速度センサ
２４の上端と下端を、それぞればね係数ｋ_２２の共振板
２２と、ばね係数ｋ_２３の共振板２３とで挟持すること
を特徴とする。

【００２７】既に説明したように共振周波数ｆ_０は、ｆ
_０＝π／２×（ｋ／ｍ）^１／２（但し、ｍは、加速度セ
ンサ２４の重さ）で求められる。振動検出器２０では、
２枚の共振板２２，２３の先端に加速度センサ２４が取
り付けられていることから、ばね係数はｋ_２２＋ｋ_２３
となり、例えば、ばね係数ｋ_２２＝ｋ_２３の場合、共振
周波数ｆ_０は、共振板２２，２３単体の場合の共振周波
数の２^１／２倍になる点に留意して共振板２２，２３の
寸法を設定する。

【００２８】上述するように、加速度センサ２４の上端
及び下端を２枚の共振板２２，２３で挟持する構成を採
用することで、加速度センサ２４の振動方向以外のふら
つきを低減し、より安定した信号の検出を行うことを可
能にする。加速度センサ２４のふらつきを低減すること
以外の作用効果は、上記実施の形態１に係る振動検出器
１と同じであるため、これ以上の説明は省く。

【００２９】（４）実施の形態３図７は、実施の形態３に係る振動検出器４０の構成を示
す斜視図である。実施の形態２に係る振動検出器２０と
同じ構成物には、同じ参照番号を付して重複した説明を
省く。振動検出器４０は、実施の形態２に係る振動検出
器２０の本体２１の底面２１ａに、検出の対象外の周波
数帯域におけるノイズ振動の少なくとも一部を除去する
特性を有する減振材４１を取り付けたことを特徴とす
る。上記減振材４１としては、例えば、１５０Ｈｚ以上
の環境音を除去するモルトプレーン等の高分子吸音材が
あげられる。なお、検出の対象外の周波数帯域における
ノイズ振動の少なくとも一部を除去する特性を有するも
のであれば、他の材料を採用しても良い。当該構成を採
用することで、衣服を介して被検体に接触する場合に、
衣擦れなどにより生じる不要な振動（ノイズ）を効果的
に除去することができる。

【００３０】（５）実施の形態４図８は、実施の形態４に係る振動検出器５０であって、
図１に示す実施の形態１に係る振動検出器１と同様に、
本体５１に減振材を介して取り付けられているカバー
（図示せず）を取外した状態の内部構成を示す斜視図で
ある。本体５１の底面には、人間や動物等の被検体に直
接又は衣服を介して接触させる接触面５１ａを備える。
振動検出器５０は、一端を本体５１に取り付け、他端に
加速度センサ５５，５６，５７を取り付けた状態で、そ
れぞれ共振周波数ｆ_０１＝８０Ｈｚ，ｆ_０２＝８５Ｈ
ｚ，ｆ_０３＝９０Ｈｚとなるように調整した３枚の共振
板５２，５３，５４を備えることを特徴とする。

【００３１】図９は、振動検出器５０の周波数と相対感
度との関係を示すグラフである。図４に示す共振周波数
ｆ＝８０Ｈｚの共振板を１枚だけ備える振動検出器１の
周波数特性グラフとの比較より明らかなように、振動検
出器５０では、相対感度ｆ（ω）が１０以上の高感度帯
域を７６Ｈｚ〜９４Ｈｚと大幅に広げることができる。
このように、相対感度ｆ（ω）が連続的に所定値以上と
なるように、異なる共振周波数の共振板を１枚以上備え
ることで、ターゲットとする振動の周波数帯域を広げて
感度良く検出することができる。

【００３２】なお、各加速度センサ５５，５６，５７
は、実施の形態２に係る振動検出器２０のように、２枚
の共振板で挟持する形態を採用しても良い。当該構成を
採用することで、加速度センサ５５，５６，５７の振動
方向以外のふらつきを低減し、より高精度な振動の検出
が可能となる。

【００３３】また、実施の形態３に係る振動検出器４０
と同様に、被検体との接触面となる本体５１の底面５１
ａに検出の対象外の周波数帯域におけるノイズ振動の少
なくとも一部を除去する特性を有する減振材を取り付け
ても良い。当該構成を採用することで、衣服を介して被
検体に接触する場合に、衣擦れなどにより生じる不要な
振動（ノイズ）を効果的に排除することができる。

【００３４】（６）実施の形態５図１０は、実施の形態５に係る振動検出器６０の構成を
示す図であって、本体６１に減振材を介して取りつけら
れているカバー（図示せず）を取り除いた状態の内部構
成を示す斜視図である。本体６１の底面には、人間や動
物等の被検体に直接又は衣服を介して接触させる接触面
６１ａを備える。振動検出器６０では、心音検出用の共
振板６２、及び、呼吸音検出用の共振板６３を備えるこ
とを特徴とする。

【００３５】図１１は、振動検出器６０の周波数と相対
感度ｆ（ω）の関係を示すグラフである。図示するよう
に、共振板６２は、一端を本体６１に取り付け、他端に
加速度センサ６４を取り付けた状態で、心音検出用に共
振周波数ｆ_０＝８０Ｈｚとなるように調整され、共振板
６３は、一端を本体６１に取り付け、他端に加速度セン
サ６５を取り付けた状態で、呼吸音検出用に共振周波数
ｆ_０＝３００Ｈｚとなるように調整されている。当該構
成を採用することで、それぞれ異なる周波数帯域の振動
として心音と呼吸音を、その間の周波数帯域に存在する
ノイズを除去しながら効果的に収集することができる。

【００３６】なお、各加速度センサ６４，６５は、実施
の形態２に係る振動検出器２０のように、２枚の共振板
で挟持する形態を採用しても良い。当該構成を採用する
ことで、加速度センサ６４，６５の振動方向以外のふら
つきを低減し、より高精度な振動の検出が可能となる。

【００３７】また、実施の形態３に係る振動検出器４０
と同様に、被検体との接触面となる本体６１の底面６１
ａに検出の対象外の周波数帯域におけるノイズ振動の少
なくとも一部を除去する特性を有する減振材を取り付け
ても良い。当該構成を採用することで、衣服を介して被
検体に接触する場合に、衣擦れなどにより生じる不要な
振動（ノイズ）を効果的に排除することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の第１の振動検出器は、検出しよ
うとする振動による振動を共振板により増幅し、増幅さ
れた振動を振動量検出手段により検出することができ
る。これにより、帯域フィルタが不要となり、より簡単
な構成で所望の振動を検出することができる。

【００３９】本発明の第２の振動検出器は、検出しよう
とする振動の周波数帯域において、接触面の振動による
変位量に対する各振動量検出手段の変位量の倍率値の何
れかが常に所定値以上となるように調整することによ
り、増幅回路が不用となり、より簡単な構成で所望の振
動を検出することができる。

【００４０】本発明の第３の振動検出器は、上記何れか
の振動検出器において、上記本体の接触面以外の箇所
に、減振材を介して保持部材を取りつけたことにより、
検出精度に影響を与えずに取り扱いの便を向上すること
ができる。

【００４１】本発明の第４の振動検出器は、上記何れか
の振動検出器において、被検体と接する箇所に、検出の
対象外の周波数帯域におけるノイズ振動の少なくとも一
部を除去する特性を有する減振材を取り付けることで、
服の上から被検体に振動検出器を当てた場合に生じる衣
擦れによる無用のノイズを取り除くことができる。

【００４２】本発明の第５の振動検出器は、上記何れか
の振動検出器において、少なくとも一部の振動量検出手
段をそれぞれ複数の共振板で保持することを特徴とす
る。これにより、共振板の端に取り付けられている振動
量検出手段のふらつきを抑制し、より高精度な振動の検
出を可能にする。

【００４３】本発明の第６の振動検出器は、振動量検出
手段として加速度センサを用いることで、共振板により
増幅された被検体の振動を電気信号として検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る振動検出器の構成を示す
図である。

【図２】振動検出器の備える共振板の相対感度を説明
するための図である。

【図３】振動検出器の特性曲線を表すグラフである。

【図４】振動検出器の特性曲線を表すグラフである。

【図５】心電図と振動検出器により同時に検出された
グラフである。

【図６】実施の形態２に係る振動検出器の構成を示す
図である。

【図７】実施の形態３に係る振動検出器の構成を示す
図である。

【図８】実施の形態４に係る振動検出器の構成を示す
図である。

【図９】振動検出器の特性曲線を表すグラフである。

【図１０】実施の形態５に係る振動検出器の構成を示
す図である。

【図１１】振動検出器の特性曲線を表すグラフであ
る。

【符号の説明】１，２０，４０，５０，６０振動検出器、２，２
１，５１，６１本体、２ａ接触面、３，２２，２
３，５２，５３，５４，６２，６３共振板、４，２
４，５５，５６，５７，６４，６５加速度センサ、
５，３１減振材、６，３２カバー、１０被検体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳浦真美子東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 2G064 BA23 BD17 BD23 BD43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に接触させる接触面を有する本体
と、一端に振動量検出手段を有すると共に、他端を上記本体
の接触面を介して伝わる被検体の振動に応じて振れるよ
うに該本体に取り付け、検出する振動原が１以上の振動
の周波数帯域の少なくとも一部で共振するように調整し
た１枚以上の共振板とで構成されることを特徴とする振
動検出器。
【請求項２】請求項１に記載の振動検出器であって、検出する振動の周波数帯域において、接触面の振動によ
る変位量に対する各振動量検出手段の変位量の倍率値の
何れかが常に所定値以上となるように、各共振板を調整
したことを特徴とする振動検出器。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の振動検出
器であって、上記本体の接触面以外の箇所に、減振材を介して保持部
材を取りつけたことを特徴とする振動検出器。
【請求項４】請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
振動検出器であって、被検体と接する箇所に、検出の対象外の周波数帯域にお
けるノイズ振動の少なくとも一部を除去する特性を有す
る減振材を取り付けたことを特徴とする振動検出器。
【請求項５】請求項１乃至請求項４の何れかに記載の
振動検出器であって、少なくとも一部の振動量検出手段をそれぞれ複数の共振
板で保持することを特徴とする振動検出器。
【請求項６】請求項１乃至請求項５の何れかに記載の
振動検出器であって、上記振動量検出手段は加速度センサであることを特徴と
する振動検出器。