JP2007206013A - 振動検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性があり、信頼性の高い振動検出装置を実現する。
【解決手段】可撓性の床材１の裏面に、内側電極と前記内側電極に周設された感圧部材と感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサ２を設置したものであり、圧電センサ２が荷重を直接受けることなく、床材の撓み量の変化だけで変動するので、耐久性があり、また直接雨に曝されることもなく、秘匿性もあるので信頼性も高い装置を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、家屋周囲外側、例えば出入り口外側に設置し、居住者や来客または侵入者などを検出する振動検出装置に関するものである。

従来、この種の検出装置は、家屋出入り口の外側、例えば玄関などのドア前に設置して来客や侵入者などの検知をするもので、例えば、マット等の荷重検知手段（例えば、特許文献１参照）などがある。

図１１は特許文献１に記載された従来の検出装置の構成図である。上下２枚のウレタンのような柔軟な板材１００、１０１が内部に空間を作るように対向して配置されマット１０２を形成し、その内部空間１０３に第１の電極１０４と第２の電極１０５が微小間隔を保って複数個が間隔を持って配置されている。そして、マット１０２の上に人や物などが乗り、荷重がかかることによって上の板材１００が撓み、第２の電極１０５を押さえつけることで第１の電極１０４と第２の電極１０５が接触通電し人を検出する物である。
登録実用新案第３０６３４１５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、マット１０２内に電極を設けた構成ではマット１０２に荷重が加わる状態で常に電極が動作するために、荷重によって接点部分が変形し、長期使用によって検出特性が劣化する可能性があるという課題がある。また、マット状の検知手段では、玄関ドア前のポーチの上などに設置する場合、玄関周りのデザインの統一性を欠いてしまうことも考えられる。さらに侵入者などには検知手段があることを察知されてしまう可能性もある。

上記従来例の課題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、家屋周囲外側、例えば玄関先に立たれた人を確実に検知し、秘匿性の高い、長期間安定動作する振動検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の振動検出装置は、可撓性の床材の裏面に、内側電極と内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサを設置した構成としたものである。

これによって、圧電センサには床材の撓みに伴う変形が加わるだけであり、直接検出対象の荷重が加わらず、圧電センサ自体が永久変形してその検出能力を失うことが防止でき、長期的に安定した振動検出能力を保持することが可能になる。また、圧電センサ自体が外部に曝されないために秘匿性の高い振動検出装置を提供することが可能となる。

本発明の振動検出装置は、人を確実に検知し、秘匿性が高く、長期間安定動作することができる。

第１の発明は、可撓性の床材の裏面に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサを設置した
ものであり、圧電センサ自体が永久変形してその検出能力を失うことが防止でき、長期的に安定した振動検出能力を保持することが可能になる。また、圧電センサ自体が外部に曝されないために秘匿性の高い振動検出装置を提供できる。

第２の発明は、空洞部を形成した可撓性の床材を有し、前記床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサを設けたものであり、圧電センサ自体が床材内部に収納されてしまうことから、信頼性の高い振動検出装置を提供することができる。

第３の発明は、特に第２の発明において、床材の空洞部の天井面に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサを設けたものであり、大きな撓みが得られる床材の空洞部の天井面に圧電センサがあるので、高感度で確実な振動検出装置を提供することができる。

第４の発明は、空洞部を形成した可撓性の床材を有し、前記床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサと、前記圧電センサからの信号を受け、検知信号を出力する信号処理手段を設けたものであり、圧電センサの検出信号で外部機器を動作させることができる。

第５の発明は、空洞部を形成した可撓性の床材を有し、前記床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサと、前記圧電センサからの信号を受け、検知信号を出力する信号処理手段、前記信号処理手段からの信号を伝送する伝送処理手段を設けたものであり、圧電センサでの検出信号を外部機器に伝えることができる。

第６の発明は、特に第５の発明の伝送処理手段を、無線発信機としたものであり、非接触で検知信号の伝送が可能である。

第７の発明は、特定の個人あるいは物体を認証する認証手段と、空洞部を形成した可撓性の床材を有し、前記床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサと、前記圧電センサからの信号を受け、検知信号を出力する信号処理手段と、前記信号処理手段からの信号を伝送する伝送処理手段と、前記認証手段を設け、前記信号処理手段からの出力で認証手続きを開始するものであり、認証手段を有する個人を識別し、入門許可、開錠を行う等の安全性の向上を図る事が可能になる。
第８の発明は、特に第１から第７の発明において、空洞部の設置物は防水構造としたものであり、屋外に設置される機器として防水構造にすることによって一層の信頼性を得ることが可能になる。

第９の発明は、空洞部を形成した可撓性の床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサと信号処理手段を設置した前記床材を複数枚有し、かつ前記信号処理手段の出力信号を統合して信号を伝送する伝送処理手段を設けたものであり、広範囲に、かつ複数の検知部を有することで、信頼性の向上を図る事が可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、本実施の形態の説明において、同一構成で同一作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。

（実施の形態１）
図１は、本発明第１の実施の形態における振動検出装置の構成図である。図２は同実施の形態で使用した圧電センサの断面図である。図１において、可撓性を有するマット状の床材１の裏面にはケーブル状に形成された圧電センサ２が点線で示すように蛇行して貼り付けられ、振動検出装置３を構成している。

圧電センサ２は、図２に示すように、導体からなる内側電極４と内側電極４に周設された感圧部材である圧電体層５と圧電体層５に周設した導体からなる外側電極６と外側電極６の外面を被覆した弾性体からなる被覆層７を備えてケーブル状に構成している。圧電体層５は、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂系の高分子圧電体や、特定の樹脂基材中に圧電セラミックスの粉体を混合した複合圧電体を用いることができる。そして、外側電極６は内側電極４と圧電体層５を囲うように配置されている。

この構成によって、床材１の上に人が乗ると、床材１が点線で示すように撓み（振動ともいう）、床材１の裏面に貼られていた圧電センサ２の圧電体層５が引っ張られ、変形することで、圧電体層５の内部に変形量に応じた電荷Ｑ（クーロン）が発生し、内側電極４と外側電極６の間に電圧Ｖ（ボルト）が発生する。

この電圧Ｖは（内側電極４と外側電極６間の容量をＣファラッドとすると）Ｑ＝ＣＶの関係式を満足する。通常、この電圧はせいぜい１ミリボルト程度の大きさなので、この電圧を増幅、信号処理して後、外部機器の制御等を行う事によって人が近づいたことを検知することが可能になる。この振動検出装置３は、住宅である家屋の出入口である玄関先に設置する事で来客を検知することが可能となり、また、本来施錠されている窓の下や、通用口などに設置することで防犯の用途にも使用が可能となる。

また、床材１の裏面に圧電センサ２を設置することで、圧電センサ自体が外部に曝されないために秘匿性の高い構成とすることができ、また、圧電センサ２に人の重量が加わらない構成となっているために、圧電センサ２の荷重による経年変形も起こらず、信頼性の高い設置構成とすることができる。また、圧電センサ２は同軸ケーブル状となるため信号を伝達する外側電極６がシールドの役を果たし、外来電磁波ノイズの影響を受けにくい物となる。

よって、振動信号の収集や処理するために電子機器を近くで使用したり、携帯電話などの通信機器等を近くで使用したりしても圧電センサ２にノイズが重畳することの少ない信頼性の高い振動検出装置を提供することができる。

尚、内側電極４と外側電極６を持つケーブル状の振動検出装置３として同軸ケーブル状の圧電センサ２を例として示したが、本発明はこれに限られることは無く、中心の導体が複数あるケーブル、中心の導体が外側電極の中心から偏心しているケーブル、断面形状が円形ではないケーブルなどを用いても、本実施の形態の発明と同様の効果を期待できるものである。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における振動検出装置の構成図である。木屑と樹脂を混ぜて加熱、押し出し成形によって形成されたマット状の床材１は、内部に空洞部８を２列に形成し、丈夫で軽く、寸法もそろったものが作れ、リサイクル製品でもあることから、濡れ縁などの構造材として用いられおり、樹脂が充填されて可撓性もあり、かつ耐水性にも優れている。

この床材１の２列の空洞部８の天井面（床材１の裏面に相当）には、図２に示したケーブル状の圧電センサ２が蛇行状に張り付け設置されている。そして、図示するように踏まれた時の床材１は、大きな撓みが得られる床材１の空洞部８の天井面に圧電センサ２が位置しているので、大きな撓みによるケーブル状の圧電センサ２の撓みも確実となり、実施の形態１で説明したようにして内側電極４と外側電極６の間の電圧が高感度で検出される。

また、圧電センサ２が空洞部８に設置されていることから、圧電センサ自体が外部に曝されないために秘匿性の高く耐久性にも優れた、信頼性の高い振動検出装置を提供することができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における振動検出装置の構成図である。本実施の形態は、圧電センサの検出した信号を処理する手段を床材の空洞部に設けた点で、実施の形態２の発明と異なるだけで、それ以外の構成および作用効果の同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

床材１の空洞部８には、天井面に圧電センサ２が張り付け設置されていると共に、圧電センサ２の出力電圧を入力にして、圧電センサ２の検知信号を出力する信号処理手段である信号処理装置９も設置されている。

図５は本発明の第３の実施の形態における信号処理装置９のブロック図である。図５において、信号処理装置９は、圧電センサ２からの出力信号を所定の濾波特性で濾波し、かつ、所定の増幅度で増幅を行うフィルタ部１０と、フィルタ部１０の出力信号を予め設定された設定値と比較を行うコンパレータ部１１とコンパレータ部１１の出力を受け、予め定められた基準を基に判別して信号を出力する出力処理部１２を備えている。

以上のように構成された振動検出装置３について、以下その動作、作用を図６に基づいて説明する。図６は、人が床材１の上に乗り、人の体の振動が圧電センサ２に加わったときの圧電センサ２の出力に対応するフィルタ部１０の出力信号Ｖとコンパレータ部１１の出力信号Ｊの経時変化を示す特性図である。

コンパレータ部１１からは、基準電圧Ｖ0から一定電圧Ｄ0を上回る信号があった時だけパルス信号が出力され、コンパレータ部１１の出力を受けて出力処理部１２は外部機器を駆動する信号を発生させる。出力処理部１２は、コンパレータ部１１の出力が一回入力された時、外部へ出力を出すことも、ノイズ等での誤動作を避けるために、何回かパルスを計数してから外部へ出力を出すことも可能で、適宜選択するものである。

ここで、フィルタ部１０の濾波特性としては、例えばノイズとして信号に重畳しやすい商用電源周波数は５０Ｈｚおよび６０Ｈｚであるが、人の振動つまり体動や重心動揺などは数Ｈｚの範囲なので、濾波特性としては例えば、１Ｈｚ〜２０Ｈｚの信号成分を通過させるバンドパスフィルタとしている。

上記述べた構成で、床材１の空洞部８に圧電センサ２と信号処理装置９が設置されていることから、信頼性の高い振動検出装置を構成することができる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態における振動検出装置の構成図である。本実施の形態は、圧電センサの検出した信号を処理する手段と、この手段からの信号を外部へ伝送する伝送処理手段も、床材の空洞部に設けた点で、実施の形態３の発明と異なるだけで、そ
れ以外の構成および作用効果の同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

信号処理装置９からの信号を外部へ伝送する無線発信機等の伝送処理手段１３は、信号処理装置９とともに空洞部８に設けている。

この構成によって外部機器との接続が配線なしに行えるようになり、簡便で、信頼性の高い振動検出装置を構成することができる。なお、伝送処理手段１３は無線発信機でなく有線の形態であってもよい。

（実施の形態５）
図８は、本発明の第５の実施の形態における振動検出装置の構成図である。本実施の形態は、圧電センサの検出した信号を処理する手段からの信号を外部へ伝送する伝送処理手段を無線伝送する構成にした点で、実施の形態４の発明と異なるだけで、それ以外の構成および作用効果の同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

実施の形態４で説明した伝送処理手段１３を、信号処理装置９からの信号を無線送信機１４で外部ＲＦ受信機１５に無線伝送する構成としたことである。

この構成によって圧電センサ２からの検知信号を、外部機器へ無線で伝送を行うことができ、外部機器との信号伝送用の配線を省略することができる。また、外部ＲＦ受信機１５を認証手段である認証カード１６に組み込む事によって、認証カード１６を有する人物を特定し、認証カード１６を有する人が近づいた時にのみ外部機器である玄関の開錠、認証ができなければ警報を発するなどの侵入者の認証を行うことが可能となる。

また、信号処理装置９からの信号出力を受けて無線送信機１４からの信号を発して認証カード１６に内蔵された外部ＲＦ受信機１５が動き始めるようにすることによって認証カード１６の電源である電池の消耗を少なく抑えることができる。認証カード１６だけの侵入者認証では、常に電源を入れておかなくてはならないので、振動検出装置３の信号で、認証カード１６の認証を開始することは、省エネルギーの点からも多いに有効である。

（実施の形態６）
図９は、本発明の第６の実施の形態における振動検出装置の構成図である。本実施の形態は、床材の空洞部に雨水が侵入しないように構成した点で、実施の形態１から５の発明と異なるだけで、それ以外の構成および作用効果の同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

空洞部８を形成した床材１は、その空洞部８の開口させた長手方向の両側面の開口部はパッキング１７で閉じられ、空洞部８に雨水が流入しない構成となっている。このような防水構成にすることによって空洞部８の設置物、すなわち圧電センサ２、信号処理装置９、伝送処理手段１３、無線送信機１４は安全に護られ振動検出装置の信頼性、耐久性も増すことができる。

（実施の形態７）
図１０は、本発明の第７の実施の形態における振動検出装置の構成図である。本実施の形態は、ケーブル状に構成した圧電センサと信号処理手段を設置した床材を複数枚有し、かつ前記信号処理手段の出力信号を統合して信号を伝送する構成にした点で、実施の形態１から６の発明と異なるだけで、それ以外の構成および作用効果の同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

圧電センサ２と信号処理装置９が空洞部８に設けられた床材１は、複数枚並べられ、それぞれの信号処理装置９からの出力はＯＲ信号として伝送処理手段である信号ボックス１８から一つにまとめられ出力される。

このように複数の圧電センサ２の出力信号をまとめることによって、広域に侵入者を監視することが可能になる。また、装置が故障していても、一台の装置ならば、故障していることを認識せずに、使い続ける可能性があるが、お互いが補完し合う事で信頼性も増すことができる。

以上のように、本発明にかかる振動検出装置は、振動検出手段である圧電センサを床材の裏面に設置しているので荷重を直接受けないで、撓み量だけで進入検知を行うことができる。そのため、頻繁に荷重がかかる商店や店舗等の公共施設のセキュリティシステムとしても適用できる。

本発明の実施の形態１における振動検出装置の構成図 本発明の実施の形態１〜７における圧電センサの断面図 本発明の実施の形態２における振動検出装置の構成図 本発明の実施の形態３における振動検出装置の構成図 本発明の実施の形態３における信号処理装置のブロック図 本発明の実施の形態３における振動検出装置で、人の振動を受けたときのフィルタ部の出力信号Ｖとコンパレータ部の出力信号Ｊの経時変化を示す特性図 本発明の実施の形態４における振動検出装置の構成図 本発明の実施の形態５における振動検出装置の構成図 本発明の実施の形態６における振動検出装置の構成図 本発明の実施の形態７における振動検出装置の構成図 従来の検出装置の側面断面図

符号の説明

１ 床材
２ 圧電センサ
３ 振動検出装置
４ 内側電極
５ 圧電体層（圧電部材）
６ 外側電極
８ 空洞部
９ 信号処理装置（信号処理手段）
１３ 伝送処理手段
１４ 無線送信機
１５ 外部ＲＦ受信機
１６ 認証カード（認証手段）
１７ パッキング
１８ 信号ボックス （伝送処理手段）

Claims (9)

1. 可撓性の床材の裏面に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサを設けてなる振動検出装置。
2. 空洞部を形成した可撓性の床材を有し、前記床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサを設けてなる振動検出装置。
3. 床材の空洞部の天井面に、内側電極と前記内側電極に周設された感圧部材と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサを設けてなる請求項２記載の振動検出装置。
4. 空洞部を形成した可撓性の床材を有し、前記床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサと、前記圧電センサからの信号受け、検知信号を出力する信号処理手段を設けてなる振動検出装置。
5. 空洞部を形成した可撓性の床材を有し、前記床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサと、前記圧電センサからの信号を受け、検知信号を出力する信号処理手段と、前記信号処理手段からの信号を伝送する伝送処理手段を設けてなる振動検出装置。
6. 伝送処理手段は、無線発信機である請求項５項記載の振動検出装置。
7. 特定の個人あるいは物体を認証する認証手段と、空洞部を形成した可撓性の床材を有し、前記床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサと、前記圧電センサからの信号を受け、検知信号を出力する信号処理手段、前記信号処理手段からの信号を伝送する伝送処理手段と、前記認証手段を設け、前記信号処理手段からの出力で認証手続きを開始する振動検出装置。
8. 空洞部の設置物は、防水構造とした請求項１から７のいずれか１項記載の振動検出装置。
9. 空洞部形成した可撓性の床材の空洞部に、内側電極と前記内側電極に周設した感圧部材と前記感圧部材に周設した外側電極とを備えてケーブル状に構成した圧電センサと信号処理手段を設置した前記床材を複数枚有し、かつ前記信号処理手段の出力信号を統合して信号を伝送する伝送処理手段を設けてなる振動検出装置。