JP2009237651A - 感圧装置およびそれを用いた侵入検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電気放電による電気パルスを除去し、侵入のないときに侵入ありと誤報することのない信頼性の高い感圧装置およびそれを用いた侵入検知装置を提供することを目的とする。
【解決手段】振動や圧力変動により信号を発生する感圧手段１と、前記感圧手段１の出力信号を増幅する増幅手段２と、前記感圧手段１の出力信号を受ける除去手段５とを有し、前記感圧手段１の出力信号が設定値を越えたときに除去手段５により出力信号を除去する構成とした。これにより、静電気放電による電気パルスを除去して誤動作をなくし、信頼性の向上が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、感圧装置およびそれを用いた侵入検出装置に関するものである。

従来、この種の感圧装置を用いた侵入検出装置として、ベランダの手摺内部に感圧手段を内蔵して、ベランダからの侵入者の侵入を報知するものがある。

その具体的構成を図９〜１１で説明すると、障壁構造体であるベランダ１０１の手摺１０２に感圧手段１０３が内蔵してある。

侵入を試みようとする者が手摺１０２に体重を掛けたときに、その内部に設置された感圧手段１０３が圧力変化に応じた信号を出力する。

すなわち、感圧手段１０３から出力された信号は複数のオペアンプなどにより構成された増幅手段１０４より増幅され、侵入の判定を行う判定手段１０５が処理できる範囲の電圧まで増幅される。

そして、その信号があらかじめ設定された設定値より大であるときに判定手段１０５が侵入を判定しスピーカなどの報知手段１０６を動作させ、報知するものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−０６５７０９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、静電気などにより誤動作するという課題があった。例えば、住人に静電気などがたまっていた場合、ベランダ１０１手摺１０２に接触した瞬間に静電気が放電する。

乾燥した冬場などは特に静電気による放電が多発する可能性が大である。そのときに、手摺１０２の内部に配置された感圧手段１０３に電圧が励起され、瞬間的な大電気パルスを発生するものである。

それが増幅手段１０４により増幅され、判定手段１０５に入力されると、あたかも大きな検知信号が感圧手段１０３から入力されたと判定し、誤報するという課題があった。

手摺３が金属で構成されている場合、必ずしも接地されているとは限らないため、静電気の影響を受けてしまう。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、静電気放電による電気パルスを除去し、侵入のないときに侵入ありと誤報することのない信頼性の高い感圧装置およびそれを用いた侵入検知装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の感圧装置は、振動や圧力変動により信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段の出力信号を増幅する増幅手段と、前記感圧手段の出力信号を受ける除去手段とを有し、前記感圧手段の出力信号が設定値を越えたときに除去手段により出力信号を除去する構成としたものである。

本発明の感圧装置は、静電気放電による電気パルスを除去して誤動作をなくし、これにより信頼性の高い感圧装置を提供することができるものである。

第１の発明は、振動や圧力変動により信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段の出力信号を増幅する増幅手段と、前記感圧手段の出力信号を受ける除去手段とを有し、前記感圧手段の出力信号が設定値を越えたときに除去手段により出力信号を除去する構成としたものである。

これにより、静電気放電による電気パルスを除去して誤動作をなくし、信頼性の向上が図れる。

第２の発明は、特に第１の発明において、増幅回路と並列に除去手段を接続し、感圧手段からの正常な信号、つまり侵入などによる出力信号は影響を受けることなく判定手段へ入力されるようにしたものである。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、除去手段は設定値を越える信号が入力されたときに、増幅回路の出力を回路基準電圧レベルに落とす構成とした。

これにより、判定手段には回路基準電圧レベルの信号が入力されることになり、結果として、判定手段は検知信号なしと判定することとなる。

第４の発明は、特に第３の発明において、除去手段はコンパレータにより構成した。

第５の発明は、特に第３の発明において、除去手段はウインドウコンパレータにより構成された。これにより、２つのコンパレータよりなるウインドウコンパレータの一方のコンパレータにより正側のパルスを除去し、もう一方のコンパレータにより負側のパルスを除去するため、正負双方の静電気パルスに対応することが可能となる。

第６の発明は、特に第１〜第４のいずれか１つに記載の発明において、感圧手段は可撓性を有したケーブル状の圧電センサである構成とした。

感圧手段が可撓性を有していることにより障壁構造体の屈曲部や、検出手段に接続するために屋内に引き込む部分においても特別な工具や特別な技能等も必要なく容易に曲げて設置することができるので取り扱いが容易になる。

第７の発明は、特に第６の発明において、中心電極の外周に圧電体層を、さらにこの圧電体層の外周に外側電極をそれぞれ周設して感圧手段を構成した。

これにより、感圧手段は同軸ケーブル状となるため信号を伝達する中心電極に対し外側電極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ものとなり、通信機器等を近くで使用したりしてもノイズの重畳を抑えることができる。

第８の発明は、第１〜第７のいずれか１つに記載の発明の感圧手段を障壁構造体に配置して侵入検出装置としたものである。

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。

（実施の形態１）
図１において、圧電センサからなる感圧手段１の出力信号は増幅手段２に入力されることで増幅され、次いで、マイコンなどの判定手段３に入力される。

そして、判定手段３が侵入を判定してスピーカなどのを動作させ、報知音を発する。

また、増幅手段２と並列にコンパレータ回路からなる除去手段５を接続して、感圧手段１の信号が増幅手段２とともに除去手段５にも入力されるようにしてある。

以上の構成において、その動作、作用を説明する。

図１に示すように、感圧手段１の出力信号は複数段のオペアンプなどよりなる増幅手段２に入力されて信号が増幅され、判定手段３に入力される。

例えば、圧電センサからなる感圧手段１が発生する数百マイクロボルトの電圧が数百ミリボルトまで増幅されるよう増幅手段２を構成している。

本実施の形態では、感圧手段１の出力を電荷増幅回路で受けさらに電圧増幅回路で増幅するよう構成している。そして、判定手段３が設定値以上の出力信号を受けたときに報知手段４を動作させる。

また、増幅手段２と並列に配置されたオープンコレクタ出力を有する除去手段５は、図３（ａ）に示すように、感圧手段１から除去手段５に入力される信号Ｖｉｎが設定電圧Ｖｓ以下である場合は動作しない。

そのため、増幅手段２により増幅された感圧手段１の信号そのまま判定手段３に入力される。

しかしながら、図３（ｂ）に示すように、入力される信号が設定電圧Ｖｓ以上のときには除去手段５が出力を回路グランドにするよう作動する。

そのため、判定手段３には回路グランドレベルの信号が入力されることになり、結果として、検知信号なしと判定して報知手段４を動作させない。

また、増幅手段２と並列に除去手段５を配置しているため、感圧手段１からの正常な信号、つまり侵入などによる出力信号は影響を受けることなく判定手段３へ入力されるため信頼性を損なうことはない。

例えば、実験において回路同一点（除去手段の入力部）での電圧は、感圧手段１の出力１２ｍＶに対して静電気パスルは８．２Ｖであった。設定値電圧を数Ｖに設定することで十分識別ができ、除去することが可能である。

コンパレータ回路からなる除去手段５としては、例えば図２のような構成がある。Ｖ−とＶ＋はコンパレータの入力端子、Ｖｉｎが感圧手段１からの信号入力端子、Ｖｏｕｔは出力端子で、この場合オープンコレクタである。Ｖ−に感圧手段１からの信号が入力されＶｏｕｔは増幅回路４の出力に接続される。そして、Ｖ＋に接続された、抵抗５ａと抵抗５ｂで決められた電圧を設定値Ｖｓとしてコンパレータ５ｃが動作する。

尚、図４のように、複数段のオペアンプ２ａ，２ｂ，２ｃで構成された増幅手段２の一
部のオペアンプ２ｂと並列に除去手段５を配置しても同様の作用効果が得られる。

また、コンパレータ回路としてヒステリシス付コンパレータ回路としてもよい。そのときは信号に重畳するホワイトノイズ電圧振幅以上のヒステリシス幅を持たせるよう設定することでホワイトノイズによるコンパレータの誤動作を抑制し、より信頼性の高いものとすることが可能となる。

例えば、実験においてＶｉｎの電圧に、数十ミリボルトのホワイトノイズが確認されたため、ホワイトノイズの２から３倍のヒステリシスを持たせた。

図５において、感圧手段１は、中心電極１ａの外周に圧電体層１ｂを、また、この圧電体層１ｂの外周に外側電極１ｃをそれぞれ周設したもので、前記外側電極１ｃはさらに弾性体からなる被覆層１ｄで被覆されている。

圧電体層１ｂはポリフッ化ビニリデン等の樹脂系の高分子圧電体を用いることも考えられるが、耐熱温度が上限で８０℃程度であり、侵入検出装置に採用した場合は屋外使用が主であって、特に夏季には直射日光により手摺やフェンスの表面温度が時には１００℃近くの高温になることから、高分子圧電体を用いることは好ましくない。

圧電体層１ｂとしては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と１００℃以上の高温耐久性を有することができ、このような複合圧電体を使用することが好ましい。

そして外側電極１ｃは中心電極１ａと圧電体層１ｂを囲うように配置されており、同軸ケーブル状とするため、信号を伝達する中心電極１ａに対し外側電極１ｃ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ものとなっている。

よって、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感圧手段１にノイズが重畳することは少ない。

また、感圧手段１に可撓性を持たせることが設置上望ましい。

例えば、図６に示す侵入検知装置に採用する場合、ベランダ６のボックスタイプの手摺７に感圧手段１を設ける際に、可撓性があれば容易に、かつ確実に配置できるもので、また、室内に集中コントロールボックスなどを設置する場合にも屋内に引き込む部分においても特別な工具や特別な技能等も必要なく容易に曲げて設置することができる。

報知手段４は、スピーカのような警報音発生だけではなく、表示装置を介した視覚表示、閃光発生器による威嚇、或いは、通報手段により侵入者の侵入があったことを外部の電話、警備会社、警察等へ通報してもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における侵入検出装置について図７、図８を用いて説明する。

実施の形態１との違いはウインドウコンパレータ回路からなる除去手段８を使用したことである。

実施の形態１では、正または負のどちらかの静電気パルスに対応するものであったが、例えば図７のように２つのコンパレータ８ａ、８ｂを使用しウインドウコンパレータ回路の除去手段８とすることで、一方のコンパレータ８ａより正側のパルスを除去し、もう一
方のコンパレータ８ｂにより負側のパルスを除去するため、正負双方の静電気パルスに対応することが可能となる。

また、ウインドウコンパレータの除去手段回路８の手前に、電圧レベルシフト回路９を配置している。

Ｖａ−とＶａ＋はコンパレータ８１の入力端子、Ｖｂ−とＶｂ＋はコンパレータ８ｂの入力端子、Ｖｉｎが感圧手段１からの信号入力端子で、接続されたＶａ−とＶｂ＋に入力される。Ｖｏｕｔは出力端子でこの場合も実施の形態１と同様オープンコレクタであるが、コンパレータ８ａとコンパレータ８ｂの出力端子が接続されている。

また、電圧レベルシフト回路９は、回路グランドを中心に正負に振れる感圧手段１の出力電圧を、正の一定電圧、例えば回路電源電圧の１/２を中心に振れるよう電圧レベルを変換する回路である。

本実施の形態では、コンパレータ８ａおよびコンパレータ８ｂは正の単電源で動作させるためこのような回路構成をとったが、これに限定されるものではない。

以下に図７および図８を用いてその動作作用を説明する。コンパレータ８ａのＶａ＋に接続された抵抗８ｃと、抵抗８ｄ、抵抗８ｆを加算した抵抗の抵抗分圧によって決まる電圧が設定値となりＶｉｎがこの電圧を超えたときにコンパレータ８ａが作動し、Ｖｏｕｔは回路グランドになる。これにより、正側の静電気を除去する。

また、コンパレータ８ｂのＶｂ−に接続された抵抗８ｃ、抵抗８ｄを加算した抵抗と抵抗８ｆの抵抗分圧によって決まる電圧が設定値になりＶｉｎがこの電圧以下になったときにコンパレータ８ｂが作動し、Ｖｏｕｔは回路グランドになる。

これにより、負側の静電気を除去する。結果として、正負双方の静電気を除去することが可能となり、より信頼性の高いものとすることができる。

尚本発明において、障壁構造体としてバルコニーを例として説明したが、これに限られることはなく、フェンス、ブロック塀等にも応用可能である。

以上のように、本発明にかかる感圧装置は、静電気放電に対する誤動作を防止できるため、静電気の発生しやすい場所での感圧手段のアプリケーションに利用できる。例えば、自動車用のスイッチとして圧電センサを用いる場合など、乗降時の静電気放電による誤動作なく信頼性の高いスイッチとして適用可能である。

本発明の実施の形態１における侵入検出装置のブロック図 本発明の実施の形態１における除去手段の回路図 本発明の実施の形態１におけるコンパレータ回路の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの経時変化を示す特性図 本発明の実施の形態１の別の例における侵入検出装置の回路図 本発明の実施の形態１における圧電センサの断面図 本発明の実施の形態１における侵入検出装置が設置されたベランダ斜視図 本発明の実施の形態２における除去手段の回路図 本発明の実施の形態２におけるコンパレータ回路の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの経時変化を示す特性図 従来の侵入検出装置の構成図 従来の侵入検出装置の断面図 従来の侵入検出装置のブロック図

符号の説明

１ 感圧手段
１ａ 中心電極
１ｂ 圧電体層
１ｃ 外側電極
２ 増幅手段
３ 判定手段
４ 報知手段

Claims (8)

1. 振動や圧力変動により信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段の出力信号を増幅する増幅手段と、前記感圧手段の出力信号を受ける除去手段とを有し、前記感圧手段の出力信号が設定値を越えたときに除去手段により出力信号を除去する構成とした感圧装置。
2. 増幅回路と並列に除去手段を接続した請求項1記載の感圧装置。
3. 除去手段は設定値を越える信号が入力されたときに、増幅回路の出力を回路基準電圧レベルに落とす構成とした請求項１または２記載の感圧装置。
4. 除去手段はコンパレータにより構成した請求項３記載の感圧装置。
5. 除去手段はウインドウコンパレータにより構成した請求項３記載の感圧装置。
6. 感圧手段は可撓性を有したケーブル状の圧電センサで構成した請求項１から４のいずれか１項記載の感圧装置。
7. 中心電極の外周に圧電体層を、さらにこの圧電体層の外周に外側電極をそれぞれ周設して感圧手段を構成した請求項６記載の感圧装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の感圧装置を障壁構造体に配置した侵入検知装置。