JP2012242210A - 複合センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平板電極11a、11bと圧電体11cとからなる第1圧電素子11と、第1圧電素子11に対向して配設され、平板電極12a、12bと圧電体12cとからなる第2圧電素子12と、第1圧電素子11と第2圧電素子12との間に挟持され、外力に対して可塑性を有し、密度が略均一である誘電体2と、第1圧電素子11に所定周波数の信号を印加する信号印加部21と、第1圧電素子11から接近する測定対象物20の方向に発振された信号の反射信号を検知する第1の信号検知部22と、第1圧電素子11から第2圧電素子12の方向に発振された信号を検知する第2信号検知部23と、第1圧電素子11の平板電極と第2圧電素子12の平板電極12bとの間の静電容量を検知する静電容量検知部24とを備える。
【選択図】図1
Description
圧電素子における平板電極とグランドとの接続を切り替える接続切替手段を備えるものである。
押圧力の状態を複合的に高精度に測定することができるという効果を奏する。
本実施形態に係る複合センサについて、図1ないし図8を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る複合センサのセンサ部を示す図、図2は、本実施形態に係る複合センサの機能ブロック図、図3は、本実施形態に係る複合センサの原理を示す図、図4は、本実施形態に係る複合センサにおいて対象物が接近する場合の回路図、図5は、本実施形態に係る複合センサにおいて対象物が押圧する場合の回路図、図6は、本実施形態に係る複合センサにおいて一方の圧電素子を平板電極とした場合の図、図7は、本実施形態に係る複合センサにおいて光を検知する場合を示す図、図8は、本実施形態に係る複合センサの圧電素子をマトリックス状に組合わせた場合の図である。
えても測定を行うことは可能である。
、接触の有無や対象物20の種別を検知することもできる。すなわち、対象物20が振動する場合(例えば、ヒトの脈動や血流等)、その振動を第1圧電素子11が受信し電気信号に変換して検知することで、対象物20がヒトで、接触したことを測定することができる。また、対象物20が熱を発する場合(例えば、ヒトの体温等)も同様に、第1圧電素子11が熱を電気信号に変換して検知することで、対象物20がヒトで、接触したことを検知することができる。当然、ヒトが押圧した場合には、図5に示すように、その押圧力も正確に測定することが可能である。これらの値についても、各測定値が演算制御部25に入力されて演算されることで、最終的に対象物20の接触の有無、種別及び押圧力等が得られる。
20の上部にあれば、光が遮断され受光量から対象物20の有無を検出することができる。また、図7(B)に示すように、可視以外の光を用い、センサ部10の下部に発光素子(LED)を用いることで、対象物20からの反射光を受光素子で受光し、対象物20の有無を検出可能することができる。さらに、図7(C)に示すように、対象物20が光を吸収することで生じる熱や振動をセンサ部10で検知することで、対象物20の情報を得ることが可能である。
(1.1 複合センサ)複合センサは、図1に示す複合センサと同じ構造を有し、13mm×25mmの一対のPVDFフィルムで40mm×20mm×5mmのウレタンシート(硬度0)を挟んだ構造である。複合センサに対して物体により負荷がかけられたときの上部PVDFフィルム(第1圧電素子11に相当)で振動により生じる電圧と温度変化により生じる電圧とをそれぞれ測定した。また、上部のPVDFフィルム及び下部のPVDFフィルム(第2圧電素子12に相当)間の電気特性としての静電容量と、超音波特性としての伝播時間とを測定した。それらの測定値から、物体の振動、温度情報及び押圧力を測定した。
ムの間隔を5mmとしたときの送信波及び受信波の一例を示す。本実験では、受信波形の2つ目のピークまでの時間を伝播時間とした。よって、電気特性と超音波特性の同時測定が可能である。実験として、PVDFフィルム間のウレタンシートの厚さを1mmから5mmまで1mm間隔で変化させたときの厚さに対する電気特性としての電圧と超音波特性としての伝播時間の測定を行った。また、押圧力を0kgから50kgまで変化させた場合の電気特定としての電圧と超音波特性としての伝播時間の測定を行った。
(2.1 電気特性及び超音波特性の測定結果)図12に、ウレタンシートの厚さに対する電気特性としての電位と超音波特性としての伝播時間を示す。図12より、PVDFフィルム間の間隔が狭くなるにつれ、電気特性としての電圧は大きくなり、超音波特性としての伝播時間は小さくなることがわかる。また、間隔に対する電気特性と超音波特性の変化はそれぞれ異なっていることがわかる。これらの結果より、電気特性及び超音波特性の測定によりセンサにかかる圧力の測定が可能であり、両方の測定値を用いることで測定能力の向上を図ることが可能である。
対象の温度測定が可能であることがわかる。
以上の結果から、本発明に係る複合センサにより、電気及び超音波特性の同時測定から圧力測定が可能であり、上部PVDFフィルムの電圧測定から対象の温度及び振動特性の測定が可能であることが明らかである。本発明に係る複合センサにより対象物の圧力とその温度や振動などの情報を得るために、以下のように測定を行ことができる。まず、対象物が接触したときに生じる電圧を検出し、その電圧をトリガとして、上部PVDFフィルムで振動情報と温度情報の測定を行う。両方の電圧が混在している場合は、フィルタ処理を行うことで振動と温度情報を分離する。また、上部PVDFフィルムに電気特性と超音波特性の測定を行うために、PVDFフィルムに任意の交流信号を送信することで電気及び超音波特性の同時測定が可能であり、圧力測定が可能となる。よって、対象の振動及び温度情報と圧力の同時測定が可能になる。当然、上記実施の形態で説明したように、対象物が接近している場合も電気及び超音波特性の同時測定が可能である。
2 誘電体
10 センサ部
11 第1圧電素子
11a 第1平板電極
11b 第2平板電極
11c 第1圧電体
12 第2圧電素子
12a 第3平板電極
12b 第4平板電極
12c 第2圧電体
20 対象物
21 信号印加部
22 第1信号検知部
23 第2信号検知部
24 静電容量検知部
25 演算制御部
26 出力部
Claims (10)
- 平板電極と圧電体とからなる第1の圧電素子と、
前記第1の圧電素子に対向して配設され、平板電極と圧電体とからなる第2の圧電素子と、
前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子との間に挟持され、外力に対して可塑性を有し、密度が略均一である誘電体と、
前記第1の圧電素子に所定周波数の信号を印加する信号印加手段と、
前記第1の圧電素子から接近する前記測定対象物の方向に発振された信号の反射信号を、前記第1の圧電素子にて電気信号に変換して検知する第1の信号検知手段と、
前記第1の圧電素子から前記第2の圧電素子の方向に発振された信号を、前記第2の圧電素子にて電気信号に変換して検知する第2の信号検知手段と、
前記第1の圧電素子の平板電極と前記第2の圧電素子の平板電極との間の静電容量を検知する静電容量検知手段とを備えることを特徴とする複合センサ。 - 請求項1に記載の複合センサにおいて、
前記第1の圧電素子が、対向して配設される1対の前記平板電極で前記圧電体を挟んで形成され、一方の前記平板電極が前記誘電体に接触して配設され、他方の前記平板電極が測定対象物が接近及び接触されるように配設されており、
前記測定対象物が前記第1の圧電素子に接近している場合に、前記第1の圧電素子における1対の平板電極のうち、前記誘電体側に配設されている平板電極がグランドに接続され、前記静電容量検知手段が、前記第1の圧電素子の測定対象物側に配設されている平板電極と前記第2の圧電素子の平板電極との間の静電容量を検知し、前記第1の信号検知手段が、前記第1の圧電素子から前記測定対象物側に発振された信号の反射信号を受信して検知し、
前記測定対象物が前記第1の圧電素子に接触している場合に、前記第1の圧電素子における1対の平板電極のうち、前記測定対象物側に配設されている平板電極がグランドに接続され、前記静電容量検知手段が、前記第1の圧電素子の誘電体側に配設されている平板電極と前記第2の圧電素子の平板電極との間の静電容量を検知し、前記第2の信号検知手段が、前記第1の圧電素子から前記第2の圧電素子側に発振された信号を検知することを特徴とする複合センサ。 - 請求項2に記載の複合センサにおいて、
前記測定対象物が前記第1の圧電素子に接触したかどうかを検知する接触検知手段を備え、
前記第1の圧電素子の検知に応じて、当該第1の圧電素子における平板電極とグランドとの接続を切り替える接続切替手段を備えることを特徴とする複合センサ。 - 請求項3に記載の複合センサにおいて、
前記接触検知手段が、前記第1の信号検知手段が検知した前記測定対象物の振動、前記第1の圧電素子から前記第2の圧電素子までの信号の伝播時間及び/又は前記測定対象物の温度による電圧変化に基づいて、前記測定対象物の接触を検知することを特徴とする複合センサ。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記測定対象物が前記第1の圧電素子に接触している場合に、前記測定対象物から前記第1の圧電素子への押圧力が所定の基準値以下であれば、前記第2の信号検知手段が検知した信号に基づいて前記押圧力を算出し、前記測定対象物から前記第1の圧電素子への押圧力が所定の基準値を超えていれば、前記静電容量検知手段が検知した静電容量に基づいて前記押圧力を算出する複合センサ。 - 平板電極と圧電体とからなり、測定対象物が接近及び接触する第1の圧電素子と、
前記第1の圧電素子に対向して配設され、少なくとも平板電極を有する対向部と、
前記第1の圧電素子と前記対向部との間に挟持され、外力に対して可塑性を有し、密度が略均一である誘電体と、
前記第1の圧電素子に所定周波数の信号を印加する信号印加手段と、
前記第1の圧電素子から前記対向部及び/又は接近する前記測定対象物の方向に発振された信号の反射信号を、前記第1の圧電素子にて電気信号に変換して検知する第1の信号検知手段と、
前記第1の圧電素子の平板電極と前記対向部の平板電極との間の静電容量を検知する静電容量検知手段とを備えることを特徴とする複合センサ。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記第1の信号検知手段が、前記第1の圧電素子が受けた前記測定対象物からの熱を信号として検知することを特徴とする複合センサ。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記測定対象物の方向に対して光を照射する発光素子を備え、
前記第1の信号検知手段が、前記発光素子が照射した光を前記測定対象物が吸収したことによる熱及び/又は振動を検知することを特徴とする複合センサ。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記測定対象物の方向から照射される光を受光する受光素子を備え、
前記受光素子が受光した光に関する情報に基づいて、前記測定対象物の有無を検知することを特徴とする複合センサ。 - 請求項1ないし9のいずれかに記載の複合センサにおいて、
前記測定対象物の方向に対して光を照射する発光素子と、
前記測定対象物の方向から照射される光を受光する受光素子とを備え、
前記受光素子が、前記発光素子から照射された光の前記測定対象物からの反射光を受光して得られた情報に基づいて、前記測定対象物の有無を検知することを特徴とする複合センサ。
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014228335A (ja) * | 2013-05-21 | 2014-12-08 | トヨタ自動車株式会社 | 接触検知装置 |
WO2015005238A1 (ja) * | 2013-07-10 | 2015-01-15 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ |
JP2015017855A (ja) * | 2013-07-10 | 2015-01-29 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ |
JP2015034818A (ja) * | 2013-07-10 | 2015-02-19 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ |
JP2015068720A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ構造体 |
JP2015132526A (ja) * | 2014-01-10 | 2015-07-23 | 積水化学工業株式会社 | 物体検出シート及びこれを用いた生体検出システム |
US9291843B2 (en) | 2013-10-18 | 2016-03-22 | Samsung Display Co., Ltd. | Display apparatus |
JP2017049094A (ja) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | アルプス電気株式会社 | 静電容量式入力装置 |
CN109100070A (zh) * | 2018-09-27 | 2018-12-28 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种传感器及检测触觉信号的方法 |
JP2019039835A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | キヤノン株式会社 | 複合センサ |
CN117722943A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-19 | 中国科学技术大学 | 一种集成高精度电容位移传感器的压电驱动机械式移相器 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0272585A (ja) * | 1988-09-05 | 1990-03-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高周波加熱装置 |
JPH06241852A (ja) * | 1993-02-12 | 1994-09-02 | Kazuhiro Okada | 流量/粘度の測定方法および測定装置 |
JP2006107140A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Sony Corp | 触覚機能付きの入出力装置及び電子機器 |
WO2006129821A1 (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | Ngk Insulators, Ltd. | 物体の通過検出装置 |
JP2007142372A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-06-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 微小電気機械式装置及び半導体装置、並びにそれらの作製方法 |
JP2008253310A (ja) * | 2007-03-31 | 2008-10-23 | Saga Univ | 筋電・筋音測定用センサ |
JP2009136939A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Toyota Industries Corp | ロボットハンド |
JP2009287993A (ja) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Toto Ltd | 人体検出装置及びそれを用いた水栓装置 |
-
2011
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0272585A (ja) * | 1988-09-05 | 1990-03-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高周波加熱装置 |
JPH06241852A (ja) * | 1993-02-12 | 1994-09-02 | Kazuhiro Okada | 流量/粘度の測定方法および測定装置 |
JP2006107140A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Sony Corp | 触覚機能付きの入出力装置及び電子機器 |
WO2006129821A1 (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-07 | Ngk Insulators, Ltd. | 物体の通過検出装置 |
JP2007142372A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-06-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 微小電気機械式装置及び半導体装置、並びにそれらの作製方法 |
JP2008253310A (ja) * | 2007-03-31 | 2008-10-23 | Saga Univ | 筋電・筋音測定用センサ |
JP2009136939A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Toyota Industries Corp | ロボットハンド |
JP2009287993A (ja) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Toto Ltd | 人体検出装置及びそれを用いた水栓装置 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
JPN6015005625; 辻聡史、他: 'マルチモーダル触覚センサによる材質識別' 電気学会論文誌. A, 基礎・材料・共通部門誌 第131巻第4号, 20110401, P.295-299 * |
JPN6015005626; 山田雄一、他: '多機能型触覚センサによる材質識別の検討' センシングフォーラム資料 , 20100927, P.153-156 * |
JPN6015005627; 北浦貴史、他: '電気・超音波イメージングシステムの検討' センシングフォ-ラム資料 第26回, 20090928, P.138-141 * |
JPN6015005629; 木本晃、他: 'リニアアレイ型電気・超音波特性イメージングシステム' 電気学会論文誌. A, 基礎・材料・共通部門誌 第129巻第12号, 20091201, P.884-888 * |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014228335A (ja) * | 2013-05-21 | 2014-12-08 | トヨタ自動車株式会社 | 接触検知装置 |
WO2015005238A1 (ja) * | 2013-07-10 | 2015-01-15 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ |
JP2015017855A (ja) * | 2013-07-10 | 2015-01-29 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ |
JP2015034818A (ja) * | 2013-07-10 | 2015-02-19 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ |
JP2015068720A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ構造体 |
US9291843B2 (en) | 2013-10-18 | 2016-03-22 | Samsung Display Co., Ltd. | Display apparatus |
JP2015132526A (ja) * | 2014-01-10 | 2015-07-23 | 積水化学工業株式会社 | 物体検出シート及びこれを用いた生体検出システム |
JP2017049094A (ja) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | アルプス電気株式会社 | 静電容量式入力装置 |
JP2019039835A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | キヤノン株式会社 | 複合センサ |
JP6991791B2 (ja) | 2017-08-25 | 2022-01-13 | キヤノン株式会社 | 複合センサ |
CN109100070A (zh) * | 2018-09-27 | 2018-12-28 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种传感器及检测触觉信号的方法 |
CN117722943A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-19 | 中国科学技术大学 | 一种集成高精度电容位移传感器的压电驱动机械式移相器 |
CN117722943B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-04-16 | 中国科学技术大学 | 一种集成高精度电容位移传感器的压电驱动机械式移相器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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