JP2017176276A - Biological monitoring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体監視システムに関する。 The present invention relates to a biological monitoring system.
病院や老人ホームなどでは、患者又は入居者の健康状態を十分に監視する必要があり、患者又は入居者の状態を介護人が定期的に見回りを行っている。患者又は介護者を絶え間なく見回ることは介護人にとって大変な労力を要し、介護人の労力の軽減が求められている。 In hospitals, nursing homes, and the like, it is necessary to sufficiently monitor the health status of patients or residents, and caregivers regularly check the status of patients or residents. Continually looking around a patient or caregiver requires a lot of effort for the caregiver, and a reduction in the caregiver's effort is required.
又、医療費の高騰の抑制のために在宅医療の促進も進められており、自宅において治療を受けている患者、特に、独り暮らしの老人の健康状態を如何に管理するかも問題の一つとなっている。 In addition, the promotion of home medical care is being promoted in order to curb the rise in medical expenses, and how to manage the health status of patients who are being treated at home, especially elderly people living alone, is also a problem. Yes.
特許文献１には、健康管理委託者の自宅に設置された入力装置と、契約医療機関に設置されたサーバーを公衆回線、専用線、ＣＡＴＶ回線等の通信回線を介して接続した在宅健康管理システムにおいて、委託者が感じる日々の体調有訴のデータを健康管理のチェックデータとして、入力・送信させ、医療機関の端末機において監視するとともに個別のデーターベースとして蓄積するようにした体調有訴のデータを対象とする在宅健康管理システムが提案されている。 Patent Document 1 discloses a home health management system in which an input device installed at the home of a health care contractor and a server installed at a contracted medical institution are connected via a communication line such as a public line, a dedicated line, or a CATV line. Data on daily physical condition complaints felt by the contractor are entered and transmitted as health management check data, monitored at the terminal of a medical institution, and stored as an individual database A home health management system has been proposed.
しかしながら、上記知能化離床・離床予測システムは、被介護人の正確な検出が不十分であり、被介護人がベッド上に居るにもかかわらず、被介護人がベッド上から離れたという誤報を生じることがあるという問題点を有している。 However, the above intelligent bed leaving / bed prediction system is not capable of accurately detecting the cared person and reports that the cared person has left the bed even though the cared person is on the bed. It has a problem that it may occur.
本発明は、被介護人などの生体の検知を精度良く行うことができる圧電センサシステムを提供する。 The present invention provides a piezoelectric sensor system capable of accurately detecting a living body such as a care recipient.
本発明の圧電センサシステムは、圧電シート、上記圧電シートの一面に積層された第１導電板及び上記圧電シートの他面に積層された第２導電板を有する圧電センサと、
上記圧電センサの第１導電板と第２導電板との間の電位差を測定する電位差測定手段と、
上記電位差測定手段にて測定された、生体が第１導電板に近接することによって生じる電位差の変化に基づいて圧電センサ上に生体が存在しているか否かを判定する生体判定手段と、
上記電位差測定手段にて測定された、圧電シートの起電に基づく電位差変動から体動の有無を判定する体動判定手段とを有していることを特徴とする。
The piezoelectric sensor system of the present invention includes a piezoelectric sensor, a piezoelectric sensor having a first conductive plate laminated on one surface of the piezoelectric sheet, and a second conductive plate laminated on the other surface of the piezoelectric sheet;
A potential difference measuring means for measuring a potential difference between the first conductive plate and the second conductive plate of the piezoelectric sensor;
A living body determination unit that determines whether or not a living body is present on the piezoelectric sensor based on a change in potential difference measured by the potential difference measuring unit and caused by the living body approaching the first conductive plate;
And body motion determining means for determining the presence or absence of body motion from the potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet measured by the potential difference measuring means.
本発明は、圧電センサ上の生体の存否を精度良く検知することができる。更に、本発明が、体動信号判定手段及び出力手段を備えている場合には、体動の影響が少ないときに圧電センサ上の生体（被介護人など）の周期的生体信号を精度良く測定することができ、生体（被介護人など）の健康管理を精度良く行うことができる。 The present invention can accurately detect the presence or absence of a living body on a piezoelectric sensor. Furthermore, when the present invention includes body movement signal determination means and output means, when the influence of body movement is small, the periodic biological signal of a living body (such as a care recipient) on the piezoelectric sensor is accurately measured. It is possible to accurately manage the health of a living body (care recipient, etc.).
本発明の圧電センサシステムの一例を図面を参照しながら説明する。図１は、圧電センサシステムを実現するためのハードウエア構成を示した図である。図１に示したように、ＣＰＵ(Central Processing Unit)４に、記憶部に相当するＳＳＤ（Solid State Drive）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置２と、出力部に相当するディスプレイ、スピーカ及びプリンタなどの出力装置３と、ＲＯＭ(Read Only Memory)５と、ＲＡＭ(Random Access Memory)６と、電位差測定手段に相当する電位差測定モジュール７とが電気的に接続されて通信可能に構成されている。電位差測定モジュール７には、圧電センサ１が電気的に接続されている。なお、ＣＰＵ４、記憶装置２、出力装置３、電位差測定モジュール７及び圧電センサ１の相互の電気的な接続は、有線であっても無線であってもよく、ＬＡＮを介していてもよい。 An example of the piezoelectric sensor system of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a hardware configuration for realizing a piezoelectric sensor system. As shown in FIG. 1, a CPU (Central Processing Unit) 4 includes a storage device 2 such as an SSD (Solid State Drive) and an HDD (Hard Disk Drive) corresponding to a storage unit, a display and a speaker corresponding to an output unit. In addition, an output device 3 such as a printer, a ROM (Read Only Memory) 5, a RAM (Random Access Memory) 6, and a potential difference measuring module 7 corresponding to a potential difference measuring means are electrically connected to enable communication. ing. The piezoelectric sensor 1 is electrically connected to the potential difference measuring module 7. The electrical connection among the CPU 4, the storage device 2, the output device 3, the potential difference measuring module 7, and the piezoelectric sensor 1 may be wired or wireless, or may be via a LAN.
電位差測定モジュール７としては、圧電センサ１にて発生した電位差を測定することができればよく、電位差を測定可能な汎用の素子を用いることができる。 As the potential difference measuring module 7, it is only necessary to measure the potential difference generated by the piezoelectric sensor 1, and a general-purpose element capable of measuring the potential difference can be used.
本発明において、「生体」には、被介護人や介護が必要なペットなどが含まれ、被介護人には、高齢者の他に、新生児、保育時などの若年者なども含まれ、年齢を問わず、介護が必要な者が全て含まれる。 In the present invention, the “living body” includes a cared person, a pet that needs care, etc., and the cared person includes not only the elderly but also young people such as newborns, childcare, etc. Regardless of who, caregivers are included.
圧電センサ１は、図２に示したように、圧電シート11と、この圧電シート11の一面に積層され且つ生体が上載可能な第１導電板12と、上記圧電シート11の他面に積層された第２導電板13とを有し、圧電センサ１には給電のための電源回路は接続されておらず、圧電センサ１には電気は供給されていない。 As shown in FIG. 2, the piezoelectric sensor 1 includes a piezoelectric sheet 11, a first conductive plate 12 that is laminated on one surface of the piezoelectric sheet 11 and on which a living body can be placed, and another surface that is laminated on the piezoelectric sheet 11. The piezoelectric sensor 1 is not connected to a power supply circuit for supplying power, and electricity is not supplied to the piezoelectric sensor 1.
上記圧電シート11は、第１導電板12と第２導電板13との間に介在し、第１導電板12と第２導電板13とを電気的に絶縁した状態に保持できればよい。圧電シート11としては、合成樹脂シートに電荷を注入から形成されており、合成樹脂シートは、非発泡シートであっても発泡シートであってもよい。合成樹脂シートを構成している合成樹脂としては、ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠して印可電圧５００Ｖにて電圧印可１分後の体積固有抵抗値（以下、単に「体積固有抵抗値」という）が１．０×１０10Ω・ｍ以上である合成樹脂が好ましい。 The piezoelectric sheet 11 is only required to be interposed between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 and to hold the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 in an electrically insulated state. The piezoelectric sheet 11 is formed by injecting a charge into a synthetic resin sheet, and the synthetic resin sheet may be a non-foamed sheet or a foamed sheet. The synthetic resin constituting the synthetic resin sheet has a volume specific resistance value (hereinafter simply referred to as “volume specific resistance value”) of 1.0 minute after voltage application at 500 V applied voltage in accordance with JIS K6911. A synthetic resin having × 10 10 Ω · m or more is preferable.
圧電シート11の一面には生体が上載可能な第１導電板12が積層されていると共に、圧電シート11の他面には第２導電板13が積層されている。第１導電板12及び第２導電板13は、導電性を有しておれば、特に限定されず、例えば、金属シートなどが挙げられる。第１導電板12及び第２導電板13は、物理気泡成長法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理気相成長法：スパッタリング、蒸着など）や化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの公知の方法によって圧電シート11の表面に一体的に形成されたものであってもよい。そして、第２導電板13は、圧電センサ１を収納している筐体などの回路のグランドにおとされている一方、第１導電板12は、グランドにはおとされていない。 A first conductive plate 12 on which a living body can be placed is laminated on one surface of the piezoelectric sheet 11, and a second conductive plate 13 is laminated on the other surface of the piezoelectric sheet 11. The 1st conductive plate 12 and the 2nd conductive plate 13 will not be specifically limited if it has electroconductivity, For example, a metal sheet etc. are mentioned. The first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 are formed by a known method such as a physical bubble growth method (physical vapor deposition: sputtering, vapor deposition, etc.) or a chemical vapor deposition method (chemical vapor deposition). It may be integrally formed on the surface of the piezoelectric sheet 11. The second conductive plate 13 is placed on the ground of a circuit such as a housing that houses the piezoelectric sensor 1, while the first conductive plate 12 is not placed on the ground.
そして、圧電センサ１には、第１導電板12と第２導電板13との間の電位差を測定する電位差測定モジュール７が電気的に接続されている。電位差測定モジュール７としては、第１導電板12と第２導電板13との間の電位差を測定することができればよく、電位差を測定可能な公知な素子を用いることができる。 The piezoelectric sensor 1 is electrically connected to a potential difference measuring module 7 that measures a potential difference between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13. As the potential difference measuring module 7, it is only necessary to measure the potential difference between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13, and a known element capable of measuring the potential difference can be used.
更に、圧電センサ１と電位差測定モジュール７との間には、差動アンプが介在していてもよい。差動アンプは差動入力回路を有している。差動入力回路とは、差動アンプに入力される入力信号に含まれている不要なコモンモード・ノイズ（同相雑音）を低減し、必要な電位信号を主に取り出す回路をいう。即ち、差動入力回路は、差動アンプに入力された入力信号の差動成分だけを取り出して同相成分を低減する回路をいう。 Further, a differential amplifier may be interposed between the piezoelectric sensor 1 and the potential difference measuring module 7. The differential amplifier has a differential input circuit. A differential input circuit is a circuit that reduces unnecessary common mode noise (common-mode noise) included in an input signal input to a differential amplifier and mainly extracts a necessary potential signal. That is, the differential input circuit is a circuit that takes out only the differential component of the input signal input to the differential amplifier and reduces the in-phase component.
差動アンプには、圧電センサにて発生した電位差信号が入力される。一方、圧電センサは、使用環境下において、電子機器、通信機器、タップ及び送電線などから発生する電磁波ノイズ（環境ノイズ）の影響を受ける。圧電センサに影響を及ぼす環境ノイズは、コモンモード・ノイズ（同相雑音）であることから、差動アンプの差動入力回路は、差動アンプに入力された入力信号に混入した環境ノイズに基づく電位差成分をコモンモード・ノイズとして低減し、圧電センサにて発生した電位信号を主に取り出す。このように、差動アンプは、圧電センサに影響を及ぼす環境ノイズに基づく電位差成分をコモンモード・ノイズとして低減し、環境ノイズの影響を概ね排除し、第１残存電位を生成する。 A potential difference signal generated by the piezoelectric sensor is input to the differential amplifier. On the other hand, the piezoelectric sensor is affected by electromagnetic wave noise (environmental noise) generated from an electronic device, a communication device, a tap, a power transmission line, and the like in a use environment. The environmental noise that affects the piezoelectric sensor is common-mode noise (common-mode noise), so the differential input circuit of the differential amplifier has a potential difference based on the environmental noise mixed in the input signal input to the differential amplifier. The component is reduced as common mode noise, and the potential signal generated by the piezoelectric sensor is mainly extracted. As described above, the differential amplifier reduces the potential difference component based on the environmental noise that affects the piezoelectric sensor as common mode noise, substantially eliminates the influence of the environmental noise, and generates the first residual potential.
更に、圧電センサ１と電位差測定モジュール７との間に更に低減フィルタを介在させてもよい。低減フィルタとしては、ローパスフィルタ、ノッチフィルタなどの公知のフィルタを用いることができる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は１００Ｈｚ以上であることが好ましい。ノッチフィルタとしては、商用電源の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の帯域の電磁波ノイズを低減するノッチフィルタが挙げられる。 Further, a reduction filter may be further interposed between the piezoelectric sensor 1 and the potential difference measuring module 7. As the reduction filter, a known filter such as a low-pass filter or a notch filter can be used. The cut-off frequency of the low-pass filter is preferably 100 Hz or more. An example of the notch filter is a notch filter that reduces electromagnetic noise in a frequency band (50 Hz or 60 Hz) of a commercial power source.
低減フィルタは、圧電センサに影響を及ぼす環境ノイズに基づく電位差成分を概ね排除する。低減フィルタは、差動アンプによって生成された第１残存電位から更に環境ノイズに基づく電位差成分を低減し、第２残存電位を生成する。 The reduction filter generally eliminates a potential difference component based on environmental noise that affects the piezoelectric sensor. The reduction filter further reduces a potential difference component based on environmental noise from the first residual potential generated by the differential amplifier, and generates a second residual potential.
ＲＯＭ５内には、ＣＰＵ４にて実行される制御プログラムや各種データが格納されている。ＲＡＭ６には、各種のプログラムに基づいて設定される設定値を一次的に記憶するためのメモリなどが格納されている。 In the ROM 5, a control program executed by the CPU 4 and various data are stored. The RAM 6 stores a memory for temporarily storing setting values set based on various programs.
具体的には、ＲＯＭ５内には、生体判定手段としての生体判定プログラム、体動判定手段としての体動判定プログラム、体動信号判定手段としての体動信号判定プログラム、出力手段としての出力プログラムが格納されている。各種手段は、ＣＰＵ４やＲＡＭ６上に各種プログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵ４の制御のもとで、ＲＡＭ６や記憶装置２におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。 Specifically, the ROM 5 includes a biological determination program as a biological determination unit, a body movement determination program as a body movement determination unit, a body movement signal determination program as a body movement signal determination unit, and an output program as an output unit. Stored. Various means are realized by reading and writing data in the RAM 6 and the storage device 2 under the control of the CPU 4 by reading various programs onto the CPU 4 and the RAM 6.
圧電センサシステムは、電位差測定モジュール７にて測定された、生体が第１導電板12に接近することによって生じる電位差の変化に基づいて圧電センサ上に生体が存在しているか否かを判定する生体判定手段を有している。 The piezoelectric sensor system determines whether or not a living body exists on the piezoelectric sensor based on a change in potential difference measured by the potential difference measuring module 7 and caused by the living body approaching the first conductive plate 12. It has a judgment means.
圧電センサ１の第１導電板上に生体が上載されていない状態において、圧電センサ１の第１導電板12と第２導電板13との間を電位差測定モジュール７で測定すると、例えば、図３に示したような所定の振幅を有する電位差Ｖ１を検出する。 When the potential difference measuring module 7 measures between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 of the piezoelectric sensor 1 in a state where no living body is placed on the first conductive plate of the piezoelectric sensor 1, for example, FIG. A potential difference V1 having a predetermined amplitude as shown in FIG.
第１導電板12と第２導電板13との間に電位が検出される理由は明確に分かっていないが、下記の通りと推測される。圧電シート11の一面に第１導電板12が積層され且つ圧電シート11の他面に第２導電板13が積層された状態においては、圧電シート11を介して一対の導電板12、13が互いに電気的に絶縁した状態で相対した状態となっているため、圧電シート11、第１導電板12及び第２導電板13がコンデンサ型のアンテナを仮想的に構成し、圧電センサが載置されている雰囲気中の電磁波を受信しているためと考えられる。 The reason why the potential is detected between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 is not clearly understood, but is assumed as follows. In a state where the first conductive plate 12 is laminated on one surface of the piezoelectric sheet 11 and the second conductive plate 13 is laminated on the other surface of the piezoelectric sheet 11, the pair of conductive plates 12 and 13 are mutually connected via the piezoelectric sheet 11. Since the piezoelectric sheet 11, the first conductive plate 12, and the second conductive plate 13 virtually constitute a capacitor-type antenna, and the piezoelectric sensor is mounted, because they are in an electrically insulated and opposed state. This is probably due to the reception of electromagnetic waves in the atmosphere.
そして、第１導電板12上にシーツ及び被服などの絶縁体（図示せず）を介して被介護人などの生体が上載されると、圧電シート11、第１導電板12及び第２導電板13によって仮想的に構成されたコンデンサ型のアンテナの静電容量などが変化して、受信する電磁波の感度が変化し、その結果、第１導電板12と第２導電板13との間の電位差（電位差Ｖ２）の振幅が大きくなる。このように、圧電センサ１の第１導電板12上に生体が上載されることによって、第１導電板12と第２導電板13との間の電位の振幅が大きくなる。この電位の振幅の変化がＣＰＵ４によって生体判定プログラムに基づいて検知され、第１導電板12上に生体が存在していると判断される。 When a living body such as a care recipient is placed on the first conductive plate 12 via an insulator (not shown) such as a sheet and clothing, the piezoelectric sheet 11, the first conductive plate 12, and the second conductive plate The capacitance of the capacitor type antenna configured virtually by 13 changes, and the sensitivity of the received electromagnetic wave changes. As a result, the potential difference between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 is changed. The amplitude of (potential difference V2) increases. As described above, when the living body is placed on the first conductive plate 12 of the piezoelectric sensor 1, the amplitude of the potential between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 is increased. This change in the amplitude of the potential is detected by the CPU 4 based on the living body determination program, and it is determined that the living body exists on the first conductive plate 12.
また、第１導電板12上から生体が除去されると、圧電シート11、第１導電板12及び第２導電板13によって仮想的に構成されたコンデンサ型のアンテナの静電容量などが、第１導電板12上に生体が存在していない時の状態に戻るため、第１導電板12上に生体が何ら上載されていない状態の電位差（電位差Ｖ１）が生じる。この電位の振幅の変化がＣＰＵ４によって生体判定プログラムに基づいて検知され、第１導電板12上に生体が存在していないと判断される。 When the living body is removed from the first conductive plate 12, the capacitance of the capacitor type antenna virtually formed by the piezoelectric sheet 11, the first conductive plate 12, and the second conductive plate 13 is Since the state returns to the state when the living body does not exist on the first conductive plate 12, a potential difference (potential difference V1) in a state where no living body is mounted on the first conductive plate 12 is generated. This change in the amplitude of the potential is detected by the CPU 4 based on the living body determination program, and it is determined that no living body exists on the first conductive plate 12.
即ち、生体判定プログラムにしたがって、電位差測定モジュール７により測定された、生体が第１導電板12に近接することによって生じる電位差変動がＣＰＵ４によってチェックされ、生体が第１導電板12に近接することによって生じる、第１導電板12と第２導電板13との間の電位差が電位差Ｖ２又はそれ以上であるときは、圧電センサ１上に生体が存在していると判定される一方、第１導電板12と第２導電板13との間の電位差が電位差Ｖ１であるときは、圧電センサ１上に生体が存在していないと判断される。電位差測定モジュール７によって測定された電位差変動には、生体が第１導電板12に近接することによって生じる電位差の他に、圧電シート11の起電に基づいた電位差変動も含まれた合成波となっている。この電位差変動の例を図４に示した。従って、電位差測定モジュール７によって測定された電位差変動から、生体が第１導電板12に近接することによって生じる電位差変動を抽出し、この抽出された電位差変動に基づいて上記判断がなされる。生体が第１導電板12に近接することによって生じる、抽出された電位差変動は、例えば、図３のようになる。電位差測定モジュール７によって測定された電位差変動から、生体が第１導電板12に近接することによって生じる電位差変動を抽出する方法としては、例えば、圧電センサ１の第１導電板12と第２導電板13との間に生じた電位差変動をフーリエ変換によって、商用電源周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）以上の周波数の電位差変動を分離抽出して分離信号を生成し、この分離信号を逆フーリエ変換することによって、生体が第１導電板12に近接することによって生じる電位差変動を抽出する方法が挙げられる。なお、電位差Ｖ１及びＶ２は、圧電シート及び圧電センサが置かれる雰囲気によって変化する。従って、圧電センサ上に生体が存在している時と存在していない時の双方における第１導電板12と第２導電板13との間の電位差を予め測定し、これらの測定時に基づいて圧電センサ上における生体の存在の有無が判断される。 In other words, according to the biometric determination program, the potential difference variation measured by the potential difference measuring module 7 and caused by the living body approaching the first conductive plate 12 is checked by the CPU 4, and the living body approaches the first conductive plate 12. When the generated potential difference between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 is the potential difference V2 or more, it is determined that the living body is present on the piezoelectric sensor 1, while the first conductive plate When the potential difference between 12 and the second conductive plate 13 is the potential difference V1, it is determined that no living body is present on the piezoelectric sensor 1. The potential difference fluctuation measured by the potential difference measuring module 7 is a composite wave including a potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 in addition to the potential difference caused when the living body approaches the first conductive plate 12. ing. An example of this potential difference variation is shown in FIG. Therefore, the potential difference fluctuation generated by the living body approaching the first conductive plate 12 is extracted from the potential difference fluctuation measured by the potential difference measuring module 7, and the above determination is made based on the extracted potential difference fluctuation. The extracted potential difference fluctuation generated when the living body approaches the first conductive plate 12 is, for example, as shown in FIG. As a method for extracting the potential difference fluctuation caused by the proximity of the living body to the first conductive plate 12 from the potential difference fluctuation measured by the potential difference measuring module 7, for example, the first conductive plate 12 and the second conductive plate of the piezoelectric sensor 1 are used. By separating the potential difference fluctuation generated between the power supply frequency 13 and the commercial power supply frequency (50 Hz or 60 Hz) or more by separating and extracting the potential difference fluctuation, the separation signal is generated, and the separation signal is inverse Fourier transformed, There is a method of extracting a potential difference variation caused by a living body approaching the first conductive plate 12. The potential differences V1 and V2 vary depending on the atmosphere in which the piezoelectric sheet and the piezoelectric sensor are placed. Therefore, the potential difference between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 is measured in advance both when the living body is present on the piezoelectric sensor and when the living body is not present, and the piezoelectric difference is determined based on these measurement times. The presence or absence of a living body on the sensor is determined.
更に、圧電センサシステムは体動判定手段を有している。体動判定手段は、電位差測定モジュール７にて測定された、圧電シートの起電に基づく電位差変動から体動の有無を判定する。 Furthermore, the piezoelectric sensor system has a body movement determination means. The body motion determination means determines the presence or absence of body motion from the potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet measured by the potential difference measurement module 7.
圧電シート11上に生体が上載され、生体が動くと、圧電シート11にその厚み方向に押圧力が加わり、圧電シート11に厚み変化が生じて第１導電板12と第２導電板13との間に圧電シート11の起電に基づく電位差変動を生じる。この電位差変動中に体動信号が含まれている場合、生体に体動があると判定する。上述したように、電位差測定モジュール７によって測定された電位差変動には、生体が第１導電板12に近接することによって生じる電位差変動と、圧電シート11の起電に基づいた電位差変動との合成波となっている。従って、電位差測定モジュール７によって測定された電位差変動から、圧電シート11の起電に基づいた電位差変動を抽出し、この抽出された電位差変動に基づいて生体に体動があるか否かが判断される。圧電シート11の起電に基づいた電位差変動は、例えば、図５のようになる。電位差測定モジュール７によって測定された電位差変動から、圧電シート11の起電に基づいた電位差変動を抽出する方法としては、例えば、圧電センサ１の第１導電板12と第２導電板13との間に生じた電位差変動をフーリエ変換によって、商用電源周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）未満の周波数の電位差変動を分離抽出して分離信号を生成し、この分離信号を逆フーリエ変換することによって、圧電シート11の起電に基づいた電位差変動を抽出する方法が挙げられる。この方法で抽出された電位差変動には、周期的生体信号が含まれているが、周期的生体信号による電位差変動は、体動信号に比して極めて小さいため、無視することができる。 When a living body is placed on the piezoelectric sheet 11 and the living body moves, a pressing force is applied to the piezoelectric sheet 11 in the thickness direction, causing a change in thickness of the piezoelectric sheet 11, and the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13. In the meantime, a potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 occurs. If a body motion signal is included during this potential difference fluctuation, it is determined that the living body has body motion. As described above, the potential difference fluctuation measured by the potential difference measuring module 7 includes a composite wave of the potential difference fluctuation caused by the living body approaching the first conductive plate 12 and the potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11. It has become. Therefore, the potential difference variation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 is extracted from the potential difference variation measured by the potential difference measurement module 7, and it is determined whether or not the living body has body movement based on the extracted potential difference variation. The The potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 is, for example, as shown in FIG. As a method for extracting the potential difference variation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 from the potential difference variation measured by the potential difference measurement module 7, for example, between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 of the piezoelectric sensor 1. The potential difference fluctuations generated in the above are separated and extracted by the Fourier transform, and the separation signal is generated by separating and extracting the potential difference fluctuations having a frequency lower than the commercial power supply frequency (50 Hz or 60 Hz). A method of extracting potential difference fluctuations based on electromotive force is mentioned. Although the potential difference fluctuation extracted by this method includes a periodic biological signal, the potential difference fluctuation due to the periodic biological signal is extremely small compared to the body motion signal, and can be ignored.
即ち、体動判定プログラムにしたがって、電位差測定モジュール７により測定された、圧電シート11の起電に基づく電位差変動がＣＰＵ４によってチェックされて、第１導電板12と第２導電板13との間の電位差変動の中に体動信号が含まれているか否かがチェックされ、体動信号が含まれている場合には体動があると判定され、体動信号が含まれていない場合には体動がないと判定される。第１導電板12と第２導電板13との間の電位差変動には、体動信号の他に、脈波信号や呼吸信号などの周期的生体信号も含まれている。周期的生体信号は、周期的に変動する一方、体動信号は周期的に変動せず不規則に変動し且つ周期的生体信号に比較して変動量が大幅に大きいことが特徴である。従って、周期的に変動する電位差変動以外の電位差変動が含まれている場合は体動信号が含まれていると判定する一方、周期的に変動する電位差変動のみが含まれている場合は体動信号が含まれていないと判定する。 In other words, according to the body movement determination program, the potential difference variation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 measured by the potential difference measuring module 7 is checked by the CPU 4, and between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13. It is checked whether or not a body motion signal is included in the potential difference variation. If a body motion signal is included, it is determined that there is a body motion. If no body motion signal is included, the body motion signal is determined. It is determined that there is no movement. The fluctuation in potential difference between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 includes periodic biological signals such as a pulse wave signal and a respiratory signal in addition to the body motion signal. The periodic biological signal varies periodically, while the body motion signal does not vary periodically, varies irregularly, and has a feature that the variation is significantly larger than the periodic biological signal. Therefore, if a potential difference variation other than a periodically varying potential difference variation is included, it is determined that a body motion signal is included, whereas if only a periodically varying potential difference variation is included, the body motion is determined. It is determined that no signal is included.
圧電センサシステムは、上記体動判定手段にて抽出された、圧電シート11の起電に基づいた電位差変動に基づいて体動信号の影響を判定する体動信号判定手段を有していてもよい。 The piezoelectric sensor system may include a body motion signal determining unit that determines the influence of the body motion signal based on the potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 extracted by the body motion determining unit. .
体動判定手段によって抽出された、圧電シート11の起電に基づいた電位差変動に基づいてＣＰＵ４によって体動信号判定プログラムにしたがって体動信号の影響が判定される。体動信号の影響の判断方法としては、体動信号の影響の強弱を判断することができる方法であればよい。例えば、所定の大きさを有する振幅（電位差）を基準振幅（基準電位差）とし、単位時間内において、基準振幅（基準電位差）以上の大きさを有する電位差変動が存在する場合には、体動信号の影響が大きいと判断する一方、基準振幅（基準電位差）以上の大きさを有する電位差変動が存在しない場合には、体動信号の影響が小さいと判断する方法が挙げられる。 Based on the potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 extracted by the body motion determination means, the CPU 4 determines the influence of the body motion signal according to the body motion signal determination program. As a method for determining the influence of the body motion signal, any method capable of determining the strength of the influence of the body motion signal may be used. For example, when an amplitude (potential difference) having a predetermined magnitude is set as a reference amplitude (reference potential difference), and there is a potential difference fluctuation having a magnitude greater than the reference amplitude (reference potential difference) within a unit time, a body motion signal On the other hand, there is a method of determining that the influence of the body motion signal is small when there is no potential difference fluctuation having a magnitude greater than or equal to the reference amplitude (reference potential difference).
更に、圧電センサシステムは、体動信号判定手段にて体動信号の影響が少ないと判断されたときに周期的生体信号を出力部に出力する出力手段を備えていてもよい。 Furthermore, the piezoelectric sensor system may include an output unit that outputs a periodic biological signal to the output unit when the body motion signal determination unit determines that the influence of the body motion signal is small.
体動信号判定手段において体動信号の影響が少ないと判定されたときは、ＣＰＵ４によって出力プログラムにしたがって周期的生体信号が出力装置３に出力される。なお、周期的生体信号とは、周期的な電位変動を繰り返す生体信号をいい、例えば、脈波信号、呼吸信号などが挙げられ、体動信号のような、不規則な電位変動を有する生体信号は含まれない。 When the body motion signal determining means determines that the influence of the body motion signal is small, the CPU 4 outputs a periodic biological signal to the output device 3 according to the output program. The periodic biological signal refers to a biological signal that repeats periodic potential fluctuations, such as a pulse wave signal and a respiratory signal, and a biological signal having irregular potential fluctuations such as a body motion signal. Is not included.
周期的生体信号の抽出は、圧電センサ１の第１導電板12と第２導電板13との間に生じた電位差変動をフーリエ変換によって、周期的生体信号の周波数ごとに分離して分離信号を生成し、この分離信号を逆フーリエ変換することによって、周期的生体信号を抽出する方法が挙げられる。そして、ＣＰＵ４によって出力プログラムにしたがって抽出された周期的生体信号が出力装置３に出力される。 The extraction of the periodic biological signal is performed by separating the potential difference generated between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 of the piezoelectric sensor 1 for each frequency of the periodic biological signal by Fourier transform. There is a method of generating a periodic biological signal by generating and performing inverse Fourier transform on the separated signal. Then, the periodic biological signal extracted by the CPU 4 according to the output program is output to the output device 3.
一方、体動信号判定手段において体動信号の影響が大きいと判断されたときは、ＣＰＵ４は出力プログラムにしたがって周期的生体信号を出力装置３に出力しない。周期的生体信号には体動信号が大きく影響を及ぼしており、正確な周期的生体信号を得ることができないためである。 On the other hand, when the body motion signal determining means determines that the influence of the body motion signal is large, the CPU 4 does not output the periodic biological signal to the output device 3 according to the output program. This is because the body motion signal greatly affects the periodic biological signal, and an accurate periodic biological signal cannot be obtained.
次に、圧電センサシステムの動作について説明する。先ず、図６に示したように、圧電センサシステムの圧電センサ１において、第１導電板12と第２導電板13との間の電位差が常時又は所定の時間間隔ごとに電位差測定モジュール７によって測定されている（ステップ１）。なお、図面においては、ステップは「Ｓ」と表記する。 Next, the operation of the piezoelectric sensor system will be described. First, as shown in FIG. 6, in the piezoelectric sensor 1 of the piezoelectric sensor system, the potential difference between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 is measured by the potential difference measurement module 7 at all times or at predetermined time intervals. (Step 1). In the drawing, the step is expressed as “S”.
圧電センサ１上に生体が存在していない場合には、電位差Ｖ１を生じ、振幅が小さい一方、圧電センサ１上に生体が存在している場合には電位差Ｖ２を生じ、電位差Ｖ１よりも振幅が大きくなる。この電位差の変化に基づいてＣＰＵ４によって圧電センサ１上に生体の存在の有無が生体判定プログラムにしたがって判定され、判定結果が出力装置３に出力される（ステップ２）。 When the living body does not exist on the piezoelectric sensor 1, the potential difference V1 is generated and the amplitude is small. On the other hand, when the living body exists on the piezoelectric sensor 1, the potential difference V2 is generated and the amplitude is larger than the potential difference V1. growing. Based on this change in potential difference, the CPU 4 determines the presence or absence of a living body on the piezoelectric sensor 1 according to the living body determination program, and outputs the determination result to the output device 3 (step 2).
そして、ステップ２において、圧電センサ１上に生体が存在していないと判定された場合は、ステップ１に戻って、引き続き、電位差測定モジュール７において、第１導電板12と第２導電板13との間の電位差変動が、ＣＰＵ４によって常時又は所定の時間間隔ごとに監視される。 If it is determined in step 2 that a living body does not exist on the piezoelectric sensor 1, the process returns to step 1, and the potential difference measurement module 7 continues with the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13. Is monitored by the CPU 4 constantly or at predetermined time intervals.
一方、ステップ２において、圧電センサ１上に生体が存在していると判定された場合は、更に、電位差測定モジュール７において測定された、圧電シート11の起電に基づく電位差変動がＣＰＵ４によって常時又は所定の時間間隔ごとに監視される。圧電シート11の起電に基づく電位差変動中に体動信号が含まれているか否かがＣＰＵ４によって体動判定プログラムにしたがって判断され、上記体動信号が存在した場合には、圧電センサ１上の生体に体動があると判定し、上記体動信号が存在しない場合には、圧電センサ１上の生体に体動はないと判定され、判定結果が出力装置３に出力される（ステップ３）。 On the other hand, if it is determined in step 2 that a living body is present on the piezoelectric sensor 1, the potential difference variation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 measured by the potential difference measurement module 7 is further constantly or It is monitored at predetermined time intervals. Whether or not a body motion signal is included in the potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 is determined by the CPU 4 according to the body motion determination program. When it is determined that there is a body motion in the living body and the body motion signal does not exist, it is determined that there is no body motion in the living body on the piezoelectric sensor 1, and the determination result is output to the output device 3 (step 3). .
次に、体動判定手段において抽出された圧電シート11の起電に基づく電位差変動に基づいて、体動信号の影響の大小が、例えば、上述した基準に基づいてＣＰＵ４によって体動信号判定プログラムにしたがって判定される（ステップ４）。 Next, based on the potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet 11 extracted by the body movement determination means, the magnitude of the influence of the body movement signal is changed to the body movement signal determination program by the CPU 4 based on the above-described criteria, for example. Therefore, it is determined (step 4).
体動信号の影響が少ないと判断されたときは、ＣＰＵ４によって出力プログラムにしたがって、圧電センサ１の第１導電板12と第２導電板13との間に生じた電位差変動から周期的生体信号が抽出され、この周期的生体信号が出力装置３に出力され（ステップ５）、ステップ１に戻る。 When it is determined that the influence of the body motion signal is small, the periodic biological signal is generated from the potential difference fluctuation generated between the first conductive plate 12 and the second conductive plate 13 of the piezoelectric sensor 1 according to the output program by the CPU 4. The periodic biological signal is extracted and output to the output device 3 (step 5), and the process returns to step 1.
一方、体動信号の影響が大きいと判断されたときは、周期的生体信号の精度が低いと判断し、周期的生体信号は出力装置３に出力されずに、ステップ１に戻る。 On the other hand, when it is determined that the influence of the body motion signal is large, it is determined that the accuracy of the periodic biological signal is low, and the periodic biological signal is not output to the output device 3 and the process returns to Step 1.
このように、体動信号の影響が小さい場合のみ、周期的生体信号が出力装置３に出力されるため、生体の発する周期的生体信号は優れた精度を有しており、生体の健康管理を適切に行うことができる。 As described above, since the periodic biological signal is output to the output device 3 only when the influence of the body motion signal is small, the periodic biological signal emitted by the living body has excellent accuracy, and can manage the health of the living body. Can be done appropriately.
また、上記では、電位差測定モジュール７にて測定された電位差を何らの処理を施すことなく用いた場合を説明したが、電位差測定手段において、電位差測定モジュール７にて測定された電位差を差動アンプに入力し、電位差測定モジュール７にて測定された電位差から環境ノイズに基づく電位差成分を低減して第１残存電位差を生成し、この第１残存電位差を用いて、生体判定手段、体動判定手段、体動信号判定手段及び出力手段が実行されてもよい。その他の手順は、上述した手順と同様であるので説明を省略する。この手順において、生体判定手段は、差動アンプによる処理を施す前の電位差測定モジュール７にて測定された電位差を用いて実行されてもよい。 In the above description, the case where the potential difference measured by the potential difference measuring module 7 is used without any processing has been described. However, in the potential difference measuring means, the potential difference measured by the potential difference measuring module 7 is converted into a differential amplifier. The potential difference component based on the environmental noise is reduced from the potential difference measured by the potential difference measurement module 7 to generate a first residual potential difference, and using this first residual potential difference, a biological determination means and a body movement determination means The body motion signal determination unit and the output unit may be executed. The other procedures are the same as those described above, and a description thereof will be omitted. In this procedure, the living body determination means may be executed using the potential difference measured by the potential difference measurement module 7 before performing the processing by the differential amplifier.
更に、電位差測定手段において、第１残存電位差を低減フィルタに入力し、低減フィルタによって第１残存電位差から環境ノイズに基づく電位差成分を更に低減して第２残存電位差を生成し、この第２残存電位差を用いて、生体判定手段、体動判定手段、生体信号抽出手段、体動信号判定手段及び出力手段が実行されてもよい。その他の手順は、上述した手順と同様であるので説明を省略する。この手順において、生体判定手段が、差動アンプによる処理を施す前の電位差測定モジュール７にて測定された電位差を用いて実行されてもよい。 Further, in the potential difference measuring means, the first residual potential difference is input to the reduction filter, and the second residual potential difference is generated by further reducing the potential difference component based on the environmental noise from the first residual potential difference by the reduction filter. The biological determination means, body movement determination means, biological signal extraction means, body movement signal determination means, and output means may be executed by using. The other procedures are the same as those described above, and a description thereof will be omitted. In this procedure, the living body determination unit may be executed using the potential difference measured by the potential difference measurement module 7 before performing the processing by the differential amplifier.
１ 圧電センサ
11 圧電シート
12 第１導電板
13 第２導電板
３ 出力装置
４ ＣＰＵ
７ 電位差測定モジュール
1 Piezoelectric sensor
11 Piezoelectric sheet
12 First conductive plate
13 Second conductive plate 3 Output device 4 CPU
7 Potential difference measurement module
Claims (6)
上記圧電センサの第１導電板と第２導電板との間の電位差を測定する電位差測定手段と、
上記電位差測定手段にて測定された、生体が第１導電板に近接することによって生じる電位差の変化に基づいて圧電センサ上に生体が存在しているか否かを判定する生体判定手段と、
上記電位差測定手段にて測定された、圧電シートの起電に基づく電位差変動から体動の有無を判定する体動判定手段とを有していることを特徴とする圧電センサシステム。 A piezoelectric sensor having a piezoelectric sheet, a first conductive plate laminated on one surface of the piezoelectric sheet, and a second conductive plate laminated on the other surface of the piezoelectric sheet;
A potential difference measuring means for measuring a potential difference between the first conductive plate and the second conductive plate of the piezoelectric sensor;
A living body determination unit that determines whether or not a living body is present on the piezoelectric sensor based on a change in potential difference measured by the potential difference measuring unit and caused by the living body approaching the first conductive plate;
A piezoelectric sensor system comprising: body motion determining means for determining presence / absence of body motion from a potential difference fluctuation based on electromotive force of the piezoelectric sheet measured by the potential difference measuring means.
上記体動信号判定手段にて体動信号の影響が少ないと判断されたときに周期的生体信号を出力部に出力する出力手段とを更に備えていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の圧電センサシステム。 Body motion signal determination means for determining the influence of the body motion signal from the potential difference fluctuation based on the electromotive force of the piezoelectric sheet extracted by the body motion determination means;
6. The apparatus according to claim 1, further comprising an output unit that outputs a periodic biological signal to the output unit when the body motion signal determination unit determines that the influence of the body motion signal is small. The piezoelectric sensor system according to any one of claims.
Priority Applications (1)
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