JP2020156659A - Sensor device and pulse measurement device - Google Patents
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- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
本発明は、圧力センサ等に関するものであり、特に圧力変動に起因する電圧信号を取得するための圧力センサ等に関する。 The present invention relates to a pressure sensor or the like, and more particularly to a pressure sensor or the like for acquiring a voltage signal caused by a pressure fluctuation.
従来生体の脈拍などの微弱な圧力変動を測定する方法としては、光学式のセンサや超音波式のセンサ、高分子圧電フィルムを用いた圧電式のセンサにより測定する方法がある。高分子圧電フィルムは薄く作成することができ、可撓性を有するため、腕時計型などのウエアラブルデバイスへの応用が考えられてきた。 Conventionally, as a method of measuring a weak pressure fluctuation such as a pulse of a living body, there is a method of measuring with an optical sensor, an ultrasonic sensor, or a piezoelectric sensor using a polymer piezoelectric film. Since the polymer piezoelectric film can be made thin and has flexibility, its application to wearable devices such as wristwatches has been considered.
例えば特許文献１には、楕球状又は半楕球状の伝達部材を介して高分子圧電フィルムで脈拍を測定する脈拍センサが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a pulse sensor that measures a pulse with a polymer piezoelectric film via an elliptical or semi-elliptic transmission member.
特許文献１に記載の脈拍センサは、伝達部材又はその下部に設けられているゴムシートが脈から外れた場合、正確に脈拍を測定できないという問題があった。そこで、微弱な圧力変動を発生する脈などの測定対象からセンサ部分が外れた場合でも、より精度よく測定対象が発生する微弱な圧力変動を測定することが望まれている。 The pulse sensor described in Patent Document 1 has a problem that the pulse cannot be measured accurately when the transmission member or the rubber sheet provided below the transmission member is detached from the pulse. Therefore, it is desired to measure the weak pressure fluctuation generated by the measurement target more accurately even when the sensor portion is removed from the measurement target such as the pulse that generates the weak pressure fluctuation.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、測定対象からセンサ部分が外れた場合においても、より精度よく測定対象が発生する微弱な圧力変動を測定可能なセンサ装置等を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and is a sensor device or the like capable of measuring a weak pressure fluctuation generated by a measurement target more accurately even when the sensor portion is removed from the measurement target. The main purpose is to provide.
上記の目的を達成するために、本発明の一態様としてのセンサ装置は、
測定対象の圧力変動に起因する信号を取得するセンサ装置であって、
所定面積を有するシート状の高分子圧電素子及び該圧電素子の両面に各々取り付けられたシート状の電極を含むセンサ部と、
前記測定対象に接触させる接触面を有し、前記測定対象の圧力変動を伝達可能な伝達部材であって、該接触面の面積は前記所定面積より大きく、該接触面の裏面には前記センサ部の一方の面が取り付けられる、伝達部材と、を備え、
前記伝達部材と接触した前記測定対象から前記圧電素子へ該伝達部材を介して伝達された圧力変動により該圧電素子が発生する電圧信号を、前記電極を介して取得する、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the sensor device as one aspect of the present invention is
A sensor device that acquires signals due to pressure fluctuations of the measurement target.
A sheet-shaped polymer piezoelectric element having a predetermined area, a sensor unit including sheet-shaped electrodes attached to both sides of the piezoelectric element, and a sensor unit.
A transmission member having a contact surface that comes into contact with the measurement target and capable of transmitting pressure fluctuations of the measurement target, the area of the contact surface is larger than the predetermined area, and the sensor unit is on the back surface of the contact surface. With a transmission member, to which one side is attached,
It is characterized in that a voltage signal generated by the piezoelectric element due to a pressure fluctuation transmitted from the measurement target in contact with the transmission member to the piezoelectric element via the transmission member is acquired via the electrode.
また、本発明において好ましくは、前記伝達部材は、周波数１Ｈｚ及び温度０〜５０度における引張モードでの動的粘弾性測定における損失正接（ｔａｎδ）が０．２以下である。 Further, preferably, in the present invention, the transmission member has a loss tangent (tan δ) of 0.2 or less in dynamic viscoelasticity measurement in a tensile mode at a frequency of 1 Hz and a temperature of 0 to 50 degrees.
また、本発明において好ましくは、前記伝達部材は、ＰＥＴシート、アクリルシート、又はＰＥＮフィルムである。 Further, preferably, in the present invention, the transmission member is a PET sheet, an acrylic sheet, or a PEN film.
また、本発明において好ましくは、前記伝達部材と前記測定対象とを密着させるため密着部材を更に備える。 Further, in the present invention, a close contact member is further provided in order to bring the transmission member and the measurement target into close contact with each other.
また、本発明において好ましくは、前記測定対象は、ヒトの血管である。 Further, preferably, in the present invention, the measurement target is a human blood vessel.
また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様としてのセンサ装置は、
測定対象の圧力変動に起因する信号を取得するセンサ装置であって、
所定面積を有するシート状の高分子圧電素子及び該圧電素子の両面に各々取り付けられたシート状の電極を含むセンサ部と、
前記測定対象に接触させる接触面を有し、前記測定対象の圧力変動を伝達可能な伝達部材であって、該接触面の面積は前記所定面積より大きく、該接触面には前記センサ部の一方の面が取り付けられる、伝達部材と、を備え、
前記伝達部材と接触した前記測定対象から前記圧電素子へ該伝達部材を介して伝達された圧力変動により該圧電素子が発生する電圧信号を、前記電極を介して取得する、ことを特徴とする。
Further, in order to achieve the above object, the sensor device as one aspect of the present invention is:
A sensor device that acquires signals due to pressure fluctuations of the measurement target.
A sheet-shaped polymer piezoelectric element having a predetermined area, a sensor unit including sheet-shaped electrodes attached to both sides of the piezoelectric element, and a sensor unit.
A transmission member having a contact surface in contact with the measurement target and capable of transmitting pressure fluctuations of the measurement target, the area of the contact surface is larger than the predetermined area, and one of the sensor units is on the contact surface. With a transmission member, to which the surface can be attached,
It is characterized in that a voltage signal generated by the piezoelectric element due to a pressure fluctuation transmitted from the measurement target in contact with the transmission member to the piezoelectric element via the transmission member is acquired via the electrode.
また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様としての脈拍測定装置は、上記のセンサ装置と、該センサ装置を保持する保持部と、前記測定対象を取り巻くように装着するための装着部材とを備え、該保持部は装着部材に取り付けられる、ことを特徴とする。 Further, in order to achieve the above object, the pulse measuring device as one aspect of the present invention is for mounting the above sensor device, a holding portion for holding the sensor device, and the measurement target so as to surround the measurement target. It is characterized in that it includes a mounting member, and the holding portion is mounted on the mounting member.
本発明によれば、測定対象からセンサ部分が外れた場合においても、より精度よく測定対象が発生する微弱な圧力変動を測定することができる。 According to the present invention, even when the sensor portion is removed from the measurement target, it is possible to more accurately measure the weak pressure fluctuation generated by the measurement target.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。各図において同一の符号は、特に言及が無い限り同一又は相当部分を示すものとし、説明の便宜上、部材又は部分の縦横の縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。また説明の便宜上、上下左右などの方向を用いて説明する場合があるが、特に言及が無い限り、位置関係の上下左右などを限定するものではなく、その逆の位置関係もありうる。また説明の便宜上、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成についての重複説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Unless otherwise specified, the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts, and for convenience of explanation, the vertical and horizontal scales of the members or parts may be expressed differently from the actual ones. Further, for convenience of explanation, the description may be made using directions such as up, down, left, and right, but unless otherwise specified, the positional relationship is not limited to up, down, left, and right, and vice versa. Further, for convenience of explanation, an unnecessarily detailed description may be omitted. For example, detailed explanations of already well-known matters and duplicate explanations about substantially the same configuration may be omitted.
図１は、本発明の一実施形態の脈拍測定装置１の概要図である。脈拍測定装置１は、センサ装置１０と、センサ装置１０を保持する保持部２と、測定対象３０を取り巻くように装着するための装着部材４と、を備える。保持部２は、装着部材４に固定して取り付けられる。本実施形態では、測定対象３０は、ヒトの手首の血管であり、装着部材４は、手首を取り巻いて装着できるように構成される。センサ装置１０において圧力変動を検出するセンサ部は、手首の表面に取り付けられ、手首の血管から圧力変動を検出する。本実施形態では、手首の表面がセンサ部の取付面３１である。測定対象３０は、手首の血管であるが、手首の表面における血管を示すことができる。脈拍測定装置１は、血管の圧力変動に起因する信号を取得することにより、当該血管の脈拍に関するデータを取得することができる。 FIG. 1 is a schematic view of a pulse measuring device 1 according to an embodiment of the present invention. The pulse measuring device 1 includes a sensor device 10, a holding unit 2 for holding the sensor device 10, and a mounting member 4 for mounting so as to surround the measurement target 30. The holding portion 2 is fixedly attached to the mounting member 4. In the present embodiment, the measurement target 30 is a blood vessel of a human wrist, and the mounting member 4 is configured to surround the wrist and be mounted. The sensor unit that detects the pressure fluctuation in the sensor device 10 is attached to the surface of the wrist and detects the pressure fluctuation from the blood vessel of the wrist. In this embodiment, the surface of the wrist is the mounting surface 31 of the sensor portion. The measurement target 30 is a blood vessel of the wrist, but can show a blood vessel on the surface of the wrist. The pulse measuring device 1 can acquire data on the pulse of the blood vessel by acquiring a signal caused by the pressure fluctuation of the blood vessel.
ただし、測定対象３０は、ヒトの他の部分の血管でもよい。また測定対象３０は、脈拍程度の大きさの圧力変動を発生させる物又は生体であり、圧力変動に起因する信号を取得する対象であれば、ヒトの血管に限定されない。 However, the measurement target 30 may be a blood vessel of another part of human. Further, the measurement target 30 is an object or a living body that generates a pressure fluctuation as large as a pulse, and is not limited to a human blood vessel as long as it is a target for acquiring a signal caused by the pressure fluctuation.
図２は、本発明の一実施形態のセンサ装置１０の構成を説明する図である。センサ装置１０は、圧力変動を検出可能なセンサ部と、測定対象３０の圧力変動を伝達可能な伝達部材１６と、を備える。センサ部は、所定面積Ｓ１を有するシート状の高分子圧電素子１２と、高分子圧電素子１２の両面に各々取り付けられたシート状の電極１４と、を含む。所定面積Ｓ１は、シート状の高分子圧電素子１２の面方向の面積である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a sensor device 10 according to an embodiment of the present invention. The sensor device 10 includes a sensor unit capable of detecting pressure fluctuations and a transmission member 16 capable of transmitting pressure fluctuations of the measurement target 30. The sensor unit includes a sheet-shaped polymer piezoelectric element 12 having a predetermined area S1 and a sheet-shaped electrode 14 attached to both sides of the polymer piezoelectric element 12. The predetermined area S1 is the area of the sheet-shaped polymer piezoelectric element 12 in the surface direction.
高分子圧電素子１２は、高分子材料から生成されたシート状の圧電素子である。高分子圧電素子１２には、例えばＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride）が用いられる。電極１４は、２つのシート状の電極１４ａ、１４ｂからなる。電極１４には、例えば導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ（poly(3,4-ethylenedioxythiophene)）：ＰＳＳ（polystyrene sulfonate）が用いられる。２つの電極１４ａ、１４ｂは、各々配線２２に接続される。 The polymer piezoelectric element 12 is a sheet-shaped piezoelectric element made of a polymer material. For the polymer piezoelectric element 12, for example, PVDF (PolyVinylidene DiFluoride) is used. The electrode 14 is composed of two sheet-shaped electrodes 14a and 14b. For the electrode 14, for example, PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)): PSS (polystyrene sulfonate), which is a conductive polymer, is used. The two electrodes 14a and 14b are each connected to the wiring 22.
伝達部材１６は、厚さｄ１の幅を有し、測定対象３０に接触させる接触面を片面（下面）に有する。より詳細には、接触面は、測定対象３０を含む取付面３１と接触する。伝達部材１６は、接触した測定対象３０による圧力変動を伝達可能な材料により構成される。接触面の裏面（上面）は、高分子圧電素子１２を含むセンサ部の一方の面（下面）が取り付けられる。伝達部材１６の接触面の面積Ｓ２は高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１より大きい。 The transmission member 16 has a width of thickness d1 and has a contact surface on one side (lower surface) that makes contact with the measurement target 30. More specifically, the contact surface comes into contact with the mounting surface 31 including the measurement target 30. The transmission member 16 is made of a material capable of transmitting pressure fluctuations due to the contacted measurement target 30. One surface (lower surface) of the sensor unit including the polymer piezoelectric element 12 is attached to the back surface (upper surface) of the contact surface. The area S2 of the contact surface of the transmission member 16 is larger than the predetermined area S1 of the polymer piezoelectric element 12.
センサ装置１０は、センサ部の他方の面（上面）に取り付けられ、かつセンサ部の他方の面の全面をサポートするサポート部材１８を備える。 The sensor device 10 includes a support member 18 that is attached to the other surface (upper surface) of the sensor unit and supports the entire surface of the other surface of the sensor unit.
センサ装置１０は、電圧信号を処理する回路部２０を備える。２つの電極１４ａ、１４ｂが各々接続された配線２２の各々は、回路部２０に各々接続される。このように、回路部２０は、電極１４を介して電圧信号を取得する。 The sensor device 10 includes a circuit unit 20 that processes a voltage signal. Each of the wirings 22 to which the two electrodes 14a and 14b are connected are connected to the circuit unit 20, respectively. In this way, the circuit unit 20 acquires the voltage signal via the electrode 14.
回路部２０は、取得した電圧信号を増幅するための既知の増幅回路及び該電圧信号から所定の周波数の信号を取り出すための既知のフィルタ回路を備える。１つの例では、回路部２０は、増幅かつフィルタリングされた信号を外部へ無線で送信するための既知の送信機を備える。このような構成とすることにより、外部装置が測定対象３０の圧力変動に起因する電圧信号を取得することが可能となる。他の例では、回路部２０は、増幅かつフィルタリングされた信号を外部へ送信するためのインタフェースを備える。 The circuit unit 20 includes a known amplifier circuit for amplifying the acquired voltage signal and a known filter circuit for extracting a signal of a predetermined frequency from the voltage signal. In one example, the circuit unit 20 comprises a known transmitter for wirelessly transmitting an amplified and filtered signal to the outside. With such a configuration, the external device can acquire the voltage signal caused by the pressure fluctuation of the measurement target 30. In another example, the circuit unit 20 includes an interface for transmitting an amplified and filtered signal to the outside.
測定対象３０の圧力変動が高分子圧電素子１２に伝わると、高分子圧電素子１２は、圧電効果により圧力をそれに応じた電圧に変換する。その電圧は、電極１４により取り出され、配線２２を介して、電圧信号として回路部２０へ出力される。このように、高分子圧電素子１２及び電極１４は、センサ装置１０における圧力変動を検出するセンサ部として機能することが理解される。 When the pressure fluctuation of the measurement target 30 is transmitted to the polymer piezoelectric element 12, the polymer piezoelectric element 12 converts the pressure into a voltage corresponding to the pressure by the piezoelectric effect. The voltage is taken out by the electrode 14 and output to the circuit unit 20 as a voltage signal via the wiring 22. As described above, it is understood that the polymer piezoelectric element 12 and the electrode 14 function as a sensor unit for detecting the pressure fluctuation in the sensor device 10.
電極１４ａと電極１４ｂが短絡するのを防ぐため、シート状の電極１４の面積は、シート状の高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１よりも小さい。したがって、センサ部の面方向の面積は所定面積Ｓ１と実質的に同じである。高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１は、測定対象３０の位置に合わせてセンサ部を配置した場合に高分子圧電素子１２が圧力変動を検出することが可能な程度の大きさである。１つの例では、高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１は、測定対象３０としての手首の動脈（血管）からの圧力変動を検出可能な直径５〜８ｍｍの大きさであり、特に好ましくは、直径６ｍｍの大きさである。この場合、伝達部材１６の接触面の面積Ｓ２は、手首の血管全体を覆う程度の大きさであることが好ましい。 The area of the sheet-shaped electrode 14 is smaller than the predetermined area S1 of the sheet-shaped polymer piezoelectric element 12 in order to prevent the electrode 14a and the electrode 14b from being short-circuited. Therefore, the area of the sensor unit in the surface direction is substantially the same as the predetermined area S1. The predetermined area S1 of the polymer piezoelectric element 12 is large enough to allow the polymer piezoelectric element 12 to detect pressure fluctuations when the sensor unit is arranged according to the position of the measurement target 30. In one example, the predetermined area S1 of the polymer piezoelectric element 12 has a diameter of 5 to 8 mm in which pressure fluctuation from the wrist artery (blood vessel) as the measurement target 30 can be detected, and particularly preferably the diameter. It has a size of 6 mm. In this case, the area S2 of the contact surface of the transmission member 16 is preferably large enough to cover the entire blood vessel of the wrist.
図３は、本発明の一実施形態のセンサ装置１０におけるセンサ部の断面図であり、シート状の高分子圧電素子１２の面に垂直な断面で切断した断面図である。センサ部が含む高分子圧電素子１２及び電極１４は、既知の方法により、シート状の印刷基材上に当該印刷基材と一体として生成される。例えば印刷基材は、ＰＥＮ(Polyethylene Naphthalate)フィルムやＰＥＮフィルムの上に形成された架橋ＰＶＰなどである。図３は、印刷基材を含んでいないセンサ部の断面図を示し、説明の便宜上、以下ではセンサ部は印刷基材を含まないものとして説明するが、センサ部は印刷基材を含むことができる。高分子圧電素子１２の下面に取り付けられた電極１４ａは、伝達部材１６に取り付けられ、高分子圧電素子１２の上面に取り付けられた電極１４ｂは、サポート部材１８に取り付けられる。高分子圧電素子１２の一部は、伝達部材１６に直接接する。このようにして、伝達部材１６の接触面の上面には、直接又は電極１４を介して高分子圧電素子１２の一方の面が取り付けられる。ただし、高分子圧電素子１２は、伝達部材１６に直接接する箇所がなくてもよい。１つの例では、センサ部の厚さｄ２は、３μｍである。 FIG. 3 is a cross-sectional view of a sensor unit in the sensor device 10 according to the embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view cut along a cross section perpendicular to the surface of the sheet-shaped polymer piezoelectric element 12. The polymer piezoelectric element 12 and the electrode 14 included in the sensor unit are generated integrally with the printing substrate on a sheet-shaped printing substrate by a known method. For example, the printing substrate is a PEN (Polyethylene Naphthalate) film, a crosslinked PVP formed on the PEN film, or the like. FIG. 3 shows a cross-sectional view of a sensor unit that does not include a printing substrate. For convenience of explanation, the sensor unit will be described below assuming that the sensor unit does not include a printing substrate, but the sensor unit may include a printing substrate. it can. The electrode 14a attached to the lower surface of the polymer piezoelectric element 12 is attached to the transmission member 16, and the electrode 14b attached to the upper surface of the polymer piezoelectric element 12 is attached to the support member 18. A part of the polymer piezoelectric element 12 is in direct contact with the transmission member 16. In this way, one surface of the polymer piezoelectric element 12 is attached directly or via the electrode 14 to the upper surface of the contact surface of the transmission member 16. However, the polymer piezoelectric element 12 may not have a portion that directly contacts the transmission member 16. In one example, the thickness d2 of the sensor unit is 3 μm.
本実施形態では、伝達部材１６の接触面は取付面３１に接触し、伝達部材１６の一部の領域が測定対象３０に接触する。伝達部材１６は、一部の領域で接触している測定対象３０による圧力変動を、伝達部材１６内において伝達する。高分子圧電素子１２は、直接又は電極１４を介して伝達部材１６と接触しているため、結果として伝達部材１６は、接触した測定対象３０による圧力変動を、該測定対象３０から高分子圧電素子１２へ伝達する。これにより、伝達部材１６に接触する高分子圧電素子１２（センサ部）の位置に関係なく、伝達部材１６を介して、高分子圧電素子１２（センサ部）に、接触した測定対象３０による圧力変動を伝達することが可能となる。 In the present embodiment, the contact surface of the transmission member 16 contacts the mounting surface 31, and a part of the transmission member 16 contacts the measurement target 30. The transmission member 16 transmits the pressure fluctuation due to the measurement target 30 that is in contact in a part of the region in the transmission member 16. Since the polymer piezoelectric element 12 is in contact with the transmission member 16 directly or via the electrode 14, as a result, the transmission member 16 causes the pressure fluctuation due to the contacted measurement target 30 from the measurement target 30 to the polymer piezoelectric element. Communicate to 12. As a result, regardless of the position of the polymer piezoelectric element 12 (sensor unit) in contact with the transmission member 16, the pressure fluctuation due to the measurement target 30 in contact with the polymer piezoelectric element 12 (sensor unit) via the transmission member 16. Can be transmitted.
図４は、高分子圧電素子１２の下部に測定対象３０が位置しない場合のセンサ部周辺の構成を説明する図である。この場合において伝達部材１６が小さい場合又は伝達部材１６が無い場合、高分子圧電素子１２には、測定対象３０の圧力変動が伝達されない。しかし、図４に示すように、測定対象３０を含む取付面３１に伝達部材１６を接触させることにより、高分子圧電素子１２には、伝達部材１６を介して、圧力変動が伝達される。これにより、センサ部が圧力変動を検出することが可能となる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration around the sensor unit when the measurement target 30 is not located below the polymer piezoelectric element 12. In this case, if the transmission member 16 is small or there is no transmission member 16, the pressure fluctuation of the measurement target 30 is not transmitted to the polymer piezoelectric element 12. However, as shown in FIG. 4, by bringing the transmission member 16 into contact with the mounting surface 31 including the measurement target 30, the pressure fluctuation is transmitted to the polymer piezoelectric element 12 via the transmission member 16. This makes it possible for the sensor unit to detect pressure fluctuations.
上記で説明したとおり、伝達部材１６は、接触した測定対象３０による圧力変動を伝達しやすいものを用いることが好ましい。 As described above, it is preferable to use a transmission member 16 that easily transmits pressure fluctuations due to the contacted measurement target 30.
１つの例では、伝達部材１６は、周波数１Ｈｚ及び温度０〜５０度における引張モードでの動的粘弾性測定における損失正接（ｔａｎδ）が０．２以下である。より好ましくは、伝達部材１６は、当該損失正接が０．１以下である。このような構成とすることにより、伝達部材１６の一部の領域で発生した脈拍のような微弱な圧力変動を、より減衰させずに伝達部材１６内において伝達させることが可能となる。 In one example, the transmission member 16 has a loss tangent (tan δ) of 0.2 or less in dynamic viscoelasticity measurements in tensile mode at a frequency of 1 Hz and a temperature of 0-50 degrees. More preferably, the transmission member 16 has a loss tangent of 0.1 or less. With such a configuration, it is possible to transmit a weak pressure fluctuation such as a pulse generated in a part of the transmission member 16 in the transmission member 16 without further attenuating it.
動的粘弾性測定は、公知の測定方法であり、試料に時間によって変化する応力等を与え、それによって発生する歪み等を測定することにより、試料の力学的な性質を測定する方法である。材料内部の構造は、粘弾性特性で表現することができる。弾性成分を示す貯蔵弾性率（Ｅ´）と粘性成分を示す損失弾性率（Ｅ´´）の比で表される損失正接（ｔａｎδ＝Ｅ´´／Ｅ´）は、伝達性能の指標となる値である。損失正接が大きいと、振動エネルギー、すなわち圧力変動のエネルギー、が熱エネルギー等に変換されて消費されることにより、伝達性能が低下するものと考えられる。 The dynamic viscoelasticity measurement is a known measurement method, and is a method of measuring the mechanical properties of a sample by applying stress or the like that changes with time to the sample and measuring the strain or the like generated by the stress or the like. The structure inside the material can be expressed by viscoelastic properties. The loss tangent (tan δ = E ″ / E ′) represented by the ratio of the storage elastic modulus (E ′) indicating the elastic component and the loss elastic modulus (E ″) indicating the viscous component is an index of transmission performance. The value. If the loss tangent is large, it is considered that the vibration energy, that is, the energy of pressure fluctuation, is converted into heat energy and consumed, and the transmission performance is deteriorated.
１つの例では、伝達部材１６は、ＰＥＴ(Polyethyleneterephthalat)シート、アクリルシート、又はＰＥＮフィルムである。特に、伝達部材１６としてＰＥＮフィルムを用いた場合、既知の方法によりセンサ部はＰＥＮフィルムの上に一体として形成することができるため、より簡易に作成することが可能となる。他の例では、伝達部材１６は、損失正接が０．２以下である、金属、石材、木材、繊維、及びプラスチック材料の少なくとも１つを含むシートである。 In one example, the transmission member 16 is a PET (Polyethyleneterephthalat) sheet, an acrylic sheet, or a PEN film. In particular, when a PEN film is used as the transmission member 16, the sensor unit can be integrally formed on the PEN film by a known method, so that it can be more easily produced. In another example, the transmission member 16 is a sheet containing at least one of a metal, stone, wood, fiber, and plastic material having a loss tangent of 0.2 or less.
次に、本発明の実施形態による脈拍測定装置１（センサ装置１０）の動作について説明する。本実施形態では、センサ装置１０は、所定面積Ｓ１を有するシート状の高分子圧電素子１２と、高分子圧電素子１２の両面に各々取り付けられたシート状の電極１４と、測定対象３０の圧力変動を伝達可能な伝達部材１６と、を備える。伝達部材１６は、測定対象３０に接触させる接触面を有し、接触面の面積Ｓ２は所定面積Ｓ１より大きい。また接触面の裏面には、直接又は電極１４を介して高分子圧電素子１２の一方の面が取り付けられる。伝達部材１６は、接触した測定対象３０の圧力変動を、該測定対象３０から高分子圧電素子１２へ伝達する。センサ装置１０は、伝達された圧力変動により高分子圧電素子１２が発生する電圧信号を、電極１４を介して取得する。 Next, the operation of the pulse measuring device 1 (sensor device 10) according to the embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the sensor device 10 includes a sheet-shaped polymer piezoelectric element 12 having a predetermined area S1, sheet-shaped electrodes 14 attached to both sides of the polymer piezoelectric element 12, and pressure fluctuations of the measurement target 30. Is provided with a transmission member 16 capable of transmitting the above. The transmission member 16 has a contact surface that comes into contact with the measurement target 30, and the area S2 of the contact surface is larger than the predetermined area S1. Further, one surface of the polymer piezoelectric element 12 is attached to the back surface of the contact surface directly or via the electrode 14. The transmission member 16 transmits the pressure fluctuation of the contacted measurement target 30 from the measurement target 30 to the polymer piezoelectric element 12. The sensor device 10 acquires a voltage signal generated by the polymer piezoelectric element 12 due to the transmitted pressure fluctuation via the electrode 14.
このような構成とすることにより、高分子圧電素子１２が測定対象３０上に位置しない場合であっても、伝達部材１６を介して測定対象３０の圧力変動を高分子圧電素子１２に伝達することが可能となる。これにより、センサ装置１０は、センサ部が測定対象３０上に位置しない場合であっても、測定対象３０の圧力変動に起因する電圧信号を取得することが可能となる。またこれにより、例えば特許文献１における、伝達部材又はゴムシートが測定対象３０の血管から外れた場合、正確に脈拍を測定できないという問題を解消することができる。 With such a configuration, even when the polymer piezoelectric element 12 is not located on the measurement target 30, the pressure fluctuation of the measurement target 30 is transmitted to the polymer piezoelectric element 12 via the transmission member 16. Is possible. As a result, the sensor device 10 can acquire a voltage signal due to the pressure fluctuation of the measurement target 30 even when the sensor unit is not located on the measurement target 30. Further, for example, in Patent Document 1, when the transmission member or the rubber sheet deviates from the blood vessel of the measurement target 30, the problem that the pulse cannot be measured accurately can be solved.
また従来、高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１が必要以上に大きい場合、コンデンサとしての寄生容量が大きくなり、高分子圧電素子１２の面積に対して発生電圧が少なくなってしまい、精度良く圧力変動を検出することが難しいという問題があった。本実施形態では、上記のとおり伝達部材１６を介して高分子圧電素子１２に圧力変動を伝達するため、高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１は、測定対象３０の位置に合わせてセンサ部を配置した場合に高分子圧電素子１２が圧力変動を検出することが可能な程度の大きさである。このように本実施形態では、センサ装置１０は、所定面積Ｓ１を必要以上に大きくない高分子圧電素子１２を備えることから、より精度よく圧力変動を検出することが可能となる。 Further, conventionally, when the predetermined area S1 of the polymer piezoelectric element 12 is larger than necessary, the parasitic capacitance as a capacitor becomes large, the generated voltage becomes small with respect to the area of the polymer piezoelectric element 12, and the pressure fluctuates with high accuracy. There was a problem that it was difficult to detect. In the present embodiment, since the pressure fluctuation is transmitted to the polymer piezoelectric element 12 via the transmission member 16 as described above, the sensor unit is arranged in the predetermined area S1 of the polymer piezoelectric element 12 according to the position of the measurement target 30. The size of the polymer piezoelectric element 12 is such that the pressure fluctuation can be detected. As described above, in the present embodiment, since the sensor device 10 includes the polymer piezoelectric element 12 whose predetermined area S1 is not larger than necessary, it is possible to detect the pressure fluctuation more accurately.
また本実施形態では、サポート部材１８は、高分子圧電素子１２の測定対象３０とは反対側の面をサポートする。このような構成とすることにより、高分子圧電素子１２は、測定対象３０から伝達される圧力変動を片面で受けとめることによって、より大きく変形し、より圧電効果による電圧を発生しやすくなる。これにより、センサ部がより感度よく圧力変動を検出することが可能となる。 Further, in the present embodiment, the support member 18 supports the surface of the polymer piezoelectric element 12 on the side opposite to the measurement target 30. With such a configuration, the polymer piezoelectric element 12 is deformed more greatly by receiving the pressure fluctuation transmitted from the measurement target 30 on one side, and is more likely to generate a voltage due to the piezoelectric effect. As a result, the sensor unit can detect the pressure fluctuation more sensitively.
１つの応用として、脈拍測定装置１は、リストバンド形状の装着部材４を備え、装着部材４を介して介護施設などの患者に取り付けられる。脈拍測定装置１は、各患者の脈拍に関するデータを取得し、サーバ装置へ送信する。サーバ装置は、取得された各患者の脈拍に関するデータをデータベースに蓄積し、例えば患者の体調と脈拍データとを関連付けることにより、新たに取得された脈拍データから患者の体調を判断する介護支援システムへ応用することが可能となる。 As one application, the pulse measuring device 1 includes a wristband-shaped wearing member 4, and is attached to a patient such as a nursing care facility via the wearing member 4. The pulse measuring device 1 acquires data on the pulse of each patient and transmits it to the server device. The server device accumulates the acquired data on the pulse of each patient in a database, and for example, by associating the patient's physical condition with the pulse data, it becomes a care support system that judges the patient's physical condition from the newly acquired pulse data. It can be applied.
また本実施形態では、前述のとおり、センサ部は印刷基材を含むことができる。この場合、高分子圧電素子１２の下面に取り付けられた電極１４ａは、シート状の印刷基材の一方の面上に形成されており、印刷基材の他方の面が伝達部材１６に取り付けられる。高分子圧電素子１２の上面に取り付けられた電極１４ｂは、サポート部材１８に取り付けられる。高分子圧電素子１２の一部は、印刷基材の一方の面上に形成される。このようにして、伝達部材１６の接触面の上面には、印刷基材を介して、又は印刷基材及び電極１４を介して、高分子圧電素子１２の一方の面が取り付けられる。ただし、高分子圧電素子１２は、印刷基材に直接接する箇所がなくてもよい。また印刷基材は例えばＰＥＮフィルムであるが、後述の実施例が示すように、印刷基材は、伝達部材１６として機能することもできる。 Further, in the present embodiment, as described above, the sensor unit can include a printing base material. In this case, the electrode 14a attached to the lower surface of the polymer piezoelectric element 12 is formed on one surface of the sheet-shaped printing substrate, and the other surface of the printing substrate is attached to the transmission member 16. The electrode 14b attached to the upper surface of the polymer piezoelectric element 12 is attached to the support member 18. A part of the polymer piezoelectric element 12 is formed on one surface of the printing substrate. In this way, one surface of the polymer piezoelectric element 12 is attached to the upper surface of the contact surface of the transmission member 16 via the printing substrate or via the printing substrate and the electrode 14. However, the polymer piezoelectric element 12 may not have a portion that comes into direct contact with the printing substrate. Further, the printing base material is, for example, a PEN film, but as shown in Examples described later, the printing base material can also function as the transmission member 16.
上記の動作は、特に言及が無い限り、他の実施形態や他の実施例においても同様である。 The above operation is the same in other embodiments and examples unless otherwise specified.
本発明の他の実施形態では、高分子圧電素子１２を含むセンサ部の一方の面（下面）は、取付面３１に取り付けられる。図５は、本発明の他の一実施形態のセンサ装置１０の構成を説明する図である。伝達部材１６は、取付面３１に接触させる接触面を片面（下面）に有し、該接触面には高分子圧電素子１２を含むセンサ部の他方の面（上面）が取り付けられる。伝達部材１６の接触面の面積Ｓ２は高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１より大きいため、伝達部材１６の接触面の一部は、測定対象３０を含む取付面３１と直接接触する。サポート部材１８は、センサ部の他方の面（上面）の上方における伝達部材１６の接触面の裏面（上面）に取り付けられ、伝達部材１６を介してセンサ部の他方の面の全面をサポートする。 In another embodiment of the present invention, one surface (lower surface) of the sensor unit including the polymer piezoelectric element 12 is attached to the attachment surface 31. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a sensor device 10 according to another embodiment of the present invention. The transmission member 16 has a contact surface (lower surface) that comes into contact with the mounting surface 31, and the other surface (upper surface) of the sensor portion including the polymer piezoelectric element 12 is attached to the contact surface. Since the area S2 of the contact surface of the transmission member 16 is larger than the predetermined area S1 of the polymer piezoelectric element 12, a part of the contact surface of the transmission member 16 comes into direct contact with the mounting surface 31 including the measurement target 30. The support member 18 is attached to the back surface (upper surface) of the contact surface of the transmission member 16 above the other surface (upper surface) of the sensor unit, and supports the entire surface of the other surface of the sensor unit via the transmission member 16.
本発明の他の実施形態では、センサ装置１０は、伝達部材１６と測定対象３０とを密着させるため密着部材を更に備える。密着部材は、測定対象３０を含む取付面３１に直接接触するように、伝達部材１６の接触面に取り付けられる。密着部材は、例えばＰＤＭＳ(Polydimethylsiloxane)などのゲル状の高分子材料からなるゲルシートとすることができる。このような構成とすることにより、密着部材が測定対象３０から圧力変動をより伝達部材１６に伝達しやすくなり、測定対象３０から高分子圧電素子１２へより大きな圧力変動を伝達させることが可能となる。これにより、センサ部がより感度よく圧力変動を検出することが可能となる。 In another embodiment of the present invention, the sensor device 10 further includes a close contact member for bringing the transmission member 16 and the measurement target 30 into close contact with each other. The close contact member is attached to the contact surface of the transmission member 16 so as to be in direct contact with the attachment surface 31 including the measurement target 30. The adhesion member can be, for example, a gel sheet made of a gel-like polymer material such as PDMS (Polydimethylolefin). With such a configuration, the close contact member can more easily transmit the pressure fluctuation from the measurement target 30 to the transmission member 16, and it is possible to transmit a larger pressure fluctuation from the measurement target 30 to the polymer piezoelectric element 12. Become. As a result, the sensor unit can detect the pressure fluctuation more sensitively.
本発明の他の実施形態では、測定対象３０による圧力変動に起因する電圧信号を取得するセンサ装置１０とすることもできる。この場合、センサ装置１０は、脈拍測定に用いることもできるし、脈拍以外の圧力変動測定に用いることもできる。 In another embodiment of the present invention, the sensor device 10 may be a sensor device 10 that acquires a voltage signal caused by a pressure fluctuation caused by the measurement target 30. In this case, the sensor device 10 can be used for pulse measurement, or can be used for pressure fluctuation measurement other than pulse measurement.
以上に説明してきた各実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各実施例は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて本発明の任意の実施形態に適用することができる。すなわち本発明は、その要旨を逸脱しない限り、種々の形態で実施することができる。 Each of the examples described above is an example for explaining the present invention, and the present invention is not limited to these examples. Each embodiment can be applied to any embodiment of the present invention in appropriate combination as long as there is no contradiction. That is, the present invention can be carried out in various forms as long as it does not deviate from the gist thereof.
［実施例］
以下に、本発明の実施形態のセンサ装置１０の動作を確認するための実施例を示す。
[Example]
An example for confirming the operation of the sensor device 10 according to the embodiment of the present invention is shown below.
［実施例１］
実施例１では、本出願人は、圧縮試験機を使用して伝達部材１６の伝達性能を評価した。また本実施例では、伝達部材１６の伝達性能を評価するにあたって、伝達部材１６として短辺１０ｍｍ及び長辺４０ｍｍサイズに切断された試料１６を用い、高分子圧電素子１２として略円形の直径８ｍｍの大きさのＰＶＤＦを用いた。また本実施例では、高分子圧電素子１２及び高分子圧電素子１２の両面に各々取り付けられたシート状の電極１４を２つの試料１６で挟んだ状態で、圧縮試験機の圧子７１を試料１６に対して周期的に圧力を加えて圧力変動を与えることにより、試料１６を評価した。
[Example 1]
In Example 1, the Applicant used a compression tester to evaluate the transmission performance of the transmission member 16. Further, in this embodiment, in evaluating the transmission performance of the transmission member 16, a sample 16 cut into a short side of 10 mm and a long side of 40 mm is used as the transmission member 16, and the polymer piezoelectric element 12 has a substantially circular diameter of 8 mm. A size PVDF was used. Further, in this embodiment, the indenter 71 of the compression tester is used as the sample 16 in a state where the sheet-shaped electrodes 14 attached to both sides of the polymer piezoelectric element 12 and the polymer piezoelectric element 12 are sandwiched between the two samples 16. Sample 16 was evaluated by periodically applying pressure to the pressure fluctuation.
図６は、本実施例における圧縮試験機で圧力を加える位置と、伝達部材１６及び高分子圧電素子１２の配置とを示す図である。図７は、本実施例における圧力試験機の圧子７１、高分子圧電素子１２、及び試料１６の位置関係を示す図である。圧縮試験機は、既知の物性試験用の装置であり、圧縮試験器の圧子７１は、略円形の直径１０ｍｍの大きさのものである。位置６１、６２、６３、６４は、この順番で隣接し、かつ試料１６内において実質的に一直線上に位置している。 FIG. 6 is a diagram showing a position where pressure is applied by the compression tester in this embodiment and an arrangement of the transmission member 16 and the polymer piezoelectric element 12. FIG. 7 is a diagram showing the positional relationship between the indenter 71, the polymer piezoelectric element 12, and the sample 16 of the pressure tester in this embodiment. The compression tester is a known device for physical property testing, and the indenter 71 of the compression tester is a substantially circular device having a diameter of 10 mm. Positions 61, 62, 63, 64 are adjacent in this order and are located substantially in line within sample 16.
本実施例では、位置６１が高分子圧電素子１２の略中心位置に対応するように高分子圧電素子１２を配置した。また本実施例では、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を位置６１、６２、６３、６４に順番に配置して、周期的に試料１６を押し付けるように圧子７１を周期的に動かすことにより、試料１６に圧力変動を加えた。また本実施例では、オシロスコープを用い、当該オシロスコープが、圧子７１により加えられた圧力変動により高分子圧電素子１２が発生した電圧信号を、シート状の電極１４を介して取得した。 In this embodiment, the polymer piezoelectric element 12 is arranged so that the position 61 corresponds to the substantially center position of the polymer piezoelectric element 12. Further, in this embodiment, the center positions of the indenter 71 of the compression tester are arranged in order at positions 61, 62, 63, and 64, and the indenter 71 is periodically moved so as to periodically press the sample 16. Pressure fluctuation was applied to sample 16. Further, in this embodiment, an oscilloscope was used, and the oscilloscope acquired a voltage signal generated by the polymer piezoelectric element 12 due to the pressure fluctuation applied by the indenter 71 via the sheet-shaped electrode 14.
図８ａ、図８ｂ、図８ｃ、図８ｄは、試料として厚さ１ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形であり、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を各々位置６１、６２、６３、６４としたときに取得された電圧信号の波形である。圧子７１は、図８ａの場合は０．９０Ｈｚ、図８ｂ及び図８ｃの場合は１．００Ｈｚ、図８ｄの場合は１．１０Ｈｚの周期で、試料に対して圧力を加えた。圧子７１の中心位置が位置６１の場合、図８ａが示すように、取得された電圧波形は、周期的に約１．６Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６２の場合、図８ｂが示すように、取得された電圧波形は、周期的に約１８０ｍＶのピークを有するパルス波形であることが確認できた。一方、圧子７１の中心位置が位置６３及び位置６４の場合、図８ｃ及び図８ｄが示すように、取得された電圧信号から周期的にピークを有するパルス波形を確認できなかった。 8a, 8b, 8c, and 8d are waveforms of voltage signals acquired when a gel sheet having a thickness of 1 mm is used as a sample, and the center positions of the indenter 71 of the compression tester are positioned at positions 61 and 62, respectively. , 63, 64 are the waveforms of the voltage signals acquired. The indenter 71 applied pressure to the sample at a period of 0.90 Hz in the case of FIG. 8a, 1.00 Hz in the case of FIGS. 8b and 8c, and 1.10 Hz in the case of FIG. 8d. When the center position of the indenter 71 was the position 61, as shown in FIG. 8a, it was confirmed that the acquired voltage waveform was a pulse waveform having a peak of about 1.6 V periodically. When the center position of the indenter 71 was the position 62, as shown in FIG. 8b, it was confirmed that the acquired voltage waveform was a pulse waveform having a peak of about 180 mV periodically. On the other hand, when the center positions of the indenter 71 are the position 63 and the position 64, as shown in FIGS. 8c and 8d, the pulse waveform having a periodic peak could not be confirmed from the acquired voltage signal.
図９ａ、図９ｂ、図９ｃ、図９ｄは、試料として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形であり、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を各々位置６１、６２、６３、６４としたときに取得された電圧信号の波形である。圧子７１は、１．００Ｈｚの周期で試料に対して圧力を加えた。圧子７１の中心位置が位置６１及び位置６２の場合、図９ａ及び図９ｂが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約１．６Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６３の場合、図９ｃが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約４６０ｍＶのピークを有するパルス波形であることが確認できた。一方、圧子７１の中心位置が位置６４の場合、図９ｄが示すように、取得された電圧信号から周期的にピークを有するパルス波形を確認できなかった。 9a, 9b, 9c, and 9d are waveforms of voltage signals acquired when a synthetic rubber having a thickness of 1 mm is used as a sample, and the center positions of the indenters 71 of the compression tester are positioned at positions 61 and 61, respectively. It is a waveform of the voltage signal acquired when 62, 63, and 64 are set. The indenter 71 applied pressure to the sample at a period of 1.00 Hz. When the center positions of the indenter 71 are the position 61 and the position 62, as shown in FIGS. 9a and 9b, it can be confirmed that the acquired voltage signal is a pulse waveform having a peak of about 1.6 V periodically. It was. When the center position of the indenter 71 is the position 63, as shown in FIG. 9c, it was confirmed that the acquired voltage signal is a pulse waveform having a peak of about 460 mV periodically. On the other hand, when the center position of the indenter 71 is the position 64, as shown in FIG. 9d, a pulse waveform having a periodic peak could not be confirmed from the acquired voltage signal.
図１０ａ、図１０ｂ、図１０ｃ、図１０ｄは、試料として厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形であり、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を各々位置６１、６２、６３、６４としたときに取得された電圧信号の波形である。圧子７１は、図１０ａの場合は０．９０Ｈｚ、図１０ｂ〜図１０ｄの場合は１．００Ｈｚの周期で試料に対して圧力を加えた。圧子７１の中心位置が位置６１及び位置６２の場合、図１０ａ及び図１０ｂが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約２．３Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６３の場合、図１０ｃが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約２．０Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６４の場合も、図１０ｄが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約０．９Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。 10a, 10b, 10c, and 10d are waveforms of voltage signals acquired when an acrylic sheet having a thickness of 1 mm is used as a sample, and the center positions of the indenter 71 of the compression tester are positioned at positions 61 and 61, respectively. It is a waveform of the voltage signal acquired when 62, 63, and 64 are set. The indenter 71 applied pressure to the sample at a cycle of 0.90 Hz in the case of FIG. 10a and 1.00 Hz in the case of FIGS. 10b to 10d. When the center positions of the indenter 71 are the position 61 and the position 62, as shown in FIGS. 10a and 10b, it can be confirmed that the acquired voltage signal is a pulse waveform having a peak of about 2.3 V periodically. It was. When the center position of the indenter 71 is the position 63, as shown in FIG. 10c, it was confirmed that the acquired voltage signal is a pulse waveform having a peak of about 2.0 V periodically. Even when the center position of the indenter 71 is the position 64, as shown in FIG. 10d, it was confirmed that the acquired voltage signal is a pulse waveform having a peak of about 0.9 V periodically.
図１１ａ、図１１ｂ、図１１ｃ、図１１ｄは、試料として厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを用いたときに取得された電圧信号の波形であり、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を各々位置６１、６２、６３、６４としたときに取得された電圧信号の波形である。圧子７１は、図１１ａの場合は０．９０Ｈｚ、図１１ｂ及び図１１ｃの場合は１．００Ｈｚ、図１１ｄの場合は１．１０Ｈｚの周期で試料に対して圧力を加えた。圧子７１の中心位置が位置６１、位置６２及び位置６３の場合、図１１ａ、図１１ｂ及び図１１ｃが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約２．３Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６４の場合も、図１１ｄが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約１．４Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。 11a, 11b, 11c, and 11d are waveforms of voltage signals acquired when a PET sheet having a thickness of 0.1 mm is used as a sample, and the center positions of the indenter 71 of the compression tester are positioned. It is a waveform of the voltage signal acquired when 61, 62, 63, 64 are set. The indenter 71 applied pressure to the sample at a cycle of 0.90 Hz in the case of FIG. 11a, 1.00 Hz in the case of FIGS. 11b and 11c, and 1.10 Hz in the case of FIG. 11d. When the central positions of the indenter 71 are position 61, position 62 and position 63, as shown in FIGS. 11a, 11b and 11c, the acquired voltage signal is a pulse waveform having a peak of about 2.3V periodically. It was confirmed that. Even when the center position of the indenter 71 was the position 64, as shown in FIG. 11d, it was confirmed that the acquired voltage signal was a pulse waveform having a peak of about 1.4 V periodically.
実施例１の結果から、伝達部材１６としては、ＰＥＴシートやアクリルシートが適しており、ゲルシートや合成ゴムは適していないことが確認できた。 From the results of Example 1, it was confirmed that the PET sheet and the acrylic sheet are suitable as the transmission member 16, but the gel sheet and the synthetic rubber are not suitable.
［実施例２］
実施例２では、本出願人は、ヒトの血管から得られる圧力変動を用いて伝達部材１６の伝達性能を評価した。また本実施例では、伝達部材１６の伝達性能を評価するにあたって、伝達部材１６として短辺１０ｍｍ及び長辺４０ｍｍサイズに切断された試料１６を用い、高分子圧電素子１２として略円形の直径５ｍｍの大きさのＰＶＤＦを用いた。また本実施例では、高分子圧電素子１２と、高分子圧電素子１２の両面に各々取り付けられたシート状の電極１４と、試料１６、及びサポート部材１８は、図２に示すセンサ装置１０と同様の構成である。
[Example 2]
In Example 2, Applicants evaluated the transmission performance of the transmission member 16 using pressure fluctuations obtained from human blood vessels. Further, in this embodiment, in evaluating the transmission performance of the transmission member 16, a sample 16 cut into a short side of 10 mm and a long side of 40 mm is used as the transmission member 16, and the polymer piezoelectric element 12 has a substantially circular diameter of 5 mm. A size PVDF was used. Further, in this embodiment, the polymer piezoelectric element 12, the sheet-shaped electrodes 14 attached to both sides of the polymer piezoelectric element 12, the sample 16, and the support member 18 are the same as the sensor device 10 shown in FIG. It is the composition of.
本実施例では、高分子圧電素子１２及びシート状の電極１４を試料１６及びサポート部材１８で挟んだ状態で、試料１６をヒトの手首の血管に接触させて血管の圧力変動を与えることにより、試料１６を評価した。また本実施例では、図６に示す位置６１に高分子圧電素子１２を配置し、図６に示す位置６２にヒトの手首の血管を配置し、かつサポート部材１８として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いた。 In this embodiment, the polymer piezoelectric element 12 and the sheet-shaped electrode 14 are sandwiched between the sample 16 and the support member 18, and the sample 16 is brought into contact with the blood vessel of a human wrist to give a pressure fluctuation of the blood vessel. Sample 16 was evaluated. Further, in this embodiment, the polymer piezoelectric element 12 is arranged at the position 61 shown in FIG. 6, the blood vessel of the human wrist is arranged at the position 62 shown in FIG. 6, and a synthetic rubber having a thickness of 1 mm is used as the support member 18. Using.
図１２ａ〜図１２ｈは、各試料１６を用いたときに取得された電圧信号の波形である。電圧信号は、すべての試料１６において同じ増幅倍率（４３０倍）を用いて取得されたものである。また各波形は、すべての試料１６において同じレンジで表示したものである。 12a to 12h are waveforms of voltage signals acquired when each sample 16 is used. The voltage signal was obtained using the same amplification factor (430 times) in all the samples 16. Further, each waveform is displayed in the same range in all the samples 16.
図１２ａは、試料１６として厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｂは、試料１６として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｃは、試料１６として厚さ３ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｄは、試料１６として厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｅは、試料１６として厚さ０．３ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｆは、試料１６として厚さ１ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｇは、試料１６として厚さ２ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｈは、試料１６を用いなかったとき、すなわち高分子圧電素子１２及びシート状の電極１４を位置６１に対応する手首の位置に接触させたときに取得された電圧信号の波形である。 FIG. 12a is a waveform of a voltage signal acquired when a PET sheet having a thickness of 0.1 mm is used as the sample 16. FIG. 12b is a waveform of a voltage signal acquired when a synthetic rubber having a thickness of 1 mm is used as the sample 16. FIG. 12c is a waveform of a voltage signal acquired when a synthetic rubber having a thickness of 3 mm was used as the sample 16. FIG. 12d is a waveform of a voltage signal acquired when an acrylic sheet having a thickness of 1 mm was used as the sample 16. FIG. 12e is a waveform of a voltage signal acquired when a gel sheet having a thickness of 0.3 mm was used as the sample 16. FIG. 12f is a waveform of a voltage signal acquired when a gel sheet having a thickness of 1 mm was used as the sample 16. FIG. 12g is a waveform of a voltage signal acquired when a gel sheet having a thickness of 2 mm was used as the sample 16. FIG. 12h is a waveform of a voltage signal acquired when the sample 16 is not used, that is, when the polymer piezoelectric element 12 and the sheet-shaped electrode 14 are brought into contact with the position of the wrist corresponding to the position 61.
図１２ａ〜図１２ｈより、試料１６として、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシート又は厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに、周期的にピークを有するパルス波形を検出できることが確認できた。また試料１６として、合成ゴム若しくはアクリルシートを用いたとき、又は試料１６を用いなかったとき、周期的にピークを有するパルス波形の検出が難しいことが確認できた。 From FIGS. 12a to 12h, it was confirmed that when a PET sheet having a thickness of 0.1 mm or an acrylic sheet having a thickness of 1 mm was used as the sample 16, a pulse waveform having a periodic peak could be detected. It was also confirmed that when a synthetic rubber or acrylic sheet was used as the sample 16 or when the sample 16 was not used, it was difficult to detect a pulse waveform having a periodic peak.
実施例２の結果から、伝達部材１６としては、ＰＥＴシートやアクリルシートが適しており、ゲルシートや合成ゴムは適していないことが確認できた。また伝達部材１６が無いと適切な電圧信号を取得できないことが確認できた。 From the results of Example 2, it was confirmed that the PET sheet and the acrylic sheet are suitable as the transmission member 16, but the gel sheet and the synthetic rubber are not suitable. It was also confirmed that an appropriate voltage signal could not be obtained without the transmission member 16.
［実施例３］
実施例３では、本出願人は、伝達部材１６の伝達性能を評価するために動的粘弾性測定を行った。また本実施例では、伝達部材１６の伝達性能を評価するにあたって、伝達部材１６として短辺５ｍｍ及び長辺５０ｍｍサイズに切断された試料１６を用いた。動的粘弾性測定は、周波数１Ｈｚ、温度０〜５０度、及び引張モードの条件で行い、温度を１分間に５度ずつ変化させながら行った。本実施例では、弾性成分を示す貯蔵弾性率（Ｅ´）と粘性成分を示す損失弾性率（Ｅ´´）の比で表される損失正接（ｔａｎδ＝Ｅ´´／Ｅ´）を算出した。
[Example 3]
In Example 3, Applicants performed dynamic viscoelasticity measurements to evaluate the transmission performance of the transmission member 16. Further, in this embodiment, in evaluating the transmission performance of the transmission member 16, a sample 16 cut into a size of 5 mm on the short side and 50 mm on the long side was used as the transmission member 16. The dynamic viscoelasticity measurement was carried out under the conditions of a frequency of 1 Hz, a temperature of 0 to 50 degrees, and a tensile mode, and the temperature was changed by 5 degrees per minute. In this example, the loss tangent (tan δ = E ″ / E ′) represented by the ratio of the storage elastic modulus (E ′) indicating the elastic component and the loss elastic modulus (E ″) indicating the viscous component was calculated. ..
図１３ａは、試料１６としてＰＥＴシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。図１３ｂは、試料１６としてアクリルシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。図１３ｃは、試料１６として合成ゴムシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。図１３ｄは、試料１６としてＰＥＮシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。図１３ｅは、図１３ａ〜図１３ｄで示す４つの損失正接を示す図である。なお、試料１６としてゲルシートを用いたときの動的粘弾性測定の実施を試みたが、引張モードで当該測定を行うことは難しかった。 FIG. 13a is a diagram showing a storage elastic modulus, a loss elastic modulus, and a loss tangent calculated by dynamic viscoelasticity measurement when a PET sheet is used as the sample 16. FIG. 13b is a diagram showing a storage elastic modulus, a loss elastic modulus, and a loss tangent calculated by dynamic viscoelasticity measurement when an acrylic sheet is used as the sample 16. FIG. 13c is a diagram showing a storage elastic modulus, a loss elastic modulus, and a loss positive contact calculated by dynamic viscoelasticity measurement when a synthetic rubber sheet is used as the sample 16. FIG. 13d is a diagram showing a storage elastic modulus, a loss elastic modulus, and a loss tangent calculated by dynamic viscoelasticity measurement when a PEN sheet is used as the sample 16. FIG. 13e is a diagram showing four loss tangents shown in FIGS. 13a to 13d. An attempt was made to perform a dynamic viscoelasticity measurement when a gel sheet was used as the sample 16, but it was difficult to perform the measurement in the tensile mode.
実施例３と実施例１及び２の結果から、伝達部材１６として適しているＰＥＴシート及びアクリルシートは、０〜５０度で損失正接が０．１以下であることが確認できた。また伝達部材１６として適していない合成ゴムは、０〜５０度で損失正接が０．１以上であり、０〜１３度で損失正接が０．２以上であることが確認できた。また実施例３の結果から、ＰＥＮシートは、０〜５０度で損失正接が０．１以下であることが確認できた。そのため、ＰＥＮシートも伝達部材１６として適している可能性があることが確認できた。 From the results of Examples 3 and 1 and 2, it was confirmed that the PET sheet and the acrylic sheet suitable as the transmission member 16 had a loss tangent of 0.1 or less at 0 to 50 degrees. Further, it was confirmed that the synthetic rubber not suitable as the transmission member 16 had a loss tangent of 0.1 or more at 0 to 50 degrees and a loss tangent of 0.2 or more at 0 to 13 degrees. Further, from the results of Example 3, it was confirmed that the PEN sheet had a loss tangent of 0.1 or less at 0 to 50 degrees. Therefore, it was confirmed that the PEN sheet may also be suitable as the transmission member 16.
１ 脈拍測定装置
２ 保持部
４ 装着部材
１０ センサ装置
１２ 高分子圧電素子
１４ 電極
１６ 伝達部材
１８ サポート部材
２０ 回路部
２２ 配線
３０ 測定対象
３１ 取付面
６１、６２、６３、６４ 位置
７１ 圧子
1 Pulse measuring device 2 Holding part 4 Mounting member 10 Sensor device 12 Polymer piezoelectric element 14 Electrode 16 Transmission member 18 Support member 20 Circuit part 22 Wiring 30 Measurement target 31 Mounting surface 61, 62, 63, 64 Position 71 Indenter
Claims (7)
所定面積を有するシート状の高分子圧電素子及び該圧電素子の両面に各々取り付けられたシート状の電極を含むセンサ部と、
前記測定対象に接触させる接触面を有し、前記測定対象の圧力変動を伝達可能な伝達部材であって、該接触面の面積は前記所定面積より大きく、該接触面の裏面には前記センサ部の一方の面が取り付けられる、伝達部材と、を備え、
前記伝達部材と接触した前記測定対象から前記圧電素子へ該伝達部材を介して伝達された圧力変動により該圧電素子が発生する電圧信号を、前記電極を介して取得する、センサ装置。 A sensor device that acquires signals due to pressure fluctuations of the measurement target.
A sheet-shaped polymer piezoelectric element having a predetermined area, a sensor unit including sheet-shaped electrodes attached to both sides of the piezoelectric element, and a sensor unit.
A transmission member having a contact surface that comes into contact with the measurement target and capable of transmitting pressure fluctuations of the measurement target, the area of the contact surface is larger than the predetermined area, and the sensor unit is on the back surface of the contact surface. With a transmission member, to which one side is attached,
A sensor device that acquires a voltage signal generated by the piezoelectric element due to pressure fluctuations transmitted from the measurement target in contact with the transmission member to the piezoelectric element via the electrode.
所定面積を有するシート状の高分子圧電素子及び該圧電素子の両面に各々取り付けられたシート状の電極を含むセンサ部と、
前記測定対象に接触させる接触面を有し、前記測定対象の圧力変動を伝達可能な伝達部材であって、該接触面の面積は前記所定面積より大きく、該接触面には前記センサ部の一方の面が取り付けられる、伝達部材と、を備え、
前記伝達部材と接触した前記測定対象から前記圧電素子へ該伝達部材を介して伝達された圧力変動により該圧電素子が発生する電圧信号を、前記電極を介して取得する、センサ装置。 A sensor device that acquires signals due to pressure fluctuations of the measurement target.
A sheet-shaped polymer piezoelectric element having a predetermined area, a sensor unit including sheet-shaped electrodes attached to both sides of the piezoelectric element, and a sensor unit.
A transmission member having a contact surface in contact with the measurement target and capable of transmitting pressure fluctuations of the measurement target, the area of the contact surface is larger than the predetermined area, and one of the sensor units is on the contact surface. With a transmission member, to which the surface can be attached,
A sensor device that acquires a voltage signal generated by the piezoelectric element due to pressure fluctuations transmitted from the measurement target in contact with the transmission member to the piezoelectric element via the electrode.
請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサ装置と、該センサ装置を保持する保持部と、前記測定対象を取り巻くように装着するための装着部材とを備え、該保持部は装着部材に取り付けられる、脈拍測定装置。 It is a pulse measuring device
The sensor device according to any one of claims 1 to 6, a holding portion for holding the sensor device, and a mounting member for mounting so as to surround the measurement target, and the holding portion is a mounting member. A pulse measuring device attached to.
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