JP2020201186A - Seat type sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電性の糸を用いて形成されるシート型センサに関する。 The present invention relates to a sheet type sensor formed by using a conductive thread.
マット式のセンサとして空気圧のセンサが知られているが、非常に高額であり、また移動が困難で洗濯をすることができず不潔になりやいものとなっている。すなわち、このようなマット式のセンサの利用は、特定の高度なシステムを導入している施設に限られている。一方で、例えば、介護福祉施設などにおける人手不足は深刻であり、できるだけ効率よく施設利用者を管理する技術が望まれている。 Pneumatic sensors are known as mat-type sensors, but they are very expensive, difficult to move, unable to wash, and easily become dirty. That is, the use of such mat-type sensors is limited to facilities that have introduced specific advanced systems. On the other hand, for example, labor shortages in nursing care and welfare facilities are serious, and a technique for managing facility users as efficiently as possible is desired.
このような課題に関連して、静電容量の変化を利用して人の有無などを検出する技術が特許文献1に開示されている。特許文献1に示す技術は、導電繊維を含む糸をカーペットのパイル糸として植え込むことにより、カーペットを三次元的な導電体となし、人や物体がカーペットに接近又は接触することにより生じる誘電電位が、カーペット上の静電容量の変化として検出されやすいものである。
In relation to such a problem,
特許文献1に示す技術は、カーペットのパイル糸に導電性繊維を埋め込む必要があるため、製造が非常に困難になると共に、繊維構造が複雑で断線や短絡等の不良が生じやすくなるという課題を有する。また、繊維間の静電容量の変化だけでは極めて微小な変化しか検出できず、ノイズが生じた場合には検出が困難になるという課題を有する。特に静電容量を測定する場合には、誘電率が高い水分(例えば、湿気や汗)などの影響によるノイズを除去することが重要であるという課題がある。
The technique shown in
本発明は、ノイズの影響をできるだけ減らして検出対象物の有無を高精度に検出するシート型センサを提供する。 The present invention provides a sheet-type sensor that detects the presence or absence of a detection object with high accuracy while reducing the influence of noise as much as possible.
本発明に係るシート型センサは、両端部が第1の電極に接続され、所定の面に沿って周囲と絶縁状態で敷設される導電性を有する第1の糸と、前記第1の糸で囲われる領域以外の領域において、前記第1の糸と一対でキャパシタを形成し、両端部が第2の電極に接続され、前記所定の面に沿って周囲と絶縁状態で敷設される導電性を有する第2の糸と、前記第1の糸と前記第2の糸とで形成されるキャパシタの充放電の周波数変化に基づいて、前記所定の面上における検出対象物の有無を検出する検出手段とを備えるものである。 The sheet type sensor according to the present invention is composed of a first thread having conductivity in which both ends are connected to a first electrode and laid along a predetermined surface in an insulated state from the surroundings, and the first thread. In a region other than the enclosed region, a capacitor is formed in pairs with the first thread, both ends are connected to the second electrode, and the conductivity is laid along the predetermined surface in an insulated state from the surroundings. A detection means for detecting the presence or absence of a detection target object on the predetermined surface based on the frequency change of charging / discharging of the second thread having the capacitor and the capacitor formed by the first thread and the second thread. It is equipped with.
このように、本発明に係るシート型センサにおいては、両端部が第1の電極に接続され、所定の面に沿って周囲と絶縁状態で敷設される導電性を有する第1の糸と、前記第1の糸で囲われる領域以外の領域において、前記第1の糸と一対でキャパシタを形成し、両端部が第2の電極に接続され、前記所定の面に沿って周囲と絶縁状態で敷設される導電性を有する第2の糸と、前記第1の糸と前記第2の糸とで形成されるキャパシタの充放電の周波数変化に基づいて、前記所定の面上における検出対象物の有無を検出する検出手段とを備えるため、第1の糸が囲む領域を一方の電極、第2の糸が囲む領域を他方の電極とするキャパシタが形成され、それぞれの領域を面状の電極とすることで容量成分を大きくし、検出感度を向上させることができるという効果を奏する。 As described above, in the sheet type sensor according to the present invention, the first thread having conductivity, both ends of which are connected to the first electrode and laid along a predetermined surface in an insulated state from the surroundings, and the above. In a region other than the region surrounded by the first thread, a capacitor is formed in pairs with the first thread, both ends are connected to the second electrode, and the capacitor is laid along the predetermined surface in an insulated state from the surroundings. Presence or absence of an object to be detected on the predetermined surface based on the frequency change of charge / discharge of the capacitor formed by the second thread having conductivity and the first thread and the second thread. A capacitor is formed in which the area surrounded by the first thread is one electrode and the area surrounded by the second thread is the other electrode, and each area is used as a planar electrode. As a result, the capacitance component can be increased and the detection sensitivity can be improved.
また、第1の糸が囲む領域と第2の糸が囲む領域とで形成されるキャパシタの充放電の周波数変化に基づいて、所定の面上における検出対象物の有無を検出するため、静電容量の変化を検出する場合に比べてノイズの影響を抑えつつ、周波数を有する信号として取り扱うことで様々な処理に対応することができるという効果を奏する。 Further, in order to detect the presence or absence of a detection target object on a predetermined surface based on the frequency change of charge / discharge of the capacitor formed in the region surrounded by the first thread and the region surrounded by the second thread, electrostatic voltage is used. Compared to the case of detecting a change in capacitance, it has the effect of being able to handle various processes by treating it as a signal having a frequency while suppressing the influence of noise.
本発明に係るシート型センサは、前記第1の糸及び前記第2の糸が複数回屈曲又は湾曲した状態で配設され、且つ、伸縮性を有する被覆体内に収納されているものである。 The sheet-type sensor according to the present invention is one in which the first thread and the second thread are arranged in a state of being bent or curved a plurality of times, and are housed in an elastic coating body.
このように、本発明に係るシート型センサにおいては、前記第1の糸及び前記第2の糸が複数回屈曲又は湾曲した状態で配設され、且つ、伸縮性を有する被覆体内に収納されているため、被覆体の伸縮に対応して第1の糸及び第2の糸も伸縮することが可能となり、被覆体が伸展した場合であっても糸の断線等を防止することができるという効果を奏する。 As described above, in the sheet type sensor according to the present invention, the first thread and the second thread are arranged in a state of being bent or curved a plurality of times, and are housed in an elastic coating body. Therefore, the first thread and the second thread can be expanded and contracted in response to the expansion and contraction of the covering body, and even when the covering body is expanded, the thread can be prevented from being broken. Play.
本発明に係るシート型センサは、前記第1の糸及び前記第2の糸が、それぞれ個々の糸同士で交叉して敷設されているものである。 In the sheet type sensor according to the present invention, the first thread and the second thread are laid by crossing each other with each other.
このように、本発明に係るシート型センサにおいては、前記第1の糸及び前記第2の糸が、それぞれ個々の糸同士で交叉して敷設されているため、交叉しない場合に比べてインダクタンス成分を抑え、キャパシタンスを大きくして検出感度上げることができるという効果を奏する。 As described above, in the sheet type sensor according to the present invention, since the first thread and the second thread are laid crossed with each other, the inductance component is higher than that in the case of not crossing each other. It has the effect of increasing the capacitance and increasing the detection sensitivity.
本発明に係るシート型センサは、前記所定の面上に、当該面に対して掛かる圧力を測定する圧力検出手段と、当該圧力検出手段により、前記キャパシタの充放電の周波数波形と相関性を有する圧力波形が検出された場合に、前記所定の面上に前記検出対象物が有ると判定する判定手段とを備えるものである。 The sheet-type sensor according to the present invention has a pressure detecting means for measuring the pressure applied to the predetermined surface on the predetermined surface and the pressure detecting means correlating with the frequency waveform of charging / discharging of the capacitor. It is provided with a determination means for determining that the detection object is on the predetermined surface when the pressure waveform is detected.
このように、本発明に係るシート型センサにおいては、前記所定の面上に、当該面に対して掛かる圧力を測定する圧力検出手段と、当該圧力検出手段により、前記キャパシタの充放電の周波数波形と相関性を有する圧力波形が検出された場合に、前記所定の面上に前記検出対象物が有ると判定する判定手段とを備えるため、例えば検出対象物はいないにも関わらず、湿度だけが上がって静電容量が変化したような場合でも圧力波形との相関がないため誤検出を防止することが可能になるという効果を奏する。また、検出対象物ではない金属などがシート型センサに圧力を掛けて圧力波形が検出された場合であっても、静電容量が変化しないため誤検出を防止することが可能になるという効果を奏する。 As described above, in the sheet type sensor according to the present invention, the pressure detecting means for measuring the pressure applied to the predetermined surface on the predetermined surface and the frequency waveform of charging / discharging of the capacitor by the pressure detecting means. When a pressure waveform having a correlation with is detected, it is provided with a determination means for determining that the detection target is on the predetermined surface. Therefore, for example, even though there is no detection target, only the humidity is present. Even if the capacitance rises and the capacitance changes, there is no correlation with the pressure waveform, so it is possible to prevent erroneous detection. In addition, even when a pressure waveform is detected by applying pressure to the sheet type sensor such as a metal that is not the object to be detected, the capacitance does not change, so that it is possible to prevent erroneous detection. Play.
本発明に係るシート型センサは、前記圧力検出手段が測定した信号と前記検出手段で得られた前記周波数信号とを乗算する乗算手段と、当該乗算手段の乗算結果のピーク値を検出するピーク検出手段と、当該ピーク検出手段が検出したピーク値における前記周波数信号の出力値をサンプルホールドするSH手段と、当該SH手段でサンプルホールドされた前記出力値を閾値として、前記キャパシタの周波数信号の出力値と比較する比較手段とを備えるものである。 The sheet-type sensor according to the present invention has a multiplying means for multiplying the signal measured by the pressure detecting means and the frequency signal obtained by the detecting means, and peak detection for detecting the peak value of the multiplication result of the multiplying means. The output value of the frequency signal of the capacitor with the means, the SH means for sample-holding the output value of the frequency signal at the peak value detected by the peak detecting means, and the output value sample-held by the SH means as a threshold value. It is provided with a comparison means for comparison with.
このように、本発明に係るシート型センサにおいては、前記圧力検出手段が測定した信号と前記検出手段で得られた前記周波数信号とを乗算する乗算手段と、当該乗算手段の乗算結果のピーク値を検出するピーク検出手段と、当該ピーク検出手段が検出したピーク値における前記周波数信号の出力値をサンプルホールドするSH手段と、当該SH手段でサンプルホールドされた前記出力値を閾値として、前記キャパシタの周波数信号の出力値と比較する比較手段とを備えるため、静電容量の変化を検出するための閾値がその場の環境や状態に適応して設定されるため、誤検出を減らして高精度なセンサを実現することができるという効果を奏する。 As described above, in the sheet type sensor according to the present invention, the multiplying means for multiplying the signal measured by the pressure detecting means and the frequency signal obtained by the detecting means, and the peak value of the multiplication result of the multiplying means. The peak detecting means for detecting the above, the SH means for sample-holding the output value of the frequency signal at the peak value detected by the peak detecting means, and the output value sample-held by the SH means as a threshold value of the capacitor. Since it is equipped with a comparison means for comparing with the output value of the frequency signal, the threshold value for detecting the change in capacitance is set according to the environment and state of the place, so that false detection is reduced and high accuracy is achieved. It has the effect of being able to realize a sensor.
(本発明の第1の実施形態)
本実施形態に係るシート型センサについて、図1ないし図6を用いて説明する。本実施形態に係るシート型センサは、例えば、ベッドや布団での就寝状態(離床状態)や椅子などへの着座状態を導電性の糸で形成されるキャパシタの静電容量の変化を用いて検出する。ベッドや布団の上、椅子の座部などに本実施形態に係るシート型センサ敷いておくことで、人が居る場合と居ない場合とで誘電率が変化することによる静電容量の変化を検出する。このとき、静電容量の値を直接検出するのではなく、シート上に上記糸で形成されるキャパシタの充放電の周波数波形に基づいて検出処理を行うものである。
(First Embodiment of the present invention)
The sheet type sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The sheet-type sensor according to the present embodiment detects, for example, a sleeping state (away from bed) on a bed or a futon, or a sitting state on a chair or the like by using a change in the capacitance of a capacitor formed of a conductive thread. To do. By laying the seat type sensor according to this embodiment on a bed, a futon, a seat of a chair, etc., a change in capacitance due to a change in dielectric constant depending on whether a person is present or not is detected. To do. At this time, instead of directly detecting the value of the capacitance, the detection process is performed based on the frequency waveform of the charge / discharge of the capacitor formed of the thread on the sheet.
図1は、本実施形態に係るシート型センサの構成を示す機能ブロック図である。図1において、シート型センサ1は、導電性の糸で形成されるキャパシタの静電容量を測定する静電容量測定部10と、測定された静電容量の変化波形を入力する入力部11と、入力された波形に基づく周波数の変化から検出対象物の有無を判断する演算処理部12と、演算結果をディスプレイなどの出力デバイスに出力する出力制御部13とを備える。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a sheet type sensor according to the present embodiment. In FIG. 1, the
なお、静電容量測定部10とその他の処理部とは別体で構成されてもよい。その場合、有線又は無線通信により静電容量測定部10の測定結果が通信インターフェースを介して入力部11に入力される構成であってもよい。
The
図2は、本実施形態に係るシート型センサにおける静電容量測定部の構造を示す斜視図である。静電容量測定部10は、導電性の糸をシート状の布地に縫い付け、それを被覆体で被覆したシート体として形成されており、電力を供給する電源部14と、当該電源部14に接続する第1の電極15及び第2の電極16と、それぞれの第1の電極15及び第2の電極16に接続され、一対でキャパシタを形成する第1の糸17(第1の電極15に接続)及び第2の糸18(第2の電極16に接続)と、第1の電極15、第2の電極16、第1の糸17及び第2の糸18を同一面状に支持する支持体19と、当該支持体19を被覆する被覆体20とを備える。なお、図2においては内部構造を示すために、被覆体20が支持体19の一部を被覆するように記載しているが、実際には支持体19の全体を被覆するものである。
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the capacitance measuring unit in the sheet type sensor according to the present embodiment. The
第1の糸17及び第2の糸18は、例えば銀などの導電体で被覆され、又は練り込まれることで導電性を有しており、第1の糸17はその両端部が第1の電極15に電気的に接続された状態で、第2の糸18はその両端部が第2の電極16に電気的に接続された状態で支持体19に縫い付けられている。支持体19は所定の面(例えば、平面や曲面であり使用状態に応じて面の状態が変化するものも含む)を有するものであり、好ましくは体の曲線に応じて変形しやすく伸縮性を有する繊維からなる布地が用いられている。また、被覆体20も支持体19の全体を被覆すると共に、好ましくは体の曲線に応じて変形しやすく伸縮性を有する繊維からなる布地が用いられる。このとき、それぞれの布地は絶縁性の繊維からなるものを用いる。
The
第1の糸17及び第2の糸18は、支持体19や被覆体20の変形や伸縮による断線等を防止するために、支持体19や被覆体20の変形や伸縮に合わせて柔軟に伸縮できるように、複数回屈曲された状態で支持体19に縫い付けられている。具体的には、例えば図2に示すようにジグザクに縫い付けられている。また本実施形態においては、それぞれの糸が囲む最大領域をキャパシタの一方の電極と見做すため、それぞれの糸が囲む領域は相互に干渉ないように縫い付けられる。第1の糸17が囲む領域を一方の電極とし、第2の糸18が囲む領域を他方の電極とするキャパシタが形成されるため、シート体上の誘電率が変化することで(例えば、何もないときは空気の誘電率、手を近づけると人体の誘電率に変化することで)、シート体上における検出対象物の有無を測定することが可能となる。
The
なお、支持体19や被覆体20は上記に示した布地以外にも、例えば可撓性を有する樹脂やビニールなどで形成されてもよい。また、第1の糸17及び第2の糸18は上述したように、複数回屈曲させて縫い付けてもよいし、複数回湾曲させて縫い付けてもよいし、それらを組み合わせてもよい。
The
図3は、本実施形態に係るシート状センサの検出処理を行う回路構成の一例を示す図である。静電容量測定部10からの信号は入力部11を介して演算処理部12に渡される。演算処理部12では、図3に示すような回路構成を用いて検出対象物の有無を判断する。図3において、第1の糸17及び第2の糸18で構成されるキャパシタ31に定電流源32が直列に接続されており、キャパシタ31と並列に所定の閾値と比較するためのコンパレータ33が接続され、その出力がインバータ(FET回路34)のゲート電極に入力される。FET回路34のソース・ドレイン電極は、抵抗35を介してキャパシタ31に接続されている。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a circuit configuration that performs detection processing of the sheet-shaped sensor according to the present embodiment. The signal from the
図3の回路動作は、まず定電流源32からの電力供給によりキャパシタ31が充電される。ある程度充電が進んで閾値を超えるとコンパレータ33の出力がHiになり、FET回路34のゲートがONになる。ゲートがONになるとキャパシタ31に充電されていた電荷がソース・ドレイン電極を介して放出される。キャパシタ31の電荷が放出されると、コンパレータ33の出力がLoになり、再びキャパシタ31への充電が開始される。このようなサイクルを繰り返した場合の波形を図4(A)に示す。図4において縦軸は図3におけるV1の電圧値とする。キャパシタ31の充放電によりV1の値は図4(A)に示すような鋸波形となる。つまり、キャパシタ31に充電しながら少しずつ電圧が上昇し、ある閾値を超えた瞬間にキャパシタ31の電荷が放電されて一気に電圧が下がる。このときの周期は、キャパシタ31の容量に依存するため、キャパシタ31の誘電率が変化すると図4(A)の波形の周期が変化する。
In the circuit operation of FIG. 3, the
図4(A)の鋸波形を図4(B)に示すような矩形波に変換し、周波数カウンターで図4(B)の矩形波の周波数を測定する。静電容量が増加した場合は、充電に要する時間が長くなり、すなわちコンパレータ33がLoを出力する時間が長くなるため、図4(B)の1周期が長くなり周波数が下がる。一方、静電容量が減少した場合は、充電に要する時間が短くなり、すなわちコンパレータ33がLoを出力する時間が短くなるため、図4(B)の1周期が短くなり周波数が上がる。 The saw waveform of FIG. 4 (A) is converted into a rectangular wave as shown in FIG. 4 (B), and the frequency of the rectangular wave of FIG. 4 (B) is measured with a frequency counter. When the capacitance increases, the time required for charging becomes long, that is, the time for the comparator 33 to output Lo becomes long, so that one cycle of FIG. 4B becomes long and the frequency decreases. On the other hand, when the capacitance is reduced, the time required for charging is shortened, that is, the time required for the comparator 33 to output Lo is shortened, so that one cycle in FIG. 4B is shortened and the frequency is increased.
一例を図5に示す。静電容量測定部10のシート体上に何もない(空気のみの)場合は、図5(A)に示すような波形が検出されたとする。静電容量測定部10のシート体上に水分を多く含むような、例えば人体が有る場合は、誘電率の変化から静電容量が増加し、図5(A)の波形の1周期が長くなることで周波数が下がる(図5(B)の状態)。すなわち、図5に示すような波形の周波数を測定することで、静電容量測定部10のシート体上に検出対象物が有るかどうかを判定することが可能となる。また、周波数変化に基づいて検出対象物の有無を判定することで、静電容量の変化を検出する場合に比べてノイズの影響を抑えつつ、周波数を有する信号として取り扱うことで様々な処理に対応することが可能となる。
An example is shown in FIG. When there is nothing (only air) on the sheet body of the
なお、本実施形態において第1の糸17及び第2の糸18は、長くなるほど抵抗成分(インダクタンス)が大きくなってしまうため、図6(A)〜(C)に示すように、それぞれの糸で囲われる領域をできるだけ広くして静電容量を大きくしつつ、各糸同士が交叉する点を増やしてインダクタンスを分散するように配設されることが望ましい。また、図6においては、巨視的に糸を単なる線で表現しているが、微視的には各線が上述したように屈曲したり湾曲していることが望ましい。
In the present embodiment, the length of the
このように、本実施形態に係るシート型センサ1においては、第1の電極15に接続され、所定の面に沿って周囲と絶縁状態で敷設される導電性を有する第1の糸17と、第1の糸17で囲われる領域以外の領域において、第1の糸17と一対でキャパシタを形成し、第2の電極16に接続され、所定の面に沿って周囲と絶縁状態で敷設される導電性を有する第2の糸18と、第1の糸17と第2の糸18とで形成されるキャパシタの充放電の周波数変化に基づいて、所定の面上における検出対象物の有無を演算する演算処理部12とを備えるため、第1の糸17が囲む領域を一方の電極、第2の糸18が囲む領域を他方の電極とするキャパシタが形成され、それぞれの領域を面状の電極とすることで容量成分を大きくし、検出感度を向上させることができる。また、第1の糸17が囲む領域と第2の糸18が囲む領域とで形成されるキャパシタの充放電の周波数変化に基づいて、所定の面上における検出対象物の有無を検出するため、静電容量の変化を検出する場合に比べてノイズの影響を抑えつつ、周波数を有する信号として取り扱うことで様々な処理に対応することができる。
As described above, in the
(本発明の第2の実施形態)
本実施形態に係るシート型センサについて、図7ないし図9を用いて説明する。本実施形態に係るシート型センサは、前記第1の実施形態に係るシート型センサの機能を拡張したものであり、静電容量に基づく測定だけではなくシート体への圧力に基づいた検出も行うことで、より高精度に検出対象物を検出するものである。
(Second Embodiment of the present invention)
The sheet type sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9. The sheet-type sensor according to the present embodiment is an extension of the function of the sheet-type sensor according to the first embodiment, and performs not only measurement based on capacitance but also detection based on pressure on the sheet body. Therefore, the object to be detected is detected with higher accuracy.
図7は、本実施形態に係るシート型センサの構成を示す機能ブロック図である。前記第1の実施形態における図1の構成と異なるのは、静電容量測定部10に加えて圧力測定部71を備えることである。入力部11は、静電容量測定部10及び圧力測定部71の測定結果を入力し、その測定結果に基づいて演算処理部12での演算処理が行われる。圧力測定部71は、例えば薄い平板状の圧電センサである。圧電センサの技術については一般的なものであるため詳細な説明を省略するが、付加された圧力を電気信号に変換して出力するものである。この圧力測定部71としての圧電センサは、支持体19に積層した状態で当該支持体19と共に被覆体20に収納されて使用される。すなわち、静電容量測定部10のシート体に一体的に組み込まれて構成されている。
FIG. 7 is a functional block diagram showing the configuration of the sheet type sensor according to the present embodiment. The configuration different from that of FIG. 1 in the first embodiment is that the
なお、他の圧電センサとして、例えば繊維状のセンサを同軸線とし、中心線と被覆線の間に圧電素子を使った圧電センサを用いるようにしてもよい。 As another piezoelectric sensor, for example, a fibrous sensor may be used as a coaxial line, and a piezoelectric sensor using a piezoelectric element between the center line and the coated line may be used.
例えば、前記第1の実施形態に係るシート型センサで人を検出したい場合に、人体には多くの水分が含まれることから、シート体上に人が居るとシート体上の誘電率の変化に伴って前記第1の実施形態において説明したように周波数が変化し、人の有無を判断することが可能になる。しかしながら、静電容量の変化はノイズの影響を受けやすいため、ノイズの影響を受けにくい環境であれば問題ないが、ノイズの影響を受けやすい環境下では、例えば温度、湿度、電磁波などの影響により誤検出してしまう可能性がある。本実施形態においては、圧電センサで検出された圧力波形と静電容量の波形との相関性を考慮して検出対象物の有無を判断することで、より高精度に検出することが可能となる。 For example, when it is desired to detect a person with the sheet type sensor according to the first embodiment, since the human body contains a large amount of water, if there is a person on the sheet body, the dielectric constant on the sheet body changes. Along with this, the frequency changes as described in the first embodiment, and it becomes possible to determine the presence or absence of a person. However, since the change in capacitance is easily affected by noise, there is no problem in an environment that is not easily affected by noise, but in an environment that is easily affected by noise, for example, due to the influence of temperature, humidity, electromagnetic waves, etc. There is a possibility of false detection. In the present embodiment, it is possible to detect with higher accuracy by determining the presence or absence of the detection target in consideration of the correlation between the pressure waveform detected by the piezoelectric sensor and the capacitance waveform. ..
図8は、静電容量測定部及び圧力測定部の測定結果に基づいて演算を行う場合の演算処理部の構成を示すブロック図である。まず、静電容量測定部10のキャパシタが検出するキャパシタンスの検出波形(静電容量波形)と圧力測定部71の圧電センサが検出する圧力の検出波形(圧力波形)とを乗算し、乗算結果から得られる波形のピークを検出する。ピークが検出された瞬間におけるキャパシタが検出したキャパシタンスの値をサンプルホールド(S/H)し、その値を閾値としてコンパレータに入力する。入力された閾値とキャパシタが測定したキャパシタンスとを比較し、閾値を超えるキャパシタンスが検出された場合に検出対象物がシート体上に有ると判断する。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a calculation processing unit when a calculation is performed based on the measurement results of the capacitance measurement unit and the pressure measurement unit. First, the capacitance detection waveform (capacitance waveform) detected by the capacitor of the
図8の構成でシミュレーションした結果を図9に示す。ここでは、人の有無を判定する場合のシミュレーション結果を示している。図9(A)は静電容量測定部10が検出したキャパシタンスの波形、図9(B)は圧力測定部71が検出した圧力の波形、図9(C)はキャパシタンスと圧力の波形を乗算した波形、図9(D)は検出結果を示す波形である。図9において、R1に対応する部分の波形はシート体に手を置きその後離した場合の波形を示しており、R2に対応する部分の波形は湿気でシート体上の水分が増えた場合の波形を示し、R3に対応する部分の波形は手以外の例えば金属などの物をシート体に載置した場合の波形を示している。
The result of the simulation with the configuration of FIG. 8 is shown in FIG. Here, the simulation result when determining the presence or absence of a person is shown. 9 (A) is the waveform of the capacitance detected by the
図9のシミュレーション結果において、図9(C)で乗算した際に得られるピークでのキャパシタンスが閾値として設定され、その閾値と図9(A)の波形が比較されて図9(D)の波形となっている。例えば、図9の場合は、乗算した際に得られるピークが図9(A)におけるキャパシタンスの立ち上がりの真ん中ぐらいのタイミングとなっており、そのタイミングでのキャパシタンスの値が閾値として設定されている。 In the simulation result of FIG. 9, the capacitance at the peak obtained by multiplication in FIG. 9 (C) is set as a threshold value, and the threshold value and the waveform of FIG. 9 (A) are compared and the waveform of FIG. 9 (D) is compared. It has become. For example, in the case of FIG. 9, the peak obtained by multiplication is at the middle timing of the rise of the capacitance in FIG. 9A, and the value of the capacitance at that timing is set as a threshold value.
このように、キャパシタンスと圧力検出とに相関があり、尚且つその時の環境に合わせた閾値に基づいて検出処理が行われるため、非常に高精度に検出対象物を検出することが可能となる。 As described above, since the capacitance and the pressure detection have a correlation and the detection process is performed based on the threshold value according to the environment at that time, it is possible to detect the object to be detected with extremely high accuracy.
なお、図9においては閾値の設定をキャパシタンスで説明したが、第1の実施形態において説明したように、キャパシタンスを周波数に変換し周波数の値で比較処理を行うようにしてもよい。 In FIG. 9, the setting of the threshold value is described by the capacitance, but as described in the first embodiment, the capacitance may be converted into a frequency and the comparison process may be performed by the value of the frequency.
1 シート型センサ
10 静電容量測定部
11 入力部
12 演算処理部
13 出力制御部
14 電源部
15 第1の電極
16 第2の電極
17 第1の糸
18 第2の糸
19 支持体
20 被覆体
31 キャパシタ
32 定電流源
33 コンパレータ
34 FET回路
35 抵抗
71 圧力測定部
1
Claims (5)
前記第1の糸で囲われる領域以外の領域において、前記第1の糸と一対でキャパシタを形成し、両端部が第2の電極に接続され、前記所定の面に沿って周囲と絶縁状態で敷設される導電性を有する第2の糸と、
前記第1の糸と前記第2の糸とで形成されるキャパシタの充放電の周波数変化に基づいて、前記所定の面上における検出対象物の有無を検出する検出手段とを備えることを特徴とするシート型センサ。 A conductive first thread in which both ends are connected to the first electrode and laid along a predetermined surface in an insulated state from the surroundings.
In a region other than the region surrounded by the first thread, a capacitor is formed in pairs with the first thread, both ends thereof are connected to the second electrode, and the capacitor is insulated from the surroundings along the predetermined surface. The second thread with conductivity to be laid and
It is characterized by comprising a detecting means for detecting the presence or absence of a detection target object on the predetermined surface based on a frequency change of charge / discharge of a capacitor formed by the first thread and the second thread. Sheet type sensor.
前記第1の糸及び前記第2の糸が複数回屈曲又は湾曲した状態で配設され、且つ、伸縮性を有する被覆体内に収納されているシート型センサ。 In the sheet type sensor according to claim 1,
A sheet-type sensor in which the first thread and the second thread are arranged in a state of being bent or curved a plurality of times, and are housed in an elastic coating body.
前記第1の糸及び前記第2の糸が、それぞれ個々の糸同士で交叉して敷設されているシート型センサ。 In the sheet type sensor according to claim 1 or 2.
A sheet-type sensor in which the first thread and the second thread are laid by crossing each other with each other.
前記所定の面上に、当該面に対して掛かる圧力を測定する圧力検出手段と、
当該圧力検出手段により、前記キャパシタの充放電の周波数波形と相関性を有する圧力波形が検出された場合に、前記所定の面上に前記検出対象物が有ると判定する判定手段とを備えるシート型センサ。 In the sheet type sensor according to any one of claims 1 to 3.
A pressure detecting means for measuring the pressure applied to the predetermined surface on the predetermined surface,
A sheet type including a determination means for determining that the detection object is on the predetermined surface when a pressure waveform having a correlation with the frequency waveform of charging / discharging of the capacitor is detected by the pressure detecting means. Sensor.
前記圧力検出手段が測定した信号と前記検出手段で得られた前記周波数信号とを乗算する乗算手段と、
当該乗算手段の乗算結果のピーク値を検出するピーク検出手段と、
当該ピーク検出手段が検出したピーク値における前記周波数信号の出力値をサンプルホールドするSH手段と、
当該SH手段でサンプルホールドされた前記出力値を閾値として、前記キャパシタの周波数信号の出力値と比較する比較手段とを備えるシート型センサ。
In the sheet type sensor according to claim 4,
A multiplication means for multiplying the signal measured by the pressure detecting means and the frequency signal obtained by the detecting means, and
A peak detection means that detects the peak value of the multiplication result of the multiplication means, and
SH means for sample-holding the output value of the frequency signal at the peak value detected by the peak detecting means, and
A sheet-type sensor including a comparison means for comparing the output value of the frequency signal of the capacitor with the output value sample-held by the SH means as a threshold value.
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