JP2021173680A - Sensor circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電性の素材を用いたセンサ回路に関する。 The present invention relates to a sensor circuit using a piezoelectric material.
従来、圧電性素材を用いたセンサ電線が知られている(例えば、特許文献1等参照)。このセンサ電線は、力による変形が生じると、内部導体と外部導体との間に電圧が誘起される。この特性を利用して触覚センサや振動センサ等に利用することができる。 Conventionally, a sensor electric wire using a piezoelectric material is known (see, for example, Patent Document 1 and the like). When the sensor wire is deformed by a force, a voltage is induced between the inner conductor and the outer conductor. This characteristic can be used for a tactile sensor, a vibration sensor, or the like.
特許文献1のセンサ電線は、外部ノイズの影響を受けやすいため、センサとしての信頼性が低下する場合がある。 Since the sensor electric wire of Patent Document 1 is easily affected by external noise, the reliability of the sensor may decrease.
本発明は上記事情に鑑み、外部ノイズの影響を受けにくいセンサ回路を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a sensor circuit that is not easily affected by external noise.
上記目的を解決する本発明の第一の態様のセンサ回路は、
センサ電線と、
第一の差動増幅器と、を備えたセンサ回路であって、
前記センサ電線は、
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を有し、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されたものであり、
前記第一の差動増幅器は、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力するものであり、
前記外部シールド導体とグランドの間のインピーダンスが、前記第二の内部導体とグランドの間のインピーダンスよりも低い、
ことを特徴とする。
The sensor circuit according to the first aspect of the present invention that solves the above object is
With sensor wires
A sensor circuit with a first differential amplifier.
The sensor wire is
With the first inner conductor covered with piezoelectric material,
A second inner conductor provided on the outside of the piezoelectric material,
It has the first inner conductor and the outer shield conductor surrounding the second inner conductor.
An insulator is arranged between the first inner conductor, the second inner conductor, and the outer shield conductor.
The first differential amplifier
The first inner conductor and the second inner conductor are connected to different input ends, and the potential difference between these input ends is amplified and output.
The impedance between the outer shield conductor and the ground is lower than the impedance between the second inner conductor and the ground.
It is characterized by that.
このセンサ回路によれば、外部シールド導体によって内側へのノイズの侵入を防ぐとともに、差動増幅器によって第一の内部導体と第二の内部導体の電位差を増幅して出力することで外部ノイズの影響を抑えつつ、外力に応じた電圧が出力されるセンサとして使用することができる。 According to this sensor circuit, the external shield conductor prevents noise from entering inside, and the differential amplifier amplifies the potential difference between the first internal conductor and the second internal conductor and outputs it, thereby affecting the effect of external noise. It can be used as a sensor that outputs a voltage according to an external force while suppressing the noise.
また、上記記載のセンサ回路は、
前記第一の差動増幅器の入力端のいずれか一方が前記外部シールド導体に接続された状態に切り替える切替回路を有するものであってもよい。
In addition, the sensor circuit described above is
It may have a switching circuit which switches to a state where either one of the input ends of the first differential amplifier is connected to the external shield conductor.
このセンサ回路によれば、センサ電線に外力が加えられない状態においてセンサ回路を有効に活用することができる場合がある。 According to this sensor circuit, the sensor circuit may be effectively utilized in a state where no external force is applied to the sensor electric wire.
また、上記記載のセンサ回路は、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体のいずれか一方と前記外部シールド導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第二の差動増幅器と、を備えたものであってもよい。
In addition, the sensor circuit described above is
With a second differential amplifier in which either one of the first inner conductor and the second inner conductor and the outer shield conductor are connected to different input ends, and the potential difference between these input ends is amplified and output. , May be provided.
このセンサ回路によれば、第二の差動増幅器の出力によって外部ノイズの影響の度合いが判別でき、第一の差動増幅器からの信号が外力に応じたものであるかを判断することができる。 According to this sensor circuit, the degree of influence of external noise can be determined by the output of the second differential amplifier, and it can be determined whether the signal from the first differential amplifier corresponds to an external force. ..
また、上記記載のセンサ回路は、
前記第二の内部導体が、前記圧電材料の外周を覆うものであってもよい。
In addition, the sensor circuit described above is
The second inner conductor may cover the outer periphery of the piezoelectric material.
なお、例えば第二の内部導体がメッシュ状である場合のように、圧電材料を覆う第二の内部導体に隙間があってもよい。すなわちここでいう覆うとは、圧電材料の外周面を完全に覆うものに限らず、その範囲内に隙間があってもよい。 In addition, there may be a gap in the second inner conductor covering the piezoelectric material, for example, when the second inner conductor has a mesh shape. That is, the term "covering" as used herein is not limited to completely covering the outer peripheral surface of the piezoelectric material, and there may be a gap within the range.
また、上記記載のセンサ回路は、
前記第二の内部導体が、前記第一の内部導体とは異なる芯を構成するものであり、
前記第一の内部導体と前記第二の内部導体がより合わされた状態になっているものであってもよい。
In addition, the sensor circuit described above is
The second inner conductor constitutes a core different from that of the first inner conductor.
The first inner conductor and the second inner conductor may be in a twisted state.
このセンサ回路によれば、外部ノイズによって生じる第一の内部導体と第二の内部導体の電位の変動を抑え、外力による誘起電圧を検出する際の外部ノイズの影響を抑えることができる。 According to this sensor circuit, it is possible to suppress the fluctuation of the potentials of the first inner conductor and the second inner conductor caused by the external noise, and to suppress the influence of the external noise when detecting the induced voltage due to the external force.
また、上記記載のセンサ回路は、
前記第一の内部導体を複数備え、
前記第一の内部導体のうちの一つが、他の一つと前記圧電材料が異なる、または前記圧電材料の厚さが異なるものであってもよい。
In addition, the sensor circuit described above is
With a plurality of the first internal conductors
One of the first internal conductors may have a different piezoelectric material from the other, or may have a different thickness of the piezoelectric material.
このセンサ回路によれば、外力による誘起電圧をより大きくしたり、ダイナミックレンジを大きくしたりすることができる。 According to this sensor circuit, the induced voltage due to an external force can be made larger and the dynamic range can be made larger.
また、上記記載のセンサ回路は、
前記センサ電線が、外周を覆うシースが設けられたものであり、
前記センサ電線の一方の端部において、前記第一の内部導体および前記第二の内部導体の端部の外側が、前記外部シールド導体または前記外部シールド導体と同じ電位の導体に囲まれた状態となっており、
さらに前記一方の端部が、前記シースの端部までをカバー部材で覆われたものであってもよい。
In addition, the sensor circuit described above is
The sensor wire is provided with a sheath that covers the outer circumference.
At one end of the sensor wire, the outside of the end of the first inner conductor and the second inner conductor is surrounded by the outer shield conductor or a conductor having the same potential as the outer shield conductor. It has become
Further, one end of the sheath may be covered with a cover member up to the end of the sheath.
このセンサ回路によれば、外部との接続に用いられない側の端部においてノイズの影響を受けにくくすることができる。 According to this sensor circuit, it is possible to make it less susceptible to noise at the end portion on the side that is not used for connection with the outside.
上記目的を解決する本発明の第二の態様のセンサ回路は、
センサ電線と、
前記センサ電線と接続された非圧電性電線と、
第一の差動増幅器と、を備えたセンサ回路であって、
前記センサ電線は、
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む第一の外部シールド導体と、を有し、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記第一の外部シールド導体の間には絶縁体が配置されたものであり、
前記非圧電性電線は、
第三の内部導体と、
前記第三の内部導体を覆う絶縁体の外側に設けられた第四の内部導体と、
前記第三の内部導体および前記第四の内部導体を囲む第二の外部シールド導体と、を有し、
前記第三の内部導体、前記第四の内部導体、および前記第二の外部シールド導体の間には絶縁体が配置されたものであり、
前記第一の内部導体は、前記第三の内部導体と接続され、
前記第二の内部導体は、前記第四の内部導体と接続され、
前記第一の外部シールド導体は、前記第二の外部シールド導体と接続され、
前記第一の差動増幅器は、
前記第三の内部導体および前記第四の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力するものである、
ことを特徴とする。
The sensor circuit of the second aspect of the present invention that solves the above object is
With sensor wires
The non-piezoelectric wire connected to the sensor wire and
A sensor circuit with a first differential amplifier.
The sensor wire is
With the first inner conductor covered with piezoelectric material,
A second inner conductor provided on the outside of the piezoelectric material,
It has a first inner conductor and a first outer shield conductor that surrounds the second inner conductor.
An insulator is arranged between the first inner conductor, the second inner conductor, and the first outer shield conductor.
The non-piezoelectric wire is
With the third inner conductor,
A fourth inner conductor provided outside the insulator covering the third inner conductor,
It has a third inner conductor and a second outer shield conductor that surrounds the fourth inner conductor.
An insulator is arranged between the third inner conductor, the fourth inner conductor, and the second outer shield conductor.
The first inner conductor is connected to the third inner conductor,
The second inner conductor is connected to the fourth inner conductor,
The first outer shield conductor is connected to the second outer shield conductor.
The first differential amplifier
The third inner conductor and the fourth inner conductor are connected to different input ends, and the potential difference between these input ends is amplified and output.
It is characterized by that.
また、上記記載のセンサ回路は、
前記センサ電線と前記非圧電性電線との接続部分において、前記第一の内部導体と前記第三の内部導体との接続部分である第一の接続部分と、前記第二の内部導体と前記第四の内部導体との接続部分である第二の接続部分と、前記第一の外部シールド導体と前記第二の外部シールド導体との接続部分である第三の接続部分が、互いに絶縁された状態となっている、
ことを特徴とする。
In addition, the sensor circuit described above is
In the connection portion between the sensor electric wire and the non-piezoelectric electric wire, the first connection portion which is the connection portion between the first inner conductor and the third inner conductor, the second inner conductor and the first A state in which the second connection portion, which is the connection portion with the four inner conductors, and the third connection portion, which is the connection portion between the first outer shield conductor and the second outer shield conductor, are insulated from each other. ,
It is characterized by that.
また、上記記載のセンサ回路は、
前記第三の接続部分が、前記第一の接続部分および前記第二の接続部分を囲んだ状態となっている、
ことを特徴とする。
In addition, the sensor circuit described above is
The third connecting portion surrounds the first connecting portion and the second connecting portion.
It is characterized by that.
本発明によれば、外部ノイズの影響を受けにくいセンサ回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sensor circuit that is not easily affected by external noise.
本発明のセンサ電線は、電線の形状をしたセンサである。以下このセンサ電線の実施形態について説明する。 The sensor electric wire of the present invention is a sensor in the shape of an electric wire. Hereinafter, embodiments of this sensor electric wire will be described.
[第一実施形態のセンサ電線]
図1(A)は、本発明の第一実施形態のセンサ電線10の構造を示す断面図である。センサ電線10は、中心に設けられた第一の内部導体101と、その外側に設けられた第二の内部導体102と、さらにその外側に設けられた外部シールド導体103を有する。このうち第一の内部導体101と第二の内部導体102との間には第一の絶縁被覆104が設けられている。すなわち、第一の内部導体101は第一の絶縁被覆104で覆われており、これによって第二の内部導体102や外部シールド導体103と絶縁されている。また、第二の内部導体102と外部シールド導体103との間には第二の絶縁被覆105が設けられている。すなわち、第二の内部導体102は第二の絶縁被覆105で覆われており、これによって外部シールド導体103と絶縁されている。さらに外部シールド導体103の外側にはシース130が設けられている。
[Sensor wire of the first embodiment]
FIG. 1A is a cross-sectional view showing the structure of the sensor
図1(A)では、第一の内部導体101が直交する斜めの線によるハッチングで示されており、第二の内部導体102および外部シールド導体103が水平線によるハッチングで示されている。また、第一の絶縁被覆104が右下がりの線によるハッチングで示されており、第二の絶縁被覆105が左下がりの線によるハッチングで示されている。
In FIG. 1A, the first
第一の内部導体101は、図1(B)に示すように7本の導体線1000をより合わせたものである。また、図示は省略するが、図1(B)に示す導体線1000も、それぞれがより細い7本の導体線(本実施形態では太さ10μm)をより合わせて構成されている。すなわち、第一の内部導体101は、49本の導体線を2段階に分けてより合わせて構成されたものである。
The first
第一の内部導体101の構成については、本実施形態の構成に限られるものではなく、より合わせる段数が異なってもよいし、より合わせる導体線の数が異なってもよく、また、より合わせる導体線の太さが異なってもよい。より合わせる際には、異なる方向に捩じった導体線を組み合わせてもよいし、より合わせる段階に応じて捩じる方向を異ならせてもよい。さらに、1本の導体線で第一の内部導体101を構成してもよい。また、本実施形態ではこれらの導体線は銅製であるが、素材については特に限定されるものではなく、例えばステンレス、タングステン、チタン、マグネシウム、あるいはこれらの合金であってもよく、素材の異なる複数種類の導体線を組み合わせてもよい。
The configuration of the first
第二の内部導体102および外部シールド導体103は、いずれもアルミフィルムと銅のメッシュの組み合わせで構成されているが、これらの導体についてはこの構成に限定されるものではない。従って例えば、金属製のフィルムや、金属製のメッシュ、さらには金属線を螺旋状に巻き付けたもの、またはその組み合わせであってもよい。また、第二の内部導体102および外部シールド導体103の構成や素材は同じである必要はなく、異なっていてもよい。また例えば、外部シールド導体103が、金属製のメッシュの層と、金属箔を付けたPETフィルムの層との二層構造のように、複数の層を有するものであってもよい。
The second
第一の絶縁被覆104は、圧電材料であるPVDF(ポリフッ化ビニリデン)フィルムを用いて構成されたものであり、図2に示すように第一の内部導体101に螺旋状に巻き付けられたものである。なお、第一の絶縁被覆104は分極処理が施されたことにより圧電性を有するものである。
The first insulating
なお、図2では、第一の絶縁被覆104を二枚の圧電性フィルムで構成した例が示されているが、圧電性フィルムを用いる場合の数はこれに限定されるものではなく、例えば一枚であってもよいし複数であってもよい。なお、第一の内部導体101に圧電性フィルムを巻き付ける場合には隙間が生じないようにし、第一の内部導体101対してノイズの影響が生じにくくなるようにすることが好ましい。このため本実施形態の第一の絶縁被覆104では、図2に示すように二枚の帯状の圧電性フィルムを180度ずらしながら同じ方向に巻き付けることで、第一の内部導体101を中心にして圧電性フィルムに係る張力を均等にし、フィルムの偏りによって隙間が生じることを防止している。また、図1(A)に示すように第一の内部導体101を導体線1000をより合わせて構成した場合には、第一の内部導体101のより方向と同じ方向に圧電性フィルムを巻き付けてもよいし、逆方向に巻き付けてもよい。この方向によっては、センサ電線10の柔軟性を変えることができる場合がある。
Note that FIG. 2 shows an example in which the first insulating
なお、本実施形態ではPVDFを用いているが、第一の絶縁被覆104が圧電性を有する材料で構成されていればよく、例えば、トリフルオロエチレン(TrEF)や、PVDFとTrEFの混晶材料や、ポリ乳酸、ポリ尿酸、ポリアミノ酸等の双極子モーメントをもつ高分子材料を用いてもよい。また、第一の絶縁被覆104についてはPVDFフィルムのような圧電材料のフィルムを用いる構成に限られるものではなく、圧電材料を塗布する構成であってもよい。このような方式としては、浸漬(ドブ付け)塗装であってもよいしスプレー等による吹き付け塗装であってもよいし含浸塗装であってもよいしハケ塗りであってもよいし、コーター等による塗布装置による塗布であってもよい。
Although PVDF is used in this embodiment, the first insulating
第二の絶縁被覆105は、絶縁体の樹脂(例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等)による被覆であり、第一の絶縁被覆104とは異なり圧電性を有しないものである。
The second
次に、上記説明したセンサ電線10の使用例について図3を用いて説明する。図3は、図1に示すセンサ電線10を用いたセンサ回路20を示す図である。このセンサ回路20では、第一の内部導体101と第二の内部導体102が差動増幅器150に接続されており、外部シールド導体103がグランドに接続されている。差動増幅器150は、第一の内部導体101と第二の内部導体102との電位差を増幅して出力する。
Next, a usage example of the sensor
上記のセンサ回路20においてセンサ電線10に対して外力が加えられると、圧電性を有する第一の絶縁被覆104が変形し、その圧電効果によって第一の内部導体101と第二の内部導体102の電位差が変動する。この電位差が差動増幅器150によって増幅されて出力される。すなわちセンサ回路20は、センサ電線10にかかる外力に基づく信号を出力するセンサとしての機能を有する。なお、センサ電線10については、計測対象領域に貼り付ける、固定部材で固定する、一部が振動しやすいように浮かせた状態で固定する、といったように、様々な設置方法が可能であり、設置の方法が特に限定されるものではない。
When an external force is applied to the
また上記のセンサ回路20においては、外力に基づく信号に対する外部ノイズの影響を抑えるように構成されている。まず、第一の内部導体101と第二の内部導体102は、グランドに接続された外部シールド導体103によって囲まれており、外部ノイズによって電位が変動しにくくなるように構成されている。さらに、外部ノイズが外部シールド導体103を通過してしまっても、内側にある第一の内部導体101および第二の内部導体102の双方がこのノイズによる影響を受け、これらの内部導体同士で同様の電位の変動が生じる。上記センサ回路20では、第一の内部導体101と第二の内部導体102の電位差を増幅することで、外部ノイズの影響による電位の変動分を相殺するように構成されている。
Further, the
上記説明したようにセンサ回路20では、センサ電線10に対して外力が加えられた際に第一の内部導体101および第二の内部導体102の電位差が生じる一方、外部ノイズの影響による第一の内部導体101および第二の内部導体102の電位差についてはこれを抑えることができる。この構成により、外部ノイズの影響を抑えつつ、外力に基づく信号を得ることができる。
As described above, in the
なお、接地の状況によってはグランド電位が変動する場合があるが、上記説明したセンサ回路20ではグランドとの電位差ではなく第一の内部導体101と第二の内部導体102との電位差を用いているため、グランド電位の変動による影響を抑えることができる。
Although the ground potential may fluctuate depending on the grounding condition, the
センサ電線10では、外部シールド導体103と第二の内部導体102は第二の絶縁被覆105によって絶縁されているが、この構成はコンデンサとみなすことができる。また図3では、外部シールド導体103をグランドに接続した一例を示したが、実際の回路では、外部シールド導体103とグランドの間の配線によるインピーダンスが存在する。これらのみなしコンデンサの容量、インピーダンスの大きさ、外部ノイズの周波数によっては、外部ノイズによって外部シールド導体103に電位変動が生じた場合にこれをグランドで吸収しきれず、第二の内部導体102側に外部ノイズの影響が及ぶ可能性がある。このため、例えば、外部シールド導体103とグランドの間にバイパスコンデンサを設ける、といったように外部シールド導体103とグランドの間のインピーダンスをできるだけ低くすることが好ましい。図3では省略しているが、第二の内部導体102は差動増幅器150経由でグランドに接続されており、外部シールド導体103とグランドの間のインピーダンスについては、この第二の内部導体102とグランドの間のインピーダンスよりも低くすることが好ましい。また、上記のバイパスコンデンサについては可変コンデンサを用いてもよい。この場合、センサ電線10による検出対象の周波数に合わせてインピーダンスをより低く調整することができる。
In the sensor
上記のセンサ電線10を設置する際には、計測対象領域と出力側の回路までの間に計測対象外の領域がある場合がある。この場合、計測対象領域から計測対象外領域を経由して出力側の回路(例えば、図3の差動増幅器150)まで一本のセンサ電線10を設置することが可能である。このように設置した場合には、一本のセンサ電線10を、計測対象領域おいてはセンサとして、計測対象外領域では単なる信号配線として用いることができる。
When installing the sensor
しかし、計測対象外領域において地面の震動や機械の動作による振動等があると、これらによるノイズ信号が計測対象領域における信号に重畳してしまう。こうしたノイズ信号の影響を無くす場合には、計測対象外領域ではセンサ電線10を設置せずに圧電性を有しない電線(非圧電性電線)を使用してもよい。この場合の非圧電性電線の構成としては、センサ電線10の導体部分について相互の絶縁状態を維持したまま延長できる構成であればよく、さらに外部シールド導体の延長部分が他の導体部分を囲む構成となっていればよい。またセンサ電線10と非圧電性電線の接続部分においても、各導体部分の接続部分について相互の絶縁状態を維持するとともに、外部シールド導体との接続部分が他の接続部分を囲む構成となっていればよい。なお、このような電線の一例として、センサ電線10と同様の多層構造で、且つ圧電性のない絶縁被覆を用いた電線を用いてもよい。また、センサ電線10や非圧電性電線を使用するにあたり、計測対象領域と計測対象外領域との境界で使用する電線を使い分ける必要はなく、例えば、計測対象外領域にある非圧電性電線が計測対象領域に入り込んでいる、といったように、非圧電性電線が計測対象外領域だけでなく計測対象領域にも設置されるようにしてもよい。この場合、計測対象領域にセンサ電線10と非圧電性電線との接続部分が設けられることになる。なお、この構成では、センサ電線10の設置箇所が計測対象外領域のノイズ源から遠ざかることになるため、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
However, if there is vibration of the ground or vibration due to the operation of the machine in the region not to be measured, the noise signal due to these will be superimposed on the signal in the region to be measured. In order to eliminate the influence of such a noise signal, an electric wire having no piezoelectricity (non-piezoelectric electric wire) may be used without installing the sensor
以下、非圧電性電線として、センサ電線10と同様の多層構造で、且つ圧電性のない絶縁被覆を用いた構成の一例について説明する。この非圧電性電線は、センサ電線10と同様に導体と絶縁体の多層構造となっており、具体的には内側から順に、第一の内部導体101に対応する第一層、第一の絶縁被覆104に対応する第二層、第二の内部導体102に対応する第三層、第二の絶縁被覆105に対応する第四層、外部シールド導体103に対応する第五層、が設けられている。なお、これらの各層においてはセンサ電線10と同様の構成を採用することができるが、第二層が圧電性を有していない点でセンサ電線10と異なっている。なお、第二層については、第二の絶縁被覆105と同様の構成を採用することができる。
Hereinafter, an example of a configuration in which the non-piezoelectric wire has a multilayer structure similar to that of the
上記の多層構造の非圧電性電線のうち、第一層、第三層、第五層は導体である。このうち、第一層については第一の内部導体101の太さ以上の太さであることが好ましい。また、第三層については第二の内部導体102の厚さ以上の厚さであることが好ましく、第五層については外部シールド導体103の厚さ以上の厚さであることが好ましい。例えば、接続されるセンサ電線10に対し、対応する部分の太さ(あるいは厚さ)が1倍〜5倍の範囲であることが好ましく、1.2倍〜3.5倍の範囲であることがより好ましい。これらの導体があまり細い(薄い)と抵抗値が高くなるため、高精度で高速な計測のためには好ましくなく、また非圧電性電線が太くなると曲げにくく(固く)なるために、計測対象領域まで配線する際の自由度が低下してしまうことから、上記の範囲内であることが好ましい。特に、第一層は1.5倍〜2.5倍の太さが、第三層、第五層については2倍〜3倍の厚さであることが好ましい。
Among the non-piezoelectric wires having a multi-layer structure, the first layer, the third layer, and the fifth layer are conductors. Of these, the thickness of the first layer is preferably greater than or equal to the thickness of the first
上記の多層構造の非圧電性電線のうち、第二層、第四層は絶縁体である。このうち、第二層については第一の絶縁被覆104の厚さ以上の厚さであることが好ましく、第四層については第二の絶縁被覆105の厚さ以上の厚さであることが好ましい。例えば、接続されるセンサ電線10に対し、対応する部分の厚さが1倍〜5倍の範囲であることが好ましく、1.2倍〜3倍の範囲であることがより好ましい。これらの絶縁体があまり薄いと寄生容量が高くなるため、高精度で高速な計測のためには好ましくなく、また非圧電性電線を太くしすぎると曲げにくく(固く)なるために、計測対象領域まで配線する際の自由度が低下してしまうことから、上記の範囲内であることが好ましい。特に、第二層、第四層のそれぞれは1.5倍〜2.5倍の厚さであることが好ましい。
Among the non-piezoelectric wires having a multi-layer structure, the second layer and the fourth layer are insulators. Of these, the second layer is preferably thicker than the thickness of the first insulating
センサ電線10と、これに対応する構造の非圧電性電線とを接続するにあたっては、センサ電線10の各層の導通状態および絶縁状態が維持されるように、これと対応する非圧電性電線の層を接続すればよいが、このとき、これらの電線の各層に対応し、かつ各層と同じ材料を用いた構造で接続することが好ましい。但し、絶縁膜はシリコン樹脂やポリイミド樹脂、カプトン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂やウレタン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂など、絶縁性を有する樹脂を用いても良い。また導電体としては、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、チタンなど、ハンダ(有鉛ハンダ、無鉛ハンダ)などの金属化合物を用いても良い、
電線を接続する際の構造としては、テープ状のものを下層(内側)から順次巻き付けながら上層(外側)を徐々に巻き付けて接続していくのが製造上簡便である。他に、ボンドのように塗布する方法であったり、メッキ法でも、蒸着法、あるは圧着端子のように押し潰して接続しても良い。最も好ましいのは、導体はハンダ付けや銀ろう付け、アーク法による熱接続法などが、低抵抗で接続部の信頼性も高いので好ましい。また絶縁膜は、片面もしくは両面に糊状の粘着部を有する絶縁テープ(テープ部の材料は前述の高分子樹脂)を巻き付ける方法が簡便で絶縁性も高く、加工後に水分等の腐食液体侵入を防止できるため信頼性も良好である。なお、センサ電線10の外部シールド導体103と非圧電性電線の第五層を接続する際には、これらの接続部分が他の接続部分を覆った状態となっており、接続構造全体でシールド状態が維持されていることが好ましい。
When connecting the
As for the structure for connecting the electric wires, it is convenient in manufacturing to gradually wind the upper layer (outside) while sequentially winding the tape-shaped one from the lower layer (inside). Alternatively, it may be applied like a bond, plated, vapor-deposited, or crushed and connected like a crimp terminal. Most preferably, the conductor is soldered, silver brazed, a thermal connection method by an arc method, or the like because of low resistance and high reliability of the connection portion. In addition, the insulating film has a simple method of wrapping an insulating tape (the material of the tape part is the above-mentioned polymer resin) having a paste-like adhesive portion on one or both sides, and has high insulating properties, so that corrosive liquids such as moisture can enter after processing. Since it can be prevented, reliability is also good. When connecting the
なお、センサ電線10を使用する際には、回路に接続されていない側の端部で第一の内部導体101、第二の内部導体102、外部シールド導体103が露出していると、これらが互いに接触して外力に基づく信号が正確に得られなくなる場合がある。このため、回路に接続されていない側の端部においては、第一の内部導体101、第二の内部導体102、外部シールド導体103の絶縁を確実にしておくことが好ましい。また、回路に接続されていない側の端部で第一の内部導体101および第二の内部導体102が外部シールド導体103に覆われていない部分があると、そこから外部ノイズの影響を受ける場合がある。このため、回路に接続されていない側の端部においては、第一の内部導体101および第二の内部導体102を確実にシールドしておくことが好ましい。
When the sensor
図4は、センサ電線10の端部のうち回路に接続されていない側の端部について、絶縁部材および導体部材を施した一例を示す図である。この図では、端部に対して絶縁部材171、173、導体部材172、174、カバー部材175が適用されているが、各段階が理解しやすいよう、図4(A)から(F)までが段階的に示されている。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which an insulating member and a conductor member are applied to the end of the
図4(A)では、第一の内部導体101、第二の内部導体102、外部シールド導体103が露出した端部が示されている。図4(B)には、図4(A)で示す第一の内部導体101ごと第一の絶縁被覆104までが絶縁部材171で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材171が第一の絶縁被覆104まで覆われており、第一の内部導体101を露出させずに他の導体から確実に絶縁した状態とすることができる。
FIG. 4A shows the exposed ends of the first
図4(C)には、図4(B)で示す状態から、絶縁部材171ごと第二の内部導体102までが導体部材172で覆われた様子が示されている。この例では、第二の内部導体102と導体部材172の電位は同じになる。この導体部材172により、第一の内部導体101が外部ノイズの影響を受けにくくすることができる。
FIG. 4C shows a state in which the insulating
図4(D)には、図4(C)で示す状態から、導体部材172ごと第二の絶縁被覆105までが絶縁部材173で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材173が第二の絶縁被覆105まで覆われており、第二の内部導体102を露出させずに他の導体から確実に絶縁した状態とすることができる。
FIG. 4D shows a state in which the
図4(E)には、図4(D)で示す状態から、絶縁部材173ごと外部シールド導体103までが導体部材174で覆われた様子が示されている。この例では、外部シールド導体103と導体部材174の電位は同じになる。この導体部材174により、第一の内部導体101および第二の内部導体102がシールドされ、外部ノイズの影響を受けにくくすることができる。
FIG. 4 (E) shows a state in which the insulating
図4(F)には、図4(E)で示す状態から、導体部材174ごとシース130までがカバー部材175(シース130と同様の素材)で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材171、173および導体部材172、174が設けられた端部を保護することができる。なお、このカバー部材175を熱収縮(あるいは熱融着)する素材で構成しておき、端部を覆った状態で加熱することで密着させてもよい。
FIG. 4 (F) shows a state in which the
なお、上記の例で説明した絶縁部材171、173は、絶縁体の素材(例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等)であればよい。また、導体部材172、174は導電性の素材(例えば、アルミ、銅、錫、あるいは複数材料による合金、等)であればよい。また、導体部材172、174の形状についても、フィルム状やメッシュ状の他、筒状の棒端子を用いてもよく、その形状が限定されるものではない。
The insulating
なお、上記の例で説明した絶縁部材171、173、導体部材172、174、カバー部材175は、カバー部材175だけを用いたり、導体部材172を除いたりする、といったように、全て適用しなくともよい。また、上記の例に限らず、例えば、シース130を除く端部が平面である場合には、このシース130を除く端部を絶縁部材で覆い、その上を外部シールド導体103と接するように導体部材で覆い、さらにカバー部材を設ける、といった構成であってもよい。また、第一の内部導体101、第一の絶縁被覆104、第二の内部導体102、第二の絶縁被覆105までを、外部シールド導体103よりも短く切断し、これらを絶縁した上で外部シールド導体103で包み、さらにカバー部材を設ける、といった構成であってもよい。すなわち、導体同士の絶縁およびシールドをより確実にする構成であればよく、その構成が限定されるものではない。
It should be noted that the insulating
[第一実施形態の変形例1]
図1で説明したセンサ電線10は、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101が一つの構成であったが、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101を複数設けた構成としてもよい。図5は、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101を二つ設けたセンサ電線11の構造を示す断面図である。このセンサ電線11では、第一の内部導体101A、101Bによって複数(ここでは二つ)の芯が構成されており、これらの芯のそれぞれから外力に基づく信号が出力される。この断面図において第一の絶縁被覆104A、104Bと第二の内部導体102との間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。なお、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101を複数設けるにあたっては、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよい。さらに、例えば第一の絶縁被覆104A、104Bの厚さを異ならせる、あるいは素材を異ならせるといったように、外力に対する電位の変動(センサ感度)が第一の内部導体101のそれぞれで異なるように構成してもよい。また、第二の内部導体102については図1のセンサ電線10と同様の構成としてもよいし、導電性の素材による介在物を用いた構成としてもよい。
[Modification 1 of the first embodiment]
The sensor
図6および図7は、図5に示すセンサ電線11を用いたセンサ回路の一例を示す図である。図6に示すセンサ回路21では、複数の第一の内部導体101A、101Bの出力を合わせて増幅する構成を採用しており、外力に対する感度を高めることができる。一方図7に示すセンサ回路22では、複数の第一の内部導体101A、101Bのそれぞれに対し、第二の内部導体102との電位差を増幅して複数の信号を出力する構成となっている。外力に対する電位の変動(センサ感度)が第一の内部導体101A、101Bのそれぞれで異なる場合に図7のセンサ回路22の構成を採用した場合、外力に合わせて適切な信号を用いることができ、ダイナミックレンジを大きくとることができる。
6 and 7 are diagrams showing an example of a sensor circuit using the sensor
[第一実施形態の変形例2]
図5で説明したセンサ電線11は、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101が複数設けられており、これらが一つの第二の内部導体102で一緒に覆われた構成となっているが、この第二の内部導体102が、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101のそれぞれに対して設けられたものであってもよい。図8は、第一の内部導体101を覆う第一の絶縁被覆104、およびさらにその外側を覆う第二の内部導体102の組み合わせを二つ設けたセンサ電線12の構造を示す断面図である。このセンサ電線12では、第一の内部導体101A、101Bによって複数の芯が構成されており、これらの芯のそれぞれから外力に基づく信号が出力される。なお、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101を複数設けるにあたり、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成とすることや、例えば第一の絶縁被覆104A、104Bの厚さを異ならせる、あるいは素材を異ならせるといった点については図5のセンサ電線11と同様である。さらに、このセンサ電線12を用いたセンサ回路を構成する際には、図6のセンサ回路21のように複数の第一の内部導体101A、101Bの出力を合わせて、第二の内部導体102(102A、102Bのいずれか、または双方)との電位差を増幅する構成としてもよいし、図7のセンサ回路22のように複数の第一の内部導体101A、101Bのそれぞれに対し、第二の内部導体102(102A、102Bのいずれか、または双方)との電位差を増幅して複数の信号を出力する構成としてもよい。
[Modification 2 of the first embodiment]
The sensor
図9は、図8に示すセンサ電線12を用いたセンサ回路の一例を示す図である。センサ電線12では、第一の内部導体101Aと第二の内部導体102Aが一方の芯に属し、第一の内部導体101Bと第二の内部導体102Bがもう一方の芯に属する構成となっている。ここで、これらの芯に設けられた第一の絶縁被覆104A、104Bは、製造の際に厚さにばらつきが生じる場合があり、その結果部位によって外力に応じた電位の変化量が他の部位と比較して異なる場合がある。そこで図9に示すセンサ回路23では、同じ芯に属する内部導体同士の電位差ではなく、異なる芯に属する内部導体同士の電位差を増幅する構成を採用している。具体的には、第一の内部導体101Aと第二の内部導体102Bの電位差と、第一の内部導体101Bと第二の内部導体102Aの電位差をそれぞれ増幅し、さらにこれらの出力間の電位差を増幅する構成を採用している。この構成では、外力に応じた電位の変化量にばらつきが生じても、出力を平均化して安定させることができる。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a sensor circuit using the sensor
[第二実施形態のセンサ電線]
図10(A)は、本発明の第二実施形態のセンサ電線13の構造を示す断面図である。
[Sensor wire of the second embodiment]
FIG. 10A is a cross-sectional view showing the structure of the sensor
センサ電線13は、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201および第二の内部導体202を有し、これらを覆う第二の絶縁被覆205と、さらにこの外側に設けられた外部シールド導体203を有する。第一の内部導体201、第二の内部導体202、および外部シールド導体203は互いに絶縁されている。さらに外部シールド導体203の外側にはシース230が設けられている。この断面図においては第一の絶縁被覆204、第二の内部導体202、および第二の絶縁被覆205の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。上記説明した第一実施形態では、第二の内部導体102によって第一の内部導体101とは異なる芯が構成されていないのに対し、この第二実施形態では、第二の内部導体202によって第一の内部導体201とは異なる芯が構成されている点が異なる。また、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201および第二の内部導体202は、図10(B)に示すように外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成となっている。
The sensor
図10では、第一の内部導体201および第二の内部導体202が直交する斜めの線によるハッチングで示されており、外部シールド導体203が水平線によるハッチングで示されている。また、第一の絶縁被覆204が右下がりの線によるハッチングで示されており、第二の絶縁被覆205が左下がりの線によるハッチングで示されている。
In FIG. 10, the first
第一の内部導体201および第二の内部導体202は、第一実施形態における第一の内部導体101と同様の構成のものであり、素材については第一実施形態における第一の内部導体101と同様のものを採用することができる。なお、第一の内部導体201および第二の内部導体202の構成や素材は同じである必要はなく、異なるものであってもよい。
The first
外部シールド導体203は、アルミフィルムと銅のメッシュの組み合わせで構成されているが、この構成に限定されるものではない。従って例えば、金属製のフィルムや、金属製のメッシュ、さらには金属線を螺旋状に巻き付けたもの、またはその組み合わせであってもよい。また例えば、外部シールド導体203が、金属製のメッシュの層と、金属箔を付けたPETフィルムの層との二層構造のように、複数の層を有するものであってもよい。
The
第一の絶縁被覆204は、第一実施形態における第一の絶縁被覆104と同様に圧電材料であるPVDF(ポリフッ化ビニリデン)フィルムを用いて構成されたものであり、図2に示す第一実施形態の第一の絶縁被覆104と同様に第一の内部導体201に螺旋状に巻き付けられたものである。この第一の絶縁被覆204は分極処理が施されたことにより圧電性を有するものである。第一の絶縁被覆204の素材や構成については第一実施形態における第一の絶縁被覆104と同様のものを採用することができる。
The first insulating
第二の絶縁被覆205は、絶縁体の樹脂(例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等)による被覆であり、第一の絶縁被覆204とは異なり圧電性を有しないものである。
The second
次に、図10に示すセンサ電線13の使用例について図11を用いて説明する。図11は、図10に示すセンサ電線13を用いたセンサ回路24を示す図である。このセンサ回路24では、第一の内部導体201と第二の内部導体202が差動増幅器250に接続されており、外部シールド導体203がグランドに接続されている。差動増幅器250は、第一の内部導体201と第二の内部導体202との電位差を増幅して出力する。
Next, a usage example of the sensor
上記のセンサ回路24においてセンサ電線13に対して外力が加えられると、圧電性を有する第一の絶縁被覆204が変形し、その圧電効果によって第一の内部導体201と第二の内部導体202の間の電位が変動する。この電位差が差動増幅器250によって増幅されて出力される。すなわちセンサ回路24は、センサ電線13にかかる外力に基づく信号を出力するセンサとしての機能を有する。なお、センサ電線13については、計測対象領域に貼り付ける、固定部材で固定する、一部が振動しやすいように浮かせた状態で固定する、といったように、様々な設置方法が可能であり、設置の方法が特に限定されるものではない。
When an external force is applied to the sensor
また上記のセンサ回路24においては、外力に基づく信号に対する外部ノイズの影響を抑えるように構成されている。まず、第一の内部導体201と第二の内部導体202は、グランドに接続された外部シールド導体203によって囲まれており、外部ノイズによって電位が変動しにくくなるように構成されている。さらに、外部ノイズが外部シールド導体203を通過してしまっても、内側にある第一の内部導体201および第二の内部導体202の双方がこのノイズによる影響を受け、これらの内部導体同士で同様の電位の変動が生じる。上記センサ回路24では、第一の内部導体201と第二の内部導体202の電位差を増幅することで、外部ノイズの影響による電位の変動分を相殺するように構成されている。
Further, the
上記説明したようにセンサ回路24では、センサ電線13に対して外力が加えられた際に第一の内部導体201および第二の内部導体202の電位差が生じる一方、外部ノイズの影響による第一の内部導体201および第二の内部導体202の電位差についてはこれを抑えることができる。この構成により、外部ノイズの影響を抑えつつ、外力に基づく信号を得ることができる。
As described above, in the
なお、接地の状況によってはグランド電位が変動する場合があるが、上記説明したセンサ回路24ではグランドとの電位差ではなく第一の内部導体201と第二の内部導体202との電位差を用いているため、グランド電位の変動による影響を抑えることができる。
Although the ground potential may fluctuate depending on the grounding condition, the
センサ電線13では、外部シールド導体203と第二の内部導体202は第二の絶縁被覆205によって絶縁されているが、この構成はコンデンサとみなすことができる。また図3では、外部シールド導体203をグランドに接続した一例を示したが、実際の回路では、外部シールド導体203とグランドの間の配線によるインピーダンスが存在する。これらのみなしコンデンサの容量、インピーダンスの大きさ、外部ノイズの周波数によっては、外部ノイズによって外部シールド導体203に電位変動が生じた場合にこれをグランドで吸収しきれず、第二の内部導体202側に外部ノイズの影響が及ぶ可能性がある。このため、例えば、外部シールド導体203とグランドの間にバイパスコンデンサを設ける、といったように外部シールド導体203とグランドの間のインピーダンスをできるだけ低くすることが好ましい。図11では省略しているが、第二の内部導体202は差動増幅器250経由でグランドに接続されており、外部シールド導体203とグランドの間のインピーダンスについては、この第二の内部導体202とグランドの間のインピーダンスよりも低くすることが好ましい。また、上記のバイパスコンデンサについては可変コンデンサを用いてもよい。この場合、センサ電線13による検出対象の周波数に合わせてインピーダンスをより低く調整することができる。
In the sensor
上記のセンサ電線13を設置する際には、計測対象領域と出力側の回路までの間に計測対象外の領域がある場合がある。この場合、計測対象領域から計測対象外領域を経由して出力側の回路(例えば、図11の差動増幅器250)まで一本のセンサ電線13を設置することが可能である。このように設置した場合には、一本のセンサ電線13を、計測対象領域おいてはセンサとして、計測対象外領域では単なる信号配線として用いることができる。
When the above sensor
しかし、計測対象外領域において地面の震動や機械の動作による振動等があると、これらによるノイズ信号が計測対象領域における信号に重畳してしまう。こうしたノイズ信号の影響を無くす場合には、計測対象外領域ではセンサ電線13を設置せずに圧電性を有しない電線(非圧電性電線)を使用してもよい。この場合の非圧電性電線の構成としては、センサ電線13の導体部分について相互の絶縁状態を維持したまま延長できる構成であればよく、さらに外部シールド導体の延長部分が他の導体部分を囲む構成となっていればよい。またセンサ電線13と非圧電性電線の接続部分においても、各導体部分の接続部分について相互の絶縁状態を維持するとともに、外部シールド導体との接続部分が他の接続部分を囲む構成となっていればよい。なお、このような電線の一例として、センサ電線13と同様の多層構造で、且つ圧電性のない絶縁被覆を用いた電線を用いてもよい。また、センサ電線13や非圧電性電線を使用するにあたり、計測対象領域と計測対象外領域との境界で使用する電線を使い分ける必要はなく、例えば、計測対象外領域にある非圧電性電線が計測対象領域に入り込んでいる、といったように、非圧電性電線が計測対象外領域だけでなく計測対象領域にも設置されるようにしてもよい。この場合、計測対象領域にセンサ電線13と非圧電性電線との接続部分が設けられることになる。なお、この構成では、センサ電線13の設置箇所が計測対象外領域のノイズ源から遠ざかることになるため、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
However, if there is vibration of the ground or vibration due to the operation of the machine in the region not to be measured, the noise signal due to these will be superimposed on the signal in the region to be measured. In order to eliminate the influence of such a noise signal, an electric wire having no piezoelectricity (non-piezoelectric electric wire) may be used without installing the sensor
以下、非圧電性電線として、センサ電線13と同様の多層構造で、且つ圧電性のない絶縁被覆を用いた構成の一例について説明する。この非圧電性電線は、センサ電線13と同様に導体と絶縁体の多層構造となっており、具体的には内側から順に、第一の内部導体201に対応する第一層、第一の絶縁被覆204に対応する第二層、第二の内部導体202に対応する第三層(第二層までの芯と撚り合わせられる別芯)、第二の絶縁被覆205に対応する第四層、外部シールド導体203に対応する第五層、が設けられている。なお、これらの各層においてはセンサ電線13と同様の構成を採用することができるが、第二層が圧電性を有していない点でセンサ電線13と異なっている。なお、第二層については、第二の絶縁被覆205と同様の構成を採用することができる。
Hereinafter, an example of a configuration in which the non-piezoelectric wire has a multilayer structure similar to that of the
上記の多層構造の非圧電性電線のうち、第一層、第三層、第五層は導体である。このうち、第一層については第一の内部導体201の太さ以上の太さであることが好ましい。また、第三層については第二の内部導体202の太さ以上の太さであることが好ましく、第五層については外部シールド導体203の厚さ以上の厚さであることが好ましい。例えば、接続されるセンサ電線13に対し、対応する部分の太さ(あるいは厚さ)が1倍〜5倍の範囲であることが好ましく、1.2倍〜3.5倍の範囲であることがより好ましい。これらの導体があまり細い(薄い)と抵抗値が高くなるため、高精度で高速な計測のためには好ましくなく、また非圧電性電線が太くなると曲げにくく(固く)なるために、計測対象領域まで配線する際の自由度が低下してしまうことから、上記の範囲内であることが好ましい。特に、第一層、第三層は1.5倍〜2.5倍の太さが、第五層については2倍〜3倍の厚さであることが好ましい。
Among the non-piezoelectric wires having a multi-layer structure, the first layer, the third layer, and the fifth layer are conductors. Of these, the thickness of the first layer is preferably greater than or equal to the thickness of the first
上記の多層構造の非圧電性電線のうち、第二層、第四層は絶縁体である。このうち、第二層については第一の絶縁被覆204の厚さ以上の厚さであることが好ましく、第四層については第二の絶縁被覆205の厚さ以上の厚さであることが好ましい。例えば、接続されるセンサ電線13に対し、対応する部分の厚さが1倍〜5倍の範囲であることが好ましく、1.2倍〜3倍の範囲であることがより好ましい。これらの絶縁体があまり薄いと寄生容量が高くなるため、高精度で高速な計測のためには好ましくなく、また非圧電性電線を太くしすぎると曲げにくく(固く)なるために、計測対象領域まで配線する際の自由度が低下してしまうことから、上記の範囲内であることが好ましい。特に、第二層、第四層のそれぞれは1.5倍〜2.5倍の厚さであることが好ましい。
Among the non-piezoelectric wires having a multi-layer structure, the second layer and the fourth layer are insulators. Of these, the second layer preferably has a thickness equal to or greater than the thickness of the first insulating
センサ電線13と、これに対応する構造の非圧電性電線とを接続するにあたっては、センサ電線13の各層の導通状態および絶縁状態が維持されるように、これと対応する非圧電性電線の層を接続すればよいが、このとき、これらの電線の各層に対応し、かつ各層と同じ材料を用いた構造で接続することが好ましい。但し、絶縁膜はシリコン樹脂やポリイミド樹脂、カプトン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂やウレタン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂など、絶縁性を有する樹脂を用いても良い。また導電体としては、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、チタンなど、ハンダ(有鉛ハンダ、無鉛ハンダ)などの金属化合物を用いても良い、
電線を接続する際の構造としては、テープ状のものを下層(内側)から順次巻き付けながら上層(外側)を徐々に巻き付けて接続していくのが製造上簡便である。他に、ボンドのように塗布する方法であったり、メッキ法でも、蒸着法、あるは圧着端子のように押し潰して接続しても良い。最も好ましいのは、導体はハンダ付けや銀ろう付け、アーク法による熱接続法などが、低抵抗で接続部の信頼性も高いので好ましい。また絶縁膜は、片面もしくは両面に糊状の粘着部を有する絶縁テープ(テープ部の材料は前述の高分子樹脂)を巻き付ける方法が簡便で絶縁性も高く、加工後に水分等の腐食液体侵入を防止できるため信頼性も良好である。なお、センサ電線13の外部シールド導体203と非圧電性電線の第五層を接続する際には、これらの接続部分が他の接続部分を覆った状態となっており、接続構造全体でシールド状態が維持されていることが好ましい。せ
なお、センサ電線13を使用する際には、回路に接続されていない側の端部で第一の内部導体201、第二の内部導体202、外部シールド導体203が露出していると、これらが互いに接触して外力に基づく信号が正確に得られなくなる場合がある。このため、回路に接続されていない側の端部においては、第一の内部導体201、第二の内部導体202、外部シールド導体203の絶縁を確実にしておくことが好ましい。また、回路に接続されていない側の端部で第一の内部導体201および第二の内部導体202が外部シールド導体203に覆われていない部分があると、そこから外部ノイズの影響を受ける場合がある。このため、回路に接続されていない側の端部においては、第一の内部導体201および第二の内部導体202を確実にシールドしておくことが好ましい。
When connecting the
As for the structure for connecting the electric wires, it is convenient in manufacturing to gradually wind the upper layer (outside) while sequentially winding the tape-shaped one from the lower layer (inside). Alternatively, it may be applied like a bond, plated, vapor-deposited, or crushed and connected like a crimp terminal. Most preferably, the conductor is soldered, silver brazed, a thermal connection method by an arc method, or the like because of low resistance and high reliability of the connection portion. In addition, the insulating film has a simple method of wrapping an insulating tape (the material of the tape part is the above-mentioned polymer resin) having a paste-like adhesive portion on one or both sides, and has high insulating properties, and prevents corrosive liquids such as moisture from entering after processing. Since it can be prevented, reliability is also good. When connecting the
図12は、センサ電線10の端部のうち回路に接続されていない側の端部について、絶縁部材および導体部材を施した一例を示す図である。この図では、端部に対して絶縁部材271、273、導体部材274、カバー部材275が適用されているが、各段階が理解しやすいよう、図12(A)から(E)までが段階的に示されている。
FIG. 12 is a diagram showing an example in which an insulating member and a conductor member are applied to the end of the
図12(A)では、第一の内部導体201、第二の内部導体202、外部シールド導体203が露出した端部が示されている。図12(B)には、図12(A)で示す第一の内部導体201ごと第一の絶縁被覆204までが絶縁部材271で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材271が第一の絶縁被覆204まで覆われており、第一の内部導体201を露出させずに他の導体から確実に絶縁した状態とすることができる。
FIG. 12A shows the exposed ends of the first
図12(C)には、図12(B)で示す状態から、絶縁部材271および第二の内部導体202ごと第二の絶縁被覆205までが絶縁部材273で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材273が第二の絶縁被覆205まで覆われており、第二の内部導体202を露出させずに他の導体から確実に絶縁した状態とすることができる。
FIG. 12C shows a state in which the insulating
図12(D)には、図12(C)で示す状態から、絶縁部材273ごと外部シールド導体203までが導体部材274で覆われた様子が示されている。この例では、外部シールド導体203と導体部材274の電位は同じになる。この導体部材274により、第一の内部導体201および第二の内部導体202がシールドされ、外部ノイズの影響を受けにくくすることができる。
FIG. 12 (D) shows a state in which the insulating
図12(E)には、図12(D)で示す状態から、導体部材274ごとシース230までがカバー部材275(シース230と同様の素材)で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材271、273および導体部材274が設けられた端部を保護することができる。なお、このカバー部材275を熱収縮(あるいは熱融着)する素材で構成しておき、端部を覆った状態で加熱することで密着させてもよい。
FIG. 12 (E) shows a state in which the
なお、上記の例で説明した絶縁部材271、273は、絶縁体の素材(例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等)であればよい。また、導体部材274は導電性の素材(例えば、アルミ、銅、錫、あるいは複数材料による合金、等)であればよい。また、導体部材274の形状についても、フィルム状やメッシュ状の他、筒状の棒端子を用いてもよく、その形状が限定されるものではない。
The insulating
なお、上記の例で説明した絶縁部材271、273、導体部材274、カバー部材275は、カバー部材275だけを用いたり、導体部材272だけを他の導体から絶縁する絶縁部材を用いたりする、といったように、同じ構成である必要はない。また、上記の例に限らず、例えば、シース230を除く端部が平面状である場合には、このシース230を除く端部を絶縁部材で覆い、その上を外部シールド導体203と接するように導体部材で覆い、さらにカバー部材を設ける、といった構成であってもよい。また、第一の内部導体201、第一の絶縁被覆204、第二の内部導体202、第二の絶縁被覆205までを、外部シールド導体203よりも短く切断し、これらを絶縁した上で外部シールド導体203で包み、さらにカバー部材を設ける、といった構成であってもよい。すなわち、導体同士の絶縁およびシールドをより確実にする構成であればよく、その構成が限定されるものではない。
The insulating
[第二実施形態の変形例1]
図10で説明したセンサ電線13は、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201および第二の内部導体202を、第二の絶縁被覆205で覆う構成を採用しているが、この構成に限らず、例えば、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201と、第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202のそれぞれが設け、さらにこれらの外側を外部シールド導体203で覆う構成としてもよい。図13は、この構成を採用したセンサ電線14の構造を示す断面図である。このセンサ電線14は、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202を有し、さらにこれらの外側に設けられた外部シールド導体203を有する。第一の内部導体201、第二の内部導体202、および外部シールド導体203は互いに絶縁されている。さらに外部シールド導体203の外側にはシース230が設けられている。なお、図10のセンサ電線13とは、第二の絶縁被覆205が設けられた位置が異なっている。この断面図においては第一の絶縁被覆204、第二の絶縁被覆205、および外部シールド導体203の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。なお、図10のセンサ電線13では、外部ノイズの影響を抑えるために第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201と第二の内部導体202をより合わせているが、このセンサ電線14では、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202をより合わせた構成となっている。
[Modification 1 of the second embodiment]
The sensor
また、第二の絶縁被覆205は、第一の絶縁被覆204と同じ素材、構成の被覆であって、圧電性を有しないものを採用している。すなわち、第二の絶縁被覆205は、第一の絶縁被覆204とは圧電性の有無が異なるものである。なお、第一の絶縁被覆204と同じ素材に限らず、例えば絶縁体の樹脂(例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等)のような第一の絶縁被覆204と異なる素材を用いてもよい。
Further, the second insulating
図14は、図13に示すセンサ電線14を用いたセンサ回路25を示す図である。このセンサ回路25は、第二の絶縁被覆205の位置以外は図11に示すセンサ回路24と同じ構成である。上記のセンサ回路25においてセンサ電線14に対して外力が加えられると、圧電性を有する第一の絶縁被覆204が変形し、その圧電効果によって第一の内部導体201の電位が変動する。一方、第二の絶縁被覆205は圧電性を有しないため、第二の内部導体202においては外力に応じた電位の変動が生じない。結果として、センサ電線14に対して外力が加えられると第一の内部導体201と第二の内部導体202の電位差が変動し、この電位差が差動増幅器250によって増幅されて出力される。すなわちセンサ回路25は、センサ電線14にかかる外力に基づく信号を出力するセンサとしての機能を有する。
FIG. 14 is a diagram showing a
また上記のセンサ回路25においては、外力に基づく信号に対する外部ノイズの影響を抑えるように構成されている。まず、第一の内部導体201と第二の内部導体202は、グランドに接続された外部シールド導体203によって囲まれており、外部ノイズによって電位が変動しにくくなるように構成されている。さらに、外部ノイズが外部シールド導体203を通過してしまっても、内側にある第一の内部導体201および第二の内部導体202の双方がこのノイズによる影響を受け、これらの内部導体同士で同様の電位の変動が生じる。上記センサ回路25では、第一の内部導体201と第二の内部導体202の電位差を増幅することで、外部ノイズの影響による電位の変動分を相殺するように構成されている。なお、外部ノイズの影響による電位の変動分をより効果的に相殺するにあたっては、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201と第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202の長さや太さ、静電容量(絶縁被覆の誘電率および厚さ)、インピーダンス、シールドのされ具合等、電気的・物理的な条件が揃っていることが好ましい。
Further, the
上記説明したようにセンサ回路25では、センサ電線14に対して外力が加えられた際に第一の内部導体201および第二の内部導体202の電位差が生じる一方、外部ノイズの影響による第一の内部導体201および第二の内部導体202の電位差についてはこれを抑えることができる。この構成により、外部ノイズの影響を抑えつつ、外力に基づく信号を得ることができる。
As described above, in the
なお、外部シールド導体203の接地の状況によってはグランド電位が変動する場合があるが、上記説明したセンサ回路25ではグランドとの電位差ではなく第一の内部導体201と第二の内部導体202との電位差を用いているため、グランド電位の変動による影響を抑えることができる。
The ground potential may fluctuate depending on the grounding condition of the
[第二実施形態の変形例2]
図13で説明したセンサ電線14は、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201、および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202の双方が、外部シールド導体203によって仕切られた一つの空間内に収められた構成となっている。しかし、センサ電線の構成はこれに限られるものではなく、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201、および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202が、それぞれ外部シールド導体203によって仕切られた別々の空間内に収められた構成であってもよい。図15に示すセンサ電線15はこのような構成の一例であり、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201、および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202が、それぞれ別の外部シールド導体203A、203Bに覆われた構成となっている。なお、外部シールド導体203Aおよび第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201と、外部シールド導体203Bおよび第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202については、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよい。
[Modification 2 of the second embodiment]
In the
図16は、図15に示すセンサ電線15を用いたセンサ回路の一例を示す図である。図16のセンサ回路26では、二つの外部シールド導体203A、203Bがそれぞれグランドに接続されていること以外は図14に示すセンサ回路25と同じ構成であり、図14に示すセンサ回路25と同様の効果を奏する。なお、図15に示すセンサ電線15では、二つの外部シールド導体203A、203Bが接しているためいずれかをグランドに接続した構成としてもよい。また、二つの外部シールド導体203A、203Bが絶縁された構成としてもよく、この場合には図16に示すようにいずれの外部シールド導体203もグランドに接続した構成とすればよい。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a sensor circuit using the sensor
[第二実施形態の変形例3]
図10で説明したセンサ電線13や図13で説明したセンサ電線14は、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201が一つの構成であったが、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201を複数設けた構成としてもよい。図17はこのような構成の一例であって、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201を二つ設けたセンサ電線16の構造を示す断面図である。このセンサ電線16では、第一の内部導体201A、201Bのそれぞれから外力に基づく信号が出力される。この断面図においては第一の絶縁被覆204A、204B、第二の絶縁被覆205、および外部シールド導体203の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。なお、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201を複数設けるにあたっては、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよく、第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202とより合わせた構成としてもよい。さらに、例えば第一の絶縁被覆204A、204Bの厚さを異ならせる、あるいは素材を異ならせるといったように、外力に対する電位の変動(センサ感度)が第一の内部導体201のそれぞれで異なるように構成してもよい。また、図17に示すセンサ電線16では、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201、および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202がすべて外部シールド導体203によって仕切られた一つの空間に収められた構成となっているが、図15の例で説明したように、それぞれ外部シールド導体203によって仕切られた別の空間に分けて収められた構成であってもよい。
[Modification 3 of the second embodiment]
The sensor
図18および図19は、図17に示すセンサ電線16を用いたセンサ回路の一例を示す図である。図18に示すセンサ回路27では、複数の第一の内部導体201A、201Bの出力を合わせて増幅する構成を採用しており、外力に対する感度を高めることができる。一方図19に示すセンサ回路28では、複数の第一の内部導体201A、201Bのそれぞれに対し、第二の内部導体102との電位差を増幅して複数の信号を出力する構成となっている。外力に対する電位の変動(センサ感度)が第一の内部導体201A、201Bのそれぞれで異なる場合に図19のセンサ回路28の構成を採用した場合、外力に合わせて適切な信号を用いることができ、ダイナミックレンジを大きくとることができる。
18 and 19 are diagrams showing an example of a sensor circuit using the sensor
[第二実施形態の変形例4]
図13のセンサ電線14の説明において、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201と第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202の長さや太さ、静電容量、インピーダンス、シールドのされ具合等、電気的・物理的な条件が揃っていることが好ましい点について述べたが、このような電気的・物理的な条件を揃えた組を採用する場合、その数は一つに限られるものではなく、複数設けてもよい。この場合、外力に対して生じる第一の内部導体201の電位の変動(センサ感度)が、各組において同じであってもよいし、異なっていてもよい。
[Modification 4 of the second embodiment]
In the description of the sensor
図20に示すセンサ電線17は、第一の内部導体201と第二の内部導体202の組を二つ設けた例を示す断面図である。この図20では左側と上側にそれぞれ第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201が配置され、右側と下側にそれぞれ第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202が配置されている。二つある第一の内部導体201は、これらを覆う第一の絶縁被覆204の厚さがそれぞれ異なっている。具体的には、図20の左側に位置している第一の絶縁被覆204Aよりも、上側に位置している第一の絶縁被覆204Bの方がより厚くなっている。これにより、上側に位置している第一の内部導体201Bの方が、左側に位置している第一の内部導体201Aよりも、外力に対して生じる電位の変動(センサ感度)が高くなっている。この断面図においては第一の絶縁被覆204A、204B、第二の絶縁被覆205A、205B、および外部シールド導体203の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。
The sensor
なお、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202を複数設けるにあたっては、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよい。このとき例えば、後述する第一の組および第二の組のそれぞれをより合わせた後でさらにこれらをより合わせる、といったように、段階的により合わせてもよく、より合わせ方が限定されるものではない。また、図20に示すセンサ電線17では、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201、および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202がすべて外部シールド導体203によって仕切られた一つの空間に収められた構成となっているが、図15の例で説明したように、それぞれ外部シールド導体203によって仕切られた別の空間に分けて収められた構成であってもよい。
When a plurality of first
二つある第二の内部導体202のうち、右側にある第二の内部導体202Aは、左側にある第一の内部導体201Aにおける外部ノイズの影響を相殺するために設けられたものである。第一の内部導体201Aと第二の内部導体202Aは同じ構成のものである。また、第一の絶縁被覆204Aと第二の絶縁被覆205Aは、第一の絶縁被覆204Aが圧電性を有している(分極処理が施されている)のに対し、第二の絶縁被覆205Aは圧電性を有しない(分極処理が施されていない)点が異なるが、その素材や厚さは同じ構成のものである。すなわち、第一の絶縁被覆204Aで覆われた第一の内部導体201Aと、第二の絶縁被覆205Aで覆われた第二の内部導体202Aは、圧電性の有無を除き、電気的・物理的な条件を揃えたものである。なお以下の説明では、これらの第一の絶縁被覆204Aで覆われた第一の内部導体201Aと、第二の絶縁被覆205Aで覆われた第二の内部導体202Aの組を第一の組と称する。
Of the two second
二つある第二の内部導体202のうち、下側にある第二の内部導体202Bは、上側にある第一の内部導体201Bにおける外部ノイズの影響を相殺するために設けられたものである。第一の内部導体201Bと第二の内部導体202Bは同じ構成のものである。また、第一の絶縁被覆204Bと第二の絶縁被覆205Bは、第一の絶縁被覆204Bが圧電性を有している(分極処理が施されている)のに対し、第二の絶縁被覆205Bは圧電性を有しない(分極処理が施されていない)点が異なるが、その素材や厚さは同じ構成のものである。すなわち、第一の絶縁被覆204Bで覆われた第一の内部導体201Bと、第二の絶縁被覆205Bで覆われた第二の内部導体202Bは、圧電性の有無を除き、電気的・物理的な条件を揃えたものである。なお以下の説明では、これらの第一の絶縁被覆204Bで覆われた第一の内部導体201Bと、第二の絶縁被覆205Bで覆われた第二の内部導体202Bの組を第二の組と称する。
Of the two second
図21は、図20に示すセンサ電線17を用いたセンサ回路29を示す図である。このセンサ回路29では、第一の組の第一の内部導体201Aおよび第二の内部導体202Aが差動増幅器250に接続され、第二の組の第一の内部導体201Bおよび第二の内部導体202Bが差動増幅器250に接続され、外部シールド導体203がグランドに接続されている。差動増幅器250は、第一の組と第二の組のそれぞれにおいて、第一の内部導体201と第二の内部導体202との電位差を増幅して出力する。このセンサ回路29では、外力に合わせて適切な信号を用いることができ、ダイナミックレンジを大きくとることができる。
FIG. 21 is a diagram showing a
[ノイズセンサとしての構成1]
上記説明した第一実施形態と第二実施形態、およびこれらの変形例のセンサ回路20〜29は、センサ電線に外力が加えられない状態では、有効に活用することができない。例えば、これらのセンサ回路をベッドや枕に適用して就寝中の患者の状態をモニターする、といった用途を考えた場合、患者がベッドから離れている間はセンサ電線に外力が加えられないため、有効に利用することができない。そこで上記のセンサ回路における差動増幅器への接続を切り替えてノイズセンサとして使用できるようにすることで、利用できる機会を増やすことができる。上記の例では、ベッドに患者が接近した際には外部ノイズが検出されることから、ベッド周辺における動きのデータとして利用することができる。以下、この構成について説明する。
[Configuration 1 as a noise sensor]
The first embodiment and the second embodiment described above, and the
上記説明した第一実施形態と第二実施形態、およびこれらの変形例のセンサ回路20〜29では、いずれも第一の内部導体101、201と第二の内部導体102、202が差動増幅器150、250に入力され、外部シールド導体103、203がグランドに接続されている(図3、5、6、8、10、12、14、16、17、19)。外部シールド導体103、203は、第一の内部導体101、201と第二の内部導体102、202を囲んでおり、これらの導体の中では最も外部ノイズの影響を受ける。そこで、これらのセンサ回路20〜29において、差動増幅器150、250への入力のいずれか一方を外部シールド導体103、203に切り替えることで、差動増幅器150、250の出力に外部ノイズを反映させることができ、ノイズセンサとして使用することができる。このとき、差動増幅器150、250へのもう一方の入力についてはそのままであってもよいし、グランドに接続してもよい。
In the first embodiment and the second embodiment described above, and the
図22に示すセンサ回路30は上記説明した構成の一例であり、図3に示すセンサ回路20の一部にスイッチ301を加えたものである。このスイッチ301が初期状態である場合(図22に示す状態)では、図3に示すセンサ回路20と同じ構成となっているが、スイッチ301が切り替えられると、第一の内部導体101にかわって外部シールド導体103が差動増幅器150に接続され、ノイズセンサとして使用することができる。
The
また、図23に示すセンサ回路31は上記説明した構成の一例であり、図11に示すセンサ回路24の一部にスイッチ301を加えたものである。このスイッチ301が初期状態である場合(図23に示す状態)では、図11に示すセンサ回路24と同じ構成となっているが、スイッチ301が切り替えられると、第一の内部導体201にかわって外部シールド導体203が差動増幅器250に接続され、ノイズセンサとして使用することができる。
Further, the
なお、上記図22、21のスイッチ301については、例えばタイマを用いてスイッチ301の状態を切り替えることでセンサ機能が切り替えられるようにしてもよい。また、マイコン等を用いて、所望の条件に応じてスイッチ301が切り替えられるようにしてもよい。
Regarding the
[ノイズセンサとしての構成2]
図22のセンサ回路30および図23のセンサ回路31では、センサ電線にかかる外力に基づく信号を出力するセンサとしての機能と、ノイズに起因する信号を出力するセンサとしての機能をスイッチ301を用いて切り替える構成について説明した。このうち前者の機能は、第一の内部導体101、201と第二の内部導体102、202の電位差を差動増幅器150、250によって増幅することで実現することができる。また、後者の機能については、第一の内部導体101、201と第二の内部導体102、202のいずれか一方と、外部シールド導体103、203との電位差を差動増幅器150、250によって増幅することで実現することができる。ここで、これらの機能を切り替えずに、双方の機能を有するように構成してもよい。
[Configuration 2 as a noise sensor]
In the
図24に示すセンサ回路32は上記説明した構成の一例であり、図3に示すセンサ回路20に対し、外部シールド導体103と第二の内部導体102との電位差を増幅して出力する差動増幅器151を加えたものである。このセンサ回路32では、外力に応じた信号と、ノイズに応じた信号の双方を同時に利用することができる。
The
また、図25に示すセンサ回路33は上記説明した構成の一例であり、図11に示すセンサ回路24に対し、外部シールド導体203と第二の内部導体202との電位差を増幅して出力する差動増幅器251を加えたものである。このセンサ回路33では、外力に応じた信号と、ノイズに応じた信号の双方を同時に利用することができる。
Further, the
例えば、図3に示すセンサ回路20や図11に示すセンサ回路24では、外力に応じた信号が外部ノイズによる影響を受けた場合に、その信号が外力によるものなのか、それとも外部ノイズによるものなのか判断できない場合がある。図24に示すセンサ回路32や図25に示すセンサ回路33では、別途追加した差動増幅器151、251の出力によって外部ノイズの影響の度合いが判別でき、信号が外力に応じたものであるかを判断することができる。
For example, in the
[その他]
上記説明したセンサ電線およびセンサ回路の構成は一例であり、処理の内容が同じであればよく、その構成について限定されるものではない。例えば、上記のセンサ電線の実施形態では内部導体同士をより合わせることについて説明したが、より合わせる対象が三つ以上ある場合には、例えば三つ編みのように編み込みによってより合わせてもよい。また、センサ電線の導体をメッシュ状に構成する場合、その孔の大きさによっては、内側にノイズが侵入し易くなる問題がある。この場合、その孔の大きさが、問題とするノイズの波長の半分以下となるように構成することで、ノイズが侵入しにくくすることができる。また、上記のセンサ回路の実施形態において、差動増幅器を複数用いずに一の差動増幅器を共有する構成としてもよいし、ノッチフィルタ等を適宜設けてもよい。また、上記のセンサ回路の実施形態では、センサ電線の端部の一方側に差動増幅器を接続する構成について説明したが、センサ電線の両端側ともに同じ差動増幅器に接続する構成としてもよい。
[others]
The configurations of the sensor electric wire and the sensor circuit described above are examples, and the processing contents may be the same, and the configuration is not limited. For example, in the above-described embodiment of the sensor electric wire, twisting of the internal conductors has been described, but when there are three or more objects to be twisted, they may be twisted by braiding, for example, as in a braid. Further, when the conductor of the sensor electric wire is formed in a mesh shape, there is a problem that noise easily enters inside depending on the size of the hole. In this case, by configuring the hole size to be half or less of the wavelength of the noise in question, it is possible to prevent noise from entering. Further, in the embodiment of the sensor circuit described above, one differential amplifier may be shared without using a plurality of differential amplifiers, or a notch filter or the like may be appropriately provided. Further, in the above-described embodiment of the sensor circuit, the configuration in which the differential amplifier is connected to one side of the end of the sensor wire has been described, but both ends of the sensor wire may be connected to the same differential amplifier.
また、各実施形態で説明したセンサ電線と同様の構造を採用した非圧電性電線およびその接続構造については、各変形例に適用することができ、変形例のセンサ電線の構成と同様の構成の非圧電性電線を用いることができる。 Further, the non-piezoelectric electric wire and its connection structure adopting the same structure as the sensor electric wire described in each embodiment can be applied to each modified example, and have the same configuration as the sensor electric wire of the modified example. Non-piezoelectric wires can be used.
10、11、12、13、14、15、16、17 センサ電線
101、201 第一の内部導体
102、202 第二の内部導体
103、203 外部シールド導体
104、204 第一の絶縁被覆
105、205 第二の絶縁被覆
130、230 シース
171、173、271、273 絶縁部材
172、174、274 導電部材
175、275 カバー部材
20、21、22、23、24、25、26、27、28、29 センサ回路
30、31、32、33 センサ回路
150、151、250、251 差動増幅器
10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
Claims (7)
第一の差動増幅器と、を備えたセンサ回路であって、
前記センサ電線は、
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を有し、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されたものであり、
前記第一の差動増幅器は、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力するものであり、
前記外部シールド導体とグランドの間のインピーダンスが、前記第二の内部導体とグランドの間のインピーダンスよりも低い、
ことを特徴とするセンサ回路。 With sensor wires
A sensor circuit with a first differential amplifier.
The sensor wire is
With the first inner conductor covered with piezoelectric material,
A second inner conductor provided on the outside of the piezoelectric material,
It has the first inner conductor and the outer shield conductor surrounding the second inner conductor.
An insulator is arranged between the first inner conductor, the second inner conductor, and the outer shield conductor.
The first differential amplifier
The first inner conductor and the second inner conductor are connected to different input ends, and the potential difference between these input ends is amplified and output.
The impedance between the outer shield conductor and the ground is lower than the impedance between the second inner conductor and the ground.
A sensor circuit characterized by that.
前記第一の差動増幅器の入力端のいずれか一方が前記外部シールド導体に接続された状態に切り替える切替回路を有する、
ことを特徴とするセンサ回路。 The sensor circuit according to claim 1.
It has a switching circuit that switches to a state in which one of the input ends of the first differential amplifier is connected to the external shield conductor.
A sensor circuit characterized by that.
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体のいずれか一方と前記外部シールド導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第二の差動増幅器と、
を備えたことを特徴とするセンサ回路。 The sensor circuit according to claim 1.
With a second differential amplifier in which either one of the first inner conductor and the second inner conductor and the outer shield conductor are connected to different input ends, and the potential difference between these input ends is amplified and output. ,
A sensor circuit characterized by being equipped with.
前記第二の内部導体は、前記圧電材料の外周を覆うものである、
ことを特徴とするセンサ回路。 The sensor circuit according to any one of claims 1 to 3.
The second inner conductor covers the outer circumference of the piezoelectric material.
A sensor circuit characterized by that.
前記第二の内部導体は、前記第一の内部導体とは異なる芯を構成するものであり、
前記第一の内部導体と前記第二の内部導体がより合わされた状態になっている、
ことを特徴とするセンサ回路。 The sensor circuit according to any one of claims 1 to 3.
The second inner conductor constitutes a core different from that of the first inner conductor.
The first inner conductor and the second inner conductor are twisted together.
A sensor circuit characterized by that.
前記第一の内部導体を複数備え、
前記第一の内部導体のうちの一つが、他の一つと前記圧電材料が異なる、または前記圧電材料の厚さが異なるものである、
ことを特徴とするセンサ回路。 The sensor circuit according to any one of claims 1 to 5.
With a plurality of the first internal conductors
One of the first internal conductors has a different piezoelectric material from the other, or has a different thickness of the piezoelectric material.
A sensor circuit characterized by that.
前記センサ電線は、外周を覆うシースが設けられたものであり、
前記センサ電線の一方の端部において、前記第一の内部導体および前記第二の内部導体の端部の外側が、前記外部シールド導体または前記外部シールド導体と同じ電位の導体に囲まれた状態となっており、
さらに前記一方の端部は、前記シースの端部までをカバー部材で覆われたものである、
ことを特徴とするセンサ回路。 The sensor circuit according to any one of claims 1 to 6.
The sensor electric wire is provided with a sheath that covers the outer circumference.
At one end of the sensor wire, the outside of the end of the first inner conductor and the second inner conductor is surrounded by the outer shield conductor or a conductor having the same potential as the outer shield conductor. It has become
Further, one end of the sheath is covered with a cover member up to the end of the sheath.
A sensor circuit characterized by that.
Priority Applications (1)
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