JP2022128058A - ワイヤセンサ、センサシステム、及び位置検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブル状圧電センサのどこが変形したかを検知することが可能なワイヤセンサ等を提供する。【解決手段】ワイヤセンサ１００は、導電性の第１導体層９１、柔軟性を有し圧電作用を示す圧電層９３、及び、導電性の第２導体層９５がこの順に積層され、積層方向に直交する方向に延びて長尺状の圧電ワイヤ９０と、圧電ワイヤ９０の長手方向における一端部において、圧電ワイヤ９０に変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づく第１導体層９１及び第２導体層９５間に発生する第１信号Ｓ１を取得する第１検知器８１と、他端部において第１導体層９１及び第２導体層９５間に発生する第２信号Ｓ２を取得する第２検知器８３と、取得した第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２に基づいて、圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出する演算器７０と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、ワイヤセンサ、当該ワイヤセンサを用いたセンサシステム及び位置検知方法に関する。

従来、ケーブル状の圧電センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたケーブル状圧電センサなどを用いることで、当該ケーブル状圧電センサが触れられる等によって変形したことを検知することが可能となる。

特開２００５－３５１６６４号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたケーブル状圧電センサにおいて、ケーブル状圧電センサが変形したことを検知することはできるものの、ケーブル状圧電センサのどこが変形したかを検知することは困難である。本開示は、ケーブル状圧電センサのどこが変形したかを検知することが可能なワイヤセンサ等を提供する。

本開示の一態様に係るワイヤセンサは、導電性の第１導体層、柔軟性を有し圧電作用を示す圧電層、及び、導電性の第２導体層がこの順に積層され、積層方向に直交する方向に延びて長尺状の圧電ワイヤと、前記圧電ワイヤの長手方向における一端部において、前記圧電ワイヤに変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく前記第１導体層及び前記第２導体層間に発生する第１信号を取得する第１検知器と、前記圧電ワイヤの前記長手方向における他端部において、前記圧電ワイヤに前記変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく前記第１導体層及び前記第２導体層間に発生する第２信号を取得する第２検知器と、取得した前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記圧電ワイヤ上の前記変形が発生した位置を算出する演算器と、を備える。

また、本開示の一態様に係るセンサシステムは、上記に記載のワイヤセンサである第１ワイヤセンサと、前記圧電ワイヤを支持する基材と、を備える。

また、本開示の一態様に係る位置検知方法は、導電性の第１導体層、柔軟性を有し圧電作用を示す圧電層、及び、導電性の第２導体層がこの順に積層され、積層方向に直交する方向に延びて長尺状の圧電ワイヤの長手方向における一端部において、前記圧電ワイヤに変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく前記第１導体層及び前記第２導体層間に発生する第１信号を取得し、前記圧電ワイヤの前記長手方向における他端部において、前記圧電ワイヤに前記変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく前記第１導体層及び前記第２導体層間に発生する第２信号を取得し、取得した前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記圧電ワイヤ上の前記変形が発生した位置を算出する。

本開示によれば、ケーブル状圧電センサのどこが変形したかを検知することが可能なワイヤセンサ等を提供できる。

図１は、実施の形態に係るセンサシステムの使用事例を示す第１図である。 図２は、実施の形態に係るセンサシステムの使用事例を示す第２図である。 図３は、実施の形態に係る圧電センサの構成を示す概略図である。 図４は、実施の形態に係るワイヤセンサの機能構成を示すブロック図である。 図５は、実施の形態に係るワイヤセンサの動作を示すフローチャートである。 図６は、実施の形態の変形例に係るセンサシステムの構成を示す第１概略図である。 図７は、実施の形態の変形例に係るセンサシステムの構成を示す第２概略図である。 図８は、実施の形態の変形例に係るセンサシステムの構成を示す第３概略図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。

（実施の形態）
実施の形態に係るセンサシステムについて説明する。

［概要］
本実施の形態におけるセンサシステムの使用事例について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、実施の形態に係るセンサシステムの使用事例を示す第１図である。また、図２は、実施の形態に係るセンサシステムの使用事例を示す第２図である。

本実施の形態に係るセンサシステムでは柔軟性のある圧電ワイヤ９０を用いるので、この圧電ワイヤ９０を屈曲させて面状に配置することで、圧電ワイヤ９０を支持する基材上の主面において測定対象面を構成できる。この測定対象面は、付与される変形に交差して展開される面である。特に本開示においては、圧電ワイヤ９０のどこに変形が派生しているかを検知することができるため、測定対象面のどこに変形が発生しているかを検知することができる。

例えば、図１に示すように、実施の形態に係るセンサシステム２００ａを用いてエクササイズ用のマットを構成する事ができる。ここでは、マットに用いられる樹脂製のシート部材を基材５０ａとして用い、基材５０ａに固定されるように圧電ワイヤ９０を配置している。この結果、マットを用いてエクササイズを実施することで、圧電ワイヤ９０のどの位置で圧電ワイヤ９０の変形が発生しているかを検知しながらエクササイズを行うことができる。この圧電ワイヤ９０の変形が発生した位置は、ユーザの体重負荷がかかる位置に相当するため、変形が発生した位置によって適切な姿勢でエクササイズを効果的に実施できているかを判断するために利用することができる。

また、図２に示すように、実施の形態に係るセンサシステム２００ｂを用いて就寝用のベッドを構成することができる。ここでは、ベッドに用いられるマットレス、又は、天板部分を基材５０ｂとして用い、基材５０ｂに固定されるように圧電ワイヤ９０を配置している。この結果、ベッドを用いて就寝することで、圧電ワイヤ９０のどの位置で圧電ワイヤの変形が発生しているかを検知しながら就寝することができる。この圧電ワイヤ９０の変形が発生した位置は、上記同様、ユーザの体重負荷がかかる位置に相当するため、変形が発生した位置によって適切な姿勢で就寝できているかを判断するために利用することができる。また、乳幼児などがベッドから落下しそうになることを検知できるため、例えば、警報器などと連携することで、転落防止システム付きのベッドを構成できる。

［構成］
次に図３を参照して、ワイヤセンサに用いられる圧電ワイヤ９０について説明する。図３は、実施の形態に係る圧電センサの構成を示す概略図である。図３に示すように、本実施の形態に係る圧電ワイヤ９０は、導電性の第１導体層９１、柔軟性を有し圧電作用を示す圧電層９３、導電性の第２導体層９５、及び、絶縁被膜９７がこの順に積層され、積層方向に直交する方向に延びて長尺状の形状を有するワイヤを構成する。なお、ここでの長尺状とは、圧電ワイヤが延びていることのみを意味し、その延びる方向などに特に限定はない。とくに図１及び図２に例示したように圧電ワイヤ９０は、屈曲した状態でしようされるため、長尺の長手方向は、圧電ワイヤ９０のどの位置であるかによって必ずしも一つの方向に定まらない方向である。例えば、圧電ワイヤ９０の長手方向とは、圧電ワイヤ９０の特定の位置における接線方向である。

第１導体層９１は、金属等の導電性を有する材料からなり、変形可能な円柱状の部材である。第１導体層９１としては銅などが用いられる。

圧電層９３は、変形などによって起電力を発生する圧電性を有する材料からなる。特に圧電層９３としては、ポリ乳酸、及び、ポリフッ化ビニリデンなどの材料そのものが柔軟性及び圧電性を有する材料が用いられるが、例えば、圧電性セラミックスなどの圧電性を有する材料が、ゴム材などの柔軟性を有する材料に分散された複合材料が用いられてもよい。圧電層９３は、第１導体層９１の外周を取り巻くことで、第１導体層９１を覆い、積層方向（ここでは円柱状の圧電ワイヤ９０における断面の径方向）において第１導体層９１を第２導体層９５から分離している。

第２導体層９５は、金属等の導電性を有する材料からなり、変形可能な円柱状の部材である。第１導体層９１としては銅などが用いられる。第２導体層９５は、圧電層９３の外周を取り巻くことで、圧電層９３を覆っている。

このように本実施の形態では、同軸状に伸びる第１導体層９１、圧電層９３及び第２導体層９５によって同軸ケーブルが形成されている。このようにすることで、第１導体層９１と第２導体層９５との間には、どの径方向からみても同じ積層厚の圧電層９３が形成されている。このため、圧電ワイヤ９０を長手方向に直行する交差面のどの方向から変形が生じても同じ起電力が発生するようになっている。

一方で、図２におけるベッドでの使用例のように、変形が発生する方向（すなわち変形方向）があらかじめわかっている場合等では、その方向での変形がどの位置で発生しても同じ起電力が発生するようにさえ構成されていればよい。例えば、シート状の第１導体層と、シート状で厚みが均一な圧電層と、シート状の第２導体層とがこの順で積層されたサンドイッチ状の圧電ワイヤであっても、この積層方向が想定される変形方向と一致するように圧電ワイヤが配置されれば、同様に使用可能である。

次に図４を参照して、本実施の形態に係るワイヤセンサについて説明する。図４は、実施の形態に係るワイヤセンサ１００の機能構成を示すブロック図である。図４に示すように、実施の形態に係るワイヤセンサ１００は、圧電ワイヤ９０と、検知器８０と、演算器７０と、を備える。圧電ワイヤ９０は上記に説明した通りであり、ここでは、長手方向に沿う断面で切断した断面図として示されている。なお、ここでの圧電ワイヤ９０は、絶縁被膜９７の図示が省略されている。

検知器８０は、第１検知器８１と、第２検知器８３とを備える。なお、検知器８０は、第１検知器８１を備える装置と、第２検知器８３を備える装置との、２つの個別の装置から構成されてもよい。

第１検知器８１は、圧電ワイヤ９０の一端部において、第１導体層９１及び第２導体層９５に接続されている。第１検知器８１は、圧電ワイヤ９０に発生した変形による起電力に基づいて、一端部に発生する第１信号Ｓ１を取得する。ここでは、第１検知器８１は、第１信号Ｓ１として、変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づき、圧電ワイヤ９０の一端部において第１導体層９１と第２導体層９５との間に生じる電圧値を計測する。したがって、第１検知器８１は、電圧計である。なお、第１検知器８１は、第１信号Ｓ１として、変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づき、圧電ワイヤ９０の一端部において第１導体層９１と第２導体層９５との間に流れる電流値を計測してもよい。この場合、第１検知器８１は、電流計である。ただし、第１信号Ｓ１は、後述する第２信号Ｓ２と比較するために、同じ種別の値が取得される必要がある。すなわち、第１信号Ｓ１が電圧値の場合、第２信号Ｓ２も電圧値であり、第１信号Ｓ１が電流値の場合、第２信号Ｓ２も電流値である。

第２検知器８３は、圧電ワイヤ９０の他端部において、第１導体層９１及び第２導体層９５に接続されている。第２検知器８３は、圧電ワイヤ９０に発生した変形による起電力に基づいて、他端部に発生する第２信号Ｓ２を取得する。ここでは、第２検知器８３は、第２信号Ｓ２として、変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づき、圧電ワイヤ９０の他端部において第１導体層９１と第２導体層９５との間に生じる電圧値を計測する。したがって、第２検知器８３は、電圧計である。なお、第２検知器８３は、第２信号Ｓ２として、変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づき、圧電ワイヤ９０の一端部において第１導体層９１と第２導体層９５との間に流れる電流値を計測してもよい。この場合、第２検知器８３は、電流計である。

ここで、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２についてさらに説明する。図中に示すように、例えば、圧電ワイヤ９０のある位置において変形が発生したとする。この変形は、圧電ワイヤ９０の他端側に比較的近い位置に発生している。この場合、第１信号Ｓ１は、変形が発生した位置から比較的長い距離だけ第１導体層９１及び第２導体層９５を伝導したあとの信号であり、比較的大きな減衰を受けて小さな信号として観測される。一方第２信号Ｓ２は、変形が発生した位置から比較的短い距離だけ第１導体層９１及び第２導体層９５を伝導したあとの信号であり、比較的小さな減衰を受けて大きな信号として観測される。このように、信号の減衰量は、圧電ワイヤ９０の長手方向における中央部から一端側にずれた位置で発生したときに第１信号Ｓ１が大きく、かつ、第２信号Ｓ２が小さくなる。また、信号の減衰量は、圧電ワイヤ９０の長手方向における中央部から他端側にずれた位置で発生したときに第１信号Ｓ１が小さくなり、かつ、第２信号Ｓ２が大きくなる。

なお、圧電ワイヤ９０の長さによっては、一端から他端までの間で発生する信号の差がノイズなどの誤差よりも小さくなる可能性がある。この場合、信号を端部からの距離の差に応じて十分に減衰させるために第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方の抵抗値が制限の設けられた所定の抵抗値になっていてもよい。例えば、所定の抵抗値は、
一端から他端までの中央部において発生した変形に基づく信号が、一端部及び他端部のいずれにおいても１０％、又は２０％、又は３０％、又は４０％、又は５０％、又は６０％、又は７０％、又は８０％、又は９０％減衰した値として観測される抵抗値である。このような抵抗値は、圧電ワイヤ９０の長さに応じて設定される単位距離ごとの抵抗値によって調整される。

例えば、所定の抵抗値として第１抵抗値が設定された場合、圧電ワイヤ９０における第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方は、設定された材料の抵抗率、及び、設定された全長に対応する第１断面積を有し、所定の抵抗値として第１抵抗値とは異なる第２抵抗値が設定された場合、圧電ワイヤ９０における第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方は、設定された材料の抵抗率、及び、設定された全長に対応する、第１断面積とは異なる第２断面積を有するように、断面積によって単位距離ごとの抵抗値が調整されてもよい。

また、例えば、所定の抵抗値として第１抵抗値が設定された場合、圧電ワイヤ９０における第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方は、設定された断面積、及び、設定された全長に対応する第１抵抗率の材料からなり、所定の抵抗値として第１抵抗値とは異なる第２抵抗値が設定された場合、圧電ワイヤ９０における第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方は、設定された断面積、及び、設定された全長に対応する、第１抵抗率とは異なる第２抵抗率の材料からなるように、採用される材料の抵抗率によって単位距離ごとの抵抗値が調整されてもよい。

なお、第１導体層９１及び第２導体層９５のいずれか一方のみに、以上の所定の抵抗値が適用され、他方には異なる抵抗値が適用されてもよいし、両方に所定の抵抗値が適用されてもよい。第１導体層９１及び第２導体層９５間に発生する電圧値又はこれらの間に流れる電流値を観測するため、信号の差を調整するために、第１導体層９１及び第２導体層９５のいずれか一方のみの抵抗値を所定の抵抗値とすることは有用である。

また、圧電ワイヤ９０上の変形した位置から端部に至るまでの間に、信号減衰器を通過させることで、十分な信号の減衰を生じさせてもよい。例えば、信号減衰器としては、アッテネータ等の分圧回路が用いられる。信号減衰器は、圧電ワイヤ９０の長手方向における途中の位置に挿入され、圧電ワイヤ９０の一端部に対して、信号減衰器を挟む反対側（他端側）で変形が発生した場合は、当該一端部において、信号減衰器を挿入しない場合における第１信号よりも信号のレベルが減衰された信号（つまり、第１減衰信号）が取得される。同様に、圧電ワイヤ９０の他端部に対して、信号減衰器を挟む反対側（一端側）で変形が発生した場合は、当該他端部において信号減衰器を挿入しない場合における第２信号よりも信号のレベルが減衰された信号（つまり、第２減衰信号）が取得される。このような信号減衰器は、圧電ワイヤ９０の長手方向における複数の位置に挿入され、変形が発生した位置に応じて、端部に至るまでに通過する信号減衰器の数が異なるように構成してもよい。

演算器７０は、上記のようにして取得された第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２に基づいて、圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出する装置である。演算器７０は、プロセッサ及びメモリを用いて、所定のプログラムを実行することで実現されるが、専用の回路によって実現されてもよい。演算器７０は、上記の演算結果を、例えば、接続された表示画面などに出力する。

演算器７０は、例えば、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との比に基づいて圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出する。例えば、演算器７０は、第１信号Ｓ１に対する第２信号Ｓ２の比を算出し、予め予備試験等によって生成された比の値と圧電ワイヤ９０上の
位置との関係のマップ情報に基づいて圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出する。なお、上記の第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との比に代えて第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差を用いても同様の算出を行うことができる。このようにして、ケーブル状圧電センサのどこが変形したかを検知することが可能となる。

また、演算器７０は、信号の成分分離のための処理も行う。例えば、圧電ワイヤ９０の２箇所に変形が発生した際に、２つの第１信号Ｓ１及び２つの第２信号Ｓ２を、信号の到達時間や位相等の解析によって対応する第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の組み合わせに分離する。このようにして、複数箇所の変形に対しても本実施の形態におけるワイヤセンサ１００を適用することができる。

［動作］
次に図５を参照して以上に説明したワイヤセンサ１００の動作について説明する。図５は、実施の形態に係るワイヤセンサの動作を示すフローチャートである。

図５に示すように、まず、ユーザがベッド等を利用することで変形が発生する。圧電ワイヤ９０がこの変形を捉えると、圧電層９３の起電力によって、一端部及び他端部のそれぞれに信号が伝導される。第１検知器８１は、この一端部に伝導された第１信号Ｓ１を取得する（ステップＳ１０１）。一方で、第２検知器８３は、この他端部に伝導された第２信号Ｓ２を取得する（ステップＳ１０２）。以上の動作は、順序が互いに入れ替えられても成立する。

演算器７０は、取得した第１信号Ｓ１及び取得した第２信号Ｓ２から、演算によって圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出する（ステップＳ１０３）。なお、予め圧電ワイヤ９０上の各位置はベッドなどの基材上の各位置と対応付けるためのマッピングが行われているため、圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置は、ベッドなどの基材上の各位置の情報に変換することができる。

［変形例］
以下、図６～図８を参照して、実施の形態に係る変形例について説明する。以下に示される変形例では、圧電ワイヤ９０によって２層状のセンサ面が形成され、このセンサ面が重なった測定対象面が形成される例を説明する。なお、以降ではワイヤセンサ１００のうちの圧電ワイヤと検知器の一部のみを図示する事によって、各層の圧電ワイヤ同士の重なりの理解の簡略化を図っている。図示しないが、ワイヤセンサを支持する基材は、圧電ワイヤの下方に配置されるものとして説明される。なお、圧電ワイヤが基材に支持される態様として、基材に対して縫製されることで基材上に固定される場合と、布製の基材に編み込まれることによって基材内に固定される場合とがある。

図６は、実施の形態の変形例に係るセンサシステムの構成を示す第１概略図である。図６に示す例では、２系統のワイヤセンサ１００、すなわち、２つのワイヤセンサ１００を用いて１層目の第１センサ面及び２層目の第２センサ面を形成する例である。

第１のワイヤセンサの圧電ワイヤ９０ａは、当該圧電ワイヤ９０ａの長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで当該圧電ワイヤ９０ａが延びる第１センサ面であって、測定対象面に沿う第１センサ面を形成する。ここでは、圧電ワイヤ９０ａは、第１センサ面内において、第１方向（図中の手前奥方向）を振動方向とする波形状に延びている。なお、屈曲するとは、曲げによって圧電ワイヤの延伸方向が変化されることを意味し、図中のように急激な折り曲げによって屈曲されてもよいし、所定の曲率半径を有する円周上に沿ってなめらかに屈曲されてもよい。

第２のワイヤセンサの圧電ワイヤ９０ｂは、当該圧電ワイヤ９０ｂの長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで当該圧電ワイヤ９０ｂが延びる第２センサ面であって、測定対象面に沿う第２センサ面を形成する。ここでは、圧電ワイヤ９０ｂは、第２センサ面内において、第２方向（図中の左右方向）を振動方向とする波形状に延びている。

このように振動方向が互いに異なる（つまり、交差する）波形状の圧電ワイヤ同士が少なくとも一部が重なるようにして図中の白抜き矢印の方向に重畳されることにより、格子状に測定対象面をカバーするセンサ面が形成される。これによれば、第１センサ面において圧電ワイヤが配置されない空隙箇所を、第２センサ面によって補完する事ができる。また、この例では、第１センサ面の第１信号及び第２信号が第１検知器８１ａ及び第２検知器８３ａによって取得され、第２センサ面の第１信号及び第２信号が第１検知器８１ｂ及び第２検知器８３ｂによって取得される構成である。したがって各センサ面での信号を分離する必要がなく、簡易な処理によって、位置検知の精度を向上することができる。

図７は、実施の形態の変形例に係るセンサシステムの構成を示す第２概略図である。図７に示す例では、上記の図６の例において２系統に分離されていたワイヤセンサ１００を１系統によって実現する例を説明する。図７に示すセンサシステムは、つまり、１つのワイヤセンサ１００を用いて１層目の第１センサ面及び２層目の第２センサ面を形成する例である。ここでは、図６に示す第１センサ面の圧電ワイヤ９０ａの端部と第２センサ面の圧電ワイヤ９０ｂの端部とが圧電ワイヤ９０ｃによって接続されており、１つの第１検知器８１ｂ及び１つの第２検知器８３ａによって信号が検知される様子が示されている。

これは、１つのワイヤセンサの圧電ワイヤが、一方端部側の一部であり第２センサ面を形成する重畳部と、他方端部側であり第１センサ面を形成する被重畳部とを有し、第１センサ面と第２センサ面との少なくとも一部が重なるように重畳されているとも捉えられる。

図８は、実施の形態の変形例に係るセンサシステムの構成を示す第３概略図である。図８に示す例では、上記の図７の例に対して、緩衝材６０を備える点で異なっている。つまり、この例では、第１センサ面と第２センサ面との間に、さらに、第１センサ面及び第２センサ面に沿う主面を有する緩衝材６０であって、一方の主面に与えられた変形を分散して主面の他方に伝達する緩衝材６０を備える。緩衝材６０は、圧力分散性を有すればどのような材料が用いられても良い。緩衝材６０としては、例えば、シリコンエラストマーなどの変形容易性を有する樹脂材料が用いられる。

第２センサ面側に与えられた変形は、第１センサ面側でも観測されるが、このとき、第１センサ面を形成する圧電ワイヤ９０ａと第２センサ面を形成する圧電ワイヤ９０ｂとが接続され、１つの第１検知器８１ｂ及び１つの第２検知器８３ａによって信号が検知されるので、信号の分離処理が必要となる。本例によれば、第２センサ面側に与えられた変形が第１センサ面側に伝達される際に分散された変形に代わることで、第１センサ面を形成する圧電ワイヤ９０ａと第２センサ面を形成する圧電ワイヤ９０ｂとのそれぞれにおいて、異なる変形のパターンとして信号が得られる。したがって、例えば、信号の半値幅などによって閾値処理することで信号の分離処理を行うことが可能となる。

［効果など］
以上説明したように、本実施の形態におけるワイヤセンサ１００は、導電性の第１導体層９１、柔軟性を有し圧電作用を示す圧電層９３、及び、導電性の第２導体層９５がこの順に積層され、積層方向に直交する方向に延びて長尺状の圧電ワイヤ９０と、圧電ワイヤ９０の長手方向における一端部において、圧電ワイヤ９０に変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づく第１導体層９１及び第２導体層間９５に発生する第１信号Ｓ１を取得
する第１検知器８１と、圧電ワイヤ９０の長手方向における他端部において、圧電ワイヤ９０に変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づく第１導体層９１及び第２導体層９５間に発生する第２信号Ｓ２を取得する第２検知器８３と、取得した第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２に基づいて、圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出する演算器７０と、を備える。

このようなワイヤセンサ１００では、変形が発生した位置から、一端部に至るまでに圧電層９３による起電力に基づく電気信号が通過する第１導体層９１及び第２導体層９５の長さと、他端部に至るまでに電気信号が通過する第１導体層９１及び第２導体層９５の長さと、が異なっている。このため、一端部と他端部とでは、変形が発生した位置での起電力がそれぞれ異なる大きさだけ減衰した信号として観測される。したがって、一端部において第１信号Ｓ１を取得し、他端部において第２信号Ｓ２を取得し第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２に基づいて圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、演算器７０は、取得した第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差に基づいて圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出してもよい。

これによれば、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差に基づいて圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、演算器７０は、取得した第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との比に基づいて圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出してもよい。

これによれば、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との比に基づいて圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２は、圧電ワイヤ９０に変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づく電圧値であってもよい。

これによれば、第１信号Ｓ１の電圧値と第２信号Ｓ２の電圧値とに基づいて、圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２は、圧電ワイヤ９０に変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づく電流値であってもよい。

これによれば、第１信号Ｓ１の電流値と第２信号Ｓ２の電流値とに基づいて、圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方は、所定の抵抗値を有してもよい。

これによれば、一端部と他端部とでは、変形が発生した位置での起電力が所定の抵抗値に基づいてそれぞれ異なる大きさだけ減衰した信号として観測される。

また、例えば、第１導体層９１は所定の抵抗値を有し、第２導体層９５は所定の抵抗値と異なる他の抵抗値を有してもよい。

これによれば、所定の抵抗値と他の抵抗値とで信号の減衰レベルを調整することができる。このため、圧連ワイヤ９０の長さに応じた十分な減衰レベルでの信号の減衰ができる。

また、例えば、所定の抵抗値として第１抵抗値が設定された場合、圧電ワイヤ９０における第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方は、設定された材料の抵抗率、及び、設定された全長に対応する第１断面積を有し、所定の抵抗値として第１抵抗値とは異なる第２抵抗値が設定された場合、圧電ワイヤ９０における第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方は、設定された材料の抵抗率、及び、設定された全長に対応する、第１断面積とは異なる第２断面積を有してもよい。

これによれば、断面積に基づいて、長さ及び材料の抵抗率を変えることなく十分な減衰レベルでの信号の減衰ができる。

また、例えば、所定の抵抗値として第１抵抗値が設定された場合、圧電ワイヤ９０における第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方は、設定された断面積、及び、設定された全長に対応する第１抵抗率の材料からなり、所定の抵抗値として第１抵抗値とは異なる第２抵抗値が設定された場合、圧電ワイヤ９０における第１導体層９１及び第２導体層９５の少なくとも一方は、設定された断面積、及び、設定された全長に対応する、第１抵抗率とは異なる第２抵抗率の材料からなってもよい。

これによれば、材料の抵抗率に基づいて、長さ及び断面積を変えることなく十分な減衰レベルでの信号の減衰ができる。

また、例えば、さらに、圧電ワイヤ９０の長手方向における途中の位置に挿入された信号減衰器を備え、圧電ワイヤ９０の一端部に対して変形が信号減衰器を挟む反対側で発生した場合は、一端部において第１信号Ｓ１よりも減衰された第１減衰信号が取得され、圧電ワイヤ９０の変形が他端部に対して信号減衰器を挟む反対側で発生した場合は、他端部において第２信号Ｓ２よりも減衰された第２減衰信号が取得されてもよい。

これによれば、信号減衰器を介して十分な減衰レベルでの信号の減衰ができる。

また、本実施の形態におけるセンサシステム２００ａ及び２００ｂは、上記に記載のワイヤセンサ１００である第１ワイヤセンサと、圧電ワイヤ９０を支持する基材５０ａ又は５０ｂと、を備える。

これによれば、上記に記載のワイヤセンサ１００と同様の効果を奏することができる。

また、例えば、基材５０ａ又は５０ｂは、変形の方向である変形方向に交差する測定対象面を主面として有し、第１ワイヤセンサの圧電ワイヤ９０は、当該圧電ワイヤ９０の長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで当該圧電ワイヤ９０が延びる第１センサ面であって、測定対象面に沿う第１センサ面を形成してもよい。

これによれば、面状の測定対象面で変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、第１ワイヤセンサの圧電ワイヤ９０は、当該圧電ワイヤ９０の長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで、第１センサ面内において、第１方向を振動方向とする波形状に延びていてもよい。

これによれば、波形状の第１センサ面によって、面状の測定対象面で変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、第１ワイヤセンサの圧電ワイヤ９０は、一方端部側の一部である重畳部
と、他方端部側であり第１センサ面を形成する被重畳部とを有し、重畳部は、圧電ワイヤ９０の長手方向における重畳部に該当する１以上の箇所で屈曲されることで重畳部が延びる第２センサ面であって、測定対象面に沿う第２センサ面を形成し、第１センサ面と第２センサ面とは、少なくとも一部が重なってもよい。

これによれば、第１センサ面及び第２センサ面を重ねたより細密なセンサ面によって、面状の測定対象面で変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、さらに、上記に記載のワイヤセンサ１００であり、第１ワイヤセンサとは異なる第２ワイヤセンサを備え、第２ワイヤセンサの圧電ワイヤ９０は、当該圧電ワイヤ９０の長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで当該圧電ワイヤ９０が延びる第２センサ面であって、測定対象面に沿う第２センサ面を形成し、第１センサ面と第２センサ面とは、少なくとも一部が重なってもよい。

これによれば、第１センサ面及び第２センサ面を重ねたより細密なセンサ面によって、面状の測定対象面で変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、第１ワイヤセンサの圧電ワイヤ９０は、当該圧電ワイヤ９０の長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで、第１センサ面内において、第１方向を振動方向とする波形状に延びており、第２ワイヤセンサの圧電ワイヤ９０は、当該圧電ワイヤ９０の長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで、第２センサ面内において、第２方向を振動方向とする波形状に延びており、第１方向と第２方向とは、交差していてもよい。

これによれば、振動方向が互いに交差する波形状の第１センサ面及び第２センサ面を重ねたより細密なセンサ面によって、面状の測定対象面で変形が発生した位置を算出できる。

また、例えば、さらに、第１センサ面と第２センサ面との間に、第１センサ面及び第２センサ面に沿う主面を有する緩衝材６０であって、一方の主面に与えられた変形を分散して他方の主面に伝達する緩衝材６０を備えてもよい。

これによれば、変形の態様が異なることによって、第１センサ面の変形で観測される信号と第２センサ面の変形によって観測される信号とが明確に区別できる。このため、第１センサ面と第２センサ面のいずれの信号かを明確に区別して、面状の測定対象面で変形が発生した位置を算出できる。

また、本実施の形態における位置検知方法では、導電性の第１導体層９１、柔軟性を有し圧電作用を示す圧電層９３、及び、導電性の第２導体層９５がこの順に積層され、積層方向に直交する方向に延びて長尺状の圧電ワイヤの長手方向における一端部において、圧電ワイヤ９０に変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づく第１導体層９１及び第２導体層９５間に発生する第１信号Ｓ１を取得し、圧電ワイヤ９０の長手方向における他端部において、圧電ワイヤ９０に変形が発生した際の圧電層９３の起電力に基づく第１導体層９１及び第２導体層９５間に発生する第２信号Ｓ１を取得し、取得した第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２に基づいて、圧電ワイヤ９０上の変形が発生した位置を算出する。

これによれば、上記に記載のワイヤセンサ１００と同様の効果を奏することができる。

（他の実施の形態）
以上、本開示のワイヤセンサについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、
上記実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものも、本開示の範囲内に含まれてもよい。

例えば、上記実施の形態では、圧電ワイヤが平面状の測定対象面を形成する例を説明したが、測定対象面は曲面状に形成されてもよい。

また、上記各実施の形態に係る演算器等は、専用又は汎用の回路として実現されてもよい。これらの構成要素は、１つの回路として実現されてもよいし、複数の回路として実現されてもよい。

また、上記実施の形態の演算器等は、集積回路（IC：Integrated Circuit）であるＬＳＩ（Large Scale Integration）として実現されてもよい。これらの構成要素は、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ＬＳＩは、集積度の違いにより、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ又はウルトラＬＳＩと呼称される場合がある。

また、集積回路はＬＳＩに限られず、専用回路又は汎用プロセッサで実現されてもよい。上述したように、プログラム可能なＦＰＧＡ、又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続及び設定が再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサが、利用されてもよい。

さらに、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて、情報通知システムに含まれる各構成要素の集積回路化が行われてもよい。

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態なども本開示に含まれる。

本開示に係るワイヤセンサ等は、例えば、信号入力装置などにおいて利用可能である。

５０ａ、５０ｂ 基材
６０ 緩衝材
７０ 演算器
８０ 検知器
８１、８１ａ、８１ｂ 第１検知器
８３、８３ａ、８３ｂ 第２検知器
９０、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ 圧電ワイヤ
９１ 第１導体層
９３ 圧電層
９５ 第２導体層
９７ 絶縁被膜
Ｓ１ 第１信号
Ｓ２ 第２信号
１００ ワイヤセンサ
２００ａ、２００ｂ センサシステム

Claims (18)

1. 導電性の第１導体層、柔軟性を有し圧電作用を示す圧電層、及び、導電性の第２導体層がこの順に積層され、積層方向に直交する方向に延びて長尺状の圧電ワイヤと、
   前記圧電ワイヤの長手方向における一端部において、前記圧電ワイヤに変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく前記第１導体層及び前記第２導体層間に発生する第１信号を取得する第１検知器と、
   前記圧電ワイヤの前記長手方向における他端部において、前記圧電ワイヤに前記変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく前記第１導体層及び前記第２導体層間に発生する第２信号を取得する第２検知器と、
   取得した前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記圧電ワイヤ上の前記変形が発生した位置を算出する演算器と、を備える
   ワイヤセンサ。
2. 前記演算器は、取得した前記第１信号と前記第２信号との差に基づいて前記圧電ワイヤ上の前記変形が発生した位置を算出する
   請求項１に記載のワイヤセンサ。
3. 前記演算器は、取得した前記第１信号と前記第２信号との比に基づいて前記圧電ワイヤ上の前記変形が発生した位置を算出する
   請求項１に記載のワイヤセンサ。
4. 前記第１信号及び前記第２信号は、前記圧電ワイヤに前記変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく電圧値である
   請求項１～３のいずれか１項に記載のワイヤセンサ。
5. 前記第１信号及び前記第２信号は、前記圧電ワイヤに前記変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく電流値である
   請求項１～３のいずれか１項に記載のワイヤセンサ。
6. 前記第１導体層及び前記第２導体層の少なくとも一方は、所定の抵抗値を有する
   請求項１～５のいずれか１項に記載のワイヤセンサ。
7. 前記第１導体層は前記所定の抵抗値を有し、
   前記第２導体層は前記所定の抵抗値と異なる他の抵抗値を有する
   請求項６に記載のワイヤセンサ。
8. 前記所定の抵抗値として第１抵抗値が設定された場合、前記圧電ワイヤにおける前記第１導体層及び前記第２導体層の前記少なくとも一方は、設定された材料の抵抗率、及び、設定された全長に対応する第１断面積を有し、
   前記所定の抵抗値として前記第１抵抗値とは異なる第２抵抗値が設定された場合、前記圧電ワイヤにおける前記第１導体層及び前記第２導体層の前記少なくとも一方は、前記設定された材料の抵抗率、及び、前記設定された全長に対応する、前記第１断面積とは異なる第２断面積を有する
   請求項６又は７に記載のワイヤセンサ。
9. 前記所定の抵抗値として第１抵抗値が設定された場合、前記圧電ワイヤにおける前記第１導体層及び前記第２導体層の前記少なくとも一方は、設定された断面積、及び、設定された全長に対応する第１抵抗率の材料からなり、
   前記所定の抵抗値として前記第１抵抗値とは異なる第２抵抗値が設定された場合、前記
   圧電ワイヤにおける前記第１導体層及び前記第２導体層の前記少なくとも一方は、前記設定された断面積、及び、前記設定された全長に対応する、前記第１抵抗率とは異なる第２抵抗率の材料からなる
   請求項６又は７に記載のワイヤセンサ。
10. さらに、前記圧電ワイヤの長手方向における途中の位置に挿入された信号減衰器を備え、
    前記圧電ワイヤの前記一端部に対して、前記信号減衰器を挟む反対側で前記変形が発生した場合は、前記一端部において前記第１信号よりも減衰された第１減衰信号が取得され、
    前記圧電ワイヤの前記他端部に対して、前記信号減衰器を挟む反対側で前記変形が発生した場合は、前記他端部において前記第２信号よりも減衰された第２減衰信号が取得される
    請求項１～９のいずれか１項に記載のワイヤセンサ。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のワイヤセンサである第１ワイヤセンサと、
    前記圧電ワイヤを支持する基材と、を備える
    センサシステム。
12. 前記基材は、前記変形の方向である変形方向に交差する測定対象面を主面として有し、
    前記第１ワイヤセンサの前記圧電ワイヤは、当該圧電ワイヤの長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで当該圧電ワイヤが延びる第１センサ面であって、前記測定対象面に沿う第１センサ面を形成する
    請求項１１に記載のセンサシステム。
13. 前記第１ワイヤセンサの前記圧電ワイヤは、当該圧電ワイヤの長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで、前記第１センサ面内において、第１方向を振動方向とする波形状に延びている
    請求項１２に記載のセンサシステム。
14. 前記第１ワイヤセンサの前記圧電ワイヤは、一方端部側の一部である重畳部と、他方端部側であり前記第１センサ面を形成する被重畳部とを有し、
    前記重畳部は、前記圧電ワイヤの長手方向における前記重畳部に該当する１以上の箇所で屈曲されることで前記重畳部が延びる第２センサ面であって、前記測定対象面に沿う第２センサ面を形成し、
    前記第１センサ面と前記第２センサ面とは、少なくとも一部が重なる
    請求項１２に記載のセンサシステム。
15. さらに、請求項１～１０のいずれか１項に記載のワイヤセンサである第２ワイヤセンサを備え、
    前記第２ワイヤセンサの前記圧電ワイヤは、当該圧電ワイヤの長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで当該圧電ワイヤが延びる第２センサ面であって、前記測定対象面に沿う第２センサ面を形成し、
    前記第１センサ面と前記第２センサ面とは、少なくとも一部が重なる
    請求項１２又は１３に記載のセンサシステム。
16. 前記第１ワイヤセンサの前記圧電ワイヤは、当該圧電ワイヤの長手方向における１以上の箇所で屈曲されることで、前記第１センサ面内において、第１方向を振動方向とする波形状に延びており、
    前記第２ワイヤセンサの前記圧電ワイヤは、当該圧電ワイヤの長手方向における１以上
    の箇所で屈曲されることで、前記第２センサ面内において、第２方向を振動方向とする波形状に延びており、
    前記第１方向と前記第２方向とは、交差している
    請求項１５に記載のセンサシステム。
17. さらに、前記第１センサ面と前記第２センサ面との間に、前記第１センサ面及び前記第２センサ面に沿う主面を有する緩衝材であって、一方の前記主面に与えられた前記変形を分散して他方の前記主面に伝達する緩衝材を備える
    請求項１４～１６のいずれか１項に記載のセンサシステム。
18. 導電性の第１導体層、柔軟性を有し圧電作用を示す圧電層、及び、導電性の第２導体層がこの順に積層され、積層方向に直交する方向に延びて長尺状の圧電ワイヤの長手方向における一端部において、前記圧電ワイヤに変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく前記第１導体層及び前記第２導体層間に発生する第１信号を取得し、
    前記圧電ワイヤの前記長手方向における他端部において、前記圧電ワイヤに前記変形が発生した際の前記圧電層の起電力に基づく前記第１導体層及び前記第２導体層間に発生する第２信号を取得し、
    取得した前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記圧電ワイヤ上の前記変形が発生した位置を算出する
    位置検知方法。

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