JP3936983B2 - 微少電流検出装置およびそれを用いた人体検知システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば１００μＡ〜数ｍＡ程度の微少電流を確実に検出できる微少電流検出装置およびそれを用いた人体検知システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、防犯警報装置の作動を制御するための起動スイッチなどに用いられる人体検知システムは、人体を光学的に非接触で検知する検知素子および検知素子からの人体検知信号に基づいて開閉される検知出力回路などからなるセンサ部と、前記検知出力回路の開閉により警報信号を出力する受信機とを備えており、センサ部は不法侵入者などを検知すべき場所に、受信機は例えばビルディングの管理室に、それぞれ設置される。このような人体検知システムでは、一般に、検知出力回路は常閉型の無電圧リレー接点を介して数１００μＡ〜数十ｍＡの電流を常時流す構成になっており、受信機はセンサからの人体検知信号によりリレー接点が開かれて検知出力回路が開放したときに警報信号を出力するようになっている。
【０００３】
上述の検知出力回路を通常時に閉じた構成としているのは、センサ部と受信機との間の配線が不法侵入者により切断されるなどの事態が生じた場合に警報を発することができ、また、昼間において警報を発する必要のない人体を検知して発生する人体検知信号によりリレー接点が正常に作動しているか否かを判別できるためである。
【０００４】
ところが、落雷などに起因して検知出力回路に過電圧が印加されたり、過電流が流れたりすると、検知出力回路のリレー接点が溶着または焼損などによる接点不良となり、検知素子から人体検知信号が出力されたときに、警報信号が発生しなくなる。そこで、このようなレリー接点の故障を検知する装置が提案されている（特開平5-135291号公報参照）この装置は、検知出力回路にインダクタの一次巻線を接続し、このインダクタの二次巻線にリレー接点の開閉に伴って誘起電圧が発生するか否かを判別するための判別回路を設けて、人体検知信号が出力されたときに判別回路に誘起電圧が発生しなかった場合に、リレー接点の故障であることを示す信号を出力するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように検知出力回路に電流を常時流す構成になった人体検知システムでは、消費電力を極力抑えるために可及的に微少な電流を流す必要がある。しかし、上記装置は、検知出力回路の電流の変化をインダクタに生じる逆起電力で検出するので、１ｍＡ程度の微少電流の有無は正確に検出することができず、比較的大きな電流を流さなければならないことから、不経済である。
【０００６】
また、１つの検知回路（前記センサ部と受信機を含む全体回路）に２つ以上のセンサ（検知素子）を接続する場合があり、センサの検知出力は、いずれか１つのセンサのリレー接点がオフになったときにこれを検知できるよう、電源やアースから絶縁されていなければならない。
【０００７】
他方、最近では、センサと受信機との間の配線の接触不良や故意の切断を検知する手法として、センサ近傍の検知回路に直列に端子抵抗を挿入する方法がある。この方法の最も進んだ使い方によれば、受信機が検知回路の端子抵抗の抵抗値を常時監視しており、この抵抗値が±１０％程度変化すると、回路のトラブルを出力するものである。この方法には、例えば、１ＫΩ〜数ＫΩの抵抗が使用される。予め特定の受信機には、特定の抵抗値が割り当てられている。したがって、センサの検知出力回路は、検知回路に複数のセンサが接続されることを考慮すると、数Ω以下が望まれる。
【０００８】
上記のことを考慮すると、センサの検知出力回路の動作不良を検知するための装置としては、
▲１▼微小電流が検知でき、
▲２▼電源やアースから絶縁されており、
▲３▼抵抗値が低い。
ことが望まれる。
このような条件を満足して、しかもセンサ部に搭載できる程小型の検出装置は存在しない。
【０００９】
一方、常閉型リレー接点の故障を検出する他の手段としては、前記検知出力回路に電圧検出用の抵抗を接続するとともに、この抵抗の両端電圧を電圧計で計測して、電圧降下が生じないときにリレー接点の異常事故であることを示す信号を出力することが考えられる。ところが、人体検知システムでは、その構成上、検知出力回路と電流計とに共通の電源から電力供給する構成とならざるを得ないので、検知出力回路と電流計とを、つまりセンサ部と受信機とを電気的に絶縁することができない問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、１ｍＡ程度の微少電流を正確に検出することのできる微少電流検出装置およびこれを用いた人体検知システムを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の微少電流検出装置は、熱伝導率が高く且つ電気絶縁性の基板上に、抵抗体と、この抵抗体に通電させる第１電極体と、前記抵抗体の通電による発熱によって受熱して電気特性が変化する検出素子と、この検出素子から電気信号を取り出す第２電極体とが設けられ、前記抵抗体および前記第１電極体は前記検出素子および前記第２電極体から電気的に絶縁された状態で前記基板上に位置し、前記検出素子は、焦電体からなり、第２電極体に接して前記基板の主面上に形成されて、この主面に沿って前記一対の第２電極体同士が対向する方向に自発分極しているか、あるいは、この主面に直交する方向に自発分極している。
【００１２】
この微少電流検出装置は、抵抗体が、第１電極体を通じて電流供給されたときに、発熱して電流値に対応する熱を発生し、この熱が基板を通じて検出素子に伝導され、検出素子の電気特性が受熱量に対応して変化し、第２電極体に検出素子の電気特性の変化に応じた電気信号が現れる。すなわち、検出素子の電気特性は、抵抗に流れる電流値に対応して変化するから、第２電極体からは、抵抗体に流れる電流値に対応する電気信号が出力されることになる。したがって、この構成によれば、検出素子として熱電変換効率の高いものを用いれば、１ｍＡ程度の微少電流をも正確に検出することが可能となる。
【００１３】
また、焦電体は一般に熱電変換効率が極めて高いので、抵抗体の抵抗値が低くて、その発熱量が少ない場合でも、焦電体の自発分極している両方向に接続した第２電極体からは抵抗体を流れる微少電流を正確に検出した電気信号を取り出せる。しかも、焦電体は、基板の主面に沿った方向に自発分極するよう形成されているので、第２電極には焦電体の表層部の温度変化のみに対応して電流変化が起きるので、焦電体自体の熱容量の影響を受けず、微少電流を高感度および高速に検出できる。それに伴って抵抗体は抵抗値の小さいものを用いることができるから、装置全体をチップ状に小型化でき、且つ安価なものとなる。また、主面に直交する方向に自発分極する構成とした場合には、既存の焦電体をそのまま利用してさらに、安価に構成できる利点がある。
【００１４】
本発明において、前記検出素子の表面と裏面のいずれか一方に、前記一対の前記第２電極体と、これら第２電極体に対向する一対の第３電極体とが接続されているとともに、前記両第３電極体は互いに接続され、前記両第２電極体同士は互いに、前記抵抗体から離間する方向に変位しており、さらに、前記検出素子は、焦電体からなり、前記基板の主面上に設けられて、この主面に沿って前記第２の電極体と第３の電極体が対向する方向に自発分極されている構成とすることができる。
【００１５】
これにより、電流が流れたことにより発熱した抵抗体の熱は、先ず、検出素子における抵抗体に近接している一側箇所に伝導され、検出素子の一側箇所の電気特性が最初に変化する。それにより、検出素子の抵抗体から離間する方向における両側の電気特性がアンバランスとなるから、第２電極体には抵抗体に流れた電流値に対応する電気信号が現れる。一方、周囲温度の変化などに対しては、検出素子全体の電気特性が同時に、且つ同一に変化するので、検出素子の両側に位置する第２電極体の電気信号は変化しない。したがって、周囲温度の影響を受けることなく微少電流を正確に検出できるので、周囲温度が変化し易い場所での使用に適したものとなる。
【００１７】
本発明において、前記検出素子の表面と裏面の一方に、一対の前記第２電極体が接続され、他方に、前記第２電極体と対向する一対の第３電極体が接続されているとともに、前記両第３電極体は互いに接続され、前記両第２電極体同士は互いに、前記抵抗体から離間する方向に変位している構成とすることができる。
【００１８】
この構成によってもやはり、第２電極体には抵抗体に流れた電流値に対応する電気信号が現れる一方、周囲温度の変化などに対しては、検出素子の両側に位置する第２電極体の電気信号は変化しないので、周囲温度の影響を受けることなく微少電流を正確に検出できる。
【００１９】
また、本発明の好ましい実施形態では、前記基板の一方の主面上に前記抵抗体が、他方の主面上に前記検出素子が形成されている。
【００２１】
本発明の人体検知システムでは、人体を検知する検知素子と、この検知素子からの検知信号に基づいて開閉される検知出力回路と、この検知出力回路に前記の各微少電流検出装置の抵抗体が接続され、その検出素子からの電気信号の変化に基づいて故障検出信号を発生する故障検出手段とを備えている。
【００２２】
この人体検知システムでは、検知素子が人体の検知信号を出力すると、検知出力回路が開閉されて流れる電流が変化するので、検知出力回路に接続されている抵抗体の発熱量も変化し、検出素子が抵抗体の発熱量の変化に応じた電気信号を出力する。したがって、検知出力回路に流れる電流が微少であっても、この微少電流を本発明の微少電流検出装置が確実に検出するので、例えばリレー接点に溶着などの故障が発生した場合には、検知素子から検知信号が出力されたにも拘わらず検知出力回路が開閉されず、微少電流検出装置の検出素子の電気信号も変化しない。これにより、故障検出手段から故障検出信号を確実に出力させることができる。また、既存の人体検知システムに本発明の微少電流検出装置を接続するだけで構成することができ、汎用性に優れている。しかも、前記微少電流検出装置の検出素子は、人体検知システムの電源やアースから絶縁することができるので、２つ以上のセンサを備えるシステムにもそのまま利用できる。
【００２３】
本発明において、さらに、前記微少電流検出装置の検出素子からの電気信号の変化に基づいて作動し、前記検知出力回路を１回以上開閉する強制開閉指令手段を備えた構成とすることが好ましい。
これにより、微少電流検出装置の検出素子からの電気信号の変化が人体の検知信号による検知出力回路の開閉に基づくものであるか否かを再度確認できるので、周囲温度の変化などによる誤動作を確実に防止することができる。
【００２４】
さらに、本発明において、前記検出素子からの電気信号の変化量が一定値以下であるとき前記強制開閉指令手段を作動させる判別手段を備えている構成とすることが好ましい。
これにより、検知出力回路の開閉時に微少電流検出装置の電気信号の変化が確認できなかった場合には、検知出力回路を再度開閉させて確認するので、故障検出信号の誤出力を防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳述する。
〔第１の実施形態〕
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る微少電流検出装置１Ａを示す斜視図である。この微少電流検出装置１Ａは、偏平な矩形状の基板２の相対向する一側辺および他側辺に、対向する一対の第１電極体３，３および対向する一対の第２電極体４，４が、互いに離間してそれぞれ形成されている。基板２の主面（図の上面）２ａ上には、矩形状の抵抗体７が、その両端部を対応する各第１電極体３，３のそれぞれに電気的に接続させて形成されているともに、矩形状の検出素子８が、抵抗体７に近接して、その両端部を対応する各第２電極体４，４のそれぞれに電気的に接続させて形成され、全体としてハイブリッド・チップ状の構成になっている。
【００２６】
この微少電流検出装置１Ａは、第１電極体３，３を通じて抵抗体７に通電すると、通電されて発熱する抵抗体７からの発生熱が基板２を熱伝導して検出素子８に受熱され、それにより検出素子８の電気特性が変化し、この検出素子８の電気信号を第２電極体４，４から取り出す構成になっている。したがって、基板２は、熱伝導率が高く、且つ電気絶縁性の材料、たとえば、アルミナ、ベリリア、ジルコン、ほうろうまたはガラスエポキシなどにより形成されており、抵抗体７および第１電極体３と検出素子８および第２電極体４との間を電気的に絶縁している。
【００２７】
また、抵抗体７は、汎用のチップ型抵抗器を用いることもできるが、この例では、ペースト状のルテニウムまたはカーボンなどを用いて厚膜技術により基板２上に形成された厚膜抵抗体３を用いている。この抵抗体７としては、その他に、例えば、ＲＵＯ2 ／ガラス抵抗体や、パイロクロア型ＲＵＯ2 複合酸化物を導電粒子として用いたもの、あるいはＣｕ導体と接合させて用いるＴａ−Ｓｎ系抵抗体などを用いることができる。発熱量の大きいニッケル・クロム膜や、セラミックヒーターを用いてもよい。
【００２８】
検出素子８は、この実施形態では焦電体が用いられており、たとえば、ＴＧＳ（トリグリシンサルファイド）、ＬｉＴａＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＰＺＴ（主成分Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3 のセラミックス）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、Ｐ（ＶｄＦ／ＴｒＦＥ）（ポリビニリデンフロライド／トリフルオロエチレン共重合体）などの焦電材料で形成することができる。この実施形態では、焦電材料をペースト状にして基板２上に薄く塗り付け、これを焼き固めたのちに分極処理を施す安価な製作手段で形成されている。検出素子８である焦電体は、抵抗体７に対し平行で、かつ主面２ａに沿って第２電極体同士が対向する方向Ｐに自発分極されている。焦電体は、温度の時間微分に比例した信号を発生するもので、その検出温度差が数ｍ℃以下と温度検出感度が極めて高いので、通電電流で発熱させる抵抗体７は抵抗値の小さいものを用いることができる。
【００２９】
図１（ｃ）は、前記焦電材料を、ペーストではなく、予め分極処理し、裏面に第２電極体４の一部を形成する電極片４ａを付けた焦電体チップ８０を用いた場合を示しており、この焦電体チップ８０を基板１Ａ上の第２電極４に半田Ｈで接合して、電極片４ａと第２電極体４を電気的に接続している。抵抗体７も、両端部の周囲に予め半田で電極膜３ａを形成したチップ７０を用い、この抵抗体チップ７０を第１電極体３に半田Ｈで接合して、電極片３ａと第１電極体３を電気的に接続している。この場合、抵抗体チップ７０および焦電チップ８０と基板１Ａとの熱伝導性を向上させるために、例えば、熱伝導性に優れたエポキシ接着剤などでチップ７０、８０と基板１Ａを接着したのち、半田付けするような処理を施すのが好ましい。
【００３０】
つぎに、前記微少電流検出装置の作用について、その動作説明図を示す図１（ｂ）を参照しながら説明する。第１電極体３，３を通じて抵抗体７に電流が流れると、抵抗体７が発熱して流れた電流値に対応する熱が発生する。この発生熱が基板２を通じて検出素子８に伝導され、検出素子８である焦電体は、その自発分極が温度依存性を有しているので、受熱により表面に電荷が現れて分極方向Ｐの両端間に電位差が生じる。この電位差は、受熱量つまり抵抗体７に流れる電流値の変化に応じて変化するから、第２電極体４，４からは、抵抗体７に流れる電流値の変化に対応する電気信号が出力される。
【００３１】
この微少電流検出装置１Ａは、抵抗体７、熱伝導率の高い基板２および熱電変換効率の高い焦電体からなる検出素子８を用いているので、0.05〜１ｍＡ程度の微少電流の変化をも正確に検出することができる。したがって、抵抗体の抵抗値が低くて、その発熱量が少ない場合でも、十分作動する。しかも、図１（ｂ）に示すように、この実施形態では、検出素子８である焦電体が基板２の主面２ａに沿った方向に自発分極するよう形成されているとともに、検出素子８の分極方向Ｐの両端に第２電極体４が接続されている。そのため、この微少電流検出装置１Ａは、検出素子８が基板２から熱伝導された熱Ｓを受けて先ず表層部８ａが加熱された時点で第２電極体４，４に電流変化が起きるから、検出素子８自体の熱容量の影響を受けずに、微少電流を高感度および高速に検出できる利点がある。
【００３２】
また、この検出装置１Ａは、抵抗体７と検出素子８とが、電気絶縁性の基板２により電気的に絶縁されて熱的に結合されているだけであるから、抵抗体７に電流供給する電源回路と、検出素子８が接続される電流検知回路とを電気的に絶縁して使用することができる。さらに、この検出装置１Ａは、検出素子８として熱電変換効率が極めて高い焦電体を用いて、微少電流の変化をも正確に検出した電気信号を取り出せるので、抵抗体７としては抵抗値の小さいものを用いることができるから、装置全体をチップ状に小型化でき、且つ安価なものとなる。
【００３３】
図２（ａ），（ｂ）は微少電流検出装置１Ａの変形例１Ｂ，１Ｃをそれぞれ示す縦断面図および斜視図である。（ａ）の検出装置１Ｂは、一対の第１電極体３，３を両端部に形成した抵抗体７と、一対の第２電極体４，４を両端部に形成した検出素子８とを、基板２を介在して重ね合わせた構成になっており、取付基板９の取付面に、抵抗体７、基板２および検出素子８の重ね方向を直交させて取り付けられている。一方、（ｂ）の検出装置１Ｃは、抵抗体７、基板２および検出素子８を（ａ）と同様に重ね合わせるとともに、取付基板９の取付面に、抵抗体７、基板２および検出素子８の重ね方向を平行に向けて取り付けられている。これらの検出装置１Ｂ，１Ｃは、いずれも検出素子８の分極方向Ｐが基板２の主面２ａに沿った方向に自発分極されており、第１の実施形態と同様の効果を得られる。
【００３４】
〔第２の実施形態〕
図３（ａ）は第２の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｄを示す斜視図で、（ｂ）は動作説明図である。この検出装置１Ｄは、図１の検出装置１Ａに対して、検出素子８の分極方向Ｐが基板２の主面２ａに直交する方向に自発分極されており、検出素子８における分極方向Ｐの両端部に第２電極体４，４がそれぞれ形成されている構成が異なるだけで、その他の構成は同様である。したがって、この検出装置１Ｄは、検出素子８が基板２から受熱してその全体が加熱された時点で両第２電極体４，４間に電位差が生じるので、第１実施形態の検出装置１Ａに比較して応答性が若干低下するが、検出素子８として用いている焦電体自体は極めて熱電変換効率の高いものであるから、やはり微少電流の変化を正確に、且つ高感度に検出することができる。その上に、既存の焦電体をそのまま検出素子８として利用できるので、安価に構成できる利点がある。
【００３５】
〔第３の実施形態〕
図４（ａ）は第３の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｅを示す斜視図で、（ｂ）は動作説明図である。この検出装置１Ｅは、検出素子８として用いる焦電体の裏面（図の下面）に、一対の第２電極体４，４が抵抗体７から離間する方向の両端部にそれぞれ位置して形成されている。焦電体の表面（図の上面）には、一対の第３電極体１０，１０が抵抗体７から離間する方向の両端部にそれぞれ位置し、且つ第２電極体３，３，に対向させて形成されており、両第３電極体１０，１０が接続体１１を介して相互に電気的に接続された構成になっている。
【００３６】
この検出装置１Ｅにおいて、（ｂ）に示すように、電流が流れたことにより発熱した抵抗体７の熱Ｓは、先ず、検出素子８における抵抗体７に近接している図の左側の箇所８ａに伝導され、ここで最初に自発分極量の変化が起き、図の右側の箇所８ｂにはそれより若干遅れて自発分極の変化が起きる。検出素子８における一側箇所と他側箇所は一対の第３の電極体１０，１０および接続体１１を介して互いに電気的に接続されているから、抵抗体７から離間する方向に沿った両端側に電位差が発生し、この方向に互いに変位している第２電極体４，４には、抵抗体７に流れた電流値に対応する電気信号が現れる。一方、周囲温度の変化などに対しては、検出素子８全体が同時に、且つ同一に自発分極量の変化を起こすので、検出素子８の左右両側には同一の電位差が発生する。ここで、検出素子８の表面の第３電極体１０，１０は接続体１１によって同電位に保持されているから、結局、第２電極体４，４間も同電位になり、第２電極体４，４から電気信号は発生しない。したがって、この検出装置１Ｅは、周囲温度の影響を受けることなく微少電流の変化を正確に検出できるので、周囲温度が変化し易い場所での使用に適したものとなる。
【００３７】
〔第４の実施形態〕
図５は本発明の第４の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｆを示す斜視図である。この検出装置１Ｆは、図１（ｃ）に示したのと同様な、抵抗体チップ７０と焦電体チップ８０Ａを使用し、図４の装置と同様な周囲温度の影響を受けにくいタイプとしている。焦電体チップ８０Ａの裏面に、第２電極用の一対の電極片４ａ，４ａが、抵抗体７から離間する方向の両端部にそれぞれ位置して取り付けられている。また、この裏面には、抵抗体７から離間する方向の両端部にそれぞれ位置し、且つ前記電極片３ａに対向する一対の第３電極体１０Ａ，１０Ａおよびこれらを接続する接続体１１Ａが取り付けられている。
【００３８】
焦電体チップ８０Ａの抵抗体７に沿った方向の両端部を、半田Ｈで第２電極体４、４と、基板２に設けた固定用電極４０とにそれぞれ固定し、これによって、前記電極片４ａを第２電極体４、４に電気的に接続している。焦電体チップ８０Ａで形成された検出素子８は、基板２の主面２ａに沿って、前記第２の電極体４と第３の電極体１０Ａが対向する方向Ｐに自発分極されている。
【００３９】
この検出装置１Ｆにおいても、第２電極体４，４には、抵抗体７に流れた電流値に対応する電気信号が現れる。一方、周囲温度の変化などに対しては、検出素子８全体が同時に、且つ同一に自発分極量の変化を起こすので、検出素子８の左右両側には同一の電位差が発生し、第２電極体４，４から電気信号は発生しない。したがって、この検出装置１Ｆも、周囲温度の影響を受けることなく微少電流の変化を正確に検出できる。
【００４０】
〔第５の実施形態〕
図６（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｇを示す斜視図で、（ｂ）はその使用形態を示す結線図である。この検出装置１Ｇは、検出素子１２として、上述の各検出装置１Ａ〜１Ｆにおける焦電体に代えて、サーミスタを用いたものであり、その他の構成は図１の検出装置１Ａと同様である。
【００４１】
この検出装置１Ｇは、抵抗温度係数が大きいことから、熱を高感度に電気信号に変換するサーミスタを検出素子１２に用いているので、検出素子１２は、抵抗体７の小さな温度変化に対し速い応答で抵抗値が変化する。したがって、この検出装置１Ｇは、焦電体を用いた第１ないし第４の実施形態における検出装置１Ａ〜１Ｆと同様の効果を得られる。また、検出素子１２として用いるサーミスタは、純粋金属に比較して、温度による抵抗値変化がはるかに大きいことから、受熱面積を小さくすることができる。それにより、この検出素子１２は、上述の各実施形態の検出装置１Ａ〜１Ｆと同様に、検出装置１Ｇをハイブリッド・チップタイプに構成できるものである。
【００４２】
それに加えて、焦電体は温度の時間微分に比例した信号を出力するのに対して、サーミスタは、温度に比例した電気信号を定常的に検出するので、微少電流の変化だけでなく、微少電流値そのものを測定できる。そのため、この検出装置１Ｇは、図６（ｂ）に示すように、抵抗体７を、たとえば家庭電気製品の微少電流が流れている箇所に接続し、電源＋Ｂから電流供給する検出素子１２の電流値を増幅器Ａで増幅したのちに測定することにより、家庭電気製品の故障検出に利用したり、一対のアンプの僅かな電流の差を検出してアンプ間のアンバランスを修正するフィードバック系などの用途にも利用することができる。また、ＭＯＳＦＥＴに光信号で入力させるフォトカプラーや光モスリレーの代わりに前記検出素子１２を用いることも可能である。
【００４３】
〔第６の実施形態〕
図７は本発明の第６の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｈを示す斜視図である。この検出装置１Ｈは、焦電体からなる検出素子８と抵抗体７とを直交した配置で基板２の主面２ａ上に重合した構成になっている。抵抗体７と検出素子８の間には、焦電体自身が電気絶縁体であるため、絶縁膜は介装されていない。検出素子８が電気絶縁性の低い他の素子、例えばサーミスタからなる場合、抵抗体７と検出素子８との間にガラス膜のような電気絶縁材料からなる絶縁膜を介装するのが望ましい。この検出装置１Ｈは、抵抗体７の発生熱が、基板２を介さずに、検出素子８に直接的に伝導されるから、応答性に優れたものとなり、基板２としては、特に熱伝導率の高い材料で形成する必要がない。
【００４４】
なお、上述の各検出装置１Ａ〜１Ｈは、通常、第２電極体４，４の電気信号を増幅器で増幅する必要があり、さらに、全体を金属ケースなどで電磁シールドして外乱雑音を除去することが好ましい。
【００４５】
図８は、前記のいずれかの微少電流検出装置１を用いて構成した本発明の人体検知システムを示すブロック構成図である。この人体検知システムは、既存の人体検知装置に本発明の微少電流検出装置１を付設した構成になっている。すなわち、抵抗体７が、一対の第１電極体３，３を介して後述の検知出力回路１４に接続され、検出素子８または１２が、一対の第２の電極体４，４および増幅器１６を介して検出信号生成回路１５に接続され、この検出信号生成回路１５が後述の中央処理装置２２に接続されている。
【００４６】
受信機１３は、警備会社に通報したり、警報器（図示せず）を作動させるための警報信号Ｓ１を出力するもので、この受信機１３に接続された閉ループの検知出力回路１４は、警報信号発生器としての常閉型のリレー接点１７と微少電流検出装置１の抵抗体７とが接続されて、微少電流が常時流れている。図８の回路において、前記受信機１３とそれ以降の回路を除く部分が、センサ部を構成している。
【００４７】
検知素子（センサ）１８は、受動型赤外線検出素子、または投光素子および受光素子などにより人体を非接触で検出するもので、人体を検出すべき場所に設置される。検知素子１８の電気信号は、増幅器１９で増幅されたのちに、その増幅信号の信号強度が比較回路からなるレベル検出回路２０で常時監視されている。すなわち、レベル検出回路２０は、入力する電気信号の信号レベルを検出レベル設定部２１に設定された所定の検出基準レベルと常時比較しており、電気信号が検出レベルを超えたときに、中央処理装置２２に対し人体検知信号Ｓ２を出力する。
【００４８】
中央処理装置２２の開閉制御手段２６は、人体検知信号Ｓ２が入力されたときに、開閉信号Ｓ３を所定時間出力してトランジスタのような制御素子Ｑ１をオンさせる。それにより、電源＋Ｂからリレーコイル２７に給電されてリレー接点１７が開かれ、検知出力回路１４が開放されて微少電流が流れなくなるので、この微少電流が流れていたことによる抵抗体７の発熱が停止する。そのため、微少電流検出装置１では、抵抗体７から基板２を介して検出素子８または１２への熱伝導がなくなるから、検出素子８または１２の電気特性が受熱の停止により変化する。すなわち、焦電体の検出素子８の場合には誘電分極が減少し、サーミスタの検出素子１２の場合には抵抗値が減少または増大する。
【００４９】
また、レベル検出回路２０からの人体検知信号Ｓ２は、中央処理装置２２の判別手段２４にも入力される。判別手段２４は、人体検知信号Ｓ２が入力されたときに、検出素子８または１２、つまり検出信号生成回路１５からの電気信号Ｓ６が設定値以下に変化したか否かを判別し、変化したと判別した場合にはリレー接点１７が正常に開かれたと見做して、後述の判別不能信号Ｓ４および作動信号Ｓ８を出力しない。一方、受信機１３は、リレー接点１７が開かれたことによる検知出力回路１４の電圧変化により、人体検知信号Ｓ２が出力されたとみなして警報信号Ｓ１を出力する。
【００５０】
ところで、リレー接点１７が落雷などに起因して溶着した場合には、開閉制御手段２６から開閉信号Ｓ３が出力されてリレコイル２７に通電されても、リレー接点１７が開かれない。この場合、前記判別手段２４は、人体検知信号Ｓ２を受けたときに、検出信号生成回路１５からの電気信号Ｓ６の変化量が一定値以下であると判別して、判別不能信号Ｓ４を強制開閉指令手段２３に対し出力する。判別不能信号Ｓ４を受けた強制開閉指令手段２３は、開閉制御手段２６に対し開閉信号Ｓ３を再度出力するよう指令し、それによりリレーコイル２７に通電させる。判別手段２４は、このときの検出信号生成回路１５からの電気信号Ｓ６の変化量が一定値以下であるか否かを再び判別する。
【００５１】
前記の判別動作は、電気信号Ｓ６の変化量が一定値以下であると判別できなかったときに２〜５回継続して行われ、その結果、判別手段２４が電気信号Ｓ６の変化量が一定値以下であると１度も判別できなかった場合には、判別手段２４は故障検出手段２５に対し作動信号Ｓ８を出力し、故障検出手段２５は、作動信号Ｓ８を受けて故障検出信号Ｓ５を出力する。故障検出信号Ｓ５によりトランジスタのような制御素子Ｑ２がオンしてリレーコイル２８に通電され、受信機１３の故障検出回路３０の常開型のリレー接点２９が閉じられる。それにより、受信機１３は、故障報知信号Ｓ７を出力して、警備会社に故障を通報したり、故障表示器を駆動する。
【００５２】
したがって、この人体検知システムは、微少電流検出装置１からの電気信号の変化が人体検知信号Ｓ２による検知出力回路１４の開閉に基づくものであるか否かを再度確認できるので、周囲温度の変化などによる誤動作を確実に防止することができるとともに、故障検出信号Ｓ５の誤出力を確実に防止することができる。また、故障検出回路３０は、常開型のリレー接点２９により構成されているので、落雷の影響などによる過電圧の印加といったことが生じない。
【００５３】
この人体検知システムでは、検知出力回路１４に流れる電流が微少であっても、この微少電流を微少電流検出装置１が確実に検出するので、リレー接点１７が溶着するなどの故障が発生した場合には、人体検知信号Ｓ２が出力されたにも拘わらず検知出力回路１４が開閉しないのを、微少電流検出装置１の検出素子８または１２の電気信号が変化しないことにより確実に検出でき、故障検出手段２５から故障検出信号Ｓ５を確実に出力させることができる。また、この人体検知システムでは、既存の人体検知システムに本発明の微少電流検出装置１を接続するだけで構成することができ、汎用性に優れている。しかも、前記検出素子８（１２）は、人体検知システムの電源やアースから絶縁することができるので、２つ以上のセンサを備えるシステムにもそのまま利用できる。
【００５４】
なお、図６の微小電流検出装置１Ｆのみでなく、他の微小電流検出装置１Ａ〜１Ｅも、人体検知システム以外に、例えば家庭電気製品の回路の開閉不良を検知する故障検出用などに適用できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明の微少電流検出装置によれば、通電することにより発熱する抵抗体の発生熱を基板を通じて検出素子に伝導して、検出素子の電気特性を受熱量に対応して変化させ、この検出素子の電気特性の変化に応じた電気信号が第２電極体から取り出すようにしたので、検出素子として熱電変換効率の高いものを用いれば、１ｍＡ程度の微少電流をも正確に、かつ高感度に検出することができる。
【００５６】
また、本発明の人体検知システムによれば、微少電流を正確に検出できる本発明の微少電流検出装置により検知出力回路の電流を検出するので、例えば検知出力回路のリレー接点に溶着などの故障が発生した場合には、人体の検知素子から検知信号が出力されたにも拘わらず検知出力回路が開閉されず、微少電流検出装置の検出素子の電気信号が変化しないことから、故障を確実に出力して故障検出信号を出力できる。また、既存の人体検知システムに本発明の微少電流検出装置を接続するだけで構成できるので、汎用性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面を模式的に示す断面模式図、（ｃ）は（ａ）と異なる方法で製造された同微少電流検出装置を示す斜視図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は第１の実施形態の第１および第２変形例をそれぞれ示す縦断面図および斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のIII-III 線に沿った断面を模式的に示す断面模式図である。
【図４】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のIV-IV 線に沿った断面を模式的に示す断面模式図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図、（ｂ）はその結線図である。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る人体検知システムを示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１，１Ａ〜１Ｇ…微少電流検出装置、２…基板、２ａ…主面、３…第１電極体、４…第２電極体、７…抵抗体、８，１２…検出素子、１０…第３電極体、１４…検知出力回路、１８…検知素子、２３…強制開閉指令手段、２４…判別手段、２５…故障検出手段、Ｓ２…検知信号、Ｓ４…判別不能信号、Ｓ５…故障検出信号、Ｓ６…微少電流検出装置の電気信号。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば１００μＡ〜数ｍＡ程度の微少電流を確実に検出できる微少電流検出装置およびそれを用いた人体検知システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、防犯警報装置の作動を制御するための起動スイッチなどに用いられる人体検知システムは、人体を光学的に非接触で検知する検知素子および検知素子からの人体検知信号に基づいて開閉される検知出力回路などからなるセンサ部と、前記検知出力回路の開閉により警報信号を出力する受信機とを備えており、センサ部は不法侵入者などを検知すべき場所に、受信機は例えばビルディングの管理室に、それぞれ設置される。このような人体検知システムでは、一般に、検知出力回路は常閉型の無電圧リレー接点を介して数１００μＡ〜数十ｍＡの電流を常時流す構成になっており、受信機はセンサからの人体検知信号によりリレー接点が開かれて検知出力回路が開放したときに警報信号を出力するようになっている。
【０００３】
上述の検知出力回路を通常時に閉じた構成としているのは、センサ部と受信機との間の配線が不法侵入者により切断されるなどの事態が生じた場合に警報を発することができ、また、昼間において警報を発する必要のない人体を検知して発生する人体検知信号によりリレー接点が正常に作動しているか否かを判別できるためである。
【０００４】
ところが、落雷などに起因して検知出力回路に過電圧が印加されたり、過電流が流れたりすると、検知出力回路のリレー接点が溶着または焼損などによる接点不良となり、検知素子から人体検知信号が出力されたときに、警報信号が発生しなくなる。そこで、このようなレリー接点の故障を検知する装置が提案されている（特開平5-135291号公報参照）この装置は、検知出力回路にインダクタの一次巻線を接続し、このインダクタの二次巻線にリレー接点の開閉に伴って誘起電圧が発生するか否かを判別するための判別回路を設けて、人体検知信号が出力されたときに判別回路に誘起電圧が発生しなかった場合に、リレー接点の故障であることを示す信号を出力するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように検知出力回路に電流を常時流す構成になった人体検知システムでは、消費電力を極力抑えるために可及的に微少な電流を流す必要がある。しかし、上記装置は、検知出力回路の電流の変化をインダクタに生じる逆起電力で検出するので、１ｍＡ程度の微少電流の有無は正確に検出することができず、比較的大きな電流を流さなければならないことから、不経済である。
【０００６】
また、１つの検知回路（前記センサ部と受信機を含む全体回路）に２つ以上のセンサ（検知素子）を接続する場合があり、センサの検知出力は、いずれか１つのセンサのリレー接点がオフになったときにこれを検知できるよう、電源やアースから絶縁されていなければならない。
【０００７】
他方、最近では、センサと受信機との間の配線の接触不良や故意の切断を検知する手法として、センサ近傍の検知回路に直列に端子抵抗を挿入する方法がある。この方法の最も進んだ使い方によれば、受信機が検知回路の端子抵抗の抵抗値を常時監視しており、この抵抗値が±１０％程度変化すると、回路のトラブルを出力するものである。この方法には、例えば、１ＫΩ〜数ＫΩの抵抗が使用される。予め特定の受信機には、特定の抵抗値が割り当てられている。したがって、センサの検知出力回路は、検知回路に複数のセンサが接続されることを考慮すると、数Ω以下が望まれる。
【０００８】
上記のことを考慮すると、センサの検知出力回路の動作不良を検知するための装置としては、
▲１▼微小電流が検知でき、
▲２▼電源やアースから絶縁されており、
▲３▼抵抗値が低い。
ことが望まれる。
このような条件を満足して、しかもセンサ部に搭載できる程小型の検出装置は存在しない。
【０００９】
一方、常閉型リレー接点の故障を検出する他の手段としては、前記検知出力回路に電圧検出用の抵抗を接続するとともに、この抵抗の両端電圧を電圧計で計測して、電圧降下が生じないときにリレー接点の異常事故であることを示す信号を出力することが考えられる。ところが、人体検知システムでは、その構成上、検知出力回路と電流計とに共通の電源から電力供給する構成とならざるを得ないので、検知出力回路と電流計とを、つまりセンサ部と受信機とを電気的に絶縁することができない問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、１ｍＡ程度の微少電流を正確に検出することのできる微少電流検出装置およびこれを用いた人体検知システムを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の微少電流検出装置は、熱伝導率が高く且つ電気絶縁性の基板上に、抵抗体と、この抵抗体に通電させる第１電極体と、前記抵抗体の通電による発熱によって受熱して電気特性が変化する検出素子と、この検出素子から電気信号を取り出す第２電極体とが設けられ、前記抵抗体および前記第１電極体は前記検出素子および前記第２電極体から電気的に絶縁された状態で前記基板上に位置し、前記検出素子は、焦電体からなり、第２電極体に接して前記基板の主面上に形成されて、この主面に沿って前記一対の第２電極体同士が対向する方向に自発分極しているか、あるいは、この主面に直交する方向に自発分極している。
【００１２】
この微少電流検出装置は、抵抗体が、第１電極体を通じて電流供給されたときに、発熱して電流値に対応する熱を発生し、この熱が基板を通じて検出素子に伝導され、検出素子の電気特性が受熱量に対応して変化し、第２電極体に検出素子の電気特性の変化に応じた電気信号が現れる。すなわち、検出素子の電気特性は、抵抗に流れる電流値に対応して変化するから、第２電極体からは、抵抗体に流れる電流値に対応する電気信号が出力されることになる。したがって、この構成によれば、検出素子として熱電変換効率の高いものを用いれば、１ｍＡ程度の微少電流をも正確に検出することが可能となる。
【００１３】
また、焦電体は一般に熱電変換効率が極めて高いので、抵抗体の抵抗値が低くて、その発熱量が少ない場合でも、焦電体の自発分極している両方向に接続した第２電極体からは抵抗体を流れる微少電流を正確に検出した電気信号を取り出せる。しかも、焦電体は、基板の主面に沿った方向に自発分極するよう形成されているので、第２電極には焦電体の表層部の温度変化のみに対応して電流変化が起きるので、焦電体自体の熱容量の影響を受けず、微少電流を高感度および高速に検出できる。それに伴って抵抗体は抵抗値の小さいものを用いることができるから、装置全体をチップ状に小型化でき、且つ安価なものとなる。また、主面に直交する方向に自発分極する構成とした場合には、既存の焦電体をそのまま利用してさらに、安価に構成できる利点がある。
【００１４】
本発明において、前記検出素子の表面と裏面のいずれか一方に、前記一対の前記第２電極体と、これら第２電極体に対向する一対の第３電極体とが接続されているとともに、前記両第３電極体は互いに接続され、前記両第２電極体同士は互いに、前記抵抗体から離間する方向に変位しており、さらに、前記検出素子は、焦電体からなり、前記基板の主面上に設けられて、この主面に沿って前記第２の電極体と第３の電極体が対向する方向に自発分極されている構成とすることができる。
【００１５】
これにより、電流が流れたことにより発熱した抵抗体の熱は、先ず、検出素子における抵抗体に近接している一側箇所に伝導され、検出素子の一側箇所の電気特性が最初に変化する。それにより、検出素子の抵抗体から離間する方向における両側の電気特性がアンバランスとなるから、第２電極体には抵抗体に流れた電流値に対応する電気信号が現れる。一方、周囲温度の変化などに対しては、検出素子全体の電気特性が同時に、且つ同一に変化するので、検出素子の両側に位置する第２電極体の電気信号は変化しない。したがって、周囲温度の影響を受けることなく微少電流を正確に検出できるので、周囲温度が変化し易い場所での使用に適したものとなる。
【００１７】
本発明において、前記検出素子の表面と裏面の一方に、一対の前記第２電極体が接続され、他方に、前記第２電極体と対向する一対の第３電極体が接続されているとともに、前記両第３電極体は互いに接続され、前記両第２電極体同士は互いに、前記抵抗体から離間する方向に変位している構成とすることができる。
【００１８】
この構成によってもやはり、第２電極体には抵抗体に流れた電流値に対応する電気信号が現れる一方、周囲温度の変化などに対しては、検出素子の両側に位置する第２電極体の電気信号は変化しないので、周囲温度の影響を受けることなく微少電流を正確に検出できる。
【００１９】
また、本発明の好ましい実施形態では、前記基板の一方の主面上に前記抵抗体が、他方の主面上に前記検出素子が形成されている。
【００２１】
本発明の人体検知システムでは、人体を検知する検知素子と、この検知素子からの検知信号に基づいて開閉される検知出力回路と、この検知出力回路に前記の各微少電流検出装置の抵抗体が接続され、その検出素子からの電気信号の変化に基づいて故障検出信号を発生する故障検出手段とを備えている。
【００２２】
この人体検知システムでは、検知素子が人体の検知信号を出力すると、検知出力回路が開閉されて流れる電流が変化するので、検知出力回路に接続されている抵抗体の発熱量も変化し、検出素子が抵抗体の発熱量の変化に応じた電気信号を出力する。したがって、検知出力回路に流れる電流が微少であっても、この微少電流を本発明の微少電流検出装置が確実に検出するので、例えばリレー接点に溶着などの故障が発生した場合には、検知素子から検知信号が出力されたにも拘わらず検知出力回路が開閉されず、微少電流検出装置の検出素子の電気信号も変化しない。これにより、故障検出手段から故障検出信号を確実に出力させることができる。また、既存の人体検知システムに本発明の微少電流検出装置を接続するだけで構成することができ、汎用性に優れている。しかも、前記微少電流検出装置の検出素子は、人体検知システムの電源やアースから絶縁することができるので、２つ以上のセンサを備えるシステムにもそのまま利用できる。
【００２３】
本発明において、さらに、前記微少電流検出装置の検出素子からの電気信号の変化に基づいて作動し、前記検知出力回路を１回以上開閉する強制開閉指令手段を備えた構成とすることが好ましい。
これにより、微少電流検出装置の検出素子からの電気信号の変化が人体の検知信号による検知出力回路の開閉に基づくものであるか否かを再度確認できるので、周囲温度の変化などによる誤動作を確実に防止することができる。
【００２４】
さらに、本発明において、前記検出素子からの電気信号の変化量が一定値以下であるとき前記強制開閉指令手段を作動させる判別手段を備えている構成とすることが好ましい。
これにより、検知出力回路の開閉時に微少電流検出装置の電気信号の変化が確認できなかった場合には、検知出力回路を再度開閉させて確認するので、故障検出信号の誤出力を防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳述する。
〔第１の実施形態〕
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る微少電流検出装置１Ａを示す斜視図である。この微少電流検出装置１Ａは、偏平な矩形状の基板２の相対向する一側辺および他側辺に、対向する一対の第１電極体３，３および対向する一対の第２電極体４，４が、互いに離間してそれぞれ形成されている。基板２の主面（図の上面）２ａ上には、矩形状の抵抗体７が、その両端部を対応する各第１電極体３，３のそれぞれに電気的に接続させて形成されているともに、矩形状の検出素子８が、抵抗体７に近接して、その両端部を対応する各第２電極体４，４のそれぞれに電気的に接続させて形成され、全体としてハイブリッド・チップ状の構成になっている。
【００２６】
この微少電流検出装置１Ａは、第１電極体３，３を通じて抵抗体７に通電すると、通電されて発熱する抵抗体７からの発生熱が基板２を熱伝導して検出素子８に受熱され、それにより検出素子８の電気特性が変化し、この検出素子８の電気信号を第２電極体４，４から取り出す構成になっている。したがって、基板２は、熱伝導率が高く、且つ電気絶縁性の材料、たとえば、アルミナ、ベリリア、ジルコン、ほうろうまたはガラスエポキシなどにより形成されており、抵抗体７および第１電極体３と検出素子８および第２電極体４との間を電気的に絶縁している。
【００２７】
また、抵抗体７は、汎用のチップ型抵抗器を用いることもできるが、この例では、ペースト状のルテニウムまたはカーボンなどを用いて厚膜技術により基板２上に形成された厚膜抵抗体３を用いている。この抵抗体７としては、その他に、例えば、ＲＵＯ2 ／ガラス抵抗体や、パイロクロア型ＲＵＯ2 複合酸化物を導電粒子として用いたもの、あるいはＣｕ導体と接合させて用いるＴａ−Ｓｎ系抵抗体などを用いることができる。発熱量の大きいニッケル・クロム膜や、セラミックヒーターを用いてもよい。
【００２８】
検出素子８は、この実施形態では焦電体が用いられており、たとえば、ＴＧＳ（トリグリシンサルファイド）、ＬｉＴａＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＰＺＴ（主成分Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3 のセラミックス）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、Ｐ（ＶｄＦ／ＴｒＦＥ）（ポリビニリデンフロライド／トリフルオロエチレン共重合体）などの焦電材料で形成することができる。この実施形態では、焦電材料をペースト状にして基板２上に薄く塗り付け、これを焼き固めたのちに分極処理を施す安価な製作手段で形成されている。検出素子８である焦電体は、抵抗体７に対し平行で、かつ主面２ａに沿って第２電極体同士が対向する方向Ｐに自発分極されている。焦電体は、温度の時間微分に比例した信号を発生するもので、その検出温度差が数ｍ℃以下と温度検出感度が極めて高いので、通電電流で発熱させる抵抗体７は抵抗値の小さいものを用いることができる。
【００２９】
図１（ｃ）は、前記焦電材料を、ペーストではなく、予め分極処理し、裏面に第２電極体４の一部を形成する電極片４ａを付けた焦電体チップ８０を用いた場合を示しており、この焦電体チップ８０を基板１Ａ上の第２電極４に半田Ｈで接合して、電極片４ａと第２電極体４を電気的に接続している。抵抗体７も、両端部の周囲に予め半田で電極膜３ａを形成したチップ７０を用い、この抵抗体チップ７０を第１電極体３に半田Ｈで接合して、電極片３ａと第１電極体３を電気的に接続している。この場合、抵抗体チップ７０および焦電チップ８０と基板１Ａとの熱伝導性を向上させるために、例えば、熱伝導性に優れたエポキシ接着剤などでチップ７０、８０と基板１Ａを接着したのち、半田付けするような処理を施すのが好ましい。
【００３０】
つぎに、前記微少電流検出装置の作用について、その動作説明図を示す図１（ｂ）を参照しながら説明する。第１電極体３，３を通じて抵抗体７に電流が流れると、抵抗体７が発熱して流れた電流値に対応する熱が発生する。この発生熱が基板２を通じて検出素子８に伝導され、検出素子８である焦電体は、その自発分極が温度依存性を有しているので、受熱により表面に電荷が現れて分極方向Ｐの両端間に電位差が生じる。この電位差は、受熱量つまり抵抗体７に流れる電流値の変化に応じて変化するから、第２電極体４，４からは、抵抗体７に流れる電流値の変化に対応する電気信号が出力される。
【００３１】
この微少電流検出装置１Ａは、抵抗体７、熱伝導率の高い基板２および熱電変換効率の高い焦電体からなる検出素子８を用いているので、0.05〜１ｍＡ程度の微少電流の変化をも正確に検出することができる。したがって、抵抗体の抵抗値が低くて、その発熱量が少ない場合でも、十分作動する。しかも、図１（ｂ）に示すように、この実施形態では、検出素子８である焦電体が基板２の主面２ａに沿った方向に自発分極するよう形成されているとともに、検出素子８の分極方向Ｐの両端に第２電極体４が接続されている。そのため、この微少電流検出装置１Ａは、検出素子８が基板２から熱伝導された熱Ｓを受けて先ず表層部８ａが加熱された時点で第２電極体４，４に電流変化が起きるから、検出素子８自体の熱容量の影響を受けずに、微少電流を高感度および高速に検出できる利点がある。
【００３２】
また、この検出装置１Ａは、抵抗体７と検出素子８とが、電気絶縁性の基板２により電気的に絶縁されて熱的に結合されているだけであるから、抵抗体７に電流供給する電源回路と、検出素子８が接続される電流検知回路とを電気的に絶縁して使用することができる。さらに、この検出装置１Ａは、検出素子８として熱電変換効率が極めて高い焦電体を用いて、微少電流の変化をも正確に検出した電気信号を取り出せるので、抵抗体７としては抵抗値の小さいものを用いることができるから、装置全体をチップ状に小型化でき、且つ安価なものとなる。
【００３３】
図２（ａ），（ｂ）は微少電流検出装置１Ａの変形例１Ｂ，１Ｃをそれぞれ示す縦断面図および斜視図である。（ａ）の検出装置１Ｂは、一対の第１電極体３，３を両端部に形成した抵抗体７と、一対の第２電極体４，４を両端部に形成した検出素子８とを、基板２を介在して重ね合わせた構成になっており、取付基板９の取付面に、抵抗体７、基板２および検出素子８の重ね方向を直交させて取り付けられている。一方、（ｂ）の検出装置１Ｃは、抵抗体７、基板２および検出素子８を（ａ）と同様に重ね合わせるとともに、取付基板９の取付面に、抵抗体７、基板２および検出素子８の重ね方向を平行に向けて取り付けられている。これらの検出装置１Ｂ，１Ｃは、いずれも検出素子８の分極方向Ｐが基板２の主面２ａに沿った方向に自発分極されており、第１の実施形態と同様の効果を得られる。
【００３４】
〔第２の実施形態〕
図３（ａ）は第２の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｄを示す斜視図で、（ｂ）は動作説明図である。この検出装置１Ｄは、図１の検出装置１Ａに対して、検出素子８の分極方向Ｐが基板２の主面２ａに直交する方向に自発分極されており、検出素子８における分極方向Ｐの両端部に第２電極体４，４がそれぞれ形成されている構成が異なるだけで、その他の構成は同様である。したがって、この検出装置１Ｄは、検出素子８が基板２から受熱してその全体が加熱された時点で両第２電極体４，４間に電位差が生じるので、第１実施形態の検出装置１Ａに比較して応答性が若干低下するが、検出素子８として用いている焦電体自体は極めて熱電変換効率の高いものであるから、やはり微少電流の変化を正確に、且つ高感度に検出することができる。その上に、既存の焦電体をそのまま検出素子８として利用できるので、安価に構成できる利点がある。
【００３５】
〔第３の実施形態〕
図４（ａ）は第３の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｅを示す斜視図で、（ｂ）は動作説明図である。この検出装置１Ｅは、検出素子８として用いる焦電体の裏面（図の下面）に、一対の第２電極体４，４が抵抗体７から離間する方向の両端部にそれぞれ位置して形成されている。焦電体の表面（図の上面）には、一対の第３電極体１０，１０が抵抗体７から離間する方向の両端部にそれぞれ位置し、且つ第２電極体３，３，に対向させて形成されており、両第３電極体１０，１０が接続体１１を介して相互に電気的に接続された構成になっている。
【００３６】
この検出装置１Ｅにおいて、（ｂ）に示すように、電流が流れたことにより発熱した抵抗体７の熱Ｓは、先ず、検出素子８における抵抗体７に近接している図の左側の箇所８ａに伝導され、ここで最初に自発分極量の変化が起き、図の右側の箇所８ｂにはそれより若干遅れて自発分極の変化が起きる。検出素子８における一側箇所と他側箇所は一対の第３の電極体１０，１０および接続体１１を介して互いに電気的に接続されているから、抵抗体７から離間する方向に沿った両端側に電位差が発生し、この方向に互いに変位している第２電極体４，４には、抵抗体７に流れた電流値に対応する電気信号が現れる。一方、周囲温度の変化などに対しては、検出素子８全体が同時に、且つ同一に自発分極量の変化を起こすので、検出素子８の左右両側には同一の電位差が発生する。ここで、検出素子８の表面の第３電極体１０，１０は接続体１１によって同電位に保持されているから、結局、第２電極体４，４間も同電位になり、第２電極体４，４から電気信号は発生しない。したがって、この検出装置１Ｅは、周囲温度の影響を受けることなく微少電流の変化を正確に検出できるので、周囲温度が変化し易い場所での使用に適したものとなる。
【００３７】
〔第４の実施形態〕
図５は本発明の第４の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｆを示す斜視図である。この検出装置１Ｆは、図１（ｃ）に示したのと同様な、抵抗体チップ７０と焦電体チップ８０Ａを使用し、図４の装置と同様な周囲温度の影響を受けにくいタイプとしている。焦電体チップ８０Ａの裏面に、第２電極用の一対の電極片４ａ，４ａが、抵抗体７から離間する方向の両端部にそれぞれ位置して取り付けられている。また、この裏面には、抵抗体７から離間する方向の両端部にそれぞれ位置し、且つ前記電極片３ａに対向する一対の第３電極体１０Ａ，１０Ａおよびこれらを接続する接続体１１Ａが取り付けられている。
【００３８】
焦電体チップ８０Ａの抵抗体７に沿った方向の両端部を、半田Ｈで第２電極体４、４と、基板２に設けた固定用電極４０とにそれぞれ固定し、これによって、前記電極片４ａを第２電極体４、４に電気的に接続している。焦電体チップ８０Ａで形成された検出素子８は、基板２の主面２ａに沿って、前記第２の電極体４と第３の電極体１０Ａが対向する方向Ｐに自発分極されている。
【００３９】
この検出装置１Ｆにおいても、第２電極体４，４には、抵抗体７に流れた電流値に対応する電気信号が現れる。一方、周囲温度の変化などに対しては、検出素子８全体が同時に、且つ同一に自発分極量の変化を起こすので、検出素子８の左右両側には同一の電位差が発生し、第２電極体４，４から電気信号は発生しない。したがって、この検出装置１Ｆも、周囲温度の影響を受けることなく微少電流の変化を正確に検出できる。
【００４０】
〔第５の実施形態〕
図６（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｇを示す斜視図で、（ｂ）はその使用形態を示す結線図である。この検出装置１Ｇは、検出素子１２として、上述の各検出装置１Ａ〜１Ｆにおける焦電体に代えて、サーミスタを用いたものであり、その他の構成は図１の検出装置１Ａと同様である。
【００４１】
この検出装置１Ｇは、抵抗温度係数が大きいことから、熱を高感度に電気信号に変換するサーミスタを検出素子１２に用いているので、検出素子１２は、抵抗体７の小さな温度変化に対し速い応答で抵抗値が変化する。したがって、この検出装置１Ｇは、焦電体を用いた第１ないし第４の実施形態における検出装置１Ａ〜１Ｆと同様の効果を得られる。また、検出素子１２として用いるサーミスタは、純粋金属に比較して、温度による抵抗値変化がはるかに大きいことから、受熱面積を小さくすることができる。それにより、この検出素子１２は、上述の各実施形態の検出装置１Ａ〜１Ｆと同様に、検出装置１Ｇをハイブリッド・チップタイプに構成できるものである。
【００４２】
それに加えて、焦電体は温度の時間微分に比例した信号を出力するのに対して、サーミスタは、温度に比例した電気信号を定常的に検出するので、微少電流の変化だけでなく、微少電流値そのものを測定できる。そのため、この検出装置１Ｇは、図６（ｂ）に示すように、抵抗体７を、たとえば家庭電気製品の微少電流が流れている箇所に接続し、電源＋Ｂから電流供給する検出素子１２の電流値を増幅器Ａで増幅したのちに測定することにより、家庭電気製品の故障検出に利用したり、一対のアンプの僅かな電流の差を検出してアンプ間のアンバランスを修正するフィードバック系などの用途にも利用することができる。また、ＭＯＳＦＥＴに光信号で入力させるフォトカプラーや光モスリレーの代わりに前記検出素子１２を用いることも可能である。
【００４３】
〔第６の実施形態〕
図７は本発明の第６の実施形態に係る微少電流検出装置１Ｈを示す斜視図である。この検出装置１Ｈは、焦電体からなる検出素子８と抵抗体７とを直交した配置で基板２の主面２ａ上に重合した構成になっている。抵抗体７と検出素子８の間には、焦電体自身が電気絶縁体であるため、絶縁膜は介装されていない。検出素子８が電気絶縁性の低い他の素子、例えばサーミスタからなる場合、抵抗体７と検出素子８との間にガラス膜のような電気絶縁材料からなる絶縁膜を介装するのが望ましい。この検出装置１Ｈは、抵抗体７の発生熱が、基板２を介さずに、検出素子８に直接的に伝導されるから、応答性に優れたものとなり、基板２としては、特に熱伝導率の高い材料で形成する必要がない。
【００４４】
なお、上述の各検出装置１Ａ〜１Ｈは、通常、第２電極体４，４の電気信号を増幅器で増幅する必要があり、さらに、全体を金属ケースなどで電磁シールドして外乱雑音を除去することが好ましい。
【００４５】
図８は、前記のいずれかの微少電流検出装置１を用いて構成した本発明の人体検知システムを示すブロック構成図である。この人体検知システムは、既存の人体検知装置に本発明の微少電流検出装置１を付設した構成になっている。すなわち、抵抗体７が、一対の第１電極体３，３を介して後述の検知出力回路１４に接続され、検出素子８または１２が、一対の第２の電極体４，４および増幅器１６を介して検出信号生成回路１５に接続され、この検出信号生成回路１５が後述の中央処理装置２２に接続されている。
【００４６】
受信機１３は、警備会社に通報したり、警報器（図示せず）を作動させるための警報信号Ｓ１を出力するもので、この受信機１３に接続された閉ループの検知出力回路１４は、警報信号発生器としての常閉型のリレー接点１７と微少電流検出装置１の抵抗体７とが接続されて、微少電流が常時流れている。図８の回路において、前記受信機１３とそれ以降の回路を除く部分が、センサ部を構成している。
【００４７】
検知素子（センサ）１８は、受動型赤外線検出素子、または投光素子および受光素子などにより人体を非接触で検出するもので、人体を検出すべき場所に設置される。検知素子１８の電気信号は、増幅器１９で増幅されたのちに、その増幅信号の信号強度が比較回路からなるレベル検出回路２０で常時監視されている。すなわち、レベル検出回路２０は、入力する電気信号の信号レベルを検出レベル設定部２１に設定された所定の検出基準レベルと常時比較しており、電気信号が検出レベルを超えたときに、中央処理装置２２に対し人体検知信号Ｓ２を出力する。
【００４８】
中央処理装置２２の開閉制御手段２６は、人体検知信号Ｓ２が入力されたときに、開閉信号Ｓ３を所定時間出力してトランジスタのような制御素子Ｑ１をオンさせる。それにより、電源＋Ｂからリレーコイル２７に給電されてリレー接点１７が開かれ、検知出力回路１４が開放されて微少電流が流れなくなるので、この微少電流が流れていたことによる抵抗体７の発熱が停止する。そのため、微少電流検出装置１では、抵抗体７から基板２を介して検出素子８または１２への熱伝導がなくなるから、検出素子８または１２の電気特性が受熱の停止により変化する。すなわち、焦電体の検出素子８の場合には誘電分極が減少し、サーミスタの検出素子１２の場合には抵抗値が減少または増大する。
【００４９】
また、レベル検出回路２０からの人体検知信号Ｓ２は、中央処理装置２２の判別手段２４にも入力される。判別手段２４は、人体検知信号Ｓ２が入力されたときに、検出素子８または１２、つまり検出信号生成回路１５からの電気信号Ｓ６が設定値以下に変化したか否かを判別し、変化したと判別した場合にはリレー接点１７が正常に開かれたと見做して、後述の判別不能信号Ｓ４および作動信号Ｓ８を出力しない。一方、受信機１３は、リレー接点１７が開かれたことによる検知出力回路１４の電圧変化により、人体検知信号Ｓ２が出力されたとみなして警報信号Ｓ１を出力する。
【００５０】
ところで、リレー接点１７が落雷などに起因して溶着した場合には、開閉制御手段２６から開閉信号Ｓ３が出力されてリレコイル２７に通電されても、リレー接点１７が開かれない。この場合、前記判別手段２４は、人体検知信号Ｓ２を受けたときに、検出信号生成回路１５からの電気信号Ｓ６の変化量が一定値以下であると判別して、判別不能信号Ｓ４を強制開閉指令手段２３に対し出力する。判別不能信号Ｓ４を受けた強制開閉指令手段２３は、開閉制御手段２６に対し開閉信号Ｓ３を再度出力するよう指令し、それによりリレーコイル２７に通電させる。判別手段２４は、このときの検出信号生成回路１５からの電気信号Ｓ６の変化量が一定値以下であるか否かを再び判別する。
【００５１】
前記の判別動作は、電気信号Ｓ６の変化量が一定値以下であると判別できなかったときに２〜５回継続して行われ、その結果、判別手段２４が電気信号Ｓ６の変化量が一定値以下であると１度も判別できなかった場合には、判別手段２４は故障検出手段２５に対し作動信号Ｓ８を出力し、故障検出手段２５は、作動信号Ｓ８を受けて故障検出信号Ｓ５を出力する。故障検出信号Ｓ５によりトランジスタのような制御素子Ｑ２がオンしてリレーコイル２８に通電され、受信機１３の故障検出回路３０の常開型のリレー接点２９が閉じられる。それにより、受信機１３は、故障報知信号Ｓ７を出力して、警備会社に故障を通報したり、故障表示器を駆動する。
【００５２】
したがって、この人体検知システムは、微少電流検出装置１からの電気信号の変化が人体検知信号Ｓ２による検知出力回路１４の開閉に基づくものであるか否かを再度確認できるので、周囲温度の変化などによる誤動作を確実に防止することができるとともに、故障検出信号Ｓ５の誤出力を確実に防止することができる。また、故障検出回路３０は、常開型のリレー接点２９により構成されているので、落雷の影響などによる過電圧の印加といったことが生じない。
【００５３】
この人体検知システムでは、検知出力回路１４に流れる電流が微少であっても、この微少電流を微少電流検出装置１が確実に検出するので、リレー接点１７が溶着するなどの故障が発生した場合には、人体検知信号Ｓ２が出力されたにも拘わらず検知出力回路１４が開閉しないのを、微少電流検出装置１の検出素子８または１２の電気信号が変化しないことにより確実に検出でき、故障検出手段２５から故障検出信号Ｓ５を確実に出力させることができる。また、この人体検知システムでは、既存の人体検知システムに本発明の微少電流検出装置１を接続するだけで構成することができ、汎用性に優れている。しかも、前記検出素子８（１２）は、人体検知システムの電源やアースから絶縁することができるので、２つ以上のセンサを備えるシステムにもそのまま利用できる。
【００５４】
なお、図６の微小電流検出装置１Ｆのみでなく、他の微小電流検出装置１Ａ〜１Ｅも、人体検知システム以外に、例えば家庭電気製品の回路の開閉不良を検知する故障検出用などに適用できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明の微少電流検出装置によれば、通電することにより発熱する抵抗体の発生熱を基板を通じて検出素子に伝導して、検出素子の電気特性を受熱量に対応して変化させ、この検出素子の電気特性の変化に応じた電気信号が第２電極体から取り出すようにしたので、検出素子として熱電変換効率の高いものを用いれば、１ｍＡ程度の微少電流をも正確に、かつ高感度に検出することができる。
【００５６】
また、本発明の人体検知システムによれば、微少電流を正確に検出できる本発明の微少電流検出装置により検知出力回路の電流を検出するので、例えば検知出力回路のリレー接点に溶着などの故障が発生した場合には、人体の検知素子から検知信号が出力されたにも拘わらず検知出力回路が開閉されず、微少電流検出装置の検出素子の電気信号が変化しないことから、故障を確実に出力して故障検出信号を出力できる。また、既存の人体検知システムに本発明の微少電流検出装置を接続するだけで構成できるので、汎用性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面を模式的に示す断面模式図、（ｃ）は（ａ）と異なる方法で製造された同微少電流検出装置を示す斜視図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は第１の実施形態の第１および第２変形例をそれぞれ示す縦断面図および斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のIII-III 線に沿った断面を模式的に示す断面模式図である。
【図４】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のIV-IV 線に沿った断面を模式的に示す断面模式図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図、（ｂ）はその結線図である。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る微少電流検出装置を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る人体検知システムを示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１，１Ａ〜１Ｇ…微少電流検出装置、２…基板、２ａ…主面、３…第１電極体、４…第２電極体、７…抵抗体、８，１２…検出素子、１０…第３電極体、１４…検知出力回路、１８…検知素子、２３…強制開閉指令手段、２４…判別手段、２５…故障検出手段、Ｓ２…検知信号、Ｓ４…判別不能信号、Ｓ５…故障検出信号、Ｓ６…微少電流検出装置の電気信号。
Claims (7)
- 熱伝導率が高く且つ電気絶縁性の基板上に、抵抗体と、この抵抗体に通電させる一対の第１電極体と、前記抵抗体の通電による発熱によって受熱して電気特性が変化する検出素子と、この検出素子から電気信号を取り出す一対の第２電極体とが設けられ、
前記抵抗体および前記第１電極体は前記検出素子および前記第２電極体から電気的に絶縁された状態で前記基板上に位置し、
前記検出素子は、焦電体からなり、第２電極体に接して前記基板の主面上に形成されて、この主面に沿って前記一対の第２電極体同士が対向する方向に自発分極しているか、あるいは、この主面に直交する方向に自発分極している微少電流検出装置。 - 請求項１において、前記検出素子の表面と裏面のいずれか一方に、前記一対の前記第２電極体と、これら第２電極体に対向する一対の第３電極体とが接続されているとともに、前記両第３電極体は互いに接続され、前記両第２電極体同士は互いに、前記抵抗体から離間する方向に変位しており、さらに、前記検出素子は、焦電体からなり、前記基板の主面上に設けられて、この主面に沿って前記第２の電極体と第３の電極体が対向する方向に自発分極されている微少電流検出装置。
- 請求項１において、前記検出素子の表面と裏面の一方に、一対の前記第２電極体が接続され、他方に、前記第２電極体と対向する一対の第３電極体が接続されているとともに、前記両第３電極体は互いに接続され、前記両第２電極体同士は互いに、前記抵抗体から離間する方向に変位している微少電流検出装置。
- 請求項１において、前記基板の一方の主面上に前記抵抗体が、他方の主面上に前記検出素子が形成されている微少電流検出装置。
- 人体を検知する検知素子と、この検知素子からの検知信号に基づいて開閉される検知出力回路と、この検知出力回路に請求項１〜４のいずれかに記載の微少電流検出装置の抵抗体が接続され、その検出素子からの電気信号の変化に基づいて故障検出信号を発生する故障検出手段とを備えた人体検知システム。
- 請求項５において、さらに、前記微少電流検出装置の検出素子からの電気信号の変化に基づいて作動し、前記検知出力回路を１回以上開閉する強制開閉指令手段を備えた人体検知システム。
- 請求項６において、前記検出素子からの電気信号の変化量が一定値以下であるとき前記強制開閉指令手段を作動させる判別手段を備えている人体検知システム。
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