JP4163357B2

JP4163357B2 - 防犯システム用埋設センサ

Info

Publication number: JP4163357B2
Application number: JP37665099A
Authority: JP
Inventors: 良智加藤
Original assignee: ケイエステクノ株式会社
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP2001174568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上や建築物の床上に存在する物体を検出する埋設センサに関し、特に被検出物たる人間（生物）を検出する防犯システム用埋設センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、駐車場において、各駐車区画に車両が存在するかどうかを検出する検出手段として、ループコイルの共振周波数の変動を利用したループコイルセンサが用いられている。
【０００３】
このループコイルセンサは、直径１ｍ乃至２ｍ程度の円形状に電線を４乃至６回程度巻いて形成したループコイルを上記各区画の地中に水平に埋設し、このループコイルに１００ＫＨｚ乃至５００ＫＨｚの高周波電流を供給し、ループコイル周囲に磁界を発生させる。
【０００４】
この磁界に車両が侵入すると、車体の鉄損失及び透磁率の変化により、ループコイルのインダクタンスが減少する。このインダクタンスの減少による高周波の周波数の変動を検出回路により検出し、上記各区画に車両が存在するか否かを検出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなループコイルセンサは、高周波を用いてループコイルにより磁界を発生させるために、近接する他のループコイルとの干渉により誤動作が生じる場合がある。この場合、ループコイル間の間隔を厳密に調整する必要があり、配設位置が限定されるという問題点があった。
【０００６】
さらに、このループコイルセンサは高周波を発生するために、駐車場周囲の電話回線や電子回路等にこの高周波が影響を与え、ノイズ源になるという問題点があった。逆に、ループコイル周囲のノイズ源、例えば、車両のスパークプラグから発生するノイズ等が、このループコイルに接続された検出回路により検出され、誤動作を生じるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記のループコイルセンサの問題点を解決すると共に、磁界を発生するための高周波を用いず、且つ、検出安定性に優れた防犯システム用埋設センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の防犯システム用埋設センサは、水分の侵入を防止するための可撓性保護部材により扁平状に包囲されかつ土砂等の隠蔽部材により埋設された電極部１の電極部材は、地表側から順に積層して設けた可撓性のアース電極１２、電極間可撓性絶縁部材１３、検出電極１１を有すると共に、前記可撓性アース電極１２は前記検出電極１１よりも面積が大きく、しかも該可撓性アース電極の周縁部は、前記電極間可撓性絶縁部材の周縁部において検出電極１１の周縁に覆い被さるように下方へ撓んでおり、さらに電極間可撓性絶縁部材が被検出物たる人間により圧縮されアース電極と検出電極とが接近することによりこれら電極間の静電容量の増加を検出回路が検出することを特徴とする。
【０００９】
従来、静電容量センサを用いた感圧センサが知られていたが、これをそのまま埋設すると、地中の電荷変動の影響を受け誤検知するという問題点があった。しかし、本発明によれば、アース電極により地中の電荷変動の影響を排除することができ、誤検知を防止し優れた検出安定性を確保することができる。また、磁界を発生するための高周波を用いないため、上記高周波センサの問題点も解消することができる。
【００１０】
本発明の他の技術的特徴は、請求項２と請求項３に記載されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る第１の実施の形態の埋設センサを図１乃至図４を参照しつつ説明する。本実施の形態の埋設センサは、地面に設けた防犯システム用埋設センサ（以下、「埋設センサ」という。）であり、侵入者が埋設センサの電極部１を隠蔽している土砂２の上を歩くと警報が作動するというものである。
【００１２】
埋設センサの電極部１は、厚さ１４ｍｍ、幅５０ｃｍ、奥行１００ｃｍのシート状の形態を有する。この電極部１は、シート状の銅箔の検出電極１１と、シート状の銅箔のアース電極１２と、検出電極１１とアース電極１２間に配設されたシート状の電極間ポリエチレンフォーム（以下、「ＰＥフォーム」という）１３と、検出電極１１の裏面に設けたシート状の保護用ＰＥフォーム１４と、アース電極１２の表面側に設けた可撓性保護部材である表面ゴムシート１５と、ＰＥフォーム１４の裏面側に設けた可撓性保護部材である裏面ゴムシート１６とから構成されている。なお、可撓性保護部材１５，１６は、図１で示すように電極部１の電極部材１１，１２等を扁平状に包囲する。
【００１３】
上記検出電極１１は、電極部１の設置面の状態、即ち、ゴムシート１６裏面側の土砂表面の平坦性が十分でない場合でも、電極部１が当該土砂表面に密着することを助ける。しかし、この検出電極１１は、必ずしも可撓性を有する必要は無く、導電性を有する板状体、例えば、アルミニウム板等であっても良い。
【００１４】
上記アース電極１２は、銅箔であり可撓性を有しているため、侵入者が踏んだ土砂の下方に位置する部分だけが検出電極１１側に接近することができる。静電容量は、検出電極とアース電極の対向面積の増大（静電容量の増加は正比例する）よりも両電極間の距離の短縮（静電容量の増加は反比例する）の方が効率的に増加する。従って、アース電極に可撓性が無い場合、即ち、板状のアース電極の場合と比較して、可撓性を有するアース電極は、検出回路に対してより大きな静電容量の変化をもたらすことができる。
【００１５】
このことから、被検出物たる人間の靴底面積、即ち、有効押圧面積が、アース電極の面積よりも相対的に小さい場合には、アース電極に可撓性を持たせることが好ましい。一方、有効押圧面積がアース電極の面積よりも相対的に大きい場合には、アース電極に可撓性を持たせる必要は必ずしもなく、この場合のアース電極は、可撓性を有さない板状であっても良い。
【００１６】
また、このアース電極１２に導電性ゴムシートを用いる場合には、表面ゴムシート１５は必ずしも必要ではない。尚、検出電極１１は、幅４０ｃｍ、奥行９０ｃｍであり、アース電極１２よりもわずかに小さい。
【００１７】
上記電極間ＰＥフォーム１３は、電極間部材であり、その厚さが約５ｍｍである。また、その大きさは、アース電極１１と略等しい。この部材には、可撓性と絶縁性があれば、他の材質であっても用いることができる。そして、被検出物の重量と圧力が加わる面積に応じてその圧力硬度を調整する。
【００１８】
本実施の形態の場合には人間を被検出対象としているため、圧力硬度０．６乃至０．９ｋｇ／ｃｍ^２のＰＥフォームを用いている。このような圧力硬度のＰＥフォームを採用すると、重量が軽い猫等の小動物を被検出対象から完全に除外することができる。圧力が加わる面積に関しては後述する。
【００１９】
上記保護用ＰＥフォーム１４も、検出電極保護部材であり、その厚さが約５ｍｍである。この部材も可撓性と絶縁性があれば他の材質を選択することができる。この部材は、検出電極１１と同様に、電極部１の設置面の状態、即ち、ゴムシート１６裏面側の土砂表面の平坦性が十分でない場合でも、電極部１が当該土砂表面に密着することを助ける。特に、検出電極１１がアルミニウム板等の可撓性の無い材質である場合には、当該アルミニウム板が変形することを防止する。
【００２０】
さらに、この保護用ＰＥフォーム１４は、図１に符号４で示す木の根５が成長し、電極部１の裏面を押し上げた場合、検出電極１１がアース電極１２側に移動することを防止する。検出電極１１がアース電極１２側に移動すると、検出電極１１とアース電極１２間の静電容量が増加し誤検知するからである。
【００２１】
表面ゴムシート１５と裏面ゴムシート１６とは、夫々の縁周囲で互いに溶着されており、電極部１内部への土砂や水分の進入を防止する。尚、溶着の際には、電極部１内部の空気を抜くことが好ましい。また、この縁周囲では、これらゴムシート１５、１６により、アース電極１２の周囲と、電極間ＰＥフォーム１３の上縁周囲と、保護用ＰＥフォーム１４の下縁周囲とが押圧されている。
【００２２】
次に、図３を参照しつつ埋設センサの検出回路２０を説明する。検出回路２０は、一連に接続されたパルス信号発生回路２１と、差動増幅器２２と、ＡＣ−ＤＣ変換器２３と、比較器２４とから成る。回路２０から出力されたパルス信号Ｖ１は分枝され、分枝されたパルス信号は、抵抗２５と検出電極１１とアース電極１２間で形成されるコンデンサＣの静電容量の増大により、パルス信号波形が鈍るように変形する。
【００２３】
差動増幅器２２は、パルス信号Ｖ１と、静電容量の変化により形成されたパルス信号Ｖ２の電圧差を増幅し、さらに、この出力Ｖ３を変換器２３により直流電圧に変換する。比較器２４は、変換器２３の出力Ｖ４を、予め設定されている検出しきい値と比較し、このしきい値よりもＶ４が大きい場合、コントローラ（図示せず）へ検出信号を送信する。
【００２４】
次に、本実施の形態の埋設センサの作用を説明する。侵入者が電極部１の上方に位置する土砂を踏むと、図１に示すように、当該部分の電極間ＰＥフォーム１３が圧縮され、アース電極１２と検出電極１１が接近する。このため、コンデンサＣの容量が増加する。
【００２５】
そして、この静電容量の増大は、検出回路２０により検出される。検出回路２０が検出信号を送信すると、コントローラは、当該コントローラに接続されているサイレン等の警報手段を作動させ、侵入者の存在を知らせる。
【００２６】
本実施の形態の埋設センサは、基本的に静電容量の変化を利用した感圧センサの一種であると言うことができるが、検出電極１１の地表側にアース電極１２が配設されていることに発明の要部が存在する。
【００２７】
雨等により電極部１の上方に位置する土砂が水分を含んだ場合、当該土砂の電荷量が増大する。しかし、この電荷量の増大は、アース電極１２が検出電極１１よりも当該土砂側に位置するため、検出電極１１に影響を与えることができない。
【００２８】
これは、検出電極１１をアース電極１２がシールドしているためである。従って、本実施の形態では検出電極１１とアース電極１２間の静電容量は、検出電極１１とアース電極１２間の距離により変動するだけであり、このため、雨等により誤って検出信号が出力されることが無い。即ち、誤動作が防止される。
【００２９】
本実施の形態では、検出電極１１の下方には、アース電極が存在しない。しかし、実験の結果、通常の設置条件であれば、電極部１の下方に位置する土砂の水分含有量は略一定であることが分かったためであり、アース電極を検出電極１１の下方にも設ける必然性が小さいからである。従って、電極部１の面積が小さく、電極部１の下方に位置する土砂の水分含有量が変化しやすい場合には、検出電極１の下方にもアース電極を設ける必要がある。この場合、アース電極は、保護用ＰＥフォーム１４と裏面ゴムシート１４の間に配設する。
【００３０】
さらに、図２に示すように、アース電極１２の周縁部は、検出電極１１周縁に覆い被さるように下方へ撓んでいる。このため、アース電極１２によりシールドされた検出電極１１自体の検出領域Ｒは、一点鎖線で示すように略水平方向へ限定される。例えば、電極部１の上方に位置する土砂が乾燥し当該土砂表面に猫等が存在する場合、アース電極１２が存在しないと検出電極１１はこの猫等の電荷の影響を受け、コンデンサＣの容量が増大してしまう。これは、誤検知を引き起こす。
【００３１】
しかし、検出電極１１よりも大きいアース電極１２が検出電極１１の地表側に位置し、また、その周縁が検出電極１１の周縁に覆い被さるように下方へ撓んでいるため、上記の猫等の存在による検出電極１１の電荷量の増加は防止される。即ち、埋設センサの誤動作が防止される。
【００３２】
次に、図４乃至図６を参照しつつ、本発明に係る第２の実施の形態の埋設センサを説明する。なお、第１の実施の形態以下の他の実施例は、本明細書では「開示」するのみであるが、出願の経緯を考慮して便宜上そのまま記載する。この第２実施例の埋設センサは、タイル状の敷石３１を侵入者が踏むと、リンク機構５０を介して電極部材４０が圧縮されるという構成を有し、上記第1の実施の形態の検出回路２０を用いる。
【００３３】
本実施の形態の埋設センサは、３０ｃｍ×３０ｃｍのタイル状の敷石３１と、敷石３１の裏面に設けたアルミニウム製の可動枠体３２と、可動枠体３２の底部に固定したアルミニウム製の底板５１と、可動枠体３２を内側に上下動可能に収納するアルミニウム製の本体ケース３３と、上端を可動枠体３２に固定し下端を本体ケース３３の底面に固定した４本のコイルスプリング７０と、本体ケース３３の底面に設けた電極部材４０と、電極部材４０の上面に載置した押圧板６０と、底板５１と押圧板６０の間に配設されたリンク機構５０とから成る。
【００３４】
リンク機構は、一対の第１リンク部材５２と第２リンク部材５６とから構成されている。第１リンク部材５２は本体ケース３３に固定されている支点５３により、第２リンク部材５６は本体ケース３３に固定されている支点５７により夫々上下方向に揺動可能に支持されている。
【００３５】
第１リンク部材５２の上端５５は底板５１の底面と当接しており、その反対側にはボルト５４が設けられている。第２リンク部材５６の上端部には摺動孔５８が設けられ、その反対側の下端５９は押圧板６０の上面と当接している。そして、ボルト５４は、摺動孔５８にスライド可能に連結されている。
【００３６】
支点５３から上端５５とボルト５４との夫々の距離は、１：１．５の比率となっており、また、支点５７から摺動孔５８と下端５９との夫々の距離は、１：３の比率になっている。このため、底板５１が１ｍｍ程度下降しても押圧板６０は４ｍｍ以上下降する。
【００３７】
電極部材４０は、厚さ１４ｍｍ、幅３０ｃｍ、奥行３０ｃｍのシート状の形態を有し、シート状の銅箔の検出電極４１と、検出電極１１の表面側に配設したＰＥフォーム４２と、検出電極１１の裏面側に配設したＰＥフォーム４３と、ＰＥフォーム４２の表面側に設けた表面ゴムシート４４と、ＰＥフォーム４３の裏面側に設けた裏面ゴムシート４５とから構成されている。
【００３８】
上記検出電極４１は、検出回路２０に接続され、一方、上記電極部材４０と敷石３１を除いた各部材、例えば、本体ケース３３、底板５１及び押圧板６０等は、アースされている。
【００３９】
次に、本実施の形態の埋設センサの作用を説明する。侵入者が敷石３１を踏むと、リンク機構５０が作動し、押圧板６０を押し下げる。そして、電極部材４０のＰＥフォーム４２、４３が圧縮されることで検出電極４１と本体ケース３３の上面及び押圧板６０の底面が接近する。このため、コンデンサＣの容量が増加する。
【００４０】
そして、この静電容量の増大は、検出回路２０により検出される。検出回路２０が検出信号を送信すると、コントローラは、当該コントローラに接続されているサイレン等の警報手段を作動させ、侵入者の存在を知らせる。
【００４１】
本実施の形態においても、検出電極４１の周囲は、本体ケース３３や底板１によりシールドされているため、この埋設センサの周囲の電荷状態の変動の影響を受けない。
【００４２】
さらに、リンク機構５０により、敷石３１が１ｍｍ程度下降しても、押圧板６０は４ｍｍ以上下降するため、電極部材４０の静電容量は大きく変化するため、検出回路２０の閾値を十分大きな値に設定することができるため、誤検知の確率を小さくすることができる。
【００４３】
尚、本実施の形態では、上記ＰＥフォーム４２、４３は、何れか一方のみを配設すれば足り、必ずしも、検出電極４１の表裏面に可撓性部材を設ける必要はない。また、本実施の形態のリンク機構は、中央から偏在した支点を有するリンク機構であるが、支点が中央に位置させ、敷石３１が１ｍｍ下降した場合に押圧板が１ｍｍ下降するものであっても良い。
【００４４】
次に、本発明に係る第３の実施の形態の感圧センサを図７を参照しつつ説明する。この感圧センサは、上記埋設センサの原理を用いたものであり、コンクリート塀８０の上面８１に電極部材７０を設け、この塀８０を乗り越えようとする侵入者を検出するものである。尚、上記第１の実施の形態の検出回路２０を使用する。
【００４５】
電極部材７０は、厚さ１５ｍｍ、幅１０ｃｍの帯状の形態を有し、帯状の銅箔の検出電極７１と、検出電極７１の表面側に配設したＰＥフォーム７２と、検出電極７１の裏面側に配設したＰＥフォーム７３と、ＰＥフォーム７２、７３の外側周囲を覆う銅箔のアース電極７４と、このアース電極７４の外側周囲を覆うゴムシート７５とから構成されている。そして、検出電極７１は検出回路２０に接続され、アース電極７４は大地にアースされている。
【００４６】
尚、上記ＰＥフォーム７２、７３は、絶縁性があれば、何れかが可撓性を有していれば良く、例えば、ＰＥフォーム７２は、可撓性の無いプラスチック板であってよい。
【００４７】
次に、本実施の形態の作用を説明する。侵入者が塀８０を乗り越えようとして、上面８１に配設されている電極部材７０に手をかけると、電極部材７０のＰＥフォーム７２、７３が圧縮される。そして、検出電極７１とアース電極７４が接近し、コンデンサＣの容量が増加する。
【００４８】
そして、この静電容量の増大は、検出回路２０により検出される。検出回路２０が検出信号を送信すると、コントローラは、当該コントローラに接続されているサイレン等の警報手段を作動させ、侵入者の存在を知らせる。
【００４９】
本実施の形態においても、検出電極７１の周囲は、アース電極７４によりシールドされているため、雨水が塀８０にしみ込み塀８０の電荷量が増大しても誤検知することがない。さらに、猫等の小動物がこの電極部材７０の上に乗っても、この小動物の電荷の影響を検出電極７１が受けることが防止される。
【００５０】
尚、検出電極２０の閾値を調整することにより、猫等の小動物を誤って検出することを防止することができる。即ち、小動物の重量と圧力を与える面積（４本足で立っている場合には４本の足の裏の総面積であり、寝ている場合にはその体の着地総面積）を想定し、ＰＥフォームの圧力硬度から電極部材７０の静電容量の増加量を算出する。
【００５１】
この小動物の存在による静電容量の増加量よりも大きな値に検出回路２０の閾値を設定しておくと、小動物の存在による誤検知を防止することができる。何故なら、人間が塀に手をかけぶら下がった場合の静電容量の増加量は、小動物の存在による静電容量の増加量よりもはるかに大きいからである。
【００５２】
上記各実施の形態において、検出電極やアース電極は、銅箔等の導電体であったが、帯電性を有する物質に代えることも可能である。例えば、ビニール等の合成樹脂やゴム等にカーボン粉体を混入しシート状に形成したものであっても良い。そして、これら帯電シートと検出回路との接続には、５ｃｍ四方程度の導電性シート（例えば、アルミ箔等）を帯電シートの一部に付着し、この導電シートに検出回路のリード線を接続することで行う。帯電シートでの電荷変動は、導電シートを介してリード線に伝達される。このような帯電性のシートを用いることにより、導電体である金属等よりも撓んだ後の復元性が優れるという利点がある。
【００５３】
本実施の形態の感圧センサは、塀の他、フェンスや門戸の上面に設けることにより、誤検知のない高い防犯効果が期待できる。なお、設置場所は、これら箇所に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の埋設センサの断面図である。
【図２】図１に示す電極部材１の周縁部の一部拡大図である。
【図３】図１の埋設センサの検出回路２０のブロック図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態の埋設センサの平面説明図である。
【図５】図４に示す埋設センサの正面説明図である。
【図６】図４に示す埋設センサの側面説明図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態の感圧センサの断面図である。
【符号の説明】
１電極部材
２土砂
３脚
４木
５根
１１検出電極
１２アース電極
１３電極間ＰＥフォーム
１４保護用ＰＥフォーム
１５表面ゴムシート
１６裏面ゴムシート

Claims

水分の侵入を防止するための可撓性保護部材により扁平状に包囲されかつ土砂等の隠蔽部材により埋設された電極部１の電極部材は、地表側から順に積層して設けた可撓性のアース電極１２、電極間可撓性絶縁部材１３、検出電極１１を有すると共に、前記可撓性アース電極１２は前記検出電極１１よりも面積が大きく、しかも該可撓性アース電極の周縁部は、前記電極間可撓性絶縁部材の周縁部において検出電極１１の周縁に覆い被さるように下方へ撓んでおり、さらに電極間可撓性絶縁部材が被検出物たる人間により圧縮されアース電極と検出電極とが接近することによりこれら電極間の静電容量の増加を検出回路が検出する防犯システム用埋設センサ。
請求項１に於いて、検出電極の裏面側に可撓性の検出電極保護部材を備えていることを特徴とする防犯システム用埋設センサ。
請求項１に於いて、検出電極も可撓性を有していることを特徴とする防犯システム用埋設センサ。