JP4632086B2 - 荷重検出装置及び荷重検出方法 - Google Patents

荷重検出装置及び荷重検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、人又は動物の体を支持する支持体に配置された荷重センサにより、支持体に加わる荷重及び振動を検出可能な荷重検出装置に関する。
従来の荷重検出装置として、ベッドやマット、シート等の荷重センサの支持体に掛かる荷重を検出し、人や動物、物体等の存在の有無を判定するようなものが知られている。また、このような存在の有無の判定に留まらず、人の心拍や呼吸等の微小振動を検出するようにしたものも提案されている。下記に示す特許文献１には、このような荷重検出装置に関する発明が記載されている。この荷重検出装置は、振動発生部と振動発生部に隣接して設置された振動検出部とを備えた振動検出手段を人体を支持する支持体に配設している。また、この荷重検出装置は、振動特性演算手段と、荷重演算手段とを備えている。振動特性演算手段は、振動発生部の振動により伝播する振動の振動特性を、振動検出部の出力信号から演算する。そして、荷重演算手段は、この振動特性演算手段の出力信号に基づいて、振動検出手段に印加される荷重を演算する。さらに、振動検出部の出力信号から支持体上の人体による振動成分を抽出する人体振動抽出部を備えて、例えば人体の心拍や呼吸による振動成分を抽出する。そして、人体判定部が、人体振動抽出部と、荷重演算部との出力信号に基づいて、支持体上の人体の存在の有無を判定する。
特開２０００−２３０８５３号公報（第８〜１６段落、第１〜５図、第８〜１０図）
上述した荷重演算部で演算する荷重は、人体等が支持体に乗った場合に安定的に生じる荷重、いわゆる静荷重である。一方、心拍など人体振動抽出部で抽出される振動成分は、静荷重と対比すると突発的に発生する微小振動、いわゆる動荷重である。この動荷重は、微小振動であるので、出力はさほど大きくない。そこで、微小振動の検出を容易にするために、振動検出部として例えば圧電素子（特許文献１参照）を用い、さらにこの感受面積を広げるという方法がある。しかし、感受面積を広げると、外来ノイズ成分などの人体に依らない振動を検出する可能性も高くなる。そして、心拍などの信号は微小振動であるのでこのような外来ノイズ成分と心拍などとを混同する可能性がある。
本願発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、人又は動物の体を支持する支持体に配置された荷重センサにより、支持体に加わる荷重及び振動を検出可能な荷重検出装置、特に、強いノイズ耐性を有して支持体に加わる微小振動を検出可能な荷重検出装置を提供することを目的とする。
この目的を達成するための本発明に係る荷重検出装置の特徴構成は、人又は動物の体を支持する支持体の検出対象エリア内に分散して配置された複数の荷重センサと、前記複数の荷重センサからの出力を取得して、それぞれの荷重センサの出力、又はそれぞれの荷重センサの出力及びそれぞれの荷重センサが配置される位置に基づいて前記複数の荷重センサの中から一部の荷重センサを選択する選択手段と、選択された荷重センサの出力に基づいて前記支持体に加わる荷重及び振動を検出可能な検出手段と、を備え、前記選択手段は、前記複数の荷重センサの出力に含まれる第一の周波数領域の信号に基づいて、前記一部の荷重センサを選択し、前記検出手段は、選択された荷重センサの出力に含まれる前記第一の周波数領域とは異なる第二の周波数領域の信号に基づいて前記荷重及び前記振動を検出する点にある。
この特徴構成によれば、検出対象エリア内に分散して複数の荷重センサを配置しているので、微小振動を検出するための感受面積を広く取ることができる。また、複数配置されている荷重センサは、それぞれが独立している。従って、微小振動を良好に検出し得る荷重センサを選択手段により選択することにより、Ｓ／Ｎ比の高い検出信号を得ることができる。本特徴構成のように、それぞれの荷重センサの出力に基づいて、複数の荷重センサの中から一部の荷重センサを選択すれば、このために他のセンサなどを備える必要もない。その結果、荷重検出装置の規模を大きくすることもなく、強いノイズ耐性を有して支持体に加わる微小振動を検出可能な荷重検出装置を得ることができる。また、それぞれの荷重センサの出力と、それぞれの荷重センサが配置される位置に基づいて荷重センサを選択すれば、微小信号の発生の可能性が高い部分であることと、実際の荷重センサの出力との両方の条件を加味して荷重センサを選択することができる。
既に述べたように、荷重センサが検出する荷重には、人体等が支持体に乗った場合に安定的に生じる荷重である静荷重と、心拍など静荷重と対比すると突発的に発生する動荷重とがある。それぞれの荷重は、荷重センサの出力として現れる信号の周波数が異なる。従って、異なる周波数領域において、荷重センサの出力を信号処理することにより、両荷重をそれぞれ別個に検出することができる。上述したように、人体等による荷重が充分に掛かっている状態では支持体に人体等が密着しており、心拍などの微小振動も支持体を介して荷重センサに伝播し易い。換言すれば、静荷重が充分に検出されている状態では、心拍などの微小振動を示す動荷重を検出し易い。そして、上述したように、静荷重と動荷重とは、異なる周波数領域において荷重センサの出力を信号処理することにより、独立して検出することができる。従って、例えば第一の周波数領域の信号に基づいて静荷重を評価して、その評価結果に基づいて荷重センサを選択し、選択された荷重センサの出力に含まれる第二の周波数領域の信号に基づいて、動荷重（振動）を検出することができる。
ここで、前記選択手段が、前記複数の荷重センサの出力に含まれる前記第一の周波数領域の信号に基づいて、前記複数の荷重センサのそれぞれの出力が示す荷重を評価し、前記配置に対する前記複数の荷重センサの出力の分布に基づいて前記一部の荷重センサを選択すると好適である。
支持体への配置に対する複数の荷重センサの出力の分布によって、支持体に支持される人や動物の支持の状態を知ることができる。従って、選択手段は、この分布に基づいて微小振動の検出に適した位置に配置された荷重センサを選択することができる。その結果、検出手段は適切な荷重センサからの出力に基づいて、良好に微小振動を検出することができる。
また、前記選択手段が、前記複数の荷重センサの出力に含まれる前記第一の周波数領域の信号に基づいて、前記複数の荷重センサのそれぞれの出力が示す荷重を評価し、前記複数の荷重センサの出力が示す荷重の絶対値が最も大きい荷重センサを選択すると好適である。
荷重の絶対値が最も大きい荷重センサには、人や動物などの荷重が充分に掛かっている。そして、荷重が充分に掛かっているということは、人や動物が支持体に密着していることを示している。人や動物と支持体とが、密着していると、微小振動は支持体を介して支持体に支持された荷重センサへ良好に伝播される。従って、心拍などの微小振動は、高いＳ／Ｎ比で検出される。その結果、強いノイズ耐性を有して支持体に加わる微小振動を検出可能な荷重検出装置が得られる。
また、前記検出エリアが、横たわり、又は着座する前記人又は前記動物が接触する範囲に設定され、前記複数の荷重センサが、歪又は振動を圧電効果により電気信号に変換して出力する圧電効果型センサであって、前記検出手段が、前記人又は前記動物の体重、脈拍、呼吸の少なくとも1つを検出するものであると好適である。
人などが横たわる範囲に検出エリアを設定すれば、本発明をベッドなどに適用することができる。同様に着座する範囲に設定すれば、椅子やマッサージチェア、乗り物のシートなどに適用することができる。このようなベッドや、椅子、シートなどに物体や動物が乗っているか、人が利用しているかを単なる荷重の有無だけでなく、微小振動を含めて総合的に判断することができる。また、この際、荷重から人などの体重、微小振動から脈拍や呼吸などを検出すれば、利用者に応じた各種の制御を施すことも可能となる。さらに、利用者の異常や、健康チェックなども同時に行うことができる。また、荷重センサとして圧電効果型のセンサを使用しているので、低消費電力化や小型化が可能である。
また、本発明に係る荷重検出方法の特徴構成は、人又は動物の体を支持する支持体の検出対象エリア内に分散して配置された複数の荷重センサからの出力を順次取得して、前記複数の荷重センサの出力に含まれる第一の周波数領域の信号に基づいて、それぞれの荷重センサの出力を評価する評価工程と、前記評価工程の評価結果、又は前記評価工程の評価結果及び前記複数の荷重センサが配置される位置に基づいて、前記複数の荷重センサの中から一部の荷重センサを選択する選択工程と、前記選択工程で選択された荷重センサの出力に含まれる前記第一の周波数領域とは異なる第二の周波数領域の信号に基づいて、前記支持体に加わる荷重及び振動の一方又は双方を検出する検出工程と、を備える点にある。
勿論、この荷重検出方法も、上記説明した本発明に係る荷重検出装置に関する作用効果、及び全ての追加的特徴とその作用効果を備えることができるものである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る荷重検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。図２は、図１の荷重検出装置の荷重センサが設置される実施形態の一例を模式的に示す説明図である。図に示すように本発明の荷重検出装置は、複数の荷重センサ１と、これらの荷重センサ１を駆動する駆動手段２と、荷重センサ１からの出力信号を信号処理する信号処理部３と、信号処理された出力信号に基づいて荷重や振動を検出する情報処理部４とを備えている。信号処理部３と情報処理部４とは、本発明の検出手段５を構成する。複数の荷重センサ１に対して、駆動手段２と検出手段５とは、単数しか備えられていない。従って、複数の荷重センサ１の中の何れかを選択して駆動手段２からの駆動信号Ｄを伝達するための選択手段６も備えられている。但し、別の構成として、駆動信号Ｄが選択手段６において選択されることなく、常時全ての荷重センサ１に伝達されるものであってもよい。
選択手段６はまた、複数の荷重センサ１からの複数の出力のうちから１つを選択して、信号処理部３へ伝達する機能も担っている。詳細は、後述するが、複数の荷重センサ１のそれぞれからの出力を順次切り替えて、信号処理部３へ入力し、検出エリア内の荷重センサ１の全てを走査することができる。また、選択手段６は、特定の１つ又は複数の荷重センサ１を指定して、その出力を信号処理部３へ伝達することもできる。上記走査の制御や、特定の荷重センサ１の指定は、情報処理部４が行うものであってもよい。このような場合、情報処理部４は、本発明の選択手段６としての機能の一部を併せ持つと見ることができる。
複数の荷重センサ１は、支持体７に分散して配置される。支持体７としての好適な一例は、図２に示すような乗り物の座席（シート）である。このような座席にあって、例えばその座面７Ａや、背もたれ部７Ｂに配置され、着座する利用者１０の体重や、呼吸、心拍などを検出する。
以下、荷重センサ１による荷重及び振動の検出について説明する。図３は、図１の複数の荷重センサの中の１つの荷重センサの接続を模式的に示すブロック図である。荷重センサ１を用いた荷重や振動の検出原理の説明が容易となるように、１つの荷重センサ1に対する接続を切り出して示したものである。図４は、図１〜３の荷重センサの構成の一例を模式的に示す斜視図である。本実施形態において、荷重センサ１は、単一の素子内で振動の発生と振動の検出との２つの機能を有するように構成されたものである。図４に示すように、荷重センサ１は、基板１１上に圧電体１３が備えられ、この圧電体１３の上下両面にそれぞれ第一電極１２と第二電極１４とが備えられた構造である。第一電極１２には配線１５ａが電気的に接続されており、第二電極１４には配線１５ｂが電気的に接続されている。配線１５ａ及び配線１５ｂを介して、駆動手段２より駆動信号Ｄが与えられる。この駆動信号Ｄに応じて圧電体１３が変形し、この変形によって基板１１を撓み変形させる。逆に基板１１が他の力、例えば外部からの荷重や振動、加速度などによって撓み変形した場合には、この変形によって圧電体１３を変形させる。圧電体１３が撓み変形すると、圧電効果により電荷を生じ、第一電極１２と第二電極１４との間に電位差が発生する。この電位差が、荷重や振動、加速度に対する検出信号となる。
尚、この圧電体１３を構成する圧電材料は例えばセラミックス圧電材やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電材料、またはゴムなどの樹脂とセラミックス粉体とを混合した複合圧電材料等を用いればよい。高分子圧電材料や複合圧電材料は、可撓性に優れており好適である。
図５は、図１及び図３に示す駆動手段２からの駆動信号Ｄの一例を模式的に示す波形図である。駆動手段２は、図５に示すように周期的に駆動信号Ｄを出力することにより、荷重センサ１の第一電極１２と第二電極１４との間に駆動電圧を印加する。駆動信号Ｄの周期は、荷重センサ１を効率的に振動させるため、圧電体１３又は荷重センサ１の共振周波数とすると好適である。一般的には、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの値となり、検出対象となる荷重のレベルや検出精度によって最適化すればよい。また、駆動信号Ｄが駆動電圧を出力する期間、つまり正方向の電圧値を有する期間において、駆動手段２と配線１５（１５ａ及び１５ｂ）とを電気的に接続し、駆動電圧を出力しない期間において、電気的接続を切り離すようにしてもよい。
図３に示すように、配線１５は、信号処理部３にも接続されている。信号処理部３は、検出手段５を構成し、荷重センサ１の出力信号（検出信号Ｓ）を信号処理する。図６は、検出手段５（信号処理部３）への入力信号の一例を模式的に示す波形図である。信号処理部３には、図６に示すように、駆動信号Ｄと、荷重センサ１からの検出信号Ｓとが重畳された重畳信号Ｒが入力される。図６において、方形波状の正方向のパルス信号が駆動信号Ｄであり、負方向の正弦波状の半波信号が検出信号Ｓである。信号処理部３は、この重畳信号Ｒから荷重センサ１の検出信号Ｓを抽出して、荷重センサ１に印加された荷重や振動、加速度を電圧値として出力する。図７は、信号処理部３で抽出された荷重センサ１からの検出信号Ｓの一例を模式的に示す波形図である。図７（ａ）は、例えば、荷重センサ１に外部から荷重や振動、加速度が印加されなかった場合、即ち、荷重などの外部からの力が小さい場合の波形の例である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に比べて大きな荷重や振動、加速度が、荷重センサ１に印加された場合の波形の例である。このように、荷重が大きいほど、負方向の検出信号Ｓの振幅が小さくなる。
図８は、本発明の荷重検出装置の原理を模式的に示す説明図である。図８（ａ）に示すように、駆動信号Ｄは周期Ｔで正方向への振幅ＶＤを有する。この駆動信号Ｄにより、期間ＴＤ（駆動期間）において荷重センサ１には電荷Ｑ１が供給され、圧電効果により荷重センサ１が破線で示すように撓み変形する。駆動信号Ｄの正方向パルスが出力されない期間、即ち期間ＴＳ（検出期間）において、撓み変形していた荷重センサ１は実線で示すように初期状態に戻る。このとき、圧電効果によって電荷Ｑ２を放出する。これにより駆動信号Ｄとは反対方向の振幅ＶＳを有する検出信号Ｓを出力する。図８（ａ）においては、無負荷時の例を示しており、電圧値Ｖ１の振幅を示している。
駆動信号Ｄの印加による荷重センサ１の撓み変形量は、荷重センサ１に印加される荷重や振動、加速度に依存する。例えば、図８（ｂ）に示す例では、荷重センサ１に対して駆動信号Ｄによって撓まされる方向と逆方向の荷重が印加されている。荷重センサ１は、駆動信号Ｄによって生じる逆荷重（撓み力）と、印加される荷重とが釣り合うまで、撓み変形して安定する。印加される荷重が大きければ撓み変形する量は小さくなり、印加される荷重が小さければ撓み変形する量は大きくなる。従って、同じ駆動信号Ｄによって荷重センサ１を駆動しても、図８（ｂ）に示す場合の荷重センサ１の撓み量は、図８（ａ）に示す無負荷時の撓み量よりも少なくなる。その結果、圧電効果によって生じる電荷量も少なくなり、期間ＴＳにおいて、駆動信号Ｄとは反対方向の振幅ＶＳを有する検出信号Ｓの振幅も小さくなる。図８（ａ）の無負荷時では電圧値Ｖ１の振幅を示していたが、図８（ｂ）に示す負荷有りの場合では、電圧値Ｖ２の振幅値となる。
図９は、荷重センサ１に掛かる荷重と、荷重センサ１の検出信号Ｓの振幅値ＶＳとの関係を模式的に示すグラフである。このように、荷重センサ１の検出電圧Ｓの振幅値ＶＳは、荷重が大きくなるに従って小さくなる傾向を示す。
尚、荷重センサ１に印加される振動や加速度のみを検出するような場合には、駆動手段２の機能を停止し、信号処理部３にて荷重センサ１からの検出信号Ｓを信号処理してもよい。
また、荷重センサ１に荷重と、振動や加速度とが同時に印加される場合には、荷重と、振動や加速度とに依存する合成波形が出力される。この合成波形を、信号処理部３で分離することにより、荷重と、振動や加速度とを同時に検出することが可能である。
図１０は、荷重センサ１に荷重と、振動や加速度とが同時に印加される場合の検出手段５（信号処理部３）への入力信号を模式的に示す波形図である。図１０（ａ）は、駆動信号Ｄと、静荷重が印加された検出信号Ｓとが重畳された重畳信号Ｒを示す波形である。図１０（ｂ）は、この重畳信号Ｒにさらに、動荷重が印加された場合の検出信号Ｓが重畳された重畳信号Ｒを示す波形である。ここで、例えば、静荷重が人の体重などによる荷重、動荷重が人の心拍や呼吸などによる振動を表すものとする。この場合、駆動信号Ｄの周波数は上述したように数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの値を取り得ることができ、本実施形態では百〜数百ｋＨｚ程度である。また、人の心拍による振動は５Ｈｚ前後、呼吸による振動は０．１Ｈｚ〜１Ｈｚ程度である。従って、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示すように、心拍や呼吸による振動は、駆動信号Ｄの周期Ｔよりも長い周期ＴＶごとに、脈動Ｐとして検出信号Ｓや重畳信号Ｒに現れる。
信号処理部３では、上述したような周波数成分の違いにより、重畳信号Ｒから、静荷重と動荷重とを分離する。図１１は、信号処理部３の構成例を模式的に示すブロック図である。図に示すように、信号処理部３は低周波信号処理回路３１と高周波信号処理回路３２と信号処理回路３３とを備えている。低周波信号処理回路３１には心拍や呼吸による低周波領域の周波数帯域の検出信号Ｓを分離するために、上限周波数が１０〜１００Ｈｚ程度の低域通過フィルタ（LPF：Low Pass Filter）が設けられている。図１０（ｃ）に示した波形は、この低周波信号処理回路３１で処理された後の波形の例である。このように心拍や呼吸による脈動成分のみが取り出されている。高周波信号処理回路３２には駆動信号Ｄとの協働による静荷重の検出信号Ｓを分離するために、駆動信号Ｄの周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタ（BPF：Band Pass Filter）が備えられている。そして、図６〜８に基づいて説明したように、振幅値によって静荷重を検出する。信号処理回路３３は、これら低周波信号処理回路３１と高周波信号処理回路３２とで信号処理された信号に基づいて、振動を示す周波数や脈動の大きさ、静荷重を示す振幅値の大きさなどを計測する。
検出手段５を構成する情報処理部４は、計測される値と、心拍や呼吸、体重などの検出対象事象に合わせた数値との相関関係についての基本データを記憶している。例えば、静荷重の電圧振幅値ＶＳと荷重との関係（図９参照）や、動荷重の周波数と心拍数との関係などである。そして、情報処理部４は、信号処理部３にて計測された値に基づいて、心拍や呼吸、体重といった数値を演算する。
以上、図３に基づいて、１つの荷重センサ１に対する信号処理について説明したが、本発明に係る荷重検出装置は図１に示したように複数の荷重センサ１を有している。以下、図１２に示すフローチャートも利用して、複数の荷重センサ１を有する本発明に係る荷重検出装置の処理手順を説明する。
荷重検出装置は、少なくとも評価工程と、選択工程と、検出工程との３つの工程を備えている。評価工程は、支持体７の検出対象エリア内に分散して配置された複数の荷重センサ１からの出力を順次取得して、それぞれの荷重センサ１の出力を評価する工程である。選択工程は、評価工程の評価結果、又は評価工程の評価結果及び複数の荷重センサ１が配置される位置に基づいて、複数の荷重センサ１の中から一部の荷重センサ１を選択する工程である。検出工程は、選択工程で選択された荷重センサ１の出力を取得して、支持体７に加わる荷重及び振動の一方又は双方を検出する工程である。
処理がスタートすると、まず変数ｉをゼロに、変数ｊを荷重センサ１の総数ｎに初期化する（処理＃０）。支持体７に複数（ｎ個）備えられた荷重センサ１には、それぞれセンサＮＯ．０〜ｎ−１のｎ個の番号が付されている。そして、センサＮｏ．に応じて順次、荷重センサ１の出力（検出信号Ｓ、重畳信号Ｒ）を取得して、信号処理し（処理＃１）、その結果を記憶しておく（処理＃２）。１つの荷重センサ１に対する信号処理が終わると、変数ｉを１増加させる（インクリメントする）（処理＃３）。そして、インクリメント後に変数ｉと変数ｊとが一致することを確認する（処理＃４）まで、処理＃１〜＃４を繰り返す。以上、処理＃１〜処理＃４が本発明の評価工程に相当し、支持体７に支持された全ての荷重センサ１が、評価工程において走査されることとなる。
尚、この評価工程においては、既に説明した信号処理部３の低周波信号処理回路３１と高周波処理回路３２との何れか一方のみの信号処理を行えば充分である。つまり、何れか一方の信号処理結果に基づいて、情報処理部４が荷重センサ１の選択に必要な演算を実施すれば充分である。従って、情報処理部４の処理時間を抑制することができる。一例として、評価工程においては、高周波信号処理回路３２を用いて、第一の周波数領域（高周波領域）において、複数の荷重センサ１のそれぞれの出力が示す荷重を評価する。このとき、必ずしも情報処理部４で精密に荷重を演算する必要はなく、荷重センサ１相互の示す荷重が相対的に比較可能であれば充分である。
つづいて、走査された全荷重センサ１の出力の処理結果に基づいて、実際の荷重（静荷重、動荷重）の検出に用いる荷重センサ１のＮＯ．を決定する（処理＃５）。これは、本発明の選択工程に相当する。図１に示す選択手段１は、駆動手段２から駆動信号Ｄをそれぞれの荷重センサ１に分配するデマルチプレクサの機能と、それぞれの荷重センサ１からの出力信号を選択して検出手段５に伝達するマルチプレクサの機能とを併せ持つものである。選択手段６は、選択工程において決定された荷重センサ１に駆動信号Ｄを伝達し、この荷重センサ１からの検出信号Ｓ（重畳信号Ｒ）を検出手段３へ伝達する。尚、選択される荷重センサ１は、１つに限らず複数でもよい。つまり、複数の荷重センサ１の中から一部の荷重センサが選択される。
この時、１つの実施形態として、選択手段６が、複数の荷重センサ１の出力が示す荷重の絶対値が最も大きい荷重センサ１を選択するとよい。荷重の絶対値が最も大きい荷重センサ１には、人や動物などの荷重が充分に掛かっている。そして、荷重が充分に掛かっているということは、人や動物が支持体７に密着していることを示している。心拍などの微小振動は、支持体７及び支持体７を介して支持体７に配置された荷重センサ１への振動の伝播が良好なほど、高いＳ／Ｎ比で検出される。その結果、強いノイズ耐性を有して支持体７に加わる微小振動を検出可能な荷重検出装置が得られる。
次に、選択された荷重センサ１からの検出信号Ｓに基づいて検出手段５が、上述したような信号処理及び情報処理を行い（処理＃５）、検出結果を出力する（処理＃６）。これら処理＃５及び処理＃６は、本発明の検出工程に相当する。一例として、第一の周波数領域（高周波領域）において、複数の荷重センサ１のそれぞれの出力が示す荷重を評価する場合について上述した。この場合、検出工程において検出手段３は、第一の周波数領域及び第一の周波数領域とは異なる第二の周波数領域（低周波領域）において、選択された荷重センサ１の出力に基づいて荷重及び振動を検出する。つまり、検出工程において、低周波信号処理回路３１と高周波信号処理回路３２との双方を用いて荷重及び振動を検出する。
また、選択手段６は、支持体７への荷重センサ１の配置に対する複数の荷重センサ１の出力の分布に基づいて選択すると好適である。図１３は、選択される荷重センサ１の一例を示す説明図である。図１３は、図２に示す支持体７としての座席の座面７Ａに利用者１０が着座している場合に、座面７Ａの上方向（利用者の頭部の方向）から座面７Ａを見たものである。ここでは説明を容易にするために利用者１０の足１０Ａと１０Ｂとを図示している。この場合、利用者１０の臀部及び大腿部の下に位置する荷重センサ１は、相対的に大きな静荷重を検出する。従って、全ての荷重センサ１の配置位置に対する全ての荷重センサ１の静荷重の分布を見れば、選択手段６は、臀部及び大腿部が座面７Ａ上に存在する位置を推定することができる。そして、大腿部の静脈による心拍の測定を行うために、大腿部の下に位置する荷重センサ１Ａと１Ｂとを選択することができる。背もたれ７Ｂにおいて同様のことを実施すれば、肺に相当する位置や心臓に相当する位置に対応する荷重センサ１を選択して、呼吸や心拍を良好に検出することができる。また、利用者１０の体重の測定に関しては、臀部の下部に位置する荷重センサ１を用いてもよいし、臀部及び大腿部の下部に位置する荷重センサ１を広く用いてもよい。このように、検出対象に応じて選択される荷重センサ１が異なるものであってもよい。
尚、図１に示したブロック図の具体的な実施形態としては、選択手段６がトランスファーゲート等を用いたアナログマルチプレクサやアナログデマルチプレクサ、信号処理部３がフィルタ回路などを含むアナログ信号処理回路、情報処理部４がＡ／Ｄコンバータや比較器、論理回路、マイクロコンピュータなどを含む論理演算回路、駆動手段２がパルス発生回路やマイクロコンピュータ、により構成されることが考えられる。そして、このような構成の場合、評価工程や検出工程における荷重センサ１の選択は、マイクロコンピュータからの選択指示信号に基づいて、マルチプレクサやデマルチプレクサが動作することによって行われることが多い。従って、この場合、マイクコンピュータは選択手段１としても機能しているといえる。また、駆動手段２がマイクロコンピュータの場合には、情報処理部４や選択手段６として機能するマイクロコンピュータと同一のものであってもよい。即ち、図１に示した各部は、機能としての分担を示すものであり、実施形態において必ずしも物理的に独立した素子や回路などを示すものではない。
本発明の荷重検出装置は、ベッド、椅子、乗り物の座席、マッサージチェアなどに適用することができる。これらに適用する場合には、例えば、座面の表皮下など、利用者に近い場所に荷重センサ１を設置するとよい。また、マットに組み込めるようにフレキシブル基板にマトリクス状に荷重センサ１を配置して、移動や設置が容易なものとしてもよい。そして、ソファーや座布団、布団等と同時に使用すれば、利用者がリラックスした状態で脈拍や呼吸などを計測することができる。計測した情報は、体調管理や利用者の判別に利用することができる。体調管理の場合には、独居者の健康管理や異常検出、利用者の判別の場合には、車両の安全装置（エアバッグ、シートベルト等）の適用の有無や適切な提供条件の設定などに応用することができる。
車両の座席に適用した場合、車両の走行中はエンジン停止時や停車時と比較して、振動性のノイズ及び電気的ノイズが増加する。しかし、本発明によれば、複数の荷重センサ１の中から、微小振動の検出に好適な荷重センサ１を選択する。その結果、前述のノイズが多い環境下にあってもＳ／Ｎ比の高い信号を用いて、微小振動を良好に検出することができる。
以上説明したように、本発明によって支持体７に配置された荷重センサ１により、支持体７に加わる荷重及び振動を検出可能な荷重検出装置、特に、強いノイズ耐性を有して支持体７に加わる微小振動を検出可能な荷重検出装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る荷重検出装置の構成を模式的に示すブロック図 図１の荷重検出装置の荷重センサが設置される実施形態の一例を模式的に示す説明図 図１の複数の荷重センサの中の１つの荷重センサの接続を模式的に示すブロック図 図１〜３の荷重センサの構成の一例を模式的に示す斜視図 図１及び図３に示す駆動手段からの駆動信号の一例を模式的に示す波形図 図１及び図３に示す検出手段への入力信号の一例を模式的に示す波形図 抽出された荷重センサからの検出信号の一例を模式的に示す波形図 本発明の荷重検出装置の原理を模式的に示す説明図 荷重センサに掛かる荷重と、荷重センサの検出信号の振幅値との関係を模式的に示すグラフ 図１及び図３に示す検出手段への入力信号の他の例を模式的に示す波形図 図１に示す信号処理部の構成例を模式的に示すブロック図 本発明の実施形態に係る荷重検出装置の処理手順を説明するフローチャート 図１の荷重検出装置において選択される荷重センサの一例を示す説明図
符号の説明
１ 荷重センサ
３ 信号処理部（検出手段）
４ 情報処理部（検出手段）
５ 検出手段
６ 選択手段
７ 支持体
Ｓ 検出信号

Claims (5)

  1. 人又は動物の体を支持する支持体の検出対象エリア内に分散して配置された複数の荷重センサと、
    前記複数の荷重センサからの出力を取得して、それぞれの荷重センサの出力、又はそれぞれの荷重センサの出力及びそれぞれの荷重センサが配置される位置に基づいて前記複数の荷重センサの中から一部の荷重センサを選択する選択手段と、
    選択された荷重センサの出力に基づいて前記支持体に加わる荷重及び振動を検出可能な検出手段と、を備え、
    前記選択手段は、前記複数の荷重センサの出力に含まれる第一の周波数領域の信号に基づいて、前記一部の荷重センサを選択し、前記検出手段は、選択された荷重センサの出力に含まれる前記第一の周波数領域とは異なる第二の周波数領域の信号に基づいて前記荷重及び前記振動を検出する荷重検出装置。
  2. 前記選択手段は、前記複数の荷重センサの出力に含まれる前記第一の周波数領域の信号に基づいて、前記複数の荷重センサのそれぞれの出力が示す荷重を評価し、前記配置に対する前記複数の荷重センサの出力の分布に基づいて前記一部の荷重センサを選択する請求項１に記載の荷重検出装置。
  3. 前記選択手段は、前記複数の荷重センサの出力に含まれる前記第一の周波数領域の信号に基づいて、前記複数の荷重センサのそれぞれの出力が示す荷重を評価し、前記複数の荷重センサの出力が示す荷重の絶対値が最も大きい荷重センサを選択する請求項１に記載の荷重検出装置。
  4. 前記検出エリアは、横たわり、又は着座する前記人又は前記動物が接触する範囲に設定され、前記複数の荷重センサは、歪又は振動を圧電効果により電気信号に変換して出力する圧電効果型センサであって、前記検出手段は、前記人又は前記動物の体重、脈拍、呼吸の少なくとも１つを検出する請求項１〜３の何れか一項に記載の荷重検出装置。
  5. 人又は動物の体を支持する支持体の検出対象エリア内に分散して配置された複数の荷重センサからの出力を順次取得して、前記複数の荷重センサの出力に含まれる第一の周波数領域の信号に基づいて、それぞれの荷重センサの出力を評価する評価工程と、
    前記評価工程の評価結果、又は前記評価工程の評価結果及び前記複数の荷重センサが配置される位置に基づいて、前記複数の荷重センサの中から一部の荷重センサを選択する選択工程と、
    前記選択工程で選択された荷重センサの出力に含まれる前記第一の周波数領域とは異なる第二の周波数領域の信号に基づいて、前記支持体に加わる荷重及び振動の一方又は双方を検出する検出工程と、を備える荷重検出方法。
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