JP5299663B2 - Body motion detection sensor and body motion detection method - Google Patents

Body motion detection sensor and body motion detection method Download PDF

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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

本発明は、圧電フィルムを用いた体動検知センサーおよび体動検知方法に関し、例えば、カーブを有する形状に屈曲させた圧電フィルムをバンド部材に接続し、被検体の呼吸を検知する体動検知センサーおよび体動検知方法に関する。   The present invention relates to a body motion detection sensor and a body motion detection method using a piezoelectric film, for example, a body motion detection sensor for detecting respiration of a subject by connecting a piezoelectric film bent into a curved shape to a band member. And a body motion detection method.

従来の体動検知手段を大別すると、(ア)センサーに電流を流し電気抵抗の変化を測定するものと、(イ)体動により圧電体に生じる電圧の変化を測定するものがある。   Conventional body motion detection means can be broadly classified into (a) a current flowing through a sensor to measure a change in electrical resistance, and (a) a device to measure a change in voltage generated in a piezoelectric body due to body motion.

(ア)前者は、身体にストレインゲージ(カーボン粒子等の導電物質が注入された細いチューブ)を巻き付けた状態で電流を流してその電圧変化を測定する手法や、細い導線をバンドに縫いつけたコイルセンサーのインダクタンスの変化を測定するというものである。
しかしながら、身体の周囲に電流を流すことに伴う安全性の問題や、他の機器へのノイズの影響の問題が指摘されていた。かかる問題を解決するために、バンド長の変化を検知することで呼吸を監視するセンサーが提言されている(特許文献1)。
しかしながら、特許文献1に開示されるセンサーでは、バンド長の物理的な伸縮そのものを計測するものであり、精度面に問題があった。
(A) The former is a method in which a current is passed in a state where a strain gauge (a thin tube in which a conductive substance such as carbon particles is injected) is wound around the body, and a voltage change is measured, or a coil in which a thin conductor is sewn on a band. It measures the change in inductance of the sensor.
However, it has been pointed out that there are safety problems associated with passing current around the body and noise effects on other devices. In order to solve this problem, a sensor that monitors respiration by detecting a change in band length has been proposed (Patent Document 1).
However, the sensor disclosed in Patent Document 1 measures the physical expansion and contraction of the band length itself, and has a problem in accuracy.

(イ)後者は、圧電体にたわみが生じる必要があるため、圧電体には弾性のあるフィルム形状のものが利用される。圧電フィルムとしてはPVDF(Polyvinylidene fluoride film:ポリフッ化ビリニデン)やチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などからなる圧電セラミックまたは圧電セラミック薄膜が用いられる。PVDFを用いて筋肉活動を監視することで、分晩のタイミングを検知する方法および装置が提言されている(特許文献2)。
また、特許文献2の考えを取り入れた、圧電フィルムを用いたバンド型呼吸センサーがある。図1は、従来型の圧電フィルムを用いたバンド型呼吸センサーの使用態様である。バンド1の中央部に圧電フィルム2が設けられており、当該部分のたわみ量の変化により生じる出力電圧を計測することで呼吸が正確に行われているかを検知する仕組みである。
(A) Since the latter needs to bend in the piezoelectric material, an elastic film-shaped material is used as the piezoelectric material. As the piezoelectric film, a piezoelectric ceramic or a piezoelectric ceramic thin film made of PVDF (Polyvinylidene fluoride film), barium titanate, lead zirconate titanate (PZT), or the like is used. There has been proposed a method and a device for detecting timing of minutes by monitoring muscle activity using PVDF (Patent Document 2).
In addition, there is a band-type respiration sensor using a piezoelectric film that incorporates the idea of Patent Document 2. FIG. 1 shows a usage mode of a band-type respiration sensor using a conventional piezoelectric film. A piezoelectric film 2 is provided in the central portion of the band 1 and is a mechanism for detecting whether respiration is accurately performed by measuring an output voltage generated by a change in the amount of deflection of the portion.

しかしながら、胸部または腹部にバンド巻き付けて使用する場合においては、圧電フィルムにたわみを生じさせるためにバンドをきつく巻き付ける必要があり、患者の不快感が高く、バンドのずれも生じやすく、しかも、圧電フィルムにたわみを生じさせるため、バンド1には伸縮しない素材が用いられており、このことが更に装着感を悪くしていた。
また、腹部・胸部の一部の動きのみが圧電フィルムにたわみを生じさせるという構造上、生じる電圧の変化も少なく、出力される電気信号が小さい(カタログ値700μV)ため、体位の変化に伴うノイズや心臓の鼓動によるノイズにより安定した記録が得られないという問題があった。
さらに、胸部および腹部に2本のバンドを巻き付けて使用することにより検知精度は高くなるが、1本のバンドと比べ更に装着感が悪くなり、しかも視覚的にも身体を縛られているという痛々しい感じがするため、患者の心理的な負担は大きかった。
However, when the band is wound around the chest or abdomen, it is necessary to wind the band tightly in order to cause the piezoelectric film to bend, the patient is uncomfortable, the band is easily displaced, and the piezoelectric film In order to cause bending, a material that does not expand and contract is used for the band 1, which further deteriorates the wearing feeling.
In addition, due to the structure in which only a part of the abdomen / chest movement causes the piezoelectric film to bend, there is little change in voltage, and the output electrical signal is small (catalog value 700μV), so noise accompanying changes in body position There was a problem that stable recording could not be obtained due to noise caused by heartbeat.
In addition, the use of two bands wrapped around the chest and abdomen increases the detection accuracy, but the feeling of wearing is worse than that of a single band, and the body is visually bound. The patient's psychological burden was great.

そこで、本発明者は、ブリッジ状に撓ませた圧電フィルムと、圧電フィルムの両端を結ぶ圧電フィルムより短い伸縮可能な部材とから構成され、被検体に当接する伸縮可能な部材の伸縮動に追従して、圧電フィルムの撓みが変化する体動検知センサーおよびそれを用いた体動モニタリングシステムを提言した(特許文献3)。
特開2001−17409号公報 特公昭63−501196号公報 特許第4045344号公報
Therefore, the present inventor follows the expansion and contraction movement of a stretchable member that is composed of a piezoelectric film bent in a bridge shape and a stretchable member that is shorter than the piezoelectric film connecting both ends of the piezoelectric film. And the body motion detection sensor in which the bending of a piezoelectric film changes and the body motion monitoring system using the same were proposed (patent document 3).
JP 2001-17409 A Japanese Patent Publication No. 63-501196 Japanese Patent No. 4405344

特許文献3に開示される体動検知センサーは、小型化の観点から改良の余地があった。図1は、特許文献3に開示される体動検知センサーの試作品の写真および特徴を説明するための図面である。特許文献3に開示される体動検知センサーは、その構造上、圧電フィルムを撓ませるための厚み(高さ)が必要である。ストロークを大きくするためには撓みを大きくする必要があるが、それに伴い体動検知センサーの大型化も避けられない。
また、センサー部に回路部を積層すると、全体の厚みが更に大きくなるため、センサー部と回路部とを別筐体とするなど、配置設計上の制限があった。
The body motion detection sensor disclosed in Patent Document 3 has room for improvement from the viewpoint of miniaturization. FIG. 1 is a drawing for explaining a photograph and characteristics of a prototype of a body motion detection sensor disclosed in Patent Document 3. The body motion detection sensor disclosed in Patent Document 3 requires a thickness (height) for bending the piezoelectric film due to its structure. In order to increase the stroke, it is necessary to increase the deflection, but with this, an increase in the size of the body motion detection sensor is inevitable.
In addition, when the circuit unit is stacked on the sensor unit, the overall thickness is further increased. Therefore, there is a limitation in layout design, for example, the sensor unit and the circuit unit are separated from each other.

上記課題を解決するべく、本発明は、検知精度が高くしかも小型化可能な構造を有する、圧電フィルムを用いた体動検知センサーおよび体動検知方法を提供することを目的とする。   In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a body motion detection sensor and a body motion detection method using a piezoelectric film, which have a structure with high detection accuracy and can be miniaturized.

第1の発明は、圧電フィルムの伸縮により生じる出力電圧により体動を検知する体動検知センサーにおいて、圧電フィルムを収納するカバー部材と、カバー部材に接続され、被検体の体動に伴い長手方向に伸縮されるバンド部材と巻回部材(4)と係回部材(5)と、巻回部材および係回部材に係回される弾性部材とを有し、圧電フィルムの第一の端部を巻回部材に巻回し、圧電フィルムの第二の端部をバンド部材の端部に接続して構成され、巻回部材が回動することにより圧電フィルムが伸縮して電圧が生じる体動検知センサーである。
第2の発明は、第1の発明において、圧電フィルムの第二の端部と回路部が積層配置されることを特徴とする。
A first aspect of the present invention is a body movement detection sensor that detects body movement by an output voltage generated by expansion and contraction of a piezoelectric film, a cover member that houses the piezoelectric film, and a longitudinal direction that accompanies the body movement of the subject. a band member to be stretchable in a winding member (4), and engagement times member (5), and a elastic member Ru wound engages the winding member and Kakarikai member, a piezoelectric film first wound end to the winding member is constructed by connecting the second end of the piezoelectric film to the end portion of the band member, arising voltage piezoelectric film expands and contracts by the winding member is rotated It is a body motion detection sensor.
The second invention is characterized in that, in the first invention, the second end portion of the piezoelectric film and the circuit portion are laminated.

第3の発明は、圧電フィルムの伸縮により生じる出力電圧により体動を検知する体動検知方法であって、圧電フィルムを収納するカバー部材と、カバー部材に接続され、被検体の体動に伴い長手方向に伸縮されるバンド部材と巻回部材(4)と係回部材(5)と、巻回部材および係回部材に係回される弾性部材とを有し、圧電フィルムの第一の端部を巻回部材に巻回し、圧電フィルムの第二の端部をバンド部材の端部に接続して構成され、巻回部材が回動することにより圧電フィルムが伸縮して電圧が生じる体動検知センサーを、バンド部材により被検体に取り付け、体動を検知することを特徴とする体動検知方法である。
第4の発明は、第3の発明において、前記体動検知センサーを被検体の胸部に取り付け、呼吸を検知することを特徴とする。
A third invention is a body motion detection method for detecting body motion by an output voltage generated by expansion and contraction of a piezoelectric film, and is connected to the cover member that houses the piezoelectric film and the body motion of the subject. a band member to be stretchable in the longitudinal direction, the winding member (4) has a engaging times member (5), and a elastic member wound member and Ru wound engaged in Kakarikai member, a piezoelectric film One end is wound around the winding member, and the second end of the piezoelectric film is connected to the end of the band member. When the winding member is rotated, the piezoelectric film expands and contracts and voltage is applied. the resulting Ru body motion detection sensor, mounted on the subject by the band member is a body motion detecting method and detecting the body movement.
A fourth invention is characterized in that, in the third invention, the body motion detection sensor is attached to a chest of a subject to detect respiration.

本発明によれば、圧電フィルムをカバー部材内にコンパクトに収納することができるため、小型の体動検知センサーおよびそれを用いた体動検知方法を実現することが可能である。
また、圧電フィルムが直接体に触れないため、体位の変化により生じるノイズ、心臓の鼓動によるノイズを抑えることができる。
According to the present invention, since the piezoelectric film can be stored compactly in the cover member, it is possible to realize a small body motion detection sensor and a body motion detection method using the same.
In addition, since the piezoelectric film does not directly touch the body, it is possible to suppress noise caused by changes in body position and noise caused by heartbeat.

本発明に係る体動検知センサーは、曲折された圧電フィルムが被検体の体動に伴い生じる電圧の変化を測定するものである。
本発明に係る体動検知センサーは、センサー部を構成するカバー部材内に圧電フィルムをコンパクトに収納することができるため、回路部とセンサー部を重ねて配置することも可能である。
The body motion detection sensor according to the present invention measures a change in voltage generated by a bent piezoelectric film due to body motion of a subject.
In the body motion detection sensor according to the present invention, the piezoelectric film can be stored compactly in the cover member that constitutes the sensor unit, and therefore, the circuit unit and the sensor unit can be arranged in an overlapping manner.

圧電フィルムは、撓ませた状態でカバー部材内に収納される。圧電フィルムの一端は、カバー部材内に挿入されたバンド部材と接続され、被検体の体動に伴い伸縮される。例えば胸部または腹部に取り付けた場合、吐息時には肺内の空気が吐き出されることにより胸囲・復囲が小さくなると、バンド部材に引っ張られた圧電フィルムが縮み、逆に、吸息時には肺内に空気が吸い込まれることにより胸囲・復囲が大きくなると、圧電フィルムは引っ張られて伸びることとなる。
最良の形態の体動検知センサーにおいては、圧電フィルムは、略U字形状に、或いは、柱状部材に巻回された状態でカバー部材内に収納されているため、カバー部材を薄く構成することができる。いずれの態様でも十分なストロークを確保することが可能であり、高出力を得ることができるが、前者の態様は逆方向の電圧により順方向の電圧がキャンセルされる場合があるため、後者の態様の方がより好ましい。
圧電フィルムはカバー部材内に収納されるため、胸部にセンサー部を取り付けても、フィルムが直接体に密接されないため、心臓の鼓動によるノイズも抑えることができる。
The piezoelectric film is housed in the cover member in a bent state. One end of the piezoelectric film is connected to a band member inserted into the cover member, and is expanded and contracted as the subject moves. For example, when attached to the chest or abdomen, the air in the lungs is exhaled during inhalation and the chest circumference / retraction becomes smaller, the piezoelectric film pulled by the band member contracts, and conversely, air in the lungs during inspiration. When the chest circumference / reincarnation becomes larger by being sucked, the piezoelectric film is pulled and stretched.
In the body motion detection sensor of the best mode, the piezoelectric film is housed in the cover member in a substantially U shape or wound around a columnar member, so that the cover member can be made thin. it can. In any of the modes, a sufficient stroke can be secured and a high output can be obtained. However, in the former mode, the forward voltage may be canceled by the reverse voltage, so the latter mode. Is more preferable.
Since the piezoelectric film is housed in the cover member, even if the sensor portion is attached to the chest, the film is not directly brought into close contact with the body, so that noise due to the heartbeat can also be suppressed.

圧電フィルムの材料としては、ピエゾ効果を示すものであればその種別を問わないが、装着感を高めるためには軽量で柔軟性に富むものが好ましい。ピエゾ材料としては、PZT等の圧電セラミックが有名であるが、軽量で柔軟性に富み、加工性がよいPVDFが好ましい材としてあげられる。PVDFは応答帯域がきわめて広く、固有の共振周波数を持ちにくいという特徴も有する。なお、PVDFは高温度環境下での利用に適していないため、そのような環境下で利用する場合には圧電セラミックを使用した薄膜、厚膜を用いることとなる。   The material of the piezoelectric film is not particularly limited as long as it exhibits a piezo effect, but a material that is light and flexible is preferable in order to enhance the wearing feeling. Piezoelectric ceramics such as PZT are well known as piezo materials, but PVDF, which is lightweight, flexible and has good workability, is a preferred material. PVDF has a feature that it has a very wide response band and is difficult to have a specific resonance frequency. Since PVDF is not suitable for use in a high temperature environment, a thin film or a thick film using a piezoelectric ceramic is used when it is used in such an environment.

圧電フィルムは、導電布テープによりシールドすることでノイズ対策を施すのが好ましい。導電布テープは電子機器の電磁波や静電気のシールド、信号ケーブルやコネクタのシールドに使用される一般的なものでよく、粘着面にも導電性があり、貼り合わせても導通があるため、確実にシールド効果を得ることができる。   The piezoelectric film is preferably protected against noise by shielding with a conductive cloth tape. Conductive cloth tape can be a general one used for shielding electromagnetic waves and static electricity of electronic equipment, shielding of signal cables and connectors, and the adhesive surface is also conductive and conductive even when bonded. A shielding effect can be obtained.

本発明の体動センサーでは、圧電フィルムがコンデンサとなっているため、放電がなければ理想的には電圧が出力されたままの状態となる。例えば、PVDFを用いた場合はその電圧が大きく数ボルト以上になる。放電の際には、抵抗を経由して放電電流を電圧に変換することで微分特性を取得することができる。ここで、抵抗は、なるべく高い電圧の出力が得ることができ、且つ、必要な周波数の信号を取ることができるように、使用する圧電フィルムの種類や形状(大きさや厚さ)などに応じて最適なものを選択する。   In the body motion sensor of the present invention, since the piezoelectric film is a capacitor, ideally, the voltage remains output if there is no discharge. For example, when PVDF is used, the voltage is large and becomes several volts or more. At the time of discharging, the differential characteristics can be obtained by converting the discharge current into a voltage via a resistor. Here, according to the type and shape (size and thickness) of the piezoelectric film to be used, the resistor can output a voltage as high as possible and obtain a signal having a necessary frequency. Choose the best one.

本発明に係る体動検知センサーは、チャージアンプやFET(電界降下トランジスタ)などの測定回路に接続され、そこで圧電フィルムに誘起された電荷量を電圧信号に変換する。測定回路を通すことにより、圧電フィルム電荷が誘起された時だけ出力することができるため、体位の変化により生じるノイズ、心臓の鼓動によるノイズの影響を受けにくくすることができ、体動の有無を瞬時に判断することができる。
測定回路のアナログ電圧信号はデジタル信号に変換され(A/D変換)、画面上に出力されるとともに、コンピュータの専用プログラムに送信され、そこで体動の有無が判定される。電圧信号が基準値以下の場合には、体動がないものとしてカウントし、体動がない状態が一定時間以上継続した場合には、警報を発して異常を知らせるように構成することができる。携帯型のモニターシステムを実現するためには、上記測定回路として小型のチャージアンプを用いるのが好ましい。
The body motion detection sensor according to the present invention is connected to a measurement circuit such as a charge amplifier or FET (field drop transistor), and converts the charge amount induced in the piezoelectric film into a voltage signal. By passing through the measurement circuit, it can be output only when the piezoelectric film charge is induced, so it can be made less susceptible to noise caused by changes in body position and noise from the heartbeat. Judgment can be made instantly.
The analog voltage signal of the measurement circuit is converted into a digital signal (A / D conversion), output on the screen, and transmitted to a dedicated program of the computer, where the presence or absence of body movement is determined. When the voltage signal is below the reference value, it is counted that there is no body movement, and when there is no body movement for a certain period of time, an alarm can be issued to notify the abnormality. In order to realize a portable monitor system, it is preferable to use a small charge amplifier as the measurement circuit.

以下では、本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されることはない。なお、実施例1は参考例である。 Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 is a reference example.

小型の体動検知センサーを実現すべく、比較例1と実施例1の体動検知センサーを試作し、これらのセンサーを用いて、人の呼吸のモニタリングを行った。   In order to realize a small body motion detection sensor, the body motion detection sensors of Comparative Example 1 and Example 1 were prototyped, and using these sensors, human respiration was monitored.

(比較例1)
比較例1のセンサーは、図2に示す如く、PVDFフィルムからなる圧電フィルム2を、シリコン製のスパイラルチューブ7に貼着して構成した。入力インピーダンスは10KΩであり、測定用外部回路には電源ノイズ除去、高周波ノイズ除去回路を使用した。ここでは、電源ノイズフィルター(50Hzと60Hzのノッチフィルター)と高周波カットフィルターを使用している。
圧電フィルム2の厚さは28μmであり、サイズは16mm×73mmである。また、電極サイズは12mm×62mmである。
比較例1のセンサーによる呼吸の測定結果(女性A)は図3に示すとおりである。比較例1では、大きな出力を得ることができなかったため、信号の増幅が必要である。比較例1の構成では、圧電フィルム2の伸縮する方向が上下で逆になるため、上下で逆方向の電圧が発生し、順方向の電圧がキャンセルされることが原因であると推測される。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 2, the sensor of Comparative Example 1 was configured by sticking a piezoelectric film 2 made of a PVDF film to a silicon spiral tube 7. The input impedance was 10 KΩ, and a power supply noise removal and high frequency noise removal circuit was used for the external circuit for measurement. Here, a power supply noise filter (50 Hz and 60 Hz notch filter) and a high frequency cut filter are used.
The thickness of the piezoelectric film 2 is 28 μm, and the size is 16 mm × 73 mm. The electrode size is 12 mm × 62 mm.
The respiration measurement result (female A) by the sensor of Comparative Example 1 is as shown in FIG. In Comparative Example 1, since a large output could not be obtained, signal amplification is necessary. In the configuration of Comparative Example 1, since the direction in which the piezoelectric film 2 expands and contracts is reversed up and down, it is assumed that the reverse voltage is generated in the upper and lower directions, and the forward voltage is canceled.

(実施例1)
実施例1のセンサーは、図4に示す如く、PVDFフィルムからなる圧電フィルム2を、略U字形状に撓ませ、その一端を固定部材23によりカバー部材の内面11に固定し、その他端を固定部材24を介してバンド部材32および弾性部材3に接続して構成される。弾性部材3は、カバー部材内の内面12に固定部材25により固定されている。入力インピーダンスは10KΩであり、測定用外部回路には電源ノイズ除去、高周波ノイズ除去回路を使用した。
圧電フィルム2の厚さは28μmであり、サイズは16mm×73mmである。また、電極サイズは12mm×62mmである。
カバー部材は0.5mm厚のアクリル板により作製した。
Example 1
In the sensor of Example 1, as shown in FIG. 4, the piezoelectric film 2 made of PVDF film is bent into a substantially U shape, one end thereof is fixed to the inner surface 11 of the cover member by the fixing member 23, and the other end is fixed. The band member 32 and the elastic member 3 are connected via the member 24. The elastic member 3 is fixed to the inner surface 12 in the cover member by a fixing member 25. The input impedance was 10 KΩ, and a power supply noise removal and high frequency noise removal circuit was used for the external circuit for measurement.
The thickness of the piezoelectric film 2 is 28 μm, and the size is 16 mm × 73 mm. The electrode size is 12 mm × 62 mm.
The cover member was made of an acrylic plate having a thickness of 0.5 mm.

被検者が呼吸をすると、バンド部材32が矢印方向に引っ張られ、L1のストロークが得られる。実施例1のセンサーによる呼吸の測定結果(女性A)は図5に示すとおり、比較例1と比べると得られる出力が大きい。
また、実施例1のセンサーは、特許文献3に係るセンサーに比べ、ストロークが長く取れるため、被験者への負担はより少なく、またーに比べノイズが少なくなっている。ノイズが少なくなるのは、呼吸信号は非常に長周期(低周波)であり、呼吸信号より短周期(高周波)の信号は振動などによるノイズと言え、この短周期(高周波)を構造上うち消すようになっているためであると考えられる。
When the subject breathes, the band member 32 is pulled in the direction of the arrow, and a stroke of L1 is obtained. As shown in FIG. 5, the respiration measurement result (female A) of the sensor of Example 1 has a larger output than that of Comparative Example 1.
Moreover, since the sensor of Example 1 can take a long stroke compared with the sensor which concerns on patent document 3, there are few burdens to a test subject and there are also less noise compared with-. The reason why noise is reduced is that the respiration signal has a very long period (low frequency), and a signal with a short period (high frequency) than the respiration signal can be said to be noise due to vibration. This is thought to be due to this.

また、実施例1のセンサーを被検者に装着し、乗用車に搭乗した状態で測定した結果が、図6(女性A)および図7(男性B)である。本実施例のセンサーを装着することにより、走行中の乗用車においても実用的な出力を得られることが確認できた。このことから、本実施例のセンサーによれば、運転者の呼吸状態を監視可能であると言うことができる。   In addition, the results of measurement with the sensor of Example 1 attached to the subject and riding in a passenger car are FIG. 6 (female A) and FIG. 7 (male B). It was confirmed that a practical output could be obtained even in a running passenger car by mounting the sensor of this example. From this, it can be said that according to the sensor of the present embodiment, it is possible to monitor the breathing state of the driver.

実施例2のセンサーは、図8に示す如く、PVDFフィルムからなる圧電フィルム2を柱状の巻回部材4に巻回して構成される。巻回部材4柱状の係回部材5と弾性部材6により係回されており、巻回部材4がバンド部材32による引っ張り作用(図8の右方向)および緩み作用(図8の左方向)により、前後に回動する。そして、巻回部材4が回動することにより、圧電フィルム2が伸縮して電圧が生じることとなる。 The sensor of Example 2 is configured by winding a piezoelectric film 2 made of a PVDF film around a columnar winding member 4 as shown in FIG. The winding member 4 and the columnar engaging member 5 are engaged by an elastic member 6, and the winding member 4 is pulled (right direction in FIG. 8) and loosened by the band member 32 (left direction in FIG. 8). ) To turn back and forth. And when the winding member 4 rotates, the piezoelectric film 2 expands and contracts and a voltage is generated.

本実施例のセンサーにおいて、巻回部材4を2種類用意して呼吸の測定を行った。入力インピーダンスは10KΩであり、測定用外部回路には電源ノイズ除去、高周波ノイズ除去回路を使用した。巻回部材4の半径が4mmのものをch1とし、半径が10mmのものをch2とした測定結果を示したものが図9である。
圧電フィルム2の厚さは28μmであり、サイズは16mm×73mmである。また、電極サイズは12mm×62mmである。
図9の測定結果から、巻回部材の半径が小さい方が、大きい出力を得られることが確認できた
なお、本実施例の構成では、圧電フィルムをU字形状に構成する場合と比べ、U字の谷部を挟んで逆方向に電圧が生じることが無いため、より高出力を得ることができる。
また、実施例1のセンサーは、特許文献3に係るセンサーに比べると概ね2倍以上の出力を得ることができる。
In the sensor of this example, two types of winding members 4 were prepared and respiration was measured. The input impedance was 10 KΩ, and a power supply noise removal and high frequency noise removal circuit was used for the external circuit for measurement. FIG. 9 shows the measurement results when the winding member 4 has a radius of 4 mm as ch1 and the radius of 10 mm as ch2.
The thickness of the piezoelectric film 2 is 28 μm, and the size is 16 mm × 73 mm. The electrode size is 12 mm × 62 mm.
From the measurement results in FIG. 9, it was confirmed that a larger output can be obtained when the radius of the winding member is smaller .
In addition, in the structure of a present Example, compared with the case where a piezoelectric film is comprised in a U-shape, since a voltage does not arise in the reverse direction on both sides of a U-shaped trough part, higher output can be obtained.
In addition, the sensor of the first embodiment can obtain an output approximately twice or more that of the sensor according to Patent Document 3.

《圧電フィルムの全長と巻回数》
圧電フィルムの全長は、測定対象が必要なストロークに基づき定められる。たとえば人間の呼吸を測定するに際し、胸部で50mmの変化がある場合には、圧電フィルムの全長は50mm以上にする必要がある。
また、これまでの実験結果から、ストロークに対する巻回部材の周長(半径の大きさ)については、測定物のストロークに対して巻回部材の周長が2〜4倍になるように構成するのが好ましいことが分かった。
巻回部材の周長が短くなる(半径が小さくなる)に伴い、圧電フィルムの変化は大きくなるので、巻回部材を小径に構成し、巻回数を多くすることが好ましく、少なくとも圧電フィルムが縮んだ際に巻回部材に1周以上巻回されるように構成する。ただし、圧電フィルムを巻くための最低半径が存在し(光ファイバーをカタログ値以下の半径にすると劣化するのと同様である)、それは圧電フィルムの仕様毎に異なるため、当業者が適宜調整する設計事項である。これまでの実験結果から、本実施例の構成においては、3〜4mmが最低半径であることが分かった。この値は、圧電フィルムの厚さや圧電フィルムを絶縁・保護するための材料の材質・厚さに関係すると思われる。
<< Total length and number of turns of piezoelectric film >>
The total length of the piezoelectric film is determined based on the stroke that needs to be measured. For example, when measuring human respiration, if there is a change of 50 mm in the chest, the total length of the piezoelectric film needs to be 50 mm or more.
Further, from the experimental results so far, the circumference of the winding member with respect to the stroke (the size of the radius) is configured such that the circumference of the winding member is 2 to 4 times the stroke of the measured object. It has been found preferable.
As the circumference of the winding member becomes shorter (the radius becomes smaller), the change in the piezoelectric film becomes larger. Therefore, it is preferable to configure the winding member to have a small diameter and increase the number of windings, and at least the piezoelectric film shrinks. In this case, the winding member is wound around one or more times. However, there is a minimum radius for winding the piezoelectric film (similar to deterioration when the optical fiber is set to a radius less than the catalog value), and this differs depending on the specifications of the piezoelectric film. It is. From the experimental results so far, it was found that 3 to 4 mm is the minimum radius in the configuration of this example. This value seems to be related to the thickness of the piezoelectric film and the material and thickness of the material for insulating and protecting the piezoelectric film.

本実施例のセンサー部1は、その構造上、薄型に構成することが可能である。そして、図10に示す如く、回路部を重ねることにより、体動検知センサーの全体の大きさをコンパクトに構成することが可能である。すなわち、柱状部材4,5が設置されていない部分を肉薄とした略L字形状のセンサー部1を構成し、肉薄の部分に回路部40を配置することで、体動検知センサーの全体の大きさをコンパクトに構成することを可能としている。   The sensor unit 1 of the present embodiment can be configured to be thin due to its structure. And as shown in FIG. 10, it is possible to comprise the whole magnitude | size of a body movement detection sensor compactly by overlapping a circuit part. That is, by configuring the substantially L-shaped sensor portion 1 in which the portion where the columnar members 4 and 5 are not installed is thin, and arranging the circuit portion 40 in the thin portion, the overall size of the body motion detection sensor is increased. This makes it possible to make the device compact.

本発明は、人間の体動の監視に利用することができ、例えば人口呼吸器使用者の呼吸監視や突発的な発作のおそれがある患者の監視に利用できる。構成が簡易であり小型・携帯化に適しているため、例えば筋ジストロフィー患者の在宅人工呼吸療法における利用が期待される。
また、車両運転者の呼吸状態を監視する居眠り検知システムで利用することもできる。
なお、人間のみならず動物の体動監視に利用してもよく、例えば、動物の分娩タイミングの監視への利用が想定される。
The present invention can be used for monitoring human body movements, and for example, can be used for monitoring respiratory breathing of artificial respiratory users and patients who have a risk of sudden attacks. Since the configuration is simple and suitable for miniaturization and portability, for example, it is expected to be used in home ventilation therapy for muscular dystrophy patients.
It can also be used in a dozing detection system that monitors the breathing state of a vehicle driver.
Note that it may be used not only for humans but also for monitoring body movements of animals, for example, for use in monitoring the delivery timing of animals.

特許文献3に開示される体動検知センサーの試作品の写真および特徴を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the photograph and characteristic of the prototype of the body motion detection sensor disclosed by patent document 3. FIG. 比較例1の体動検知センサーの試作品の写真である。It is a photograph of the prototype of the body motion detection sensor of Comparative Example 1. 比較例1の体動検知センサーによる呼吸測定結果(女性A)を示す図面である。It is drawing which shows the respiration measurement result (female A) by the body movement detection sensor of the comparative example 1. 実施例1の体動検知センサーの概要構成図である。It is a schematic block diagram of the body movement detection sensor of Example 1. 実施例1の体動検知センサーによる呼吸測定結果(女性A)を示す図面である。It is drawing which shows the respiration measurement result (female A) by the body movement detection sensor of Example 1. FIG. 実施例1の体動検知センサーによる車内での呼吸測定結果(女性A)を示す図面である。It is drawing which shows the respiration measurement result (female A) in the vehicle by the body movement detection sensor of Example 1. FIG. 実施例1の体動検知センサーによる車内での呼吸測定結果(男性B)を示す図面である。It is drawing which shows the respiration measurement result (male B) in the vehicle by the body movement detection sensor of Example 1. FIG. 実施例2の体動検知センサーの概要構成図である。It is a schematic block diagram of the body movement detection sensor of Example 2. 実施例2の体動検知センサーによる呼吸測定結果を示す図面である。It is drawing which shows the respiration measurement result by the body movement detection sensor of Example 2. FIG. 実施例2の体動検知センサーと回路部の配置関係の説明図である。It is explanatory drawing of the arrangement | positioning relationship between the body movement detection sensor of Example 2, and a circuit part.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサー部(カバー部材)
2 圧電フィルム
3 弾性部材
4 巻回部材
5 係回部材
性部材
7 スパイラルチューブ
11 カバー部材の内面(第一の内面)
12 カバー部材の内面(第二の内面)
21 圧電フィルムの第一の端部
22 圧電フィルムの第二の端部
23〜26 固定部材
31,32 バンド部材
40 回路部
1 Sensor part (cover member)
The inner surface of the second piezoelectric film 3 elastic member 4 spirally wound member 5 engaging rotary member 6 elastic members 7 spiral tube 11 cover member (first inner surface)
12 Inner surface of cover member (second inner surface)
21 First end portion 22 of piezoelectric film 22 Second end portions 23 to 26 of piezoelectric film Fixing members 31 and 32 Band member 40 Circuit portion

Claims (4)

圧電フィルムの伸縮により生じる出力電圧により体動を検知する体動検知センサーにおいて、
圧電フィルムを収納するカバー部材と、カバー部材に接続され、被検体の体動に伴い長手方向に伸縮されるバンド部材と巻回部材(4)と係回部材(5)と、巻回部材および係回部材に係回される弾性部材とを有し、
圧電フィルムの第一の端部を巻回部材に巻回し、圧電フィルムの第二の端部をバンド部材の端部に接続して構成され、巻回部材が回動することにより圧電フィルムが伸縮して電圧が生じる体動検知センサー。
In the body motion detection sensor that detects body motion by the output voltage generated by the expansion and contraction of the piezoelectric film,
A cover member for housing the piezoelectric film is connected to the cover member, and the band member to be stretchable in the longitudinal direction due to body motion of the subject, the winding member (4), and engagement times member (5), wound and a elastic member Ru wound engaging members and Kakarikai member,
The first end of the piezoelectric film is wound around the winding member, and the second end of the piezoelectric film is connected to the end of the band member. The piezoelectric film expands and contracts when the winding member rotates. body motion detection sensor in which the voltage arising in.
圧電フィルムの第二の端部と回路部が積層配置されることを特徴とする請求項1記載の体動検知センサー。   The body motion detection sensor according to claim 1, wherein the second end portion of the piezoelectric film and the circuit portion are laminated. 圧電フィルムの伸縮により生じる出力電圧により体動を検知する体動検知方法であって、
圧電フィルムを収納するカバー部材と、カバー部材に接続され、被検体の体動に伴い長手方向に伸縮されるバンド部材と巻回部材(4)と係回部材(5)と、巻回部材および係回部材に係回される弾性部材とを有し、圧電フィルムの第一の端部を巻回部材に巻回し、圧電フィルムの第二の端部をバンド部材の端部に接続して構成され、巻回部材が回動することにより圧電フィルムが伸縮して電圧が生じる体動検知センサーを、バンド部材により被検体に取り付け、体動を検知することを特徴とする体動検知方法。
A body motion detection method for detecting body motion by an output voltage generated by expansion and contraction of a piezoelectric film,
A cover member for housing the piezoelectric film is connected to the cover member, and the band member to be stretchable in the longitudinal direction due to body motion of the subject, the winding member (4), and engagement times member (5), wound and a elastic member Ru wound engaging members and Kakarikai member, wound around a first end of the piezoelectric film to the winding member, connecting the second end of the piezoelectric film to the end portion of the band member body movement to be constructed, the body motion detection sensor voltage piezoelectric film expands and contracts is arising by winding member rotates, attached to the subject by the band member, and detecting the body movement Detection method.
前記体動検知センサーを被検体の胸部に取り付け、呼吸を検知することを特徴とする請求項3記載の体動検知方法。   The body motion detection method according to claim 3, wherein the body motion detection sensor is attached to a chest of a subject to detect respiration.
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