JP5413944B2

JP5413944B2 - 計測装置

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Publication number: JP5413944B2
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Inventors: 正人児玉
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Description

本発明は、歪ゲージ等の歪センサを用いた計測技術に関する。

一般的な重量計は、特許文献１に記載のように、起歪体（ロードセル）に歪ゲージを貼り付けた荷重変換器を備える。この歪ゲージとしては、半導体歪ゲージよりも精度で優れる金属歪ゲージが一般的である。一方、人の生命活動を示す活動情報を計測する計測装置がある。この種の計測装置として、歪ゲージを備えたものが公知である（特許文献２参照）。この歪ゲージとしては、金属歪ゲージよりも応答性に優れる半導体歪ゲージが一般的である。
特開２００６−３１３０９６号公報特開２００５−１７７４７１号公報

上述のように、金属歪ゲージは応答性で劣り、半導体歪ゲージは精度で劣るから、いずれか一種類の歪ゲージしか備えていない従来の計測装置では、人等の動物の重量と、人等の動物の生命活動を示す活動情報（例えば心拍数）との両方を高い性能で計測することはできなかった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、人等の動物の重量と活動情報との両方を高い性能で計測可能とする計測装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、動物の重量と動物の生命活動を示す活動情報とを計測する計測装置であって、伝達された荷重に応じて歪む起歪体と、前記起歪体に貼り付けられ、前記起歪体の歪に応じた電気信号を出力する第１歪センサと、前記起歪体に貼り付けられ、前記起歪体の歪に応じた電気信号を出力する第２歪センサとを備え、前記第１歪センサは、前記第２歪センサよりも、歪の計測精度が高く、前記第２歪センサは、前記第１歪センサよりも、応答時間が短い荷重変換器と、前記第１歪センサから出力された電気信号に基づいて前記重量を測定する測定部と、前記第２歪センサから出力された電気信号に基づいて前記活動情報を推定する推定部と、前記第２歪センサから出力された電気信号に基づいてカットオフ周波数を変更可能であり、前記第１歪センサから出力された電気信号をフィルタリングするローパスフィルタ回路とを備え、前記測定部は、前記ローパスフィルタ回路を通過した電気信号を用いて重量を測定する、ことを特徴とする計測装置を提供する。
この計測装置は、歪の計測精度が高い第１歪センサからの出力信号に基づいて、静的な物理量である重量が測定される一方、応答時間が短い第２歪センサからの出力信号に基づいて動的に変化する活動情報が推定されるから、人等の動物の重量と動物の生命活動を示す活動情報との両方を高い性能で計測することができる。
また、この計測装置によれば、歪の計測精度が高い第１歪センサの出力信号をフィルタリングするローパスフィルタ回路の特性が、応答時間が短い第２歪センサの出力信号を用いて動的に定められるから、例えば、計測開始直後の第１期間では高い周波数の成分をも用いて重量を計測することによって重量の計測に要する時間の長時間化を抑え、第１期間に後続する第２期間では低い周波数の成分のみを用いて重量を計測することによって重量の計測の性能を向上させる、ということが可能となる。つまり、この計測装置によれば、時期に応じた重量の計測が可能となる。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、動物の重量と動物の生命活動を示す活動情報とを計測する計測装置であって、伝達された荷重に応じて歪む起歪体と、前記起歪体に貼り付けられ、前記起歪体の歪に応じた電気信号を出力する第１歪センサと、前記起歪体に貼り付けられ、前記起歪体の歪に応じた電気信号を出力する第２歪センサとを備え、前記第１歪センサは、前記第２歪センサよりも、歪の計測精度が高く、前記第２歪センサは、前記第１歪センサよりも、応答時間が短い荷重変換器と、前記第１歪センサから出力された電気信号に基づいて前記重量を測定する測定部と、前記第２歪センサから出力された電気信号に基づいて前記活動情報を推定する推定部と、ローパスフィルタ回路とを備え、前記ローパスフィルタ回路は、カットオフ周波数が異なり、前記第１歪センサから出力された電気信号をフィルタリングする第１ローパスフィルタおよび第２ローパスフィルタと、前記第２歪センサから出力された電気信号に基づいて、前記第１ローパスフィルタでフィルタリングされた第１出力信号と、前記第２ローパスフィルタでフィルタリングされた第２出力信号のいずれか一方を選択する選択信号を出力する選択部と、前記選択部から出力された選択信号に基づいて、前記第１出力信号と前記第２出力信号のいずれか一方を出力するスイッチとを有し、前記測定部は、前記ローパスフィルタ回路から出力された前記第１出力信号または前記第２出力信号を用いて重量を測定する、ことを特徴とする計測装置を提供する。
この場合、前記第１ローパスフィルタのカットオフ周波数は、前記第２ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高く、前記選択部は、前記第２歪センサから出力される電気信号のレベルが零の荷重を示すレベルから正の荷重を示すレベルに遷移すると、前記第１出力信号を選択する前記選択信号を一定の期間出力し、前記一定の期間が過ぎると、前記第２歪センサから出力される電気信号のレベルが正の荷重を示すレベルから零の荷重を示すレベルに遷移するまで、前記第２出力信号を選択する前記選択信号を出力するのが好ましい。

上記の計測装置において、前記第１歪センサは、金属歪ゲージであり、前記第２歪センサは、半導体歪ゲージであるのが好ましい。一般的な各種の歪センサにおいて、金属歪ゲージは精度で特に優れ、半導体歪ゲージは応答性で特に優れている。また、半導体歪ゲージは、応答性で特に優れている他の歪センサ（例えば圧電素子）に比較して感度が高い。よって、この計測装置を用いることにより、重量および活動情報を極めて高い性能で計測可能となる。
上記の計測装置において、前記起歪体は、固定端部と、可動端部と、前記固定端部および前記可動端部を繋ぐ歪部とを有し、前記第１歪センサおよび前記第２歪センサは、前記歪部の表面のうち、前記歪部を挟んで上下に対向する位置に貼り付けられているのが好ましい。
この場合、前記第１歪センサは前記歪部の上面に貼り付けられ、前記第２歪センサは前記歪部の下面に貼り付けられている、ようにしてもよい。

＜歪センサ＞
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明するが、その前に、歪センサについて説明する。歪センサは、歪を計測するセンサである。歪センサには、歪に応じて電気抵抗が変化することを利用して歪を計測する電気抵抗式のものと、圧電効果を利用して歪を計測する圧電効果式のものと、歪に応じて光学的な変量（例えば波長）が変化することを利用して歪を計測する光式のもの等がある。

電気抵抗式の歪センサとしては、歪ゲージや、感圧導電性ゴムを用いた歪センサが挙げられる。歪ゲージは、起歪体に貼り付けられ、起歪体の歪の大きさに応じた大きさの信号を出力する。

歪ゲージには、精度に優れた金属歪ゲージと、応答性に優れた半導体歪ゲージとがある。金属歪ゲージの抵抗体は、金属で形成されており、起歪体の歪に応じて伸縮する。この伸縮により、抵抗体の電気抵抗が変化する。金属歪ゲージの抵抗体を形成する金属としては、白金や鉄、ニッケル、タングステン、アルミニウム、金、銅、銀を例示可能である。金属歪ゲージの精度は、一般的な各種の歪センサの中でも特に優れている。

半導体歪ゲージの抵抗体は、半導体で形成されており、その電気抵抗は、結晶軸のズレに応じて変化する。このズレは抵抗体の応力（せん断応力を含む）に応じて生じる。この応力は起歪体の歪に応じて生じる。半導体歪ゲージの抵抗体を形成する半導体としては、シリコンやゲルマニウムを例示可能である。半導体歪ゲージの応答性は、一般的な各種の歪センサの中でも特に優れている。

圧電効果式の歪センサとしては、応答性に優れた圧電素子（ピエゾ素子（水晶振動子を含む））が挙げられる。圧電素子は、圧電体を有し、起歪体に貼り付けられ、圧電体の応力（せん断応力を含む）に応じた電圧を出力する。圧電素子の感度は、半導体歪ゲージの感度よりも低い。光式の歪センサとしては、光ファイバに光を入射させた際のブリルアン散乱光を用いるＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）や、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いる歪センサが挙げられる。後者では、ＦＢＧに光を入射させた際の反射光が用いられる。

＜実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るベッドスケール１００の外観を示す斜視図である。ベッドスケール１００は、人等の動物が横たわったベッドの重量と、ベッドに横たわった動物の生命活動を示す活動情報を計測する。ベッドスケール１００が計測対象とする活動情報としては、呼吸数や心拍数、体動（例えば、関節の微動や重心の動揺）を例示可能である。

ベッドスケール１００は、制御ユニット１１０と複数のセンサユニット１２０とを備える。センサユニット１２０は、計測対象のベッドが載置される載置面Ｓ１を有し、載置面Ｓ１を押す外力（荷重）を計測し、計測結果を示す計測信号を出力する。制御ユニット１１０は、各センサユニット１２０と電気的に接続されており、各センサユニット１２０を制御して重量および活動情報を計測する。なお、センサユニット１２０の数は具体的には４である。これは、脚の数が４以下のベッドのみを計測対象としたためである。つまり、センサユニットの数は、計測対象のベッドの脚の数以上であればよい。

図２は、ベッドスケール１００の使用例を示す図である。この図に示すベッド３００は、本体３１０と四つの脚３２０とを有する。本体３１０は、横たわった人に接する部分であり、複数の脚３２０で支持される。一つの脚３２０と床との間には一つのセンサユニット１２０が挟まれる。つまり、各脚３２０は対応するセンサユニット１２０の載置面Ｓ１上に載置され、ベッド３００は複数のセンサユニット１２０に支持される。なお、計測対象のベッドの脚がセンサユニットより少ない場合には、脚が載置されないセンサユニットが存在することになるが、そのようなセンサユニットで計測される荷重は常に零となるから、センサユニットの切り離しは不要である。

図３（Ａ）及び図４は、それぞれ、センサユニット１２０の要部の構造を示す縦断面図であり、図３（Ｂ）センサユニット１２０の要部の構造を示す底面図である。図３は荷重が零のときの様子を、図４は荷重が正のときの様子を示す。これらの図に示すように、センサユニット１２０は、その上面１２０Ａに取り付けられた固定部１２１と、荷重に応じて歪む起歪体（ロードセル）１２２と、金属歪ゲージ１２３と、半導体歪ゲージ１２４と、荷重伝達部１２５と、足部１２６とを備える。

起歪体１２２は、金属で形成され、固定端部Ｆと、可動端部Ｍと、両端部を繋ぐ歪部Ｄとを有する。固定端部Ｆは固定部１２１に固着されている。可動端部Ｍの底面は、荷重伝達部１２５に固定されている。荷重伝達部１２５は、足部１２６の中心と接する。
足部１２６は、センサユニット１２０の底面１２０Ｂに形成された穴部１２０Ｃから床面に突出するように設けられる。足部１２６は、円柱の形状をした第１部材１２６ａと、弾性体として機能する鍔部１２６ｂと、センサユニット１２０の底面１２０Ｂと固着される固定部１２６ｃとを備える。

起歪体１２２および荷重伝達部１２５の動作は、次に述べる通りである。図３の状態において、センサユニット１２０の上面１２０Ａから荷重が掛かると、足部１２６が鉛直上方にスライドして荷重伝達部１２５を押し上げる。こうして、図４に示すように、起歪体１２２の可動端部Ｍには、矢印の方向にモーメントが作用する。この結果、起歪体１２２はＳ字状に変形する。

歪部Ｄの上面には金属歪ゲージ１２３が、その下面には半導体歪ゲージ１２４が貼り付けられている。両ゲージは、歪部Ｄを挟んで対応する位置に配置されており、歪部Ｄとともに歪む。金属歪ゲージ１２３および半導体歪ゲージ１２４は、歪の大きさに応じた電気信号を出力する。荷重の大きさに応じて歪の大きさが定まるので、起歪体１２２、金属歪ゲージ１２３および半導体歪ゲージ１２４は、足部１２６および荷重伝達部１２５によって伝達された荷重を電気信号に変換する荷重変換器として機能する。

図５は、制御ユニット１１０の構成を示すブロック図である。制御ユニット１１０は、表示部１１１と制御部１１２とを備える。表示部１１１は、例えば液晶ディスプレイである。制御部１１２は、ＣＰＵやマイコン等の演算装置を有し、各センサユニット１２０の金属歪ゲージ１２３および半導体歪ゲージ１２４への電力の供給を制御する一方、金属歪ゲージ１２３および半導体歪ゲージ１２４へ電力が供給されている期間においては、重量を測定して測定値を表示部１１１に表示させる重量計測処理を繰り返し実行するとともに活動情報を推定して推定値を表示部１１１に表示させる活動情報計測処理を繰り返し実行する。

重量計測処理では、制御部１１２は、総てのセンサユニット１２０の金属歪ゲージ１２３から出力された計測信号を用いて、人等の動物が横たわったベッドの重量を測定する。つまり、制御部１１２は、総てのセンサユニット１２０の金属歪ゲージ１２３から出力された計測信号に基づいて重量を測定する測定部として機能する。具体的には、制御部１１２は、これらの計測信号で示される荷重の総和を求める演算を実行し、この演算の結果を示すデータを生成する。そして、制御部１１２は、生成したデータを用いて、このデータで示される演算結果、すなわち人等の動物が横たわったベッドの重量の測定値を表示部１１１に表示させる。

活動情報計測処理では、制御部１１２は、総てのセンサユニット１２０の半導体歪ゲージ１２４から出力された計測信号を用いて、計測対象の活動情報を推定する。つまり、制御部１１２は、総てのセンサユニット１２０の半導体歪ゲージ１２４から出力された計測信号に基づいて活動情報を推定する推定部として機能する。そして、制御部１１２は、推定した活動情報を表示部１１１に表示させる。活動情報の推定は所定の演算処理により実現される。所定の演算処理として如何なる演算処理を採用するかは任意である。なお、所定の演算処理は、計測対象の活動情報に応じて異なる。

例えば、計測対象の活動情報が呼吸数や心拍数の場合には、総てのセンサユニット１２０の半導体歪ゲージ１２４から出力された計測信号で示される荷重の総和を求める演算を実行して総和を示す第１データＤ１を生成する第１処理を第１時間Ｔ１の間隔で繰り返す。一方、現時点と第２時間Ｔ２だけ前の時点との間の期間に生成された第１データＤ１を用いて総和の経時変動を推定して当該経時変動に基づいて呼吸数や心拍数を推定する演算を実行する第２処理を第２時間Ｔ２の間隔で繰り返す。
図６に示す例では、第１データＤ１は第１時間Ｔ１のサンプリング周期で得られるデータ系列である。現時点を時刻ｔｘとすれば、第２時間Ｔ２の期間に得られる９個の第１データＤ１に基づいて心拍数を推定することが可能となる。なお、呼吸数を推定するには、第２時間Ｔ２をより長く設定して、第１データＤ１に含まれるより低い周波数成分を抽出すればよい。なお、第２時間Ｔ２＞第１時間Ｔ１である。

また、計測対象の活動情報が体動の場合には、半導体歪ゲージ１２４から出力された計測信号で示される荷重を示す第２データＤ２をセンサユニット１２０毎に生成する第３処理を第３時間Ｔ３の間隔で繰り返す。本実施形態のように４個のセンサユニット１２０を用いる場合には、第２データＤ２は各センサユニット１２０に対応した４つの個別データｄ１〜ｄ４によって構成される。
そして、現時点と第４時間Ｔ４だけ前の時点との間の期間に生成された第２データＤ２（ｄ１〜ｄ４）を用いてセンサユニット１２０毎の荷重の経時変動を推定してこれらの経時変動に基づいて関節の微動や重心の動揺を推定する演算を実行する第４処理を第４時間Ｔ４の間隔で繰り返す。
図７に示す例では、第２データＤ２は第３時間Ｔ３のサンプリング周期で得られるデータ系列である。現時点を時刻ｔｙとすれば、第４時間Ｔ４の期間に得られる９個の第２データＤ２に基づいて体動を推定することが可能となる。この例では、時刻ｔｚの近傍で第２データＤ２のレベルが大きく変動するので、時刻ｔｚにおいて体動があったことを検知することが可能となる。なお、第４時間Ｔ４＞第３時間Ｔ３である。

以上説明したように、ベッドスケール１００は複数のセンサユニット１２０を備え、各センサユニット１２０は、伝達された荷重に応じて歪む起歪体１２２と、起歪体１２２に貼り付けられ、起歪体１２２の歪に応じた電気信号を出力する金属歪ゲージ１２３と、起歪体１２２に貼り付けられ、起歪体１２２の歪に応じた電気信号を出力する半導体歪ゲージ１２４とを有する荷重変換器とを備える。そして、ベッドスケール１００では、精度に優れた金属歪ゲージ１２３の出力信号に基づいて重量が測定され、応答性に優れた半導体歪ゲージ１２４の出力信号に基づいて活動情報が推定される。よって、ベッドスケール１００によれば、重量と活動情報との両方を高い性能で計測することができる。

さらに、ベッドスケール１００では、歪センサとして、一般的な歪センサの中で精度に特に優れている金属歪ゲージと、一般的な歪センサの中で応答性に特に優れている半導体歪ゲージとを採用している。また、半導体歪ゲージは、一般的な歪センサの中で応答性に特に優れている他の歪センサ（例えば圧電素子）に比較して感度が高い。よって、ベッドスケール１００による計測の性能は極めて高い。

＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態を変形して得られる各種の変形例をも範囲に含みうる。これらの変形例の一部を以下に列記する。

＜変形例１＞
図８は、上述した実施形態を変形して得られる重量計２００の外観を示す斜視図である。重量計２００は、人等の動物の重量と、人等の動物の生命活動を示す活動情報とを計測する計測装置である。重量計２００は、計測対象の動物を載せる載置面Ｓ２を有する本体２１０と、本体２１０の底面の４隅に設けられたセンサユニット１２０を備える。本体２１０は、４個のセンサユニット１２０によって支持され、載置面Ｓ２を押す外力（荷重）に応じて鉛直方向にスライドする。なお、重量計２００が計測対象とする活動情報としては、呼吸数や心拍数、体動（例えば、関節の微動や重心の動揺）を例示可能である。

本体２１０は表示部２３０を有する。表示部２３０は、例えば液晶ディスプレイであり、載置面Ｓ２の一部をなす表示面２３１を有し、重量や活動情報等の情報を表示面２３１に表示する。本体２１０は、その内部に制御部２５０が設けられている。

センサユニット１２０によって生成された計測信号は制御部２５０に供給される。制御部２５０は、計測信号に基づいて重量および活動情報を推定するとともに、推定値を表示部２３０に表示させる。つまり、制御部２５０は、総てのセンサユニット１２０の金属歪ゲージから出力された計測信号に基づいて重量を測定する測定部として機能する一方、総てのセンサユニット１２０の半導体歪ゲージから出力された計測信号に基づいて活動情報を推定する推定部として機能する。重量計２００では、精度に優れた金属歪ゲージの出力信号に基づいて重量が推定され、応答性に優れた半導体歪ゲージの出力信号に基づいて活動情報が推定される。よって、重量計２００によれば、ベッドスケール１００と同様の効果が得られる。

＜変形例２＞
上述した実施形態または変形例１を変形し、重量を計測するための金属歪ゲージの後段にローパスフィルタを設けてもよい。この形態によれば、重量の計測の性能が向上する。しかし、この形態には、重量の計測に要する時間が長くなるという不都合がある。この不都合を緩和するために、この形態を変形し、上記のローパスフィルタに代えて所定のローパスフィルタ回路を備えた形態としてもよい。

図９は、所定のローパスフィルタ回路の構成例を示すブロック図である。この例のローパスフィルタ回路４００は、第１フィルタ４１０と、第２フィルタ４２０と、選択部４３０と、スイッチ４４０を備える。第１フィルタ４１０および第２フィルタ４２０は、それぞれ、ローパスフィルタである。第１フィルタ４１０のカットオフ周波数ｆｃ１は、第２フィルタのカットオフ周波数ｆｃ２よりも高い。このため、第１フィルタ４１０の第１出力信号Ｘは応答性に優れるが精度で劣り、第２フィルタ４２０の第２出力信号Ｙは応答性で劣るが精度が高い。

選択部４３０は、半導体歪ゲージの出力信号を入力し、この信号に基づいて、第１出力信号Ｘと第２出力信号Ｙとのいずれか一方を選択するための選択信号ＳＳを生成して出力する。選択信号ＳＳのより具体的な内容は任意であるが、この例では、選択信号ＳＳは、半導体歪ゲージの出力信号のレベルが零の荷重を示すレベルから正の荷重を示すレベルに遷移すると一定の期間（第１期間）だけローレベルとなり、この期間に後続する第２期間ではハイレベルとなる。第２期間は、半導体歪ゲージの出力信号のレベルが正の荷重を示すレベルから零の荷重を示すレベルに遷移すると終了する。

スイッチ４４０は、選択信号ＳＳにしたがって、第１出力信号Ｘと第２出力信号Ｙとの一方を出力する。具体的には、スイッチ４４０は、選択信号ＳＳがローレベルの場合には第１出力信号Ｘを出力し、選択信号ＳＳがハイレベルの場合には第２出力信号Ｙを出力する。

結局、ローパスフィルタ回路４００は、精度に優れた金属歪ゲージの出力信号をフィルタリングするものであり、応答性に優れた半導体歪ゲージの出力信号を用いてカットオフ周波数を選択する。つまり、ローパスフィルタ回路４００の特性が、応答性に優れた半導体歪ゲージの出力信号を用いて動的に定められる。

上述したように第２フィルタ４２０は、第１フィルタ４２０より応答性が劣るので、荷重がかかっても第２出力信号Ｙは緩やかに立ち上がる。これに対して第１出力信号Ｘの立ち上がりは、急峻である。したがって、荷重がかけられてから所定の期間は、第２出力信号Ｙが充分に立ち上がっていないので、むしろ第１出力信号Ｙの方が高精度となる。一方、ある程度時間が経過すると、第２出力信号Ｙの方が高精度となる。
そこで、選択信号ＳＳを用いて、第１の期間には第１出力信号Ｘを選択する一方、第２の期間には第２出力信号Ｙを選択することで、応答性を向上させつつ、定常状態における計測の精度を向上させたのである。

なお、第１フィルタ４１０および第２フィルタ４２０は、移動平均を算出するプログラムで構成してもよい。この場合には、第１フィルタ４１０において移動平均の算出対象とするサンプル数は、第２フィルタ４２０において移動平均の算出対象とするサンプル数と比較して小さい。
さらに、所定のローパスフィルタ回路の他の構成例としては、第１フィルタ４１０、第２フィルタ４２０およびスイッチ４４０に代えて、カットオフ周波数を変更可能なローパスフィルタを採用した構成が挙げられる。この構成では、選択部４３０からの選択信号ＳＳがローパスフィルタへ供給されると、ローパスフィルタにおいて、選択信号ＳＳに応じたカットオフ周波数（ｆｃ１またはｆｃ２）が設定され、フィルタリングが行われる。

＜変形例３＞
上述した実施形態や変形例１を変形し、金属歪ゲージを備えない荷重変換器または半導体ゲージを備えない荷重変換器を備えた形態としてもよい。つまり、伝達された荷重に応じて歪む複数の起歪体と、これらの起歪体のうちの一つ起歪体に貼り付けられ、この起歪体の歪に応じた電気信号を出力する金属歪ゲージ（第３歪センサ）と、上記複数の起歪体のうちの金属歪ゲージが貼り付けられている起歪体とは異なる起歪体に貼り付けられ、この起歪体の歪に応じた電気信号を出力する半導体歪ゲージ（第４歪センサ）と、第３歪センサから出力された電気信号に基づいて重量を測定する測定部と、第４歪センサから出力された電気信号に基づいて活動情報を推定する推定部とを備える形態としてもよい。

＜変形例４＞
上述した実施形態や各変形例では、歪部の上面に金属歪ゲージが、下面に半導体歪ゲージが貼り付けられているが、これに限るものではなく、歪部の上面に半導体歪ゲージが、下面に金属歪ゲージが貼り付けられた形態であってもよい。また、上述した実施形態や各変形例では、総ての歪ゲージが起歪体に接触しているが、これに限るものではなく、起歪体に接触していない歪ゲージが存在する形態としてもよい。その一例を図１０に示す。この例のセンサユニット３００では、半導体歪ゲージ１２４が、金属歪ゲージ１２３に接触しており、金属歪ゲージ１２３を介して歪部Ｄに貼り付けられている。

＜変形例５＞
上述した実施形態や各変形例では、歪センサの組み合わせとして、金属歪ゲージと半導体歪ゲージとの組み合わせが採用されているが、これに限るものではない。つまり、一方の歪センサが他方の歪センサよりも応答性で優れ、他方の歪センサが一方の歪センサよりも精度で優れる、という条件を満たす組み合わせであれば、任意の歪センサを採用可能である。

＜変形例６＞
上述した実施形態や各変形例では、計測対象の活動情報として、呼吸数や心拍数、体動を例示したが、これら以外の活動情報を計測対象としてもよい。例えば、ベッドスケールであるならば、睡眠時間や、就寝から入眠までの時間、睡眠期間における覚醒回数を計測対象としてもよいし、睡眠の深さや、質、効率を計測対象としてもよい。これらの活動情報は、例えば、呼吸数や心拍数、体動に基づいた統計的な推定によって得られる。

本発明の一実施形態に係るベッドスケール１００の外観を示す斜視図である。ベッドスケール１００の使用例を示す図である。ベッドスケール１００のセンサユニット１２０の要部の構造を示す縦断面図である。ベッドスケール１００のセンサユニット１２０の要部の構造を示す縦断面図である。センサユニット１２０の金属歪ゲージ１２３の電気的構成を示す図である。金属歪ゲージ１２３付近の構造を示す上面図である。ベッドスケール１００の制御ユニット１１０の構成を示すブロック図である。同実施形態の変形例１に係る重量計２００の外観を示す斜視図である。同実施形態の変形例２に係るフィルタ回路４００の構成を示すブロック図である。同実施形態の変形例４を説明するための図である。

符号の説明

１００…ベッドスケール、１１０…制御ユニット、１１１，２３０…表示部、１１２，２５０…制御部、１２０，３００…センサユニット、１２２…起歪体、１２３…金属歪ゲージ、１２４…半導体歪ゲージ、１２５，２２０…荷重伝達部、２００…重量計、４００…フィルタ回路、４１０…第１フィルタ、４２０…第２フィルタ、４３０…選択部、４４０…スイッチ、Ｄ…歪部、Ｆ…固定端部、Ｍ…可動端部、Ｓ１，Ｓ２…載置面。

Claims

動物の重量と動物の生命活動を示す活動情報とを計測する計測装置であって、
伝達された荷重に応じて歪む起歪体と、前記起歪体に貼り付けられ、前記起歪体の歪に応じた電気信号を出力する第１歪センサと、前記起歪体に貼り付けられ、前記起歪体の歪に応じた電気信号を出力する第２歪センサとを備え、前記第１歪センサは、前記第２歪センサよりも、歪の計測精度が高く、前記第２歪センサは、前記第１歪センサよりも、応答時間が短い荷重変換器と、
前記第１歪センサから出力された電気信号に基づいて前記重量を測定する測定部と、
前記第２歪センサから出力された電気信号に基づいて前記活動情報を推定する推定部と、
前記第２歪センサから出力された電気信号に基づいてカットオフ周波数を変更可能であり、前記第１歪センサから出力された電気信号をフィルタリングするローパスフィルタ回路とを備え、
前記測定部は、前記ローパスフィルタ回路を通過した電気信号を用いて重量を測定する、
ことを特徴とする計測装置。
動物の重量と動物の生命活動を示す活動情報とを計測する計測装置であって、
伝達された荷重に応じて歪む起歪体と、前記起歪体に貼り付けられ、前記起歪体の歪に応じた電気信号を出力する第１歪センサと、前記起歪体に貼り付けられ、前記起歪体の歪に応じた電気信号を出力する第２歪センサとを備え、前記第１歪センサは、前記第２歪センサよりも、歪の計測精度が高く、前記第２歪センサは、前記第１歪センサよりも、応答時間が短い荷重変換器と、
前記第１歪センサから出力された電気信号に基づいて前記重量を測定する測定部と、
前記第２歪センサから出力された電気信号に基づいて前記活動情報を推定する推定部と、
ローパスフィルタ回路とを備え、
前記ローパスフィルタ回路は、
カットオフ周波数が異なり、前記第１歪センサから出力された電気信号をフィルタリングする第１ローパスフィルタおよび第２ローパスフィルタと、
前記第２歪センサから出力された電気信号に基づいて、前記第１ローパスフィルタでフィルタリングされた第１出力信号と、前記第２ローパスフィルタでフィルタリングされた第２出力信号のいずれか一方を選択する選択信号を出力する選択部と、
前記選択部から出力された選択信号に基づいて、前記第１出力信号と前記第２出力信号のいずれか一方を出力するスイッチとを有し、
前記測定部は、前記ローパスフィルタ回路から出力された前記第１出力信号または前記第２出力信号を用いて重量を測定する、
ことを特徴とする計測装置。
前記第１ローパスフィルタのカットオフ周波数は、前記第２ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高く、
前記選択部は、前記第２歪センサから出力される電気信号のレベルが零の荷重を示すレベルから正の荷重を示すレベルに遷移すると、前記第１出力信号を選択する前記選択信号を一定の期間出力し、前記一定の期間が過ぎると、前記第２歪センサから出力される電気信号のレベルが正の荷重を示すレベルから零の荷重を示すレベルに遷移するまで、前記第２出力信号を選択する前記選択信号を出力する、
ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
前記第１歪センサは、金属歪ゲージであり、
前記第２歪センサは、半導体歪ゲージである、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
前記起歪体は、固定端部と、可動端部と、前記固定端部および前記可動端部を繋ぐ歪部とを有し、
前記第１歪センサおよび前記第２歪センサは、前記歪部の表面のうち、前記歪部を挟んで上下に対向する位置に貼り付けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
前記第１歪センサは前記歪部の上面に貼り付けられ、前記第２歪センサは前記歪部の下面に貼り付けられている、
ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。