JP6126388B2 - Biological signal sensor and biological signal sensor system using the same - Google Patents

Biological signal sensor and biological signal sensor system using the same Download PDF

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本発明は、被験者の存在を精度良く認識し、被験者が存在している時だけ被験者の生体信号の出力を行う生体信号センサシステム及びこれを構成する生体信号センサに関する。   The present invention relates to a biological signal sensor system that accurately recognizes the presence of a subject and outputs a biological signal of the subject only when the subject is present, and a biological signal sensor constituting the biological signal sensor system.

圧電シートをセンサとして用いた生体信号センサが知られている。脈波、呼吸、体動により発生する圧力が圧電シートに加わると、圧電シートから圧力に応じた大きさの電気信号が発生し、この電気信号を利用して生体信号を検出することができる。特許文献１には、臥位における被験者の生体情報を検出することが可能な生体情報検出装置が提案されている。   A biological signal sensor using a piezoelectric sheet as a sensor is known. When pressure generated by pulse waves, breathing, or body movement is applied to the piezoelectric sheet, an electrical signal having a magnitude corresponding to the pressure is generated from the piezoelectric sheet, and a biological signal can be detected using the electrical signal. Patent Document 1 proposes a biological information detection apparatus that can detect biological information of a subject in a supine position.

しかしながら、上記生体信号検出装置では、装置を起動させると被験者の有無にかかわらず生体信号の測定を継続してしまうという問題点を有する。被験者が存在するときだけ生体信号の検出を行うためには、着座センサのような被験者の存在を検出するためのセンサを複数併用せざるを得ず、被験者の存在を検出するためのセンサを複数用いることは生体検出装置のコストを増大させてしまうという問題点を有する。   However, the biological signal detection device has a problem that when the device is activated, measurement of the biological signal is continued regardless of the presence or absence of the subject. In order to detect a biological signal only when a subject exists, a plurality of sensors for detecting the presence of the subject such as a seating sensor must be used in combination, and a plurality of sensors for detecting the presence of the subject are used. The use of such a device has a problem of increasing the cost of the living body detection device.

特開２０１０−０５１５８８号公報JP 2010-051588 A

本発明は、被験者の存在を精度良く認識し、被験者が存在している時に被験者の生体信号の出力を行う生体信号センサシステム及びこれを構成する生体信号センサを提供する。   The present invention provides a biological signal sensor system that accurately recognizes the presence of a subject and outputs a biological signal of the subject when the subject is present, and a biological signal sensor that constitutes the biological signal sensor.

本発明の生体信号センサは、荷重検出センサ上に生体信号検出センサが積層一体化されてなる生体信号センサであって、上記荷重検出センサは、第一圧電シート、上記第一圧電シートの一面に積層一体化された第一グランド電極、及び、上記第一圧電シートの他面に変形層を介して積層一体化された第一シグナル電極を有すると共に、上記生体信号検出センサは、第二圧電シート、上記第二圧電シートの一面に積層一体化された第二シグナル電極、及び、上記第二圧電シートの他面に積層一体化された第二グランド電極を有することを特徴とする。   The biological signal sensor of the present invention is a biological signal sensor in which a biological signal detection sensor is laminated and integrated on a load detection sensor, and the load detection sensor is provided on one surface of the first piezoelectric sheet and the first piezoelectric sheet. The first ground electrode laminated and integrated, and the first signal electrode laminated and integrated on the other surface of the first piezoelectric sheet via a deformation layer, and the biological signal detection sensor includes the second piezoelectric sheet And a second signal electrode laminated and integrated on one surface of the second piezoelectric sheet, and a second ground electrode laminated and integrated on the other surface of the second piezoelectric sheet.

上記生体信号センサシステムは、荷重検出センサ上に生体信号検出センサが積層一体化されてなる生体信号センサであって、上記荷重検出センサは、第一圧電シート、上記第一圧電シートの一面に積層一体化された第一グランド電極、及び、上記第一圧電シートの他面に変形層を介して積層一体化されたシグナル電極を有すると共に、上記生体信号検出センサは、第二圧電シート、上記第二圧電シートの一面に積層一体化されたシグナル電極、及び、上記第二圧電シートの他面に積層一体化された第二グランド電極を有する生体信号センサと、上記荷重検出センサの第一圧電シートで発生する電位を測定する第一測定部と、上記生体信号検出センサの第二圧電シートで発生する電位を測定する第二測定部と、上記第一測定部で測定された電位が予め定められた閾値未満の場合には上記第二測定部での上記第二圧電シートの電位の測定を開始し、上記第二測定部にて生体信号を検出した場合には上記第二測定部で検出された信号を出力し、上記第一測定部で測定された電位が予め定められた閾値以上の場合又は上記第二測定部にて生体信号を検出しない場合には上記第二測定部で検出された信号の出力を行わないように制御する制御部とを有することを特徴とする。   The biological signal sensor system is a biological signal sensor in which a biological signal detection sensor is laminated and integrated on a load detection sensor, and the load detection sensor is stacked on one surface of the first piezoelectric sheet and the first piezoelectric sheet. The biological signal detection sensor includes the second piezoelectric sheet, the first electrode, and the integrated first ground electrode and the signal electrode laminated and integrated on the other surface of the first piezoelectric sheet via a deformation layer. A biological signal sensor having a signal electrode laminated and integrated on one surface of the two piezoelectric sheets, a second ground electrode laminated and integrated on the other surface of the second piezoelectric sheet, and the first piezoelectric sheet of the load detection sensor A first measurement unit that measures a potential generated at the second measurement unit, a second measurement unit that measures a potential generated at the second piezoelectric sheet of the biological signal detection sensor, and a potential measured by the first measurement unit. When it is less than a predetermined threshold, the second measurement unit starts measuring the potential of the second piezoelectric sheet, and when the second measurement unit detects a biological signal, the second measurement unit When the potential measured by the first measurement unit is greater than or equal to a predetermined threshold value or when no biological signal is detected by the second measurement unit, the second measurement unit And a control unit that controls not to output the detected signal.

本発明の生体信号センサシステムは、生体信号センサの荷重検出センサにおいて、第一圧電シートとシグナル電極との間に変形層が介在しているので、荷重検出センサに荷重が加わると、この荷重によって変形層が変形して第一圧電シートとシグナル電極との間の距離が変化し、シグナル電極の電位が変化する。このシグナル電極の電位の変化を検出することによって生体信号センサ上に何らかの物体が載置されていることを確認する。   In the biological signal sensor system according to the present invention, since a deformation layer is interposed between the first piezoelectric sheet and the signal electrode in the load detection sensor of the biological signal sensor, when a load is applied to the load detection sensor, The deformation layer is deformed, the distance between the first piezoelectric sheet and the signal electrode is changed, and the potential of the signal electrode is changed. By detecting a change in the potential of the signal electrode, it is confirmed that some object is placed on the biological signal sensor.

荷重検出センサにおいて検出されたシグナル電極の電位を電気信号として制御部が受信し、制御部が予め定められた閾値とシグナル電極の電位とを比較し、シグナル電極の電位が閾値未満である場合には、第二測定部にて生体信号センサの第二圧電シートにて発生する電位の測定を開始し、この測定された電位が呼吸信号であるか否かを制御部が判断する。一方、シグナル電極の電位が閾値以上である場合には、制御部は、第二測定部で測定された第二圧電シートにて発生した電位は外部に出力しない。   When the control unit receives the potential of the signal electrode detected by the load detection sensor as an electrical signal, the control unit compares the predetermined threshold value with the potential of the signal electrode, and the potential of the signal electrode is less than the threshold value Starts measuring the potential generated in the second piezoelectric sheet of the biological signal sensor in the second measuring unit, and the control unit determines whether or not the measured potential is a respiratory signal. On the other hand, when the potential of the signal electrode is equal to or higher than the threshold value, the control unit does not output the potential generated in the second piezoelectric sheet measured by the second measurement unit to the outside.

制御部が第二測定部で測定された信号が呼吸信号であると判断した場合には、制御部は、生体信号センサ上に被験者が存在していると判断し、第二測定部で測定された第二圧電シートにて発生した電位を電気信号として外部装置に出力する。   When the control unit determines that the signal measured by the second measurement unit is a respiratory signal, the control unit determines that the subject is present on the biological signal sensor and is measured by the second measurement unit. The potential generated in the second piezoelectric sheet is output to an external device as an electrical signal.

一方、制御部が第二測定部で測定された信号が呼吸信号でないと判断した場合には、制御部は、生体信号センサ上に存在しているものは被験者でないと判断し、第二測定部で測定された第二圧電シートにて発生した電位は外部に出力しない。   On the other hand, when the control unit determines that the signal measured by the second measurement unit is not a respiratory signal, the control unit determines that what is present on the biological signal sensor is not the subject, and the second measurement unit The potential generated in the second piezoelectric sheet measured in (1) is not output to the outside.

このように、本願発明の生体信号センサを用いた生体信号センサシステムは、この生体信号センサシステム上に存在しているものが被験者であると判断した場合のみ第二測定部で測定された第二圧電シートにて発生した電位を外部に出力するので、ノイズを除去した上で、被験者の生体信号のみを生体信号センサシステムから得ることができる。   Thus, the biological signal sensor system using the biological signal sensor of the present invention is the second measured by the second measuring unit only when it is determined that the subject existing on the biological signal sensor system is a subject. Since the potential generated in the piezoelectric sheet is output to the outside, only the biological signal of the subject can be obtained from the biological signal sensor system after removing the noise.

本発明の生体信号センサを示した断面図である。It is sectional drawing which showed the biosignal sensor of this invention. 本発明の生体信号センサシステムの機能構成を示した図である。It is the figure which showed the function structure of the biosignal sensor system of this invention. 本発明の生体信号センサシステムのハードウエア構成を示した図である。It is the figure which showed the hardware constitutions of the biosignal sensor system of this invention. 本発明の生体信号センサシステムの動作を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed operation | movement of the biosignal sensor system of this invention.

本発明の生体信号センサシステムに用いられる生体信号センサの一例を図面を参照しながら説明する。生体信号センサシステムＢで用いられている荷重検出センサ１は、図１に示したように、第一圧電シート11と、この第一圧電シート11の一面に積層一体化された第一グランド電極12と、上記第一圧電シート11の他面に変形層13を介して積層一体化された第一シグナル電極14とを有している。   An example of a biological signal sensor used in the biological signal sensor system of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the load detection sensor 1 used in the biological signal sensor system B includes a first piezoelectric sheet 11 and a first ground electrode 12 laminated and integrated on one surface of the first piezoelectric sheet 11. And a first signal electrode 14 laminated and integrated on the other surface of the first piezoelectric sheet 11 with a deformation layer 13 interposed therebetween.

第一圧電シート11としては、外力が加えられることによって電荷を発生させることができるシートであれば、特に限定されず、例えば、合成樹脂シート（合成樹脂発泡シート又は合成樹脂非発泡シート）に分極を付与した圧電シート、無機系圧電材料を樹脂に分散させた無機系シートに分極を付与した圧電シート、無機系圧電材料を含む無機系シートに分極を付与した圧電シートが挙げられ、脈波などの微弱な生体信号を精度良く検出でき、感度が高く、厚み方向の変形で電荷を発生しやすいことから、合成樹脂シート（合成樹脂発泡シート又は合成樹脂非発泡シート）に分極を付与した圧電シートが好ましく、合成樹脂発泡シートに分極を付与した圧電シートがより好ましい。   The first piezoelectric sheet 11 is not particularly limited as long as it is a sheet that can generate an electric charge when an external force is applied. For example, the first piezoelectric sheet 11 is polarized into a synthetic resin sheet (synthetic resin foam sheet or synthetic resin non-foam sheet). Piezoelectric sheet with an inorganic piezoelectric material dispersed in a resin, a piezoelectric sheet with polarization applied to an inorganic sheet, a piezoelectric sheet with polarization applied to an inorganic sheet containing an inorganic piezoelectric material, pulse wave, etc. Piezoelectric sheet with polarization applied to a synthetic resin sheet (synthetic resin foam sheet or synthetic resin non-foamed sheet). A piezoelectric sheet obtained by imparting polarization to a synthetic resin foam sheet is more preferable.

合成樹脂シートを構成する合成樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリ乳酸、液晶樹脂などが挙げられる。無機系シートを構成する無機材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、リチウムテトラボレート、Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ5，Ｐｂ2ＫＮｂ5Ｏ15などが挙げられる。 The synthetic resin constituting the synthetic resin sheet is not particularly limited, and examples thereof include polyolefin resins such as polyethylene resins and polypropylene resins, polyvinylidene fluoride, polylactic acid, and liquid crystal resins. Examples of the inorganic material constituting the inorganic sheet include lead zirconate titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, lithium tetraborate, Ba 2 NaNb 5. Examples thereof include O 5 and Pb 2 KNb 5 O 15 .

合成樹脂シート又は無機系シートに分極を付与する方法としては、特に限定されず、例えば、（１）合成樹脂シート又は無機系シートを一対の平板電極で挟持し、帯電させたい表面に接触させている平板電極を高圧直流電源に接続すると共に他方の平板電極をアースし、合成樹脂シート又は無機系シートに直流又はパルス状の高電圧を印加して合成樹脂又は無機材料に電荷を注入して合成樹脂シート又は無機系シートに分極を付与する方法、（２）電子線、Ｘ線などの電離性放射線や紫外線を合成樹脂シート又は無機系シートの表面に照射して、合成樹脂シート又は無機系シートの近傍部の空気分子をイオン化することによって合成樹脂又は無機系シートに分極を付与する方法、（３）合成樹脂シート又は無機系シートの一面に、アースされた平板電極を密着状態に重ね合わせ、合成樹脂シート又は無機系シートの他面側に所定間隔を存して直流の高圧電源に電気的に接続された針状電極又はワイヤー電極を配設し、針状電極の先端又はワイヤー電極の表面近傍への電界集中によりコロナ放電を発生させ、空気分子をイオン化させて、針状電極又はワイヤー電極の極性により発生した空気イオンを反発させて合成樹脂又は無機系シートに分極を付与する方法などが挙げられる。   The method for imparting polarization to the synthetic resin sheet or inorganic sheet is not particularly limited. For example, (1) the synthetic resin sheet or inorganic sheet is sandwiched between a pair of flat plate electrodes and brought into contact with the surface to be charged. The other plate electrode is connected to a high-voltage DC power supply and the other plate electrode is grounded, and a DC or pulsed high voltage is applied to the synthetic resin sheet or inorganic sheet to inject charges into the synthetic resin or inorganic material. A method for imparting polarization to a resin sheet or an inorganic sheet, (2) a synthetic resin sheet or an inorganic sheet by irradiating the surface of the synthetic resin sheet or the inorganic sheet with ionizing radiation such as an electron beam or an X-ray or ultraviolet rays A method of imparting polarization to a synthetic resin or inorganic sheet by ionizing air molecules in the vicinity of (3) grounding on one side of the synthetic resin sheet or inorganic sheet Plate electrodes are stacked in close contact, and a needle electrode or wire electrode electrically connected to a DC high voltage power source is disposed on the other surface side of the synthetic resin sheet or inorganic sheet with a predetermined interval. The corona discharge is generated by the electric field concentration near the tip of the electrode or the surface of the wire electrode, the air molecules are ionized, and the air ions generated by the polarity of the needle electrode or the wire electrode are repelled to make a synthetic resin or inorganic system Examples thereof include a method of imparting polarization to the sheet.

第一圧電シート11の一面にはその全面を被覆するように固定剤層（図示せず）を介して電気絶縁シート15が積層一体化されている。第一圧電シート11の他面には固定剤層（図示せず）を介して変形層13が積層一体化されている共に、変形層13上には固定剤層（図示せず）を介して電気絶縁シート16が積層一体化されている。なお、電気絶縁シート15、16は、電気絶縁性を有しておれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリエチレンナフタレートシートなどが挙げられる。   An electrical insulating sheet 15 is laminated and integrated on one surface of the first piezoelectric sheet 11 via a fixing agent layer (not shown) so as to cover the entire surface. A deformation layer 13 is laminated and integrated on the other surface of the first piezoelectric sheet 11 via a fixing agent layer (not shown), and on the deformation layer 13 via a fixing agent layer (not shown). An electrical insulating sheet 16 is laminated and integrated. The electrical insulating sheets 15 and 16 are not particularly limited as long as they have electrical insulating properties, and examples thereof include a polyethylene terephthalate sheet and a polyethylene naphthalate sheet.

固定剤層を構成している固定剤は、反応系・溶剤系・水系・ホットメルト系の接着剤又は粘着剤から構成されており、第一圧電シート11の感度を維持する観点から、誘電率の低い固定剤が好ましい。   The fixing agent constituting the fixing agent layer is composed of a reaction system, a solvent system, an aqueous system, a hot melt system adhesive or an adhesive, and from the viewpoint of maintaining the sensitivity of the first piezoelectric sheet 11, the dielectric constant. Low fixatives are preferred.

電気絶縁シート15における第一圧電シート11に対向する面15aの全面には第一グランド電極12が一体的に形成され、電気絶縁シート16における第一圧電シート11に対向する面16aの全面には第一シグナル電極14が一体的に形成されている。従って、第一圧電シート11の一面に固定剤層を介して第一グランド電極12が積層一体化されていると共に、第一圧電シート11の他面に固定剤層及び変形層13を介して第一シグナル電極14が積層一体化されて荷重検出センサ１が構成されている。   A first ground electrode 12 is integrally formed on the entire surface 15a of the electrical insulating sheet 15 facing the first piezoelectric sheet 11, and on the entire surface 16a of the electrical insulating sheet 16 facing the first piezoelectric sheet 11. The first signal electrode 14 is integrally formed. Therefore, the first ground electrode 12 is laminated and integrated on one surface of the first piezoelectric sheet 11 via a fixing agent layer, and the first piezoelectric sheet 11 is connected to the other surface of the first piezoelectric sheet 11 via a fixing agent layer and a deformation layer 13. One signal electrode 14 is laminated and integrated to constitute the load detection sensor 1.

電気絶縁シート上に電極（グランド電極及びシグナル電極）を形成する方法としては、例えば、（１）電気絶縁シート上に、バインダー中に導電性微粒子を含有させてなる導電ペーストを塗布、乾燥させる方法、（２）電気絶縁シート上に蒸着によって電極を形成する方法、（３）電気絶縁シート上に、銅シートなどの金属シートを積層一体化する方法などが挙げられる。   As a method for forming electrodes (ground electrode and signal electrode) on the electrical insulating sheet, for example, (1) a method of applying and drying a conductive paste containing conductive fine particles in a binder on the electrical insulating sheet (2) A method of forming an electrode by vapor deposition on an electrical insulating sheet, and (3) a method of laminating and integrating a metal sheet such as a copper sheet on the electrical insulating sheet.

上記変形層13は、生体信号センサＡ上に加わった荷重によって弾性的に復元可能に変形する材料から形成されている。このような材料としては、発泡シート、不織布、織布、編布などが挙げられるが、弾性復元力に優れ、荷重によって容易に変形し且つ荷重が除かれた時には円滑に元の状態に弾性的に復元することから、発泡シートが好ましい。   The deformation layer 13 is made of a material that is elastically reversibly deformed by a load applied on the biological signal sensor A. Examples of such materials include foam sheets, non-woven fabrics, woven fabrics, knitted fabrics, etc., which are excellent in elastic restoring force, easily deformed by the load, and smoothly return to the original state when the load is removed. From the viewpoint of restoration, the foam sheet is preferable.

発泡シートとしては、例えば、ポリウレタン系樹脂発泡シート、ポリエチレン系樹脂発泡シート、ポリプロピレン系樹脂発泡シート、ポリスチレン系樹脂発泡シート、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）発泡シート、エチレン−酢酸ビニル共重合体発泡シート、フェノール系樹脂発泡シートなどが挙げられる。   Examples of the foam sheet include a polyurethane resin foam sheet, a polyethylene resin foam sheet, a polypropylene resin foam sheet, a polystyrene resin foam sheet, an ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM) foam sheet, and an ethylene-vinyl acetate copolymer. Examples thereof include a polymer foam sheet and a phenolic resin foam sheet.

荷重検出センサ１、即ち、生体信号センサＡ上に荷重が加わると、変形層13が圧縮されて変形し、第一シグナル電極14と第一圧電シート11との間の距離が変化する。このように第一シグナル電極14と第一圧電シート11との距離が変化すると、第一シグナル電極14の電位が変化し、生体信号センサＡ上に何らかの物体が存在していることを荷重検出センサ１は検出することができる。   When a load is applied on the load detection sensor 1, that is, the biological signal sensor A, the deformation layer 13 is compressed and deformed, and the distance between the first signal electrode 14 and the first piezoelectric sheet 11 changes. When the distance between the first signal electrode 14 and the first piezoelectric sheet 11 changes in this way, the potential of the first signal electrode 14 changes, and the load detection sensor indicates that an object is present on the biological signal sensor A. 1 can be detected.

荷重検出センサ１上には生体信号検出センサ２が積層一体化されて生体信号センサＡが構成されている。生体信号検出センサ２は、図１に示したように、第二圧電シート21と、この第二圧電シート21の一面に積層一体化された第二シグナル電極22と、上記第二圧電シート21の他面に積層一体化された第二グランド電極23とを有している。なお、第二圧電シート21は、第一圧電シート11と同様であるのでその説明を省略する。第一圧電シート11と第二圧電シート21とは同一であっても相違してもよい。   A biological signal detection sensor 2 is laminated and integrated on the load detection sensor 1 to constitute a biological signal sensor A. As shown in FIG. 1, the biological signal detection sensor 2 includes a second piezoelectric sheet 21, a second signal electrode 22 laminated and integrated on one surface of the second piezoelectric sheet 21, and the second piezoelectric sheet 21. And a second ground electrode 23 laminated and integrated on the other surface. Since the second piezoelectric sheet 21 is the same as the first piezoelectric sheet 11, the description thereof is omitted. The first piezoelectric sheet 11 and the second piezoelectric sheet 21 may be the same or different.

第二圧電シート21の一面にはその全面を被覆するように第二シグナル電極22が固定剤層（図示せず）を介して積層一体化されている。なお、第二シグナル電極22は、荷重検出センサ１の電気絶縁シート16における第一シグナル電極14の形成面とは反対側の面16bに積層一体化され且つ固定剤層を介して第二圧電シート21の一面に積層一体化されている。   A second signal electrode 22 is laminated and integrated on one surface of the second piezoelectric sheet 21 via a fixing agent layer (not shown) so as to cover the entire surface. The second signal electrode 22 is laminated and integrated on a surface 16b opposite to the surface on which the first signal electrode 14 is formed in the electrical insulating sheet 16 of the load detection sensor 1, and the second piezoelectric sheet is interposed via a fixing agent layer. It is laminated and integrated on one side of 21.

第二圧電シート21の他面にはその全面を被覆するように電気絶縁シート24が固定剤層（図示せず）を介して積層一体化されている。なお、電気絶縁シート24は、電気絶縁性を有しておれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリエチレンナフタレートシートなどが挙げられる。固定剤層を構成している固定剤は、上記固定剤と同様であるのでその説明を省略する。   On the other surface of the second piezoelectric sheet 21, an electrical insulating sheet 24 is laminated and integrated via a fixing agent layer (not shown) so as to cover the entire surface. The electrical insulating sheet 24 is not particularly limited as long as it has electrical insulating properties, and examples thereof include a polyethylene terephthalate sheet and a polyethylene naphthalate sheet. Since the fixing agent constituting the fixing agent layer is the same as the above-described fixing agent, the description thereof is omitted.

電気絶縁シート24における第二圧電シート21に対向する面24aの全面には第二グランド電極23が一体的に形成されている。従って、第二圧電シート21の一面に固定剤層を介して第二シグナル電極22が積層一体化されていると共に、第二圧電シート21の他面に固定剤層を介して第二グランド電極23が積層一体化されて生体信号検出センサ２が構成されている。電気絶縁シート上に電極（グランド電極及びシグナル電極）を形成する方法は、上述と同様であるのでその説明を省略する。   A second ground electrode 23 is integrally formed on the entire surface 24a of the electrical insulating sheet 24 facing the second piezoelectric sheet 21. Accordingly, the second signal electrode 22 is laminated and integrated on one surface of the second piezoelectric sheet 21 via a fixing agent layer, and the second ground electrode 23 is interposed on the other surface of the second piezoelectric sheet 21 via a fixing agent layer. Are integrated to form a biological signal detection sensor 2. Since the method of forming electrodes (ground electrode and signal electrode) on the electrical insulating sheet is the same as described above, the description thereof is omitted.

そして、上記生体信号センサＡを用いて生体信号センサシステムＢが構成されている。生体信号センサシステムＢは、機能的には、図２に示したように、生体信号センサＡと、荷重検出センサ１の第一シグナル電極14の電位を測定する第一測定部３と、生体信号検出センサ２の第二シグナル電極22の電位を測定する第二測定部４と、制御部５と、出力部６とを有している。又、生体信号センサシステムＢは、物理的には、図３に示したように、生体信号センサＡと、ＣＰＵ(Central Processing Unit)71と、ＲＯＭ(Read Only Memory)72と、ＲＡＭ(Random Access Memory)73と、ＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの補助記憶装置74と、測定モジュール75と、ディスプレイやプリンタなどの出力モジュール76とを有している。   A biological signal sensor system B is configured using the biological signal sensor A. As shown in FIG. 2, the biological signal sensor system B functionally includes a biological signal sensor A, a first measuring unit 3 that measures the potential of the first signal electrode 14 of the load detection sensor 1, and a biological signal. A second measurement unit 4 that measures the potential of the second signal electrode 22 of the detection sensor 2, a control unit 5, and an output unit 6 are provided. In addition, the biological signal sensor system B physically includes a biological signal sensor A, a CPU (Central Processing Unit) 71, a ROM (Read Only Memory) 72, and a RAM (Random Access) as shown in FIG. Memory) 73, auxiliary storage device 74 such as SSD (Solid State Drive) or HDD (Hard Disk Drive), measurement module 75, and output module 76 such as a display or a printer.

図２において説明した生体信号センサシステムＢの各機能は、図３に示したＣＰＵ71やＲＡＭ73上に所定のプログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵ71の制御のもとで測定モジュール75及び出力モジュール76を作動させると共に、ＲＡＭ73や補助記憶装置74におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。   Each function of the biological signal sensor system B described in FIG. 2 operates the measurement module 75 and the output module 76 under the control of the CPU 71 by causing the CPU 71 and the RAM 73 shown in FIG. This is realized by reading and writing data in the RAM 73 and the auxiliary storage device 74.

生体信号センサシステムＢの制御部５は、ＣＰＵ71を備えたものであってＲＯＭ72などに記憶されているプログラムを実行することで生体信号センサシステムＢが具備する各種機能を制御する。   The control unit 5 of the biological signal sensor system B includes a CPU 71 and controls various functions included in the biological signal sensor system B by executing a program stored in the ROM 72 or the like.

生体信号センサＡにおける荷重検出センサ１の第一グランド電極12及び第一シグナル電極14は測定モジュール75に導電線を介して電気的に接続されていると共に、生体信号検出センサ２の第二グランド電極23及び第二シグナル電極22も測定モジュール75に導電線を介して電気的に接続されている。荷重検出センサ１の第一グランド電極12及び第一シグナル電極14が接続されている測定モジュールと、生体信号検出センサ２の第二グランド電極23及び第二シグナル電極22が接続されている測定モジュールは、同一であってもよいし相違してもよい。なお、第一グランド電極12及び第二グランド電極23と、測定モジュール75とをそれぞれ接続している導電線は途中で二つに分岐されており、一方の分岐線を測定モジュール75に、他方の分岐線においてアースをとることによって第一グランド電極12及び第二グランド電極23を基準電位とし、第一シグナル電極14及び第二シグナル電極22の電位を測定モジュール75によって測定し、第一シグナル電極14及び第二シグナル電極22の電位の変化を電気信号として測定可能に構成されている。   The first ground electrode 12 and the first signal electrode 14 of the load detection sensor 1 in the biological signal sensor A are electrically connected to the measurement module 75 via conductive wires, and the second ground electrode of the biological signal detection sensor 2. 23 and the second signal electrode 22 are also electrically connected to the measurement module 75 via conductive wires. The measurement module to which the first ground electrode 12 and the first signal electrode 14 of the load detection sensor 1 are connected, and the measurement module to which the second ground electrode 23 and the second signal electrode 22 of the biological signal detection sensor 2 are connected are May be the same or different. The conductive lines connecting the first ground electrode 12 and the second ground electrode 23 and the measurement module 75 are branched into two on the way, and one branch line is connected to the measurement module 75 and the other is connected to the other. By grounding the branch line, the first ground electrode 12 and the second ground electrode 23 are set to the reference potential, the potentials of the first signal electrode 14 and the second signal electrode 22 are measured by the measurement module 75, and the first signal electrode 14 The change in the potential of the second signal electrode 22 can be measured as an electric signal.

生体信号センサシステムＢの動作について図４のフローチャートを参照しつつ説明する。先ず、荷重検出センサ１によって生体信号センサＡ上に物体が存在しているか否かを検出する（ステップ１）。具体的には、第一測定部３において荷重検出センサ１の第一シグナル電極14の電位を測定する。生体信号センサＡ上に物体が存在していると、生体信号センサＡの変形層13が物体の荷重によって圧縮変形し、その結果、第一シグナル電極14と第一圧電シート11との間の距離が狭くなり、第一シグナル電極14の電位が低下する。   The operation of the biological signal sensor system B will be described with reference to the flowchart of FIG. First, it is detected by the load detection sensor 1 whether or not an object is present on the biological signal sensor A (step 1). Specifically, the first measuring unit 3 measures the potential of the first signal electrode 14 of the load detection sensor 1. When an object is present on the biological signal sensor A, the deformation layer 13 of the biological signal sensor A is compressively deformed by the load of the object, and as a result, the distance between the first signal electrode 14 and the first piezoelectric sheet 11 Becomes narrow, and the potential of the first signal electrode 14 decreases.

第一測定部３によって測定された測定結果は電気信号として制御部５に送られ、制御部５において、予め定められた閾値と、第一測定部３にて測定された測定結果とを比較し、第一測定部３にて測定された測定結果が閾値未満であった場合には、生体信号センサＡ上に物体が存在していると判断する。一方、第一測定部３にて測定された測定結果が閾値以上であった場合には、生体信号センサＡ上に物体は存在していないと制御部５において判断する（ステップ２）。   The measurement result measured by the first measurement unit 3 is sent to the control unit 5 as an electric signal, and the control unit 5 compares the predetermined threshold value with the measurement result measured by the first measurement unit 3. When the measurement result measured by the first measurement unit 3 is less than the threshold value, it is determined that an object is present on the biological signal sensor A. On the other hand, when the measurement result measured by the first measurement unit 3 is equal to or greater than the threshold, the control unit 5 determines that no object is present on the biological signal sensor A (step 2).

制御部５において予め定められている閾値は、生体信号センサシステムＢを用いて測定しようとする生体の想定される重量に基づいて設定される。例えば、生体信号センサシステムＢを用いて生体信号を測定しようとする生体が大人を想定している場合は、子供であると想定している場合に比べて閾値は小さく設定される。従って、生体信号を測定しようとする生体が大人を想定している場合、子供が生体信号センサＡ上にのったとしても、荷重検出センサ１は、子供が生体信号センサＡ上にのっていないものと判断することから閾値の設定は、想定している生体の重量範囲を考慮した上で設定する必要がある。   The predetermined threshold value in the control unit 5 is set based on the assumed weight of the living body to be measured using the biological signal sensor system B. For example, when the living body for which a biological signal is to be measured using the biological signal sensor system B is assumed to be an adult, the threshold value is set to be smaller than in the case where the living body is assumed to be a child. Therefore, when the living body to be measured for the biological signal is assumed to be an adult, even if the child is placed on the biological signal sensor A, the load detection sensor 1 has the child on the biological signal sensor A. Since it is determined that there is no threshold, it is necessary to set the threshold in consideration of the assumed weight range of the living body.

制御部５が生体信号センサＡ上に物体は存在していないと判断した場合は、制御部５の指示により、第一測定部３において荷重検出センサ１の第一シグナル電極14の電位を引き続き測定し、制御部５において、測定値と予め定められた閾値との大小を継続して比較し続ける。   When the control unit 5 determines that no object is present on the biological signal sensor A, the first measurement unit 3 continues to measure the potential of the first signal electrode 14 of the load detection sensor 1 according to an instruction from the control unit 5. Then, the control unit 5 continuously compares the measured value with the predetermined threshold value.

一方、制御部５が生体信号センサＡ上に物体が存在していると判断した場合は、第二測定部４において、生体信号検出センサ２から検出される信号の測定を開始する（ステップ３）。制御部５は、第二測定部４において検出された信号に基づいて生体信号センサＡ上にある物体が生体であるか否かを判断する（ステップ４）。   On the other hand, when the control unit 5 determines that an object is present on the biological signal sensor A, the second measurement unit 4 starts measuring the signal detected from the biological signal detection sensor 2 (step 3). . The control unit 5 determines whether or not the object on the biological signal sensor A is a living body based on the signal detected by the second measuring unit 4 (step 4).

生体は呼吸や脈波などの周期的な生体信号を発することから、制御部５には、生体信号センサシステムＢが対象とする生体が発する周期的な生体信号の情報が記憶されており、この記憶された周期的な生体信号の情報に基づいて、制御部５は、第二測定部４から受信した信号が生体信号であるか否かを判断する。周期的な生体信号の情報としては、呼吸信号や脈波が挙げられるが、大きな信号であり、容易に測定可能であることから、呼吸信号が好ましい。   Since the living body emits periodic biological signals such as respiration and pulse waves, the control unit 5 stores information on periodic biological signals emitted by the living body targeted by the biological signal sensor system B. Based on the stored periodic biological signal information, the control unit 5 determines whether or not the signal received from the second measurement unit 4 is a biological signal. The periodic biological signal information includes a respiratory signal and a pulse wave, but a respiratory signal is preferable because it is a large signal and can be easily measured.

制御部５が第二測定部４から受信した信号が生体信号でないと判断した場合（ステップ９）、制御部５は、第一測定部３及び第二測定部４での生体信号センサＡで得られる信号の測定を中止する（ステップ１０）。   When the control unit 5 determines that the signal received from the second measurement unit 4 is not a biological signal (step 9), the control unit 5 obtains the biological signal sensor A in the first measurement unit 3 and the second measurement unit 4. The measurement of the received signal is stopped (step 10).

一方、制御部５が第二測定部４から受信した信号が生体信号であると判断した場合（ステップ５）、制御部５は、第二測定部４において生体信号検出センサ２からの生体信号の測定を継続して行い、第二測定部４にて測定された、生体信号検出センサ２からの生体信号を、ディスプレイ、プリンタ、又は、補助記憶装置74などの出力部６に出力し記憶する（ステップ６）。生体信号検出センサ２にて測定される生体信号には、呼吸振動、脈波、体動などが含まれる。   On the other hand, when the control unit 5 determines that the signal received from the second measurement unit 4 is a biological signal (step 5), the control unit 5 uses the second measurement unit 4 to output the biological signal from the biological signal detection sensor 2. The measurement is continuously performed, and the biological signal from the biological signal detection sensor 2 measured by the second measurement unit 4 is output and stored in the output unit 6 such as a display, a printer, or an auxiliary storage device 74 ( Step 6). The biological signal measured by the biological signal detection sensor 2 includes respiratory vibration, pulse wave, body movement, and the like.

第一測定部３による荷重検出センサ１から得られる信号の測定は、第二測定部による生体信号検出センサ２から得られる信号の測定中も継続して行われており、制御部５において、予め定められた閾値と、第一測定部３にて測定された測定結果とが継続して比較されている（ステップ７）。第一測定部３にて測定された測定結果が閾値未満である場合には、生体信号センサＡ上に物体が存在していると判断し、第二測定部４による生体信号検出センサ２から得られる信号の測定を継続して行う。一方、第一測定部３にて測定された測定結果が閾値以上となった場合には、生体信号センサＡ上に物体が存在しなくなったと判断して、制御部５は、第一測定部３及び第二測定部４による生体信号センサＡからの信号の測定を終了する（ステップ８）。   The measurement of the signal obtained from the load detection sensor 1 by the first measurement unit 3 is continuously performed during the measurement of the signal obtained from the biological signal detection sensor 2 by the second measurement unit. The determined threshold value and the measurement result measured by the first measurement unit 3 are continuously compared (step 7). When the measurement result measured by the first measurement unit 3 is less than the threshold value, it is determined that an object is present on the biological signal sensor A and obtained from the biological signal detection sensor 2 by the second measurement unit 4. Continue to measure the signal being generated. On the other hand, when the measurement result measured by the first measurement unit 3 is equal to or greater than the threshold value, the control unit 5 determines that the object no longer exists on the biological signal sensor A, and the control unit 5 And the measurement of the signal from the biological signal sensor A by the second measuring unit 4 is finished (step 8).

以上の如く、本発明の生体信号センサシステムＢは、荷重検出センサ１から得られる信号によって生体信号センサＡ上に物体がのっているか否かを判断し、更に、生体信号検出センサＡから得られる信号によって生体信号センサＡ上の物体が生体であるか否かを判断した上で、生体信号センサＡの生体信号検出センサ２から得られる生体信号の測定を行っているので、想定している生体が生体信号センサＡ上に載置された時だけ生体信号センサシステムＢの生体信号検出センサ２で検出された生体信号を第二測定部にて測定しており、ノイズの少ない生体信号を測定し得ることができる。   As described above, the biological signal sensor system B of the present invention determines whether or not an object is placed on the biological signal sensor A based on the signal obtained from the load detection sensor 1, and further obtains it from the biological signal detection sensor A. It is assumed that the biological signal obtained from the biological signal detection sensor 2 of the biological signal sensor A is measured after determining whether or not the object on the biological signal sensor A is a biological body based on the generated signal. Only when the living body is placed on the biological signal sensor A, the biological signal detected by the biological signal detection sensor 2 of the biological signal sensor system B is measured by the second measuring unit, and the biological signal with less noise is measured. Can be obtained.

１ 荷重検出センサ
２ 生体信号検出センサ
３ 第一測定部
４ 第二測定部
５ 制御部
６ 出力部
11 第一圧電シート
12 第一グランド電極
13 変形層
14 第一シグナル電極
21 第二圧電シート
22 第二シグナル電極
23 第二グランド電極
Ａ 生体信号センサ
Ｂ 生体信号センサシステム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load detection sensor 2 Biosignal detection sensor 3 1st measurement part 4 2nd measurement part 5 Control part 6 Output part
11 First piezoelectric sheet
12 First ground electrode
13 Deformation layer
14 First signal electrode
21 Second piezoelectric sheet
22 Second signal electrode
23 Second Ground Electrode A Biosignal Sensor B Biosignal Sensor System

Claims (2)

荷重検出センサ上に生体信号検出センサが積層一体化されてなる生体信号センサであって、上記荷重検出センサは、第一圧電シート、上記第一圧電シートの一面に積層一体化された第一グランド電極、及び、上記第一圧電シートの他面に発泡シートを含む変形層を介して積層一体化された第一シグナル電極を有すると共に、上記生体信号検出センサは、第二圧電シート、上記第二圧電シートの一面に積層一体化された第二シグナル電極、及び、上記第二圧電シートの他面に積層一体化された第二グランド電極を有することを特徴とする生体信号センサ。 A biological signal sensor in which a biological signal detection sensor is laminated and integrated on a load detection sensor, wherein the load detection sensor is a first piezoelectric sheet and a first ground laminated and integrated on one surface of the first piezoelectric sheet. The biological signal detection sensor includes the electrode and the first signal electrode laminated and integrated on the other surface of the first piezoelectric sheet via a deformation layer including a foam sheet . A biological signal sensor comprising: a second signal electrode laminated and integrated on one surface of a piezoelectric sheet; and a second ground electrode stacked and integrated on the other surface of the second piezoelectric sheet. 荷重検出センサ上に生体信号検出センサが積層一体化されてなる生体信号センサであって、上記荷重検出センサは、第一圧電シート、上記第一圧電シートの一面に積層一体化された第一グランド電極、及び、上記第一圧電シートの他面に発泡シートを含む変形層を介して積層一体化された第一シグナル電極を有すると共に、上記生体信号検出センサは、第二圧電シート、上記第二圧電シートの一面に積層一体化された第二シグナル電極、及び、上記第二圧電シートの他面に積層一体化された第二グランド電極を有する生体信号センサと、上記荷重検出センサの第一圧電シートで発生する電位を測定する第一測定部と、上記生体信号検出センサの第二圧電シートで発生する電位を測定する第二測定部と、上記第一測定部で測定された電位が予め定められた閾値未満の場合には上記第二測定部での上記第二圧電シートの電位の測定を開始し、上記第二測定部にて生体信号を検出した場合には上記第二測定部で検出された信号を出力し、上記第一測定部で測定された電位が予め定められた閾値以上の場合又は上記第二測定部にて生体信号を検出しない場合には上記第二測定部で検出された信号の出力を行わないように制御する制御部とを有することを特徴とする生体信号センサシステム。 A biological signal sensor in which a biological signal detection sensor is laminated and integrated on a load detection sensor, wherein the load detection sensor is a first piezoelectric sheet and a first ground laminated and integrated on one surface of the first piezoelectric sheet. The biological signal detection sensor includes the electrode and the first signal electrode laminated and integrated on the other surface of the first piezoelectric sheet via a deformation layer including a foam sheet . A biological signal sensor having a second signal electrode laminated and integrated on one surface of the piezoelectric sheet; a second ground electrode laminated and integrated on the other surface of the second piezoelectric sheet; and the first piezoelectric of the load detection sensor A first measurement unit that measures a potential generated in the sheet, a second measurement unit that measures a potential generated in the second piezoelectric sheet of the biological signal detection sensor, and a potential measured in the first measurement unit in advance. When the measured value is less than the set threshold value, the second measurement unit starts measuring the potential of the second piezoelectric sheet. When the second measurement unit detects a biological signal, the second measurement unit The detected signal is output and detected by the second measuring unit when the potential measured by the first measuring unit is equal to or higher than a predetermined threshold value or when the biological signal is not detected by the second measuring unit. A biological signal sensor system, comprising: a control unit that performs control so as not to output the generated signal.
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