JP6440292B2 - Sensing system - Google Patents
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Description
本発明は、シート状媒体を介するセンシングシステムに関する。 The present invention relates to a sensing system via a sheet-like medium.
シート状媒体を介するセンシングシステムでは、電磁波伝搬媒体であるシート状媒体に対して入力された電磁波を電極等により取り出すことでセンシングが行われていた。 In a sensing system via a sheet-like medium, sensing is performed by taking out an electromagnetic wave input to the sheet-like medium, which is an electromagnetic wave propagation medium, using an electrode or the like.
こうしたセンシングは、例えばシート媒体の側面に電極を取り付けるか、あるいはシート状媒体の表面にカプラを配置して、この電極又はカプラによりシート媒体に入力される電磁波を取り出すことで行われていた(非特許文献1参照)。 Such sensing has been performed, for example, by attaching an electrode to the side surface of the sheet medium, or by placing a coupler on the surface of the sheet-like medium, and taking out electromagnetic waves input to the sheet medium by this electrode or coupler (non-contained) Patent Document 1).
図7は、従来のカプラを用いたセンシングシステムを示す模式図である。図8は、図7のセンシングシステムにおいて用いられるカプラの概略断面図である。 FIG. 7 is a schematic diagram showing a sensing system using a conventional coupler. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a coupler used in the sensing system of FIG.
従来のセンシングシステムの一例である、カプラ300を用いたセンシングシステムは、同一の形状を有する長板状のカプラ300が、シート状媒体200条に載置されて構成されている。
A sensing system using a
カプラ300は、上面に図8の奥行方向に伸長するスリット304が形成されている外部コンダクタ301と、外部コンダクタ301のスリット304に同軸ケーブル306を刺し通すように設けられたSMA(Sub Miniature Type A)コネクタ305と、外部コンダクタ301の内部に設けられた内部コンダクタパッチ303と、内部コンダクタパッチ303の下面側に設けられたコンダクタパッチ302と、を備えて構成されている。
The
外部コンダクタ301は、上面が覆された樹脂板により形成されるとともに、側面がリン青銅で形成されていて、全体的な形状は下面が解放された箱状となっている部材である。外部コンダクタ301の上側内壁には導波リング共振器−同軸ケーブル306間の接続に用いられるスリット304が形成されている。
The
SMAコネクタ305は、高周波機器で用いられている一般的な同軸コネクタである。
The
内部コンダクタパッチ303は、外部コンダクタ301の内部に詰められている発泡スチロール等よりなり、誘電率が1〜1.1となる部材である。
The
コンダクタパッチ302は、銅箔で形成されている板状の部材である。
The
こうしたカプラ300を用いるセンシングシステムを用いることで、高い電力伝送効率(すなわちセンシング効率)でセンシングを行うことができる。
By using such a sensing system using the
ところで、上述した従来のカプラを用いたセンシングシステムでは、カプラのサイズに波長依存性があり、カプラの小型化及びセンシングシステムの小型化に限界があった。 By the way, in the sensing system using the above-described conventional coupler, the size of the coupler has wavelength dependency, and there is a limit to downsizing of the coupler and downsizing of the sensing system.
具体的には、カプラは受信する電磁波の波長に依存して大きさが決まり、波長に対して半波長以上のサイズとする必要があった。例えば、電磁波の波長が2.4GHzである場合、カプラは6cm角の大きさ以上とする必要があった。
そのため、高いセンシング効率を維持しつつセンシングシステムを小型化することは、従来の方式では困難であった。
Specifically, the size of the coupler is determined depending on the wavelength of the electromagnetic wave to be received, and the size of the coupler needs to be a half wavelength or more. For example, when the wavelength of the electromagnetic wave is 2.4 GHz, the coupler needs to be 6 cm square or larger.
Therefore, it has been difficult to reduce the size of the sensing system while maintaining high sensing efficiency with the conventional method.
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、高いセンシング効率を維持しつつ、小型化が可能なセンシングシステムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a sensing system that can be miniaturized while maintaining high sensing efficiency.
第1発明に係るセンシングシステムは、電磁波を伝搬可能なシート状媒体と、前記シート状媒体を貫通して設けられた複数の電極と、を備え、前記シート状媒体は、非導電性の素材により形成されるシート状の誘電層と、前記誘電層の一面側に形成されるシート状の導電材である表面導電層と、前記誘電層の他面側に形成されるシート状の導電材である裏面導電層と、前記裏面導電層の表面に形成された樹脂よりなる第1保護層と、前記表面導電層の表面に形成された樹脂よりなる第2保護層と、前記誘電層、前記表面導電層、前記裏面導電層、前記第1保護層及び前記第2保護層を貫通する第1孔部と、を有し、前記電極は、前記第1保護層の外部に取り付けられ前記孔部を塞ぐ第1金属板と、第2孔部が形成され前記第2保護層の外部において前記第2孔部が前記第1孔部と連通するように取り付けられた第2金属板と、前記第1金属板に一端が固定され前記第1孔部及び前記第2孔部の内周壁に離間して前記第1孔部及び前記第2孔部を貫通するケーブルと、前記第2金属板と導通し、前記ケーブルが貫通した状態で前記ケーブルが固定される中空の固定金具と、前記固定金具の内部に充填された非導電性の誘電体と、を有することを特徴とする。 A sensing system according to a first invention includes a sheet-like medium capable of propagating electromagnetic waves, and a plurality of electrodes provided through the sheet-like medium, and the sheet-like medium is made of a non-conductive material. A sheet-like dielectric layer to be formed; a surface conductive layer that is a sheet-like conductive material formed on one side of the dielectric layer; and a sheet-like conductive material formed on the other side of the dielectric layer. A back surface conductive layer; a first protective layer made of a resin formed on the surface of the back surface conductive layer; a second protective layer made of a resin formed on the surface of the surface conductive layer; the dielectric layer; A first hole that penetrates the back surface conductive layer, the first protective layer, and the second protective layer, and the electrode is attached to the outside of the first protective layer and closes the hole. A first metal plate and a second hole are formed outside the second protective layer. And a second metal plate attached so that the second hole portion communicates with the first hole portion, and one end fixed to the first metal plate, and inner peripheral walls of the first hole portion and the second hole portion. A cable that passes through the first hole and the second hole apart from each other, a hollow fixing fitting that is electrically connected to the second metal plate and is fixed to the cable in a state where the cable penetrates, And a non-conductive dielectric material filled in the interior of the fixing metal.
第2発明に係るセンシングシステムは、第1発明において、前記裏面導電層がメッシュ状であることを特徴とする。 The sensing system according to a second aspect is characterized in that, in the first aspect, the back conductive layer is mesh-shaped.
第3発明に係るセンシングシステムは、第1又は第2発明において、前記表面導電層及び前記裏面導電層は、Alよりなることを特徴とする。 A sensing system according to a third invention is characterized in that, in the first or second invention, the front surface conductive layer and the back surface conductive layer are made of Al.
第4発明に係るセンシングシステムは、第1乃至第3発明の何れか1つにおいて、前記誘電層は樹脂製の発泡体よりなることを特徴とする。 A sensing system according to a fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the dielectric layer is made of a resin foam.
上述した構成からなる本発明によれば、高いセンシング効率を維持しつつ、小型化が可能なセンシングシステムを提供することができる。 According to the present invention having the above-described configuration, it is possible to provide a sensing system that can be downsized while maintaining high sensing efficiency.
以下、本発明の実施形態に係るセンシングシステム1について説明する。
Hereinafter, the
図1は、本発明の実施形態に係るセンシングシステム1を示す斜視図である。図2は、図1のセンシングシステム1の側面断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a
本実施形態に係るセンシングシステム1は、図1に示すように、電磁波を伝搬可能なシート状媒体2と、シート状媒体2に設けられた貫通孔Hを貫通して設けられた電極3と、を備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, the
シート状媒体2は、図2に示すように、シート状の誘電層21と、誘電層21の一面側(図2では上側)に形成される表面導電層22と、誘電層21の他面側(図2では下側)に形成される裏面導電層24と、裏面導電層24の表面に形成される第1保護層25と、表面導電層22の表面に形成される第2保護層23と、を備えて構成されている。
As shown in FIG. 2, the sheet-
誘電層21は、非導電性の素材により形成されるシート状の部材である。この誘電層21の材料として種々の材料を用いることができ、例えば樹脂製の発泡体を用いた場合には、シート状媒体2を軽量化することができる。誘電層21には孔部221が形成されている。
The
表面導電層22及び裏面導電層24は、シート状の導電材により形成されている。表面導電層22及び裏面導電層24の素材としては、種々の材料を用いることができ、例えばAl等の軽量の金属を用いた場合には、シート状媒体2及びこれを備えるセンシングシステム1を軽量化することができる。表面導電層22及び裏面導電層24には、それぞれ誘電層21の孔部211と略同一径の孔部221、231が形成されている。
Surface
なお、裏面導電層24は、メッシュ状のシートとなっている。本実施形態では裏面導電層24についてメッシュ状のシートとしている。このようなメッシュ状のシートとすることで、シート状媒体2が外部からの電磁波を受信しやすくすることができる。
Incidentally, the back side
第1保護層25及び第2保護層23は、シート状のアクリル等の樹脂により形成されていて、表面導電層22及び裏面導電層24を保護、絶縁する機能を備えている。第1保護層25及び第2保護層23には、それぞれ誘電層21の孔部211と略同一径の孔部251、231が形成されている。
The first
上述した構成を備えるシート状媒体2は、第1保護層25の孔部221、裏面導電層24の孔部241、誘電層21の孔部211、表面導電層22の孔部221及び第2保護層23の孔部231が連通し貫通孔Hが形成されるよう各構成が積層される。
The sheet-
上述した誘電層21、表面導電層22、裏面導電層24、第1保護層25及び第2保護層23の面積や厚さは任意であり、センシングを行う対象物の種類等に応じて適宜変更することができる。そのため、シート状媒体2のサイズも適宜調整することができる。
The area and thickness of the
次に、電極3について説明する。
Next, the
電極3は、第1保護層の外部に取り付けられシート状媒体2の連通孔Hを塞ぐ第1金属板35と、誘電層21の孔部211と略同一径の孔部311が形成され第2保護層23の外部において当該孔部がシート状媒体2の連通孔Hと連通するように取り付けられた第2金属板31と、第1金属板35に一端が固定されシート状媒体の連通孔H及び第2金属板31の孔部311の内周壁に離間してこれらの孔部を貫通するケーブル34と、第2金属板31と導通し、ケーブル34が貫通した状態でケーブル34が固定される中空の固定金具32と、固定金具32の内部に充填された非導電性の誘電体33と、を備えて構成されている。
The
第1金属板35及び第2金属板31は、銅板等の導電性の金属薄板を用いて形成されている。
The first metal plate 35 and the
ケーブル34は、Au、Ag、Cu等の導電性素材を用いて形成されている。
The
固定金具32は、Al、Cu等の導電性素材を用いて形成されていて、ケーブル34が接続されている。この固定金具32は、ケーブル34に対するアースとして機能する。この固定金具32について、Al等の軽量金属を用いた場合には、電極3及びこれを備えるセンシングシステム1を軽量化することができる。
The fixing
導電体33は、アクリル等の樹脂材料により形成されている。
The
上述した電極3において、第1金属板35及び第2金属板31の面積や厚さは任意である。また、ケーブル34の径や長さもセンシング対象物の種類やセンシングの環境等に応じて適宜調整することができる。そのため、電極3のサイズも任意に調整することができる。
In the
次に、こうしたセンシングシステム1の使用方法について説明する。
Next, a method for using such a
本発明に係るセンシングシステム1は、センシングの対象物が発する電磁波を計測するためのものであり、センシングシステム1のシート状媒体2の第1保護層25をセンシング対象物に接触させて使用される。
The
このようにしてシート状媒体2がセンシング対象物に接触した状態でセンシング対象物に電磁波が発生すると、シート状媒体2の第1保護層25及びメッシュ状の裏面導電層24の開口部分からシート状媒体2の内部に当該電磁波が進入する。
When electromagnetic waves are generated on the sensing object in a state where the sheet-
そして、シート状媒体2の内部(表面導電層22及び裏面導電層24の間)に電磁波が生じ、誘電層21内を伝搬していく。
An electromagnetic wave is generated inside the sheet-like medium 2 (between the front surface
伝搬した電磁波は、電極3のケーブル34を介して信号として取り出される。こうして取り出された信号は、他の装置による解析等に用いることができる。
The propagated electromagnetic wave is extracted as a signal through the
なお、本実施形態に係るセンシングシステム1は、外部の装置に対する給電システムや通信システムとしても用いることもできる。
Note that the
この場合には、ケーブル34を介してシート状媒体2に電磁波が入力されると、シート状媒体2の内部に電磁波が生じ、誘電層21内部を伝搬していく。
In this case, when an electromagnetic wave is input to the sheet-
このとき、メッシュ状の裏面導電層24の開口部分から電磁波が漏洩するため、これを受信用のカプラやアンテナ等を用いて受信することで、外部の装置への給電や信号の送信を行うことができる。
At this time, electromagnetic waves leak from the opening of the mesh-like back surface
次に、本実施形態に係るセンシングシステム1の通信特性について説明する。
Next, communication characteristics of the
図3は、1cm角の電極3を用いた場合の通信特性を示すグラフである。図4は、3cm角の電極3を用いた場合の通信特性を示すグラフである。図5は、5cm角の電極3を用いた場合の通信特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing communication characteristics when a 1 cm
また、図6は、図7及び図8に示す従来のカプラを用いたセンシングシステムの通信特性を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the communication characteristics of the sensing system using the conventional coupler shown in FIGS.
図3〜図6に示すグラフは、センシングシステム1が受信した信号の減衰量が示されていて、縦軸はdB、横軸は周波数(GHz)を示している。
The graphs shown in FIGS. 3 to 6 show the attenuation amount of the signal received by the
図3に示すように、1cm角の電極3を用いた場合、2.55GHzにおける減衰量は−9.214dBとなっている。
As shown in FIG. 3, when the 1 cm
また、図4に示すように、3cm角の電極3を用いた場合、2.55GHzにおける減衰量は−9.576dBとなっている。
Also, as shown in FIG. 4, when a 3 cm
また、図5に示すように、5cm角の電極3を用いた場合、2.55GHzにおける減衰量は−13.99dBとなっている。
As shown in FIG. 5, when a 5 cm
一方、従来のカプラ300を用いたセンシングシステムの場合、2.55GHzにおける減衰量は−22.21dBとなっている。
On the other hand, in the case of a sensing system using the
このように、本実施形態に係るセンシングシステム1は、従来のセンシングシステムと比較し、より良好な伝搬特性を備えていることが分かる。
Thus, it can be seen that the
また、本実施形態に係るセンシングシステム1は、上述したように良好な通信特性を備えつつ、シート状媒体2及び電極3のサイズを任意に調整することができる。
In addition, the
更に、シート状媒体2を貫通して電極3が設けられているため、シート状媒体2の周縁部に電極3を設ける場合と比較して、センシングシステム1のシート状媒体2の延展方向におけるスペースを削減することができる。
Furthermore, since the
そのため、従来のセンシングシステムと比較し、センシングシステム1を小型化することができる。
Therefore, the
また、上述した実施形態に係るセンシングシステム1では、シート状媒体2に対して1つの電極3のみが設けられていたが、本発明においてはこれに限らず、複数の電極3を設けることができる。このとき、電極3を小型化することができるため、シート状媒体2に対して複数の電極3を高密度に配置することが可能となる。
In the
こうしたセンシングシステム1は、生体センシング、特に脳波の計測や、母体内にいる胎児の心電計測等において好適に用いることができる。
Such a
脳波の計測時に高密度に電極を配置可能な本発明に係るセンシングシステム1をヒト等の頭部に取り付けることで、脳のいずれの部位の活動が活発であるか詳細に判定することができる。
By attaching the
また、胎児の心電計測時には、母体の腹部に高密度に電極を配置可能な本発明に係るセンシングシステム1を取り付けることで、胎児が子宮内の何れの位置にいる場合でも高精度に心電計測を行うことができる。
Further, when the electrocardiogram of the fetus is measured, the electrocardiogram can be accurately performed regardless of the position of the fetus at any position in the uterus by attaching the
1 センシングシステム
2 シート状媒体
3 電極
21 誘電層
22 表面導電層
23 第2保護層
24 裏面導電層
25 第1保護層
31 第2金属板
32 固定金具
33 誘電体
34 ケーブル
35 第1金属板
DESCRIPTION OF
Claims (4)
非導電性の素材により形成されるシート状の誘電層と、
前記誘電層の一面側に形成されるシート状の導電材である表面導電層と、
前記誘電層の他面側に形成されるシート状の導電材である裏面導電層と、
前記裏面導電層の表面に形成された樹脂よりなる第1保護層と、
前記表面導電層の表面に形成された樹脂よりなる第2保護層と、
前記誘電層、前記表面導電層、前記裏面導電層、前記第1保護層及び前記第2保護層を貫通する第1孔部と、
を有し、前記電極は、
前記第1保護層の外部に取り付けられ前記孔部を塞ぐ第1金属板と、
第2孔部が形成され前記第2保護層の外部において前記第2孔部が前記第1孔部と連通するように取り付けられた第2金属板と、
前記第1金属板に一端が固定され前記第1孔部及び前記第2孔部の内周壁に離間して前記第1孔部及び前記第2孔部を貫通するケーブルと、
前記第2金属板と導通し、前記ケーブルが貫通した状態で前記ケーブルが固定される中空の固定金具と、
前記固定金具の内部に充填された非導電性の誘電体と、
を有することを特徴とするセンシングシステム。 A sheet-like medium capable of propagating electromagnetic waves, and a plurality of electrodes provided through the sheet-like medium, the sheet-like medium comprising:
A sheet-like dielectric layer formed of a non-conductive material;
A surface conductive layer that is a sheet-like conductive material formed on one side of the dielectric layer;
A back surface conductive layer which is a sheet-like conductive material formed on the other surface side of the dielectric layer;
A first protective layer made of a resin formed on the surface of the back conductive layer;
A second protective layer made of a resin formed on the surface of the surface conductive layer;
A first hole penetrating the dielectric layer, the front surface conductive layer, the back surface conductive layer, the first protective layer, and the second protective layer;
And the electrode is
A first metal plate that is attached to the outside of the first protective layer and closes the hole;
A second metal plate having a second hole formed and attached to the outside of the second protective layer so that the second hole communicates with the first hole;
A cable having one end fixed to the first metal plate and spaced from the inner peripheral walls of the first hole and the second hole and penetrating the first hole and the second hole;
A hollow fixing fitting that is electrically connected to the second metal plate and is fixed in a state where the cable is penetrated;
A non-conductive dielectric filled in the fixing metal;
A sensing system comprising:
載のセンシングシステム。 The sensing system according to claim 1, wherein the dielectric layer is made of a resin foam.
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