JP7281763B2 - SENSOR DEVICE, SIGNAL ANALYSIS SYSTEM AND SIGNAL ANALYSIS METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、センサ装置、信号解析システムおよび信号解析方法に関し、特に、導電性の検出対象の接近および動作に応答するセンサ装置、当該センサ装置を含む信号解析システムおよび信号解析方法に関するものである。 The present invention relates to a sensor device, a signal analysis system and a signal analysis method, and more particularly to a sensor device responsive to the approach and movement of a conductive detection target, a signal analysis system and a signal analysis method including the sensor device.
近年、健康に対する意識が高まっていることを受けて、ベッドやマット等の寝具の上に居る検出対象である被検者の生体信号(呼吸動作、心拍動作など)をモニタリングする技術が開発されている。また、高齢者の増加等に伴い、要介護者が寝たり寝具から離れたりすること(在床/離床)をモニタリングして、その情報を介護者に通知することで介護者の負担を軽減するための仕組みが実現されている。 In recent years, in response to the increasing awareness of health, technology has been developed to monitor the biological signals (breathing motion, heartbeat motion, etc.) of the subject, who is the subject of detection, on a bed, mat, or other bedding. there is In addition, as the number of elderly people increases, the burden on caregivers can be reduced by monitoring when a person requiring nursing care sleeps or leaves the bedding (in bed/getting out of bed) and notifies the caregiver of this information. A mechanism has been implemented.
さらに、これらのモニタリングにより取得される情報を蓄積し、ビッグデータとして分析し活用することで、介護の支援に役立てる方法も検討されている。 Furthermore, by accumulating the information acquired by these monitoring, analyzing it as big data, and utilizing it, a method to use it for nursing care support is also being studied.
このようなモニタリングを行うためのセンサとして、静電容量式センサが知られている。静電容量式センサは、センサの周囲に電界を発生させることで検出領域を形成し、この検出領域内に導電性の検出対象が入ると、検出対象により電気力線の一部が吸収されて静電容量値が変化する。静電容量式センサは静電容量値の変化を検知することにより、検出対象の接近および動作、たとえば被検者の存否や生体信号等の情報を取得することができる(例えば、特許文献1および2参照)。 A capacitance sensor is known as a sensor for performing such monitoring. A capacitive sensor forms a detection region by generating an electric field around the sensor. The capacitance value changes. A capacitive sensor can acquire information such as the approach and movement of a detection target, for example, the presence or absence of a subject, biological signals, etc. by detecting changes in the capacitance value (for example, Patent Document 1 and 2).
寝具の上の被検者の存否の検出や、被検者の生体信号のモニタリングを行うために、寝具の上に静電容量式センサを設置した場合、被検者は静電容量式センサの上に寝ることになる。この場合、仮にシーツの下に当該センサを設置したとしても、静電容量式センサが被検者の身体に間接的に当たり、心理的・身体的負担、あるいは違和感を与えることになる。また、センサの耐久性の点でも問題がある。 If a capacitive sensor is placed on the bedding to detect the presence or absence of the subject on the bedding or to monitor the subject's biological signals, the subject will You will sleep on top. In this case, even if the sensor is placed under the sheet, the capacitive sensor indirectly touches the subject's body, causing a psychological and physical burden or discomfort. There is also a problem in terms of durability of the sensor.
上記の問題を解消する方法として、静電容量式センサをベッドの下側に設置して、当該センサによりベッドを介してベッドの上側に電界を発生させて検出領域を形成する方法が考えられる。このような静電容量式センサによる寝具を介した被検者の存否の検知およびその生体信号の測定は、ベッドが絶縁体である場合には有効である。しかしながら、寝具にコイル等の導電体が含まれる場合、この導電体が信号遮蔽体となり、静電容量式センサから発生される電界が遮蔽されてしまう恐れがある。この場合、結果として、ベッドの上側に電界が形成されず、被検者の存否の検出等ができなくなるという問題がある。 As a method of solving the above problem, a method of installing a capacitive sensor under the bed and generating an electric field above the bed through the bed by the sensor to form a detection area is conceivable. Detecting the presence or absence of a subject through bedding and measuring the biosignal of the subject using such a capacitive sensor is effective when the bed is an insulator. However, if the bedding includes a conductor such as a coil, the conductor may act as a signal shield and shield the electric field generated by the capacitive sensor. In this case, as a result, an electric field is not formed above the bed, and there is a problem that the presence or absence of the subject cannot be detected.
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、センサ部と導電性の検出対象との間に導電性の信号遮蔽体が介在する環境において、検出対象の接近および動作の計測、たとえば被検者の存否の検出や生体信号の計測を行うことができるセンサ装置、信号解析システムおよび信号解析方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and its object is to reduce the detection target in an environment in which a conductive signal shield is interposed between the sensor unit and the conductive detection target. An object of the present invention is to provide a sensor device, a signal analysis system, and a signal analysis method capable of measuring approach and motion, for example, detecting the presence or absence of a subject and measuring biosignals.
上記目的を達成するために本発明は、第1の態様において、
導電性の検出対象の接近および動作に応じた検査信号を伝達する信号伝達部と、
前記信号伝達部から伝達された検査信号を検知するセンサ部と、
検知された検査信号を静電容量値を示す応答信号に変換する測定部と、
前記測定部に電源を供給する電源部と
を備えたセンサ装置であって、
前記検出対象と前記センサ部との間に導電性の信号遮蔽体が介在し、
前記信号伝達部は接地接続されておらず、かつ前記検出対象、前記信号遮蔽体および前記センサ部に対し絶縁されており、前記信号伝達部の第1の部分が前記センサ部の初期検出領域内でありかつ前記信号遮蔽体より前記センサ部の近傍に配置されており、前記信号伝達部の第2の部分が前記信号遮蔽体より前記検出対象の近傍に配置されている、センサ装置を提供する。
In order to achieve the above object, in a first aspect of the present invention,
a signal transmission unit that transmits an inspection signal according to the approach and movement of a conductive detection target;
a sensor unit for detecting an inspection signal transmitted from the signal transmission unit;
a measuring unit that converts the detected test signal into a response signal that indicates a capacitance value;
A sensor device comprising: a power supply unit that supplies power to the measurement unit,
A conductive signal shield is interposed between the detection target and the sensor unit,
The signal transmission section is not grounded and is insulated from the detection object, the signal shield and the sensor section, and a first portion of the signal transmission section is within an initial detection area of the sensor section. and arranged closer to the sensor unit than the signal shield, and a second portion of the signal transmission unit is arranged closer to the detection target than the signal shield. .
ここで、前記信号伝達部の第2の部分は、一部または全部が導電性の織物や編物、不織物などの柔軟性を有する素材、または導電性の伸縮性を有する素材で構成されるものとすることができる。 Here, the second part of the signal transmission part is partly or wholly made of a flexible material such as a conductive woven fabric, a knitted fabric, or a non-woven fabric, or a conductive stretchable material. can be
また、前記信号伝達部の第1の部分および第2の部分以外の部分に電磁遮蔽部をさらに備えたものとすることができる。 In addition, an electromagnetic shielding portion may be further provided in a portion other than the first portion and the second portion of the signal transmission portion.
本発明の別の態様によれば、
導電性の検出対象の接近および動作に応じた検査信号を伝達する信号伝達部と、
前記信号伝達部から伝達された検査信号を検知するセンサ部と、
検知された検査信号を静電容量値を示す応答信号に変換する測定部と、
前記測定部に電源を供給する電源部と
を備えたセンサ装置と、
前記測定部により変換された応答信号を解析して前記検出対象に関する情報を取得する解析装置と
を備えた信号解析システムであって、
前記検出対象と前記センサ部との間に導電性の信号遮蔽体が介在し、
前記信号伝達部は接地接続されておらず、かつ前記検出対象、前記信号遮蔽体および前記センサ部に対し絶縁されており、前記信号伝達部の第1の部分が前記センサ部の初期検出領域内でありかつ前記信号遮蔽体より前記センサ部の近傍に配置されており、前記信号伝達部の第2の部分が前記信号遮蔽体より前記検出対象の近傍に配置されている、信号解析システムを提供する。
According to another aspect of the invention,
a signal transmission unit that transmits an inspection signal according to the approach and movement of a conductive detection target;
a sensor unit for detecting an inspection signal transmitted from the signal transmission unit;
a measuring unit that converts the detected test signal into a response signal that indicates a capacitance value;
a sensor device comprising: a power supply unit that supplies power to the measurement unit;
A signal analysis system comprising: an analysis device that analyzes the response signal converted by the measurement unit and obtains information about the detection target,
A conductive signal shield is interposed between the detection target and the sensor unit,
The signal transmission section is not grounded and is insulated from the detection object, the signal shield and the sensor section, and a first portion of the signal transmission section is within an initial detection area of the sensor section. and is arranged closer to the sensor unit than the signal shield, and the second part of the signal transmission unit is arranged closer to the detection target than the signal shield. do.
ここで、前記検出対象に関する情報は、前記検出対象の存在に関する情報を含むものとすることができる。 Here, the information regarding the detection target may include information regarding the presence of the detection target.
また、前記検出対象に関する情報は、前記検出対象の生体信号に関する情報を含むものとすることができる。 Further, the information on the detection target may include information on the biosignal of the detection target.
本発明の他の態様によれば、
導電性の検出対象の接近および動作に応じた検査信号を伝達する信号伝達部と、
前記信号伝達部から伝達された検査信号を検知するセンサ部と、
検知された検査信号を静電容量値を示す応答信号に変換する測定部と、
前記測定部に電源を供給する電源部と
を備え、
前記検出対象と前記センサ部との間に導電性の信号遮蔽体が介在し、
前記信号伝達部は接地接続されておらず、かつ前記検出対象、前記信号遮蔽体および前記センサ部に対し絶縁されており、前記信号伝達部の第1の部分が前記センサ部の初期検出領域内でありかつ前記信号遮蔽体より前記センサ部の近傍に配置されており、前記信号伝達部の第2の部分が前記信号遮蔽体より前記検出対象の近傍に配置されている、センサ装置を用いた信号解析方法であって、
前記測定部により変換された応答信号を受信するステップと、
受信された前記応答信号を解析して前記検出対象に関する情報を取得するステップと
を含む、信号解析方法を提供する。
According to another aspect of the invention,
a signal transmission unit that transmits an inspection signal according to the approach and movement of a conductive detection target;
a sensor unit for detecting an inspection signal transmitted from the signal transmission unit;
a measuring unit that converts the detected test signal into a response signal that indicates a capacitance value;
a power supply unit that supplies power to the measurement unit,
A conductive signal shield is interposed between the detection target and the sensor unit,
The signal transmission section is not grounded and is insulated from the detection object, the signal shield and the sensor section, and a first portion of the signal transmission section is within an initial detection area of the sensor section. and is arranged closer to the sensor unit than the signal shield, and the second part of the signal transmission unit is arranged closer to the detection target than the signal shield. A signal analysis method comprising:
receiving a response signal transformed by the measuring unit;
and analyzing the received response signal to acquire information about the detection target.
ここで、前記検出対象に関する情報は、前記検出対象の存在に関する情報を含むものとすることができる。 Here, the information regarding the detection target may include information regarding the existence of the detection target.
また、前記検出対象に関する情報は、前記検出対象の生体信号に関する情報を含むものとすることができる。 Further, the information on the detection target may include information on the biosignal of the detection target.
本発明によれば、センサと検出対象との間に導電性の信号遮蔽体が介在する場合であっても、導電性の検出対象の在否情報の検出や生体信号の測定が可能となる。 According to the present invention, even when a conductive signal shield is interposed between a sensor and a detection target, it is possible to detect the presence/absence information of the conductive detection target and measure biosignals.
以下では、まず静電容量式センサにより被検者を検出する原理について比較例を用いて説明し、次に本発明の実施の形態について詳細に説明する。 In the following, first, the principle of detecting a subject using a capacitive sensor will be described using a comparative example, and then the embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は、本発明の比較例に係るセンサ装置の構成を示すブロック図である。同図において、センサ装置100は電源部101、センサ部102および測定部107を含んでいる。センサ部102は静電容量式センサであり、ベッドやマット等の寝具として構成された絶縁体103の上に設置される。センサ部102は測定部107からの電源供給を受けて周囲に電界(検出領域)を形成し、電界の変化を検知する。以下、電界の変化を「検査信号」と呼ぶ場合がある。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a sensor device according to a comparative example of the present invention. In the figure,
センサ部102により検知された検査信号は測定部107で静電容量値(デジタル値)として計測される。以下、計測される静電容量値を「応答信号」と呼ぶ場合がある。測定部107は電源部101からの電源供給を受けて、センサ部102により検知された検査信号を応答信号として計測し記憶する。したがって、センサ部102および測定部107の組み合わせは、アナログの検査信号をデジタルの応答信号に変換する機能を有する。
The test signal detected by the
たとえば検出対象である患者や要介護者等の被検者104が外部から接近した場合、被検者104により電気力線の一部が吸収されて電界が変化するため、検出対象の存否を検出することができる。 For example, when a subject 104, such as a patient or a person requiring care, who is a detection target, approaches from the outside, part of the electric lines of force are absorbed by the subject 104 and the electric field changes, so the presence or absence of the detection target is detected. can do.
図1に示す構成の場合、患者や要介護者はセンサ部102の上に寝ることになる。したがって、センサ部102の存在が被検者である患者や要介護者に心理的・身体的負担、あるいは違和感を与えることになる。また、センサ部102が物理的負担により劣化しやすくなるため、耐久性の点で問題がある。
In the case of the configuration shown in FIG. 1 , the patient or the person requiring care will lie on the
図2は、本発明の別の比較例に係るセンサ装置の構成を示すブロック図である。同図に示す例では、センサ部102は絶縁体103の下側に設置される。センサ部102は、絶縁体103を介して図面上部に検出領域を形成し、検出領域において検査信号を検知する。測定部107はセンサ部102において検知された検査信号を応答信号として計測し記憶する。このような構成を採用することで被検者に心理的・身体的負担を与えることがなくなり、被検者に認識されることなく、被検者の存否の検出や生体信号の計測を行うことが可能となる。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a sensor device according to another comparative example of the invention. In the example shown in the figure, the
図3は、図2に示す比較例において、絶縁体103が導電体105に変更された例を示している。同図に示す例において、導電体105は、例えば導電性材料を含むコイルを用いたベッドやマット等として構成され、接地接続されている。この場合、導電体105が信号遮蔽体となり、導電体105の上側に検出領域が形成されなくなる。以下、この現象を「応答信号の遮蔽」という。結果として、センサ部102は被検者104の接近に応じた応答信号を検知することができなくなる。
FIG. 3 shows an example in which the
上述した応答信号の遮蔽は、導電体105が接地接続されている場合だけでなく、導電体105が導電性の検出対象(被検者104)と比較して十分に大きい場合、および導電体105が鋭角構造を含む形状を有する場合等にも発生し得る。このような条件下では、導電体105とセンサ部102との間に形成される寄生容量が支配的となり、結果として応答信号が遮蔽され、センサ部102による検査信号の検出が困難となる。本発明の実施の形態は、上述のように検出対象とセンサ部との間に導電性の信号遮蔽体が介在する状況に対処するものである。
The shielding of the response signal as described above is not only possible when the
次に、図4以降を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4 and subsequent drawings.
(第1実施形態)
図4は、本実施形態に係るセンサ装置の構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the sensor device according to this embodiment.
センサ装置400は、電源部401、センサ部402、測定部407および信号伝達部406を含んでいる。センサ部402は、被検者404の接近動作に応答する静電容量式センサであり、ベッドやマット等の寝具として構成された導電体405の下側に設置される。ここで、被検者404は、患者、乳幼児、高齢者、要介護者、要支援者等の種々の検出対象を含む。センサ部402は、例えば、基材の片面に互いの櫛歯が対向するように形成された2つの櫛歯型電極や、基材の両面に互いに対向するように形成されたそれぞれ面積が異なる非対称な2つの平板電極で構成することができる。基材として、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミドなどで構成された薄膜フィルムを用いることができる。また、センサ部402で使用される検出電極は、例えば、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、錫、カーボンなどの導電性材料で構成され、スクリーンオフセット印刷法などの印刷法、あるいは蒸着法やスパッタリング法など、種々の方法を用いて形成することができる。
The
センサ部402は、測定部407からの電源供給を受けて周囲に電界(検出領域)を形成し、検査信号を検知する。測定部407はセンサ部402により検知された検査信号を応答信号(デジタル値)として計測し記憶する。測定部407は、具体的にはLCRメータ、インピーダンスアナライザ、または静電容量検出ICとして構成され得る。
The
電源部401は測定部407に電源を供給するものであり、AC100V電源、モバイルバッテリー、乾電池、ボタン式電池等として構成することができる。
The
たとえば、患者や要介護者等の被検者404が外部から接近した場合、被検者404により電気力線の一部が吸収されて電界が変化するため、検出対象の存否を検出することができる。 For example, when a subject 404 such as a patient or a person requiring care approaches from the outside, the subject 404 absorbs part of the electric lines of force and changes the electric field. can.
被検者404とセンサ部402との間に導電体405が介在している場合、導電体405は図3で示した導電体105と同様であり、導電性の信号遮蔽体である。信号遮蔽体は、被検者404とセンサ部402との間またはその周辺に配置され、被検者404からの信号の検出を遮蔽する導電体である。本実施形態に係るセンサ部402は、検出対象との間に導電性の信号遮蔽体が介在する場合に信号伝達部406を用いて検出対象を検出するものである。
If a
信号伝達部406は、例えば、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、錫、カーボンなどの導電性材料により構成され、被検者404の接近および動作に応じた検査信号をセンサ部402へ伝達する。検査信号は、被検者404の在床/離床を示す信号および生体信号を含む。生体信号は、睡眠時の姿勢、呼吸動作、心拍動作などの情報を含む。信号伝達部406は、信号遮蔽体である導電体405の外側に設けられており、接地接続されていない。また、信号伝達部406は、被検者404、導電体405、およびセンサ部402のいずれとも絶縁されている。
The
また、信号伝達部406は、その第1の部分408がセンサ部402の初期検出領域内、かつ信号遮蔽体である導電体405よりセンサ部402の近傍に配置されている。図4に示す例では、第1の部分408は導電体405の下側に配置されている。このような構成により、信号伝達部406は導電体405を回避してセンサ部402に検査信号を伝達する。
In addition, the
ここで、センサ部402の「初期検出領域」とは、信号伝達部406がセンサ部402の近傍に設けられていない状態でセンサ部402に向かって検出対象を遠方から接近させたときに、その測定された静電容量値が初期検出閾値範囲を超える領域をいう。ここで、「初期検出閾値範囲」とは、例えば、検出対象が検出されていない状態(未検出状態)でありかつ信号伝達部406がないときに、測定部407を用いてセンサ部402の静電容量値の測定を行い、得られた静電容量値の平均値(μ)と標本標準偏差(σ)から求められる(μ±3σ)を基準に設定した範囲とすることができる(例えば、非特許文献1参照)。
Here, the “initial detection area” of the
さらに、信号伝達部406は、その第2の部分409が信号遮蔽体である導電体405より被検者404の近傍に配置されている。図4に示す例では、第2の部分409は導電体405の上側、すなわち被検者404が接近する範囲近傍に設けられている。
Further, the
このような構成により、導電体405の上側にも検出領域が形成されるため、信号伝達部406は被検者404からの検査信号をセンサ部402に伝達することができる。
With such a configuration, a detection area is also formed on the upper side of the
図5はセンサ部の構成例を示す図である。図5(a)は、特許文献1に示されるような、両面に検出電極を配置した静電容量式センサを示し、図5(b)はその断面図を示す。図5(a)及び(b)に示すセンサ部402は、基材501と、基材501の第1の表面に形成された第1の電極502と、基材501の第1の表面とは反対側の第2の表面に形成された第2の電極503と、第1の表面に引き出されて第1の電極502に電圧を印加する第1の引き出し配線504と、第2の表面に引き出されて第2の電極503に電圧を印加する第2の引き出し配線505と、を含む。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the sensor section. FIG. 5(a) shows a capacitive sensor in which detection electrodes are arranged on both sides, as shown in Patent Document 1, and FIG. 5(b) shows a cross-sectional view thereof. The
第1の電極502、第2の電極503、第1の引き出し配線504及び第2の引き出し配線505は、例えば、スクリーンオフセット印刷法などの印刷法を用いて基材501上に形成され得る。基材501としては、例えば、薄膜フィルムを用いることができる。例えば第1の電極502をシグナル電極とし、第2の電極503をグラウンド電極とした場合、グラウンド電極として機能する第2の電極503の方がシグナル電極として機能する第1の電極502よりも面積が大きくなるように構成されている。
The
図5に示すセンサ部402は、基材501を介して第1の電極502と第2の電極503を有するコンデンサ構造になっている。第1の電極502および第2の電極503は、それぞれ、電源部401から第1の引き出し配線504及び第2の引き出し配線505を介して所定の周波数及び所定の振幅の交流電圧が印加されている。第1の電極502および第2の電極503は互いに面積が異なるため、交流電圧が印加されると周囲に電気力線が広がる。センサ部402では周囲に広がった電気力線、すなわちセンサ部402の周囲に形成された電界を利用して検出領域を定めている。
A
信号伝達部406の第2の部分409の周辺に形成された検出領域内に被検者404が入ると、当該被検者404により電気力線の一部が吸収される。信号伝達部406は電界の変化を検査信号としてセンサ部402へ伝達する。センサ部402は信号伝達部406から伝達される検査信号を検知する。測定部407が例えばLCRメータの場合、第1の電極502および第2の電極503における電流の波形及び電圧の波形の位相差を計算し、計算された位相差に基づいて、静電容量値を示す応答信号を計測し記憶する。応答信号も検査信号と同様に、被検者404の在床/離床を示す信号および生体信号を含む。
When the subject 404 enters the detection area formed around the
例えば、導電性の検出対象が第2の部分409に近づくと、測定部407において応答信号の信号値の減少として検知される。この信号値の変化を解析装置等において計測することにより、検出対象の存否や動き情報を取得することができる。
For example, when a conductive detection target approaches the
また、センサ部402により検査信号に含まれる生体信号を選択的に捕捉することで、呼吸動作や心拍動作を検知することができる。例えば、センサ部402を信号伝達部406の第1の部分408の下側に設置し、被検者404が信号伝達部406の第2の部分409の上に寝ている状態で呼吸すると、センサ部402が検知する応答信号の信号値が変化する。この信号値は呼吸の周期に合わせて変化するため、寝ている被検者404の呼吸動作を検出することができる。
In addition, by selectively capturing the biological signal included in the test signal by the
図6は信号伝達部の効果を説明する図である。同図において、縦軸に図2、図3および図4の構成により検知された静電容量値(fF)の変化を、横軸に時間(sec)をそれぞれ示す。センサ部402と被検者404の間に信号伝達部406のない図3に示す構成の場合、呼吸動作に対応した静電容量値の変化は見られないが、図4に示す構成で計測した場合の静電容量値は、図2に示す構成の場合と同様に呼吸動作に対応して周期的に変化している。
FIG. 6 is a diagram for explaining the effect of the signal transmission section. In the figure, the vertical axis indicates changes in capacitance value (fF) detected by the configurations of FIGS. 2, 3 and 4, and the horizontal axis indicates time (sec). In the case of the configuration shown in FIG. 3 without the
上述した本実施形態によれば、導電性材料を含む信号伝達部406を設けて第2の部分409の周辺に検出領域を形成することで、当該検出領域における被検者404の接近および動作に応じた検査信号をセンサ部402に伝達することができる。したがって、センサ部402と被検者404との間に信号遮蔽体が介在する場合であっても、被検者404に関する情報の検知を行うことが可能となる。
According to the present embodiment described above, by providing the
(第2実施形態)
本発明の第2の実施形態によれば、図4に示すセンサ装置において、信号伝達部406のうち、導電体405より検出対象である被検者404の近傍に配置されている第2の部分409は、被検者404に心理的・身体的負担、あるいは違和感を与えることのないよう、一部または全部が導電性繊維を用いた織物や編物、不織布や不織紙等の不織物などの柔軟性を有する素材、または導電性ゴム等の伸縮性を有する素材で構成される。
(Second embodiment)
According to the second embodiment of the present invention, in the sensor device shown in FIG. 409 is a woven fabric, knitted fabric, non-woven fabric such as non-woven fabric, non-woven paper, etc. that partially or entirely uses conductive fibers so as not to give the subject 404 a psychological or physical burden or a sense of discomfort. It is made of a flexible material or a stretchable material such as conductive rubber.
ここで、信号伝達部406のうち、センサ部402の初期検出領域内でありかつ導電体405よりセンサ部402の近傍に配置されている第1の部分408は、センサ部402に近傍に安定して設置できるよう剛直なプレート状やシート状に形成することとしてもよい。
Here, the
なお、信号伝達部406を導電性材料の層と絶縁体の層とからなる二層構造とし、絶縁体の層が導電体405と接触するように導電体405に取り付けることとしてもよい。
Note that the
このように信号伝達部406を構成することにより、信号伝達部406をベッドやマット等の寝具に適用することが可能となる。
By configuring the
(第3実施形態)
図7は、本発明の第3実施形態に係るセンサ装置の構成を示す図である。本実施形態によれば、センサ部402の第1の部分および第2の部分以外の電界が遮蔽されるように、信号伝達部406の一部に電磁遮蔽部701が設けられる。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a sensor device according to a third embodiment of the invention. According to this embodiment, the
例えば、複数のベッドが配置されている病室において、各々のベッドから検出対象の検出を行う場合、センサ部402は各ベッドの下側に設置される。この場合、所望の検出領域(設計検出領域)が、隣接するベッドに設置されたセンサ部402が形成する検出領域と重なることがある。また、看護師、医師、または病室に見舞いに来た人が検出領域に接近したときに、誤って検出対象の接近として検出してしまうことがある。
For example, in a hospital room in which a plurality of beds are arranged, when detecting a detection target from each bed, the
このような誤検出の誘発を防止するため、本実施形態では、センサ部402の第1の部分および第2の部分以外の電界が遮蔽されるように信号伝達部406の一部に電磁遮蔽部701を設ける。図7に示すセンサ装置700では、電磁遮蔽部701が信号伝達部406の第1の部分408および第2の部分409以外の部分を囲み、図面の左側の電界を遮蔽して検出領域が形成されないように設けられている。
In order to prevent such erroneous detection from being induced, in the present embodiment, an electromagnetic shielding portion is provided in a portion of the
電磁遮蔽部701は接地された導電体とすることができ、信号伝達部406に対し絶縁されている。一実施形態において、電磁遮蔽部701が設けられた信号伝達部406の一部は、電磁シールドケーブルを用いて構成することができる。
The
なお、電磁遮蔽部701は接地された導電体に限られず、導電性の検出対象(被検者404)および信号遮蔽体としての導電体405と比較して十分に大きい導電体、または鋭角構造を含む形状を有する導電体として構成されてもよい。
Note that the
また、上記の例では電磁遮蔽部701が信号伝達部406の一部を囲むように設けられているが、電磁遮蔽部701は、信号伝達部406の第1の部分408および第2の部分409以外の部分を完全に囲まなくても一定の誤検出を回避する効果が得られるため、例えば電磁遮蔽部701を信号伝達部406の片面にのみ貼り付ける等の他の態様で設けられていてもよい。
Further, in the above example, the
(第4実施形態)
図8は本発明の第4実施形態に係る信号解析システムの構成を示す図である。同図に示す信号解析システム800は、センサ装置400と、解析装置802とを含んでいる。解析装置802は、センサ装置400のセンサ部402において検知され測定部407から出力された応答信号を受信し、受信された応答信号を解析するものであり、例えばパーソナルコンピュータやスマートフォンとして構成される。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of a signal analysis system according to the fourth embodiment of the present invention. A
解析装置802は、受信部801、信号処理部803、解析部804、出力部805、および入力部806を含んでいる。
The analyzing
受信部801は測定部407から応答信号を受信するものである。信号処理部803は、測定部407から受信部801が受信した応答信号の信号処理を行うものである。信号処理の例として、例えば微分処理等のハイパスフィルタ(HPF)処理、ローパスフィルタ(LPF)処理、バンドパスフィルタ(BPF)処理、傾き補正処理等の種々の手法を含むことができる。
The receiving
解析部804は、受信部801が受信した応答信号を解析して被検者の存在に関する情報や被検者の生体信号(呼吸動作、心拍動作など)に関する情報を取得するものである。信号解析として、例えば閾値解析、ピーク解析、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform、FFT)等の周波数解析等、種々の手法を含むことができる。
The
ここで、被検者の生体信号の内の呼吸動作は睡眠時の呼吸動作を含むものとすることができる。 Here, the respiratory motion in the biological signals of the subject can include respiratory motion during sleep.
入力部806は、ユーザによる指示を入力するためのものであり、キーボード、マウス、タッチパッド等により構成される。出力部805は解析部804による解析結果を出力するものであり、液晶ディスプレイ等として構成される。出力部への出力方法として、例えば在否の表示、波形の図示、呼吸数もしくは呼吸周期の表示を行うこととしてもよい。
An
次に、図9のフローチャートを参照し、信号解析システム800により実行される、センサ装置を用いた信号解析方法の手順について説明する。
Next, the procedure of the signal analysis method using the sensor device, which is executed by the
ステップS901において、センサ装置400の測定部407から時系列的に出力され、受信部801が受信した応答信号のデータを受信し記憶する。
In step S901, the data of the response signal output in time series from the measuring
信号処理部803は、測定部407から受信部801が受信した応答信号のデータを記憶し、データ数が所定期間分になると(ステップS902のYesルート)、信号処理を行う(ステップS903)。他方、データ数が所定期間に満たない場合(ステップS902のNoルート)、処理はステップS901から繰り返す。
The
ステップS904において、解析部804は、信号処理部803にて信号処理(ステップS903)された応答信号の所定期間にわたる閾値判定を行う。ここで、信号処理された応答信号のデータは被検者404の在否を示す。応答信号の強度を所定の閾値と比較して、センサ部402の周囲における被検者404の在否を判定する。信号強度が所定の閾値以上の場合、解析部804はセンサ部402の周囲に被検者404がいると判断する。他方、信号強度が閾値未満の場合、解析部804は被検者404がいないと判断する。
In step S<b>904 , the
また、ステップS904において、解析部804は、信号処理部803にて信号処理(ステップS903)された応答信号の所定期間にわたるFFT演算を行う。ここで、処理された応答信号のデータをFFT演算して得られる結果は生体信号(呼吸動作、心拍動作など)の周期に対応した周波数毎の強度を示す。次いで、FFT演算の結果である周波数毎の強度を二乗して加算することでパワーを算出し、算出されたパワーを所定の閾値と比較して、センサ部402の周囲に被検者404の生体信号の有無を判定する。算出パワーが所定の閾値以上の場合、解析部804はセンサ部402の周囲に被検者404の生体信号が有ると判断する。他方、算出パワーが所定の閾値未満の場合、解析部804は被検者404の生体信号が無いと判断する。
In step S904, the
また、ステップS904において、解析部804は、信号処理部803にて信号処理(ステップS903)された応答信号の所定期間分のFFT演算結果が示すスペクトルのパターンから生体信号(呼吸動作、心拍動作など)の周期などを検出する。そして、このスペクトルのパターンおよび検出結果等を出力部805に表示する。
In step S904, the
なお、出力部805による解析結果の出力は、画像や数値の表示に限らず、例えばメールの送信、ランプの点灯、警告音の出力、および記録媒体への印刷による出力としてもよい。 Note that the output of the analysis result by the output unit 805 is not limited to the display of images and numerical values, and may be, for example, the transmission of e-mail, the lighting of a lamp, the output of an alarm sound, or the output of printing on a recording medium.
以上、本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、その他の変更及び変形が特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によってなされ得ることに留意されたい。 Although embodiments of the invention have been described in detail above, the invention is not limited to these embodiments and other modifications and variations fall within the scope of the invention as defined by the claims. Note that it can be done by those skilled in the art without
100、400、700 センサ装置
101、401 電源部
102、402 センサ部
103 絶縁体
104、404 被検者
105、405 導電体
406 信号伝達部
107、407 測定部
701 電磁遮蔽部
802 解析装置
Claims (9)
周囲に電界を形成し、前記信号伝達部から伝達された検査信号を、形成された前記電界の変化により検知するセンサ部と、
検知された検査信号を静電容量値を示す応答信号に変換する測定部と、
前記測定部に電源を供給する電源部と
を備えたセンサ装置であって、
前記検出対象と前記センサ部との間に、前記検出対象からの検査信号を遮蔽する導電性の信号遮蔽体が介在し、
前記信号伝達部は接地接続されておらず、かつ前記検出対象、前記信号遮蔽体および前記センサ部に対し絶縁されており、前記信号伝達部の第1の部分が前記センサ部の初期検出領域内でありかつ前記信号遮蔽体より前記センサ部の近傍に配置されており、前記信号伝達部の第2の部分が前記信号遮蔽体より前記検出対象の近傍に配置されており、前記初期検出領域は、前記信号伝達部が前記センサ部の近傍に設けられていない状態で前記センサ部に向かって検出対象を遠方から接近させたときに測定される静電容量値が所定の閾値範囲を超える領域である、センサ装置。 a signal transmission unit that transmits an inspection signal that is a change in the electric field according to the approach and movement of a conductive detection target that absorbs electric lines of force;
a sensor unit that forms an electric field around it and detects an inspection signal transmitted from the signal transmission unit by a change in the formed electric field;
a measuring unit that converts the detected test signal into a response signal that indicates a capacitance value;
A sensor device comprising: a power supply unit that supplies power to the measurement unit,
A conductive signal shield that shields a test signal from the detection target is interposed between the detection target and the sensor unit,
The signal transmission section is not grounded and is insulated from the detection object, the signal shield and the sensor section, and a first portion of the signal transmission section is within an initial detection area of the sensor section. and is arranged closer to the sensor unit than the signal shield, the second portion of the signal transmission unit is arranged closer to the detection target than the signal shield, and the initial detection area is , in a region where the capacitance value measured when the detection target is approached toward the sensor unit from a distance while the signal transmission unit is not provided in the vicinity of the sensor unit exceeds a predetermined threshold range; There is a sensor device.
周囲に電界を形成し、前記信号伝達部から伝達された検査信号を、形成された前記電界の変化により検知するセンサ部と、
検知された検査信号を静電容量値を示す応答信号に変換する測定部と、
前記測定部に電源を供給する電源部と
を備えたセンサ装置と、
前記測定部により変換された応答信号を解析して前記検出対象に関する情報を取得する解析装置と
を備えた信号解析システムであって、
前記検出対象と前記センサ部との間に、前記検出対象からの検査信号を遮蔽する導電性の信号遮蔽体が介在し、
前記信号伝達部は接地接続されておらず、かつ前記検出対象、前記信号遮蔽体および前記センサ部に対し絶縁されており、前記信号伝達部の第1の部分が前記センサ部の初期検出領域内でありかつ前記信号遮蔽体より前記センサ部の近傍に配置されており、前記信号伝達部の第2の部分が前記信号遮蔽体より前記検出対象の近傍に配置されており、前記初期検出領域は、前記信号伝達部が前記センサ部の近傍に設けられていない状態で前記センサ部に向かって検出対象を遠方から接近させたときに測定される静電容量値が所定の閾値範囲を超える領域である、信号解析システム。 a signal transmission unit that transmits an inspection signal that is a change in the electric field according to the approach and movement of a conductive detection target that absorbs electric lines of force;
a sensor unit that forms an electric field around it and detects an inspection signal transmitted from the signal transmission unit by a change in the formed electric field;
a measuring unit that converts the detected test signal into a response signal that indicates a capacitance value;
a sensor device comprising: a power supply unit that supplies power to the measurement unit;
A signal analysis system comprising: an analysis device that analyzes the response signal converted by the measurement unit and obtains information about the detection target,
A conductive signal shield that shields a test signal from the detection target is interposed between the detection target and the sensor unit,
The signal transmission section is not grounded and is insulated from the detection object, the signal shield and the sensor section, and a first portion of the signal transmission section is within an initial detection area of the sensor section. and is arranged closer to the sensor unit than the signal shield, the second portion of the signal transmission unit is arranged closer to the detection target than the signal shield, and the initial detection area is , in a region where the capacitance value measured when the detection target is approached toward the sensor unit from a distance while the signal transmission unit is not provided in the vicinity of the sensor unit exceeds a predetermined threshold range; There is a signal analysis system.
周囲に電界を形成し、前記信号伝達部から伝達された検査信号を、形成された前記電界の変化により検知するセンサ部と、
検知された検査信号を静電容量値を示す応答信号に変換する測定部と、
前記測定部に電源を供給する電源部と
を含むセンサ装置と、
解析装置と
を備えた信号解析システムにより実行される信号解析方法であって、
前記検出対象と前記センサ部との間に、前記検出対象からの検査信号を遮蔽する導電性の信号遮蔽体が介在し、
前記信号伝達部は接地接続されておらず、かつ前記検出対象、前記信号遮蔽体および前記センサ部に対し絶縁されており、前記信号伝達部の第1の部分が前記センサ部の初期検出領域内でありかつ前記信号遮蔽体より前記センサ部の近傍に配置されており、前記信号伝達部の第2の部分が前記信号遮蔽体より前記検出対象の近傍に配置されており、前記初期検出領域は、前記信号伝達部が前記センサ部の近傍に設けられていない状態で前記センサ部に向かって検出対象を遠方から接近させたときに測定される静電容量値が所定の閾値範囲を超える領域であり、
前記解析装置において、前記測定部により変換された応答信号を受信するステップと、
前記解析装置において、受信された前記応答信号を解析して前記検出対象に関する情報を取得するステップと
を含む、信号解析方法。 a signal transmission unit that transmits an inspection signal that is a change in the electric field according to the approach and movement of a conductive detection target that absorbs electric lines of force;
a sensor unit that forms an electric field around it and detects an inspection signal transmitted from the signal transmission unit by a change in the formed electric field;
a measuring unit that converts the detected test signal into a response signal that indicates a capacitance value;
a power supply unit that supplies power to the measurement unit;
a sensor device comprising
analysis equipment and
A signal analysis method performed by a signal analysis system comprising
A conductive signal shield that shields a test signal from the detection target is interposed between the detection target and the sensor unit,
The signal transmission section is not grounded and is insulated from the detection object, the signal shield and the sensor section, and a first portion of the signal transmission section is within an initial detection area of the sensor section. and is arranged closer to the sensor unit than the signal shield, the second portion of the signal transmission unit is arranged closer to the detection target than the signal shield, and the initial detection area is , in a region where the capacitance value measured when the detection target is approached toward the sensor unit from a distance while the signal transmission unit is not provided in the vicinity of the sensor unit exceeds a predetermined threshold range; Yes,
receiving a response signal converted by the measurement unit in the analysis device ;
A signal analysis method, comprising the step of analyzing the received response signal in the analysis device to acquire information about the detection target.
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