JP7412694B2 - Salinity measuring device, head-mounted device, and salinity measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、塩分濃度計測装置、頭部装着装置、及び塩分濃度計測方法に関する。 The present invention relates to a salinity measuring device, a head-mounted device, and a salinity measuring method.
熱中症を防止するために、発汗量を計測する装置が知られている。例えば、特許文献1には、発汗量を計測できる頭部装着装置の一例が記載されている。熱中症になる可能性の推定精度を向上させるためには、発汗量に加え汗の塩分濃度が計測されることが望ましい。例えば、特許文献2には、尿の塩分濃度を計測できる塩分センサが記載されている。特許文献2の塩分センサは、一対の電極間の導電率に基づいて尿の塩分濃度を算出する。
2. Description of the Related Art In order to prevent heatstroke, devices are known that measure the amount of sweat. For example,
ところで、汗は、広い面積に亘る多数の汗腺から分泌される。熱中症になる可能性の推定に必要な汗の塩分濃度の計測精度を向上させるためには、多数の汗腺から分泌される汗の平均的な塩分濃度を計測することが望ましい。特許文献2の塩分センサを用いる場合、多数の汗腺から分泌される汗の平均的な塩分濃度を計測することは困難である。このため、特許文献2の塩分センサを用いる場合、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることには限界がある。 By the way, sweat is secreted from a large number of sweat glands over a wide area. In order to improve the accuracy of measuring the salt concentration of sweat, which is necessary for estimating the possibility of heatstroke, it is desirable to measure the average salt concentration of sweat secreted from a large number of sweat glands. When using the salt sensor of Patent Document 2, it is difficult to measure the average salt concentration of sweat secreted from a large number of sweat glands. For this reason, when using the salt sensor of Patent Document 2, there is a limit to improving the accuracy of measuring the salt concentration of sweat.
本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる塩分濃度計測装置、頭部装着装置、及び塩分濃度計測方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above-mentioned problems, and aims to provide a salt concentration measuring device, a head-mounted device, and a salt concentration measuring method that can improve the accuracy of measuring the salt concentration of sweat. purpose.
上記の目的を達成するため、本開示の一態様の塩分濃度計測装置は、基板、及び前記基板に配置される櫛歯状の一対の電極を備える塩分センサと、前記一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測部と、前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する演算部と、を備える。 In order to achieve the above object, a salinity concentration measuring device according to one aspect of the present disclosure includes a salinity sensor including a substrate and a pair of comb-shaped electrodes arranged on the substrate, and an electric current between the pair of electrodes. The device includes an electrical conductivity measurement unit that measures conductivity, and a calculation unit that calculates the salt concentration of sweat between the pair of electrodes based on the electrical conductivity.
塩分濃度計測装置の望ましい態様として、標準溶液を用いた実験によって予め求められた前記一対の電極に関するセル定数を記憶する記憶部を備え、前記演算部は、前記電気伝導度及び前記セル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する。 A desirable embodiment of the salinity measuring device includes a storage unit that stores cell constants related to the pair of electrodes determined in advance through experiments using standard solutions, and the calculation unit stores Calculate the salt concentration of sweat.
塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記電気伝導度計測部は、前記一対の電極に交流電圧を印加した時の前記一対の電極の間の交流抵抗に基づいて電気伝導度を計測し、前記交流電圧の周波数は、0.5kHz以上15kHz以下である。 In a desirable aspect of the salt concentration measuring device, the electrical conductivity measurement section measures electrical conductivity based on an AC resistance between the pair of electrodes when an AC voltage is applied to the pair of electrodes, and The frequency of the voltage is 0.5 kHz or more and 15 kHz or less.
塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記汗の温度を計測する温度センサを備える。 A desirable embodiment of the salt concentration measuring device includes a temperature sensor that measures the temperature of the sweat.
塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記電極は、前記基板とは反対側の表面に、金又は白金を含む皮膜を備える。 In a desirable embodiment of the salt concentration measuring device, the electrode includes a film containing gold or platinum on the surface opposite to the substrate.
塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記塩分センサは、前記電極の高さより厚いスペーサを備える。 In a desirable embodiment of the salinity measuring device, the salinity sensor includes a spacer that is thicker than the height of the electrode.
塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記電極は、一方向に間隔を空けて並べられる複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する基部と、を備え、前記スペーサは、一方の前記電極の前記歯部の先端よりも、他方の前記電極の前記基部側に配置され、複数の前記歯部が並ぶ方向において、前記スペーサは、前記基部よりも長い。 In a desirable embodiment of the salt concentration measuring device, the electrode includes a plurality of teeth arranged at intervals in one direction, and a base that connects the plurality of teeth, and the spacer connects one of the electrodes. The spacer is arranged closer to the base of the other electrode than the tip of the tooth, and is longer than the base in the direction in which the plurality of teeth are lined up.
上記の目的を達成するため、本開示の一態様の頭部装着装置は、外殻と、前記外殻の内側に配置され装着者の皮膚に面する内殻と、塩分濃度計測装置と、を備え、前記塩分濃度計測装置は、基板、及び前記基板に配置される櫛歯状の一対の電極を備え、前記内殻に配置される塩分センサと、前記一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測部と、前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する演算部と、を備える。 To achieve the above object, a head-mounted device according to one aspect of the present disclosure includes an outer shell, an inner shell arranged inside the outer shell and facing the wearer's skin, and a salt concentration measuring device. The salinity concentration measuring device includes a substrate and a pair of comb-like electrodes disposed on the substrate, and measures electrical conductivity between a salinity sensor disposed on the inner shell and the pair of electrodes. The device includes an electrical conductivity measurement unit that measures electrical conductivity, and a calculation unit that calculates the salt concentration of sweat between the pair of electrodes based on the electrical conductivity.
頭部装着装置の望ましい態様として、前記塩分センサは、前記内殻のうち前記装着者の額に面することになる位置に配置される。 In a desirable embodiment of the head-mounted device, the salinity sensor is placed in the inner shell at a position facing the wearer's forehead.
頭部装着装置の望ましい態様として、前記電極は、一方向に間隔を空けて並べられる複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する基部と、を備え、前記一対の電極は、複数の前記歯部が並ぶ方向が前記外殻の縁から頂部に向かう方向に沿うように配置される。 In a desirable embodiment of the head-mounted device, the electrode includes a plurality of teeth arranged at intervals in one direction, and a base that connects the plurality of teeth, and the pair of electrodes includes a plurality of teeth arranged at intervals in one direction, and a base that connects the plurality of teeth. The tooth portions are arranged so that the direction in which the teeth are lined up is along the direction from the edge of the outer shell toward the top.
上記の目的を達成するため、本開示の一態様の塩分濃度計測方法は、櫛歯状の一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測ステップと、前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する塩分濃度算出ステップと、を備える。 In order to achieve the above object, a salt concentration measuring method according to one aspect of the present disclosure includes an electrical conductivity measuring step of measuring electrical conductivity between a pair of comb-shaped electrodes, and based on the electrical conductivity, and a salt concentration calculation step of calculating the salt concentration of sweat between the pair of electrodes.
本開示の塩分濃度計測装置、頭部装着装置、及び塩分濃度計測方法によれば、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる。 According to the salt concentration measuring device, the head-mounted device, and the salt concentration measuring method of the present disclosure, it is possible to improve the measurement accuracy of the salt concentration of sweat.
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という)により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments). Furthermore, the constituent elements in the embodiments below include those that can be easily imagined by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are within the so-called equivalent range. Furthermore, the components disclosed in the embodiments below can be combined as appropriate.
(実施形態)
図1は、実施形態の塩分濃度計測装置を備える頭部装着装置の底面図である。図2は、図1におけるA-A断面図である。図3は、実施形態の塩分濃度計測装置を示す模式である。図4は、実施形態の塩分センサの正面図である。図5は、図4におけるB-B断面図である。図6は、図4におけるC-C断面図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a bottom view of a head-mounted device including a salt concentration measuring device according to an embodiment. FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a salt concentration measuring device according to an embodiment. FIG. 4 is a front view of the salinity sensor of the embodiment. FIG. 5 is a sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 6 is a sectional view taken along line CC in FIG.
図2に示すように、頭部装着装置10は、装着者90の頭部に装着される装置である。本実施形態の頭部装着装置10は、ヘルメットである。図1及び図2に示すように、頭部装着装置10は、外殻11と、内殻12と、塩分濃度計測装置100と、を備える。
As shown in FIG. 2, the head-mounted
図2に示すように、外殻11は、半球状の部材である。外殻11は、例えば合成樹脂で形成されている。内殻12は、外殻11の内側に配置される。内殻12は、装着者90の皮膚91に面する。内殻12は、バンド部121と、ハンモック部125と、ベルト部123と、を備える。バンド部121は、外殻11の縁に沿う環状の部材である。ハンモック部125は、外殻11の頂部に対応する位置に配置される。ベルト部123は、バンド部121とハンモック部125とを連結している。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、塩分濃度計測装置100は、塩分センサ31と、電気伝導度計測部39と、バッテリ101と、温度センサ33と、光電脈波センサ35と、発汗量センサ37と、制御装置50と、出力装置70と、を備える。
As shown in FIG. 3, the
塩分センサ31は、装着者90の汗の塩分濃度を計測するために必要な情報を検出するセンサである。塩分センサ31は、装着者90の皮膚91に接するように配置される。図1に示すように、塩分センサ31は、内殻12のバンド部121に配置される。図2に示すように、塩分センサ31は、バンド部121のうち装着者90の額95に面することになる位置に配置される。このため、装着者90が頭部装着装置10を装着した状態において、塩分センサ31は、装着者90の額95に接する。
The
図4から図6に示すように、塩分センサ31は、基板40と、第1電極41と、第2電極42と、第1ランド43と、第2ランド44と、第1保護膜45と、第2保護膜46と、第1スペーサ47と、第2スペーサ48と、を備える。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
基板40は、絶縁体で形成された板である。基板40は、フレキシブル基板である。基板40は、例えばポリイミド(PI)で形成される。第1電極41及び第2電極42は、基板40の表面に設けられる導体である。第1電極41及び第2電極42は、例えば銅で形成される。第1電極41及び第2電極42は、基板40とは反対側の表面に皮膜を備える。皮膜は、金又は白金を含むことが望ましい。皮膜は、例えばNi-Au(ニッケル金)で形成される。第1電極41及び第2電極42は、櫛歯状の電極である。
The
図4に示すように、第1電極41は、複数の歯部411と、基部413と、を備える。複数の歯部411は一方向に向かって等間隔に並べられる。第1電極41は、歯部411の並ぶ方向が外殻11の縁111から頂部113に向かう方向(図2における紙面の上下方向)に沿うように配置される。基部413は、全ての歯部411を連結する。
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、第2電極42は、複数の歯部421と、基部423と、を備える。複数の歯部421は一方向に向かって等間隔に並べられる。第2電極42は、歯部421の並ぶ方向が外殻11の縁111から頂部113に向かう方向(図2における紙面の上下方向)に沿うように配置される。1つの歯部421が、2つの歯部411の間に配置される。すなわち、歯部411及び歯部421は、交互に配置される。歯部411と歯部421との間には、隙間が設けられる。基部423は、全ての歯部421を連結する。
As shown in FIG. 4, the
以下の説明において、XYZ直交座標軸が用いられる。X軸は、基板40に対して直交する。Y軸は、歯部411の長手方向と平行である。Z軸は、複数の歯部411が並ぶ方向と平行である。X軸と平行な方向は、単にX方向と記載される。Y軸と平行な方向は、単にY方向と記載される。Z軸と平行な方向は、単にZ方向と記載される。基板40の裏面から第1電極41が配置される表面に向かう方向を、+X方向とする。第1電極41から第2電極42に向かう方向を、+Y方向とする。+X方向を上とし且つ+Y方向を前とした場合の左方向を、+Z方向とする。
In the following description, XYZ orthogonal coordinate axes are used. The X-axis is perpendicular to the
図4に示すように、第1ランド43は、第1電極41の-Y方向に配置される。第1ランド43は、基部413と接続される。第1ランド43は、リード線等を介して電気伝導度計測部39と接続される。
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、第2ランド44は、第2電極42の+Y方向に配置される。第2ランド44は、基部423と接続される。第2ランド44は、リード線等を介して電気伝導度計測部39と接続される。
As shown in FIG. 4, the
第1保護膜45は、第1電極41の+X方向に重ねられる絶縁膜である。第1保護膜45は、例えばポリイミドで形成される。第1保護膜45は、基板40のZ方向の全長に亘って設けられる。第1保護膜45は、第1電極41の基部413の全て、及び歯部411の一部を覆う。歯部411のうち歯部421とZ方向に対向する部分は、露出している。
The first
第2保護膜46は、第2電極42の+X方向に重ねられる絶縁膜である。第2保護膜46は、例えばポリイミドで形成される。第2保護膜46は、基板40のZ方向の全長に亘って設けられる。第2保護膜46は、第2電極42の基部423の全て、及び歯部421の一部を覆う。歯部421のうち歯部411とZ方向に対向する部分は、露出している。
The second
第1スペーサ47は、装着者90の皮膚91と第1電極41との間、及び皮膚91と第2電極42との間に隙間を設けるための部材である。第1スペーサ47は、例えば合成樹脂等で形成される。第1スペーサ47は、第1保護膜45の+X方向に配置される。第1スペーサ47は、歯部421の先端よりも、-Y方向(基部413側)に配置される。第1スペーサ47のZ方向の長さは、基部413のZ方向の長さよりも大きい。第1スペーサ47のX方向の長さは、第1電極41及び第2電極42のX方向の長さよりも大きい。すなわち、X方向において第1スペーサ47は、第1電極41及び第2電極42よりも厚い。第1電極41及び第2電極42のX方向の長さは、第1電極41及び第2電極42の高さともいえる。第1スペーサ47は、第1電極41及び第2電極42の高さよりも厚い。装着者90が頭部装着装置10を装着した状態において、第1スペーサ47は、装着者90の皮膚91に接する。
The
第2スペーサ48は、装着者90の皮膚91と第1電極41との間、及び皮膚91と第2電極42との間に隙間を設けるための部材である。第2スペーサ48は、例えば合成樹脂等で形成される。第2スペーサ48は、第2保護膜46の+X方向に配置される。第2スペーサ48は、歯部411の先端よりも、+Y方向(基部423側)に配置される。第2スペーサ48のZ方向の長さは、基部423のZ方向の長さよりも大きい。第2スペーサ48のX方向の長さは、第1電極41及び第2電極42のX方向の長さよりも大きい。すなわち、X方向において第2スペーサ48は、第1電極41及び第2電極42よりも厚い。第2スペーサ48は、第1電極41及び第2電極42の高さよりも厚い。装着者90が頭部装着装置10を装着した状態において、第2スペーサ48は、装着者90の皮膚91に接する。
The
電気伝導度計測部39は、塩分センサ31で検出される情報を用いて、装着者90の汗の電気伝導度を計測する。電気伝導度計測部39は、バッテリ101を電源として、塩分センサ31に交流電圧を印加する。電気伝導度計測部39は、第1電極41及び第2電極42に交流電圧を印加する。交流電圧の周波数は、0.5kHz以上15kHz以下であることが望ましい。電気伝導度計測部39は、塩分センサ31に交流電圧を印加した時の交流抵抗(インピーダンス)に基づいて電気伝導度を算出する。電気伝導度は、交流抵抗の逆数である。
The electrical
温度センサ33は、装着者90の汗の温度を検出するセンサである。温度センサ33は、装着者90の皮膚91に接するように配置される。図1に示すように、温度センサ33は、内殻12のバンド部121に配置される。電気伝導度は、温度によって変化することが知られている。このため、標準溶液等を用いて、温度による電気伝導度の補正値が予め計測されることが望ましい。電気伝導度の補正値は、後述する制御装置50の記憶部53に記憶されることが望ましい。これにより、後述する制御装置50の演算部51は、記憶された電気伝導度の補正値に基づいて電気伝導度を補正できる。
The
光電脈波センサ35は、装着者90の脈波を検出するセンサである。光電脈波センサ35は、装着者90の皮膚91に接するように配置される。図1に示すように、光電脈波センサ35は、内殻12のバンド部121に配置される。
The photoelectric
発汗量センサ37は、装着者90の発汗量を計測するために必要な情報を検出するセンサである。発汗量を計測するために必要な情報は、特に限定されない。例えば、発汗量センサ37は、2つの湿度センサと、風量センサとを備えていてもよい。発汗量センサ37は、湿度センサによって検出された湿度、及び風量を制御装置50に送信する。
The
制御装置50は、コンピュータであり、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入力インターフェース、及び出力インターフェースを含む。CPU、ROM、RAM、入力インターフェース、及び出力インターフェースは、内部バスによって接続されている。図3に示すように、制御装置50は、演算部51と、記憶部53と、を備える。演算部51及び記憶部53の各機能は、CPU、ROM、RAM、入力インターフェース、及び出力インターフェースが連携されることによって実現される。制御装置50は、電気伝導度計測部39、温度センサ33、光電脈波センサ35、及び発汗量センサ37と電気的に接続されており、計測値を受信する。
The
演算部51は、電気伝導度計測部39から受信した電気伝導度に基づいて、装着者90の汗の塩分濃度を算出する。演算部51は、下記式(3)に基づいて、塩分濃度を算出する。汗の導電率(S/cm)をκとする。汗に含まれる各イオン(i)の濃度(mol/L)を、Ci(i=1、2、3、・・・)とする。汗に含まれる各イオン(i)のモル伝導率(S・cm2/mol)を、λi(i=1、2、3、・・・)とする。汗に含まれる全てのイオンに関するCiとλiの積の和を、ΣCiλiとする。この場合、下記式(1)が成り立つ。なお、汗には、ナトリウムイオン、塩素イオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、乳酸イオン等が含まれる。
The
κ=1000×ΣCi×Σλi ・・・(1) κ=1000×ΣCi×Σλi...(1)
汗の電気伝統度(S)をGとする。第1電極41の歯部411と第2電極42の歯部421との間の距離(cm)をdとする。歯部411及び歯部421の表面積(cm2)を、Aとする。第1電極41及び第2電極42に関するセル定数(1/cm)を、Kとする。この場合、下記式(2)が成り立つ。
Let G be the electrical traditionality (S) of sweat. The distance (cm) between the
κ=G×(d/A)=G×K ・・・(2) κ=G×(d/A)=G×K...(2)
式(1)及び式(2)から、下記式(3)が導出される。ΣCiは、汗に含まれる全てのイオンに関するCiの和である。Σλiは、汗に含まれる全てのイオンに関するλiの和である。 The following equation (3) is derived from equations (1) and (2). ΣCi is the sum of Ci regarding all ions contained in sweat. Σλi is the sum of λi regarding all ions contained in sweat.
ΣCi=K×G/(1000×Σλi) ・・・(3) ΣCi=K×G/(1000×Σλi) ...(3)
記憶部53は、汗に含まれる全てのイオンに関するλiの和(Σλi)、及びセル定数(K)を記憶している。セル定数(K)は、予め行われる標準溶液を用いた実験によって決められる。標準溶液は、物性が既知の液体である。すなわち、標準溶液に含まれる各イオンの濃度(Ci)、及び標準溶液に含まれる各イオンのモル伝導率(λi)は、既知である。塩分センサ31を用いて標準溶液の電気伝導度(G)が計測される。標準溶液のΣCi、Σλi、及びGを式(3)に代入することによって、第1電極41及び第2電極42に関するセル定数(K)が導出される。このように導出されたセル定数(K)が、記憶部53に記憶される。
The
図7は、実施形態の塩分センサで計測された標準溶液の導電率と、標準溶液の実際の導電率とを比較するグラフである。図7に示すように、電気伝導度計測部39が塩分センサ31に印加する交流電圧の周波数を変化させることによって、電気伝導度計測部39で計測される標準溶液の導電率と、標準溶液の実際の導電率との相関係数(R)は0.9999となる。すなわち、電気伝導度計測部39が塩分センサ31に印加する交流電圧の周波数を変化させることによって、電気伝導度計測部39は、標準溶液の導電率を高精度に計測できる。汗の導電率は、一般的に10mS/cm以上20mS/cm以下程度である。このため、電気伝導度計測部39による汗の電気伝導度(G)の計測精度を高めるためには、電気伝導度計測部39が塩分センサ31に印加する交流電圧の周波数は、0.5kHz以上15kHz以下であることが望ましい。このような最適な計測周波数(電気伝導度計測部39が塩分センサ31に印加する交流電圧の周波数)を予め決めておけば、電気伝導度計測部39の計測周波数を変えられない場合でも、汗の電気伝導度を正確に計測することができる。したがって、電気伝導度計測部39の計測周波数を変えられない場合でも、汗中に含まれる各イオンの濃度(平均イオン換算濃度)が求めることができる。
FIG. 7 is a graph comparing the conductivity of the standard solution measured by the salinity sensor of the embodiment and the actual conductivity of the standard solution. As shown in FIG. 7, by changing the frequency of the AC voltage that the electrical
演算部51は、温度センサ33から受信した汗の温度に基づいて、電気伝導度計測部39から受信したGを補正する。演算部51は、記憶部53に記憶されたΣλi、及びK、並びに補正したGを、式(3)に代入することによって、ΣCiを算出する。演算部51は、算出したΣCiを、汗の塩分濃度とみなす。演算部51は、ΣCiを塩分濃度として記憶部53に記憶する。なお、演算部51は、ΣCiと所定の係数とに基づいて、塩分濃度を算出してもよい。
The
演算部51は、発汗量センサ37から受信した情報に基づいて、装着者90の発汗量を算出する。演算部51は、例えば、外殻11に流入する空気の相対湿度、外殻11から流出する空気の相対湿度、及び外殻11に流入する(又は流出する)風量等に基づいて発汗量を算出する。なお、演算部51は、他の方法によって発汗量を算出してもよい。
The
演算部51は、下記式(4)に基づいて、装着者90の喪失塩分量(g)を算出する。このため、塩分濃度計測装置100は、喪失塩分量計測装置ともいえる。式(4)のMは、喪失塩分量である。式(4)のPは、発汗量(L)である。式(4)のCは、塩分濃度(mol/L)である。式(4)の58.5との値は、塩化ナトリウムのモル質量(g/mol)である。
The
M=P×C×58.5 ・・・(4) M=P×C×58.5 (4)
汗は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、塩素等のイオンの混合物である。塩化ナトリウムが汗の主成分なので、モル質量を塩化ナトリウムで代表させる場合に式(4)が成立する。より詳細には、汗の混合物比によって、モル質量を他の物質(例えば塩化カリウム)等の値で案分して補正すれば、喪失塩分量の値は、より正確に算出することができる。 Sweat is a mixture of ions such as sodium, potassium, magnesium, and chloride. Since sodium chloride is the main component of sweat, formula (4) holds true when the molar mass is represented by sodium chloride. More specifically, if the molar mass is corrected proportionally with the value of other substances (for example, potassium chloride) depending on the sweat mixture ratio, the value of the amount of salt lost can be calculated more accurately.
演算部51は、算出した喪失塩分量によって、出力装置70の状態を変化させる。出力装置70は、例えば、音又は光等を発する警報装置である。例えば、演算部51は、算出した喪失塩分量が記憶部53に記憶された閾値を超えた場合に、出力装置70に警報を発生させる。なお、出力装置70は、数値又は画像等を表示する表示装置であってもよい。例えば、演算部51は、算出した喪失塩分量を出力装置70に表示する。これにより、頭部装着装置10は、装着者に自身が熱中症になる可能性があることを認識させることができる。
The
なお、塩分濃度計測装置100は、必ずしも頭部装着装置10に適用されなくてもよい。塩分濃度計測装置100は、例えば衣服に適用されてもよい。塩分濃度計測装置100は、例えばウェアラブル端末に適用されてもよい。また、頭部装着装置10は、ヘルメットに限定されず、帽子であってもよい。
Note that the salt
第1電極41及び第2電極42に関するセル定数は、必ずしも標準溶液を用いた実験によって計測されなくてもよい。例えば、演算部51は、第1電極41の歯部411と第2電極42の歯部421との間の距離(cm)、及び歯部411及び歯部421の表面積に基づいて、セル定数を算出してもよい。
The cell constants regarding the
塩分センサ31、温度センサ33、光電脈波センサ35、及び発汗量センサ37は、必ずしも内殻12のバンド部121に配置されなくてもよい。塩分センサ31、温度センサ33、光電脈波センサ35、及び発汗量センサ37が配置される位置は、特に限定されない。
The
塩分センサ31の第1スペーサ47及び第2スペーサ48の配置及び形状は、特に限定されない。第1スペーサ47及び第2スペーサ48は、例えば基板40の表面に配置されてもよいし、歯部411及び歯部421に重なるように配置されてもよい。第1スペーサ47及び第2スペーサ48は、Z方向に延びる形状を有していなくてもよく、例えば略円柱状、略球状等であってもよい。
The arrangement and shape of the
図8は、実施形態の塩分濃度計測方法を示すフローチャートである。図8に示すように、実施形態の塩分濃度計測方法は、上述した塩分センサ31を用いた、汗の塩分濃度の計測方法である。実施形態の塩分濃度計測方法は、ステップS1からステップS4を備える。
FIG. 8 is a flowchart illustrating the salt concentration measuring method according to the embodiment. As shown in FIG. 8, the salt concentration measuring method of the embodiment is a method of measuring the salt concentration of sweat using the above-described
ステップS1において、塩分センサ31の一対の電極(第1電極41及び第2電極42)に関するセル定数が計測される。セル定数は、例えば標準溶液を用いた実験によって決められる。ステップS1は、セル定数計測ステップともいえる。
In step S1, cell constants regarding the pair of electrodes (
ステップS1の後、ステップS2において、一対の電極に汗が接した状態で、一対の電極(第1電極41及び第2電極42)の電気伝導度が算出される。第1電極41及び第2電極42に交流電圧を印加した時の交流抵抗に基づいて、電気伝導度が算出される。ステップS2は、電気伝導度計測ステップともいえる。
After step S1, in step S2, the electrical conductivity of the pair of electrodes (
ステップS2の後、ステップS3において、セル定数及び電気伝導度に基づき、汗の塩分濃度が算出される。例えば、上述した式(3)に基づいて、汗の塩分濃度を算出する。ステップS3は、塩分濃度算出ステップともいえる。 After step S2, in step S3, the salt concentration of sweat is calculated based on the cell constant and electrical conductivity. For example, the salt concentration of sweat is calculated based on the above-mentioned equation (3). Step S3 can also be called a salinity concentration calculation step.
ステップS3の後、ステップS4において、汗の塩分濃度及び被験者の発汗量に基づき、被験者の喪失塩分量が算出される。例えば、上述した式(4)に基づいて、被験者の喪失塩分量が算出される。ステップS4は、喪失塩分量算出ステップともいえる。実施形態の塩分濃度計測方法は、喪失塩分量計測方法ともいえる。 After step S3, in step S4, the amount of salt lost by the subject is calculated based on the salt concentration of the sweat and the amount of sweat of the subject. For example, the amount of salt lost by the subject is calculated based on the above-mentioned equation (4). Step S4 can also be called a lost salt amount calculation step. The salt concentration measurement method of the embodiment can also be called a loss salt amount measurement method.
以上で説明したように、本実施形態の塩分濃度計測装置100は、塩分センサ31と、電気伝導度計測部39と、演算部51と、を備える。塩分センサ31は、基板40、及び基板40に配置される櫛歯状の一対の電極(第1電極41及び第2電極42)を備える。電気伝導度計測部39は、一対の電極の間の電気伝導度を計測する。演算部51は、電気伝導度に基づき、一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する。
As explained above, the salinity
塩分濃度計測装置100によれば、電極が櫛歯状であるため、一対の電極を広い範囲に配置することが容易である。このため、多数の汗腺から分泌される汗が、混合された状態で一対の電極の間に入ることになる。塩分濃度計測装置100は、多数の汗腺から分泌される汗の平均的な塩分濃度を計測できる。したがって、塩分濃度計測装置100は、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる。
According to the salt
塩分濃度計測装置100は、標準溶液を用いた実験によって予め求められた一対の電極(第1電極41及び第2電極42)に関するセル定数を記憶する記憶部53を備える。演算部51は、電気伝導度及びセル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する。
The
これにより、一対の電極の形状及び配置等からセル定数を算出する場合と比較して、セル定数の精度が高くなる。したがって、塩分濃度計測装置100は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。
This increases the accuracy of the cell constant compared to the case where the cell constant is calculated from the shape, arrangement, etc. of a pair of electrodes. Therefore, the salt
また、塩分濃度計測装置100において、電気伝導度計測部39は、一対の電極に交流電圧を印加した時の一対の電極の間の交流抵抗に基づいて電気伝導度を計測する。交流電圧の周波数は、0.5kHz以上15kHz以下である。
Further, in the salt
これにより、電気伝導度計測部39は、汗の電気伝導度をより高精度に計測できるようになる。このため、塩分濃度計測装置100は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。
Thereby, the electrical
塩分濃度計測装置100は、汗の温度を計測する温度センサ33を備える。
The salt
汗の電気伝導度は、汗の温度によって変化する。温度センサ33が設けられることによって、演算部51は、汗の温度に基づいて汗の電気伝導度を補正することができる。このため、塩分濃度計測装置100は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。
The electrical conductivity of sweat changes depending on the temperature of the sweat. By providing the
塩分濃度計測装置100において、電極(第1電極41及び第2電極42)は、基板40とは反対側の表面に、金又は白金を含む皮膜を備える。
In the salt
電極が汗に触れるので、電極の表面が腐食する可能性がある。電極の表面に金又は白金を含む皮膜が設けられることによって、塩分濃度計測装置100は、電極の腐食を抑制できる。
Since the electrode comes into contact with sweat, the surface of the electrode may corrode. By providing a film containing gold or platinum on the surface of the electrode, the salt
塩分濃度計測装置100において、塩分センサ31は、電極(第1電極41及び第2電極42)の高さよりも厚いスペーサ(第1スペーサ47又は第2スペーサ48)を備える。
In the salinity
これにより、塩分センサ31を装着者90の皮膚91に当てる時、スペーサが皮膚91に接する。電極と皮膚91との間には、隙間が生じる。このため、一対の電極間において汗が流動しやすくなる。一対の電極間における汗の滞留が抑制される。したがって、塩分濃度計測装置100は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。
Thereby, when the
塩分濃度計測装置100において、電極(第1電極41)は、一方向(Z方向)に間隔を空けて並べられる複数の歯部411と、複数の歯部411を連結する基部413と、を備える。スペーサ(例えば第1スペーサ47)は、一方の電極(第2電極42)の歯部421の先端よりも、他方の電極(第1電極41)の基部413側に配置される。複数の歯部411が並ぶ方向において、スペーサは、基部413よりも長い。
In the salt
これにより、スペーサによって、一対の電極の歯部が対向する領域に汗が導かれやすくなる。一対の電極の歯部が対向する領域に流入する汗の量が増加する。このため、一対の電極に新しい汗が接している状態が保持されやすくなる。したがって、塩分濃度計測装置100は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。
This makes it easier for the spacer to guide sweat to the area where the teeth of the pair of electrodes face each other. The amount of sweat flowing into the area where the teeth of the pair of electrodes face each other increases. Therefore, the state in which fresh sweat is in contact with the pair of electrodes is easily maintained. Therefore, the salt
本実施形態の頭部装着装置10は、外殻11と、内殻12と、塩分濃度計測装置100と、を備える。内殻12は、外殻11の内側に配置され装着者90の皮膚91に面する。塩分濃度計測装置100は、塩分センサ31と、電気伝導度計測部39と、演算部51と、を備える。塩分センサ31は、基板40、及び基板40に配置される櫛歯状の一対の電極(第1電極41及び第2電極42)を備え、内殻12に配置される。電気伝導度計測部39は、一対の電極の間の電気伝導度を計測する。演算部51は、電気伝導度に基づき、一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する。
The head mounted
これにより、塩分センサ31が内殻12に配置されているので、塩分センサ31が皮膚91に押し付けられる。その結果、一対の電極の間に汗がある状態が保持されやすくなる。したがって、塩分濃度計測装置100は、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる。
As a result, since the
頭部装着装置10において、塩分センサ31は、内殻12のうち装着者90の額95に面することになる位置に配置される。
In the head-mounted
これにより、装着者90が頭部装着装置10を装着した状態において、塩分センサ31が額95に接する。汗が生じやすい部分である額95に塩分センサ31が配置されることによって、一対の電極の歯部が対向する領域に流入する汗の量が増加する。このため、一対の電極に新しい汗が接している状態が保持されやすくなる。したがって、頭部装着装置10は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。
As a result, the
頭部装着装置10において、電極(第1電極41)は、一方向(Z方向)に間隔を空けて並べられる複数の歯部411と、複数の歯部411を連結する基部413と、を備える。一対の電極は、複数の歯部411が並ぶ方向が外殻11の縁111から頂部113に向かう方向に沿うように配置される。
In the head-mounted
仮に、歯部411の並ぶ方向が外殻11の縁に沿う方向と同じである場合、電極と接続されるリード線は、装着者90から見て電極の上側及び下側に延びるように配置される。このため、リード線が装着者90の視界を妨げる可能性がある。これに対して、歯部411の並ぶ方向が外殻11の縁から頂部に向かう方向に沿うことによって、リード線は、装着者90から見て電極の右側及び左側に延びるように配置される。したがって、頭部装着装置10は、リード線によって装着者90が視界を妨げられることを抑制できる。
If the direction in which the
本実施形態の塩分濃度計測方法は、櫛歯状の一対の電極(第1電極41及び第2電極42)の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測ステップ(ステップS2)と、電気伝導度に基づき、一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する塩分濃度算出ステップ(ステップS3)と、を備える。
The salt concentration measuring method of this embodiment includes an electrical conductivity measuring step (step S2) of measuring electrical conductivity between a pair of comb-shaped electrodes (
本実施形態の塩分濃度計測方法によれば、電極が櫛歯状であるため、一対の電極を広い範囲に配置することが容易である。このため、多数の汗腺から分泌される汗が、混合された状態で一対の電極の間に入ることになる。本実施形態の塩分濃度計測方法は、多数の汗腺から分泌される汗の平均的な塩分濃度を計測できる。したがって、本実施形態の塩分濃度計測方法は、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる。 According to the salt concentration measuring method of this embodiment, since the electrodes are comb-shaped, it is easy to arrange the pair of electrodes over a wide range. Therefore, sweat secreted from a large number of sweat glands enters between the pair of electrodes in a mixed state. The salt concentration measuring method of this embodiment can measure the average salt concentration of sweat secreted from a large number of sweat glands. Therefore, the salt concentration measuring method of this embodiment can improve the accuracy of measuring the salt concentration of sweat.
本実施形態では、塩分センサ31は、片面に電極とランドが形成された基板を備えていたが、ランドにスルーホールを有し且つ基板の裏面からリード線が取り出される構造を有していてもよい。こうすることで、頭部装着装置10は、リード線によって装着者90が視界を妨げられることをより抑制できる。
In this embodiment, the
10 頭部装着装置
11 外殻
12 内殻
31 塩分センサ
33 温度センサ
35 光電脈波センサ
37 発汗量センサ
39 電気伝導度計測部
40 基板
41 第1電極
42 第2電極
43 第1ランド
44 第2ランド
45 第1保護膜
46 第2保護膜
47 第1スペーサ
48 第2スペーサ
50 制御装置
51 演算部
53 記憶部
70 出力装置
90 装着者
91 皮膚
95 額
100 塩分濃度計測装置
101 バッテリ
111 縁
113 頂部
121 バンド部
123 ベルト部
125 ハンモック部
411 歯部
413 基部
421 歯部
423 基部
10 Head-mounted
Claims (10)
前記一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測部と、
前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する演算部と、
ナトリウムイオン、塩素イオン、カリウムイオン、カルシウムイオン及び乳酸イオンを含み、それぞれのイオン濃度とモル電導度が既知の標準溶液を用いた実験によって予め求められた前記一対の電極に関するセル定数を記憶する記憶部と、
を備え、
前記塩分センサは、前記一対の電極の歯部が対向する領域に汗が流入し、
前記セル定数は、前記塩分センサを用いて測定した前記標準溶液の電気伝導度と各イオン濃度と各モル電導度とから算出された値であり、
前記演算部は、前記電気伝導度及び前記セル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する塩分濃度計測装置。 a salt sensor comprising a substrate and a pair of comb-shaped electrodes disposed on the substrate;
an electrical conductivity measurement unit that measures electrical conductivity between the pair of electrodes;
a calculation unit that calculates the salt concentration of sweat between the pair of electrodes based on the electrical conductivity;
A memory for storing cell constants for the pair of electrodes, which are determined in advance by experiments using standard solutions containing sodium ions, chloride ions, potassium ions, calcium ions, and lactate ions, each of which has a known ion concentration and molar conductivity. Department and
Equipped with
In the salt sensor, sweat flows into a region where the teeth of the pair of electrodes face each other,
The cell constant is a value calculated from the electrical conductivity of the standard solution, each ion concentration, and each molar conductivity measured using the salinity sensor,
The calculation unit is a salt concentration measuring device that calculates the salt concentration of sweat based on the electrical conductivity and the cell constant.
前記交流電圧の周波数は、0.5kHz以上15kHz以下である
請求項1に記載の塩分濃度計測装置。 The electrical conductivity measurement unit measures electrical conductivity based on AC resistance between the pair of electrodes when an AC voltage is applied to the pair of electrodes,
The salt concentration measuring device according to claim 1, wherein the frequency of the alternating current voltage is 0.5 kHz or more and 15 kHz or less.
請求項1又は2に記載の塩分濃度計測装置。 The salt concentration measuring device according to claim 1 or 2, further comprising a temperature sensor that measures the temperature of the sweat.
請求項1から3のいずれか1項に記載の塩分濃度計測装置。 The salt concentration measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode includes a film containing gold or platinum on a surface opposite to the substrate.
請求項1から4のいずれか1項に記載の塩分濃度計測装置。 The salinity concentration measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the salinity sensor includes a spacer that is thicker than the height of the electrode.
前記スペーサは、一方の前記電極の前記歯部の先端よりも、他方の前記電極の前記基部側に配置され、
複数の前記歯部が並ぶ方向において、前記スペーサは、前記基部よりも長い
請求項5に記載の塩分濃度計測装置。 The electrode includes a plurality of teeth arranged at intervals in one direction, and a base that connects the plurality of teeth,
The spacer is arranged closer to the base of the other electrode than the tip of the tooth of one of the electrodes,
The salt concentration measuring device according to claim 5, wherein the spacer is longer than the base in the direction in which the plurality of teeth are lined up.
前記外殻の内側に配置され装着者の皮膚に面する内殻と、
塩分濃度計測装置と、
を備え、
前記塩分濃度計測装置は、
基板、及び前記基板に配置される櫛歯状の一対の電極を備え、前記内殻に配置される塩分センサと、
前記一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測部と、
前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する演算部と、
ナトリウムイオン、塩素イオン、カリウムイオン、カルシウムイオン及び乳酸イオンを含み、それぞれのイオン濃度とモル電導度が既知の標準溶液を用いた実験によって予め求められた前記一対の電極に関するセル定数を記憶する記憶部と、
を備え、
前記塩分センサは、前記一対の電極の歯部が対向する領域に汗が流入し、
前記セル定数は、前記塩分センサを用いて測定した前記標準溶液の電気伝導度と各イオン濃度と各モル電導度とから算出された値であり、
前記演算部は、前記電気伝導度及び前記セル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する
頭部装着装置。 outer shell and
an inner shell disposed inside the outer shell and facing the wearer's skin;
A salinity measuring device,
Equipped with
The salinity measuring device includes:
a salt sensor disposed on the inner shell, comprising a substrate and a pair of comb-shaped electrodes disposed on the substrate;
an electrical conductivity measurement unit that measures electrical conductivity between the pair of electrodes;
a calculation unit that calculates the salt concentration of sweat between the pair of electrodes based on the electrical conductivity;
A memory for storing cell constants for the pair of electrodes that have been determined in advance through experiments using standard solutions containing sodium ions, chloride ions, potassium ions, calcium ions, and lactate ions, each of which has a known ion concentration and molar conductivity. Department and
Equipped with
In the salt sensor, sweat flows into a region where the teeth of the pair of electrodes face each other,
The cell constant is a value calculated from the electrical conductivity of the standard solution, each ion concentration, and each molar conductivity measured using the salinity sensor,
The calculation unit calculates the salt concentration of sweat based on the electrical conductivity and the cell constant.
請求項7に記載の頭部装着装置。 The head-mounted device according to claim 7, wherein the salinity sensor is arranged in the inner shell at a position facing the forehead of the wearer.
前記一対の電極は、複数の前記歯部が並ぶ方向が前記外殻の縁から頂部に向かう方向に沿うように配置される
請求項7又は8に記載の頭部装着装置。 The electrode includes a plurality of teeth arranged at intervals in one direction, and a base that connects the plurality of teeth,
The head mounted device according to claim 7 or 8, wherein the pair of electrodes are arranged such that the direction in which the plurality of teeth are lined up is along the direction from the edge to the top of the outer shell.
前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する塩分濃度算出ステップと、
を備え、
前記塩分濃度算出ステップは、
ナトリウムイオン、塩素イオン、カリウムイオン、カルシウムイオン及び乳酸イオンを含み、それぞれのイオン濃度とモル伝導度が既知の標準溶液を用いた実験によって予め求められた前記一対の電極に関するセル定数を記憶し、
前記セル定数は、前記塩分センサを用いて測定した前記標準溶液の電気伝導度と各イオン濃度と各モル電導度とから算出された値であり、
前記電気伝導度及び前記セル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する塩分濃度計測方法。 an electrical conductivity measurement step of measuring electrical conductivity of sweat flowing into an area where the teeth of a pair of comb-shaped electrodes of the salinity sensor face each other;
a salt concentration calculation step of calculating the salt concentration of sweat between the pair of electrodes based on the electrical conductivity;
Equipped with
The salinity concentration calculation step includes:
storing cell constants for the pair of electrodes that were determined in advance through experiments using standard solutions containing sodium ions, chloride ions, potassium ions, calcium ions, and lactate ions, each of which has a known ion concentration and molar conductivity;
The cell constant is a value calculated from the electrical conductivity of the standard solution, each ion concentration, and each molar conductivity measured using the salinity sensor,
A salt concentration measuring method for calculating the salt concentration of sweat based on the electrical conductivity and the cell constant.
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