JPH01178836A - 圧力分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は圧力分布測定装置、特に生体の運動時の圧力分
布の測定に最適な圧力分布測定装置に関するものである
。

〈従来の技術〉 生体の運動時において、生体各部に生じる圧力分布を測
定することにより、生体の運動機能を判定したり、回復
途上にある患者の機能回復の度合を調査することが従来
から行なわれている。

、この生体各部の圧力分布の測定の内でも、歩行時にお
ける動的足底圧分布を測定することがよく行なわれてい
る。この測定により、生体を支える下肢の日常生活での
各種の運動の基礎となる歩行を通して、下肢の機能を適
確に判断することが可能で、生体の健康度や機能回復の
度合を正確に知ることが出来る。

このような動的足底圧分布を測定するには、従来ばねを
使用する方式のもの、ストレンゲージを使用する方式の
もの及び感圧導電素子を使用する方式のものが主として
採用されていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 これらの方式の内、ばねを使用する方式のものとストレ
ンゲージを使用する方式のものは、センサ部分の形状が
大きく、足底面を細部領域に分割し、それぞれの細部領
域について足底圧を測定する場合の測定の分解能を高め
ることが出来ないという欠点がある。

また、これらばね或はストレンゲージを使用する方式の
ものでは、圧力分布検出のための回路部が複雑なものと
なるという問題もある。

一方、感圧導電素子を使用する方式のものでは、これら
の欠点或は問題点を解決することは出来るが、センサ自
体の特性上再現性に問題があり、測定値の再現性及び測
定精度が充分に得られないという問題がある。

これらの従来からの方式に加えて、近年センサ部分に光
学的検出の手段を用いた方式のものが提案されている。

この提案に係る方式ではガラス板上面にピラミッド状の
突起を有するシリコンゴムを敷いた構造となっていて、
被測定体である足がシリコンゴムをｉむとピラミッドが
つぶれるので、このつぶれ面積を光学的検出信号に変換
し、この光学的検出信号を電気信号に変換して、足底圧
力に対応して増加するつぶれ面積で足底圧力を測定して
いる。

しかし、この提案に係る方式では足底圧力とつぶれ面積
間に正確な比例関係が存在せず、またつぶれ面積を光学
的に検出し、これに基づいて足底圧力の電気信号を得て
いるために、測定の精度を余り高めることが出来ない。

本発明は前述したようなこの種の圧力分布測定装置の現
状に鑑みてなされたものであり、その目的は高分解能で
精度のよい圧力分布測定を行なうことができ、再現性が
よく、全体をコンパクトに低製造コストで作成すること
が出来る圧力分布測定装置を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 前述の目的を達成するために、本発明では等間隔で配設
される弾性誘電体片と、この弾性誘電体片の一方の面に
互いに平行に配設される複数の第１の電極帯板と、前記
弾性誘電体片の他方の面に前記第１の電極帯板と格子を
形成するように対向して互いに平行に配設される複数の
第２の電極帯板と、前記弾性誘電体片に前記第１の電極
帯板上から積設され、被測定体が載置されることによっ
て部分的に変形可能な弾性測定板と、前記第１の電極帯
板及び第２の電極帯板の交叉位置において、前記第１及
び第２の電極帯板と前記弾性誘電体片とで形成される単
位静電容量を検出する検出手段とを有する構成となって
いる。

〈作　用〉 本発明では被測定体、例えば足底がゴムなどで形成され
た弾性測定板を押圧すると、弾性測定板は、足底のそれ
ぞれの部分の圧力に対応して部分的に押し込まれて変形
する。

この弾性測定板の変形によって、弾性誘電体片が第１の
電極帯板を介して押し込まれて変形し、第１及び第２の
電極帯板の交叉位置に形成される単位静電容量が変化す
る。

このようにして変化する第１及び第２の電極帯板のそれ
ぞれの交叉位置における単位静電容量が、例えば、マル
チプレクサを使用した検出手段で検出され、圧力との間
に比例関係が成立するこの単位静電容量の変化を知るこ
とにより、例えば足底の圧力分布を精度よく測定するこ
とが出来る。

本発明では、第１及び第２の電極帯板が形成する格子間
隔を短かくすることにより、圧力分布測定の分解能を上
げることが可能で、高精度の圧力分布測定が行なわれる
。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図を用いて詳細
に説明する。

そこで、第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック
図、第２図乃至第４図は本発明の実施例における圧力変
換器部分の構成を示し、第２図は分解斜視図、第３図は
部分断面図、第４図は被測定体の圧力分布測定時の状態
を示す説明図である。

本発明の実施例において圧力変換器１は、第２図に示す
ように長方形板状のケース板２上に、第２の電極帯板４
が互いに平行に固定されているシート状体３が取り付け
られ、これらの第２の電極帯板４上に弾性誘電体片５が
等間隔で配列固定されている。そして、前述のケース板
２の裏面にはシールド用のシールド用２Ａが張られてい
る。

さらに、これらの弾性誘電体５上に、第２の電極帯板７
が複数個圧いに平行に、前述の第２の電極帯板４と格子
状に配設されている。

このようにしてクース板２上に弾性誘電体片５を挾んで
配設されている第１及び第２の電極帯板７．４に対して
、第１の電極帯板７上からシリコンゴム類の弾性測定板
１０が配設されている。そしてこの弾性測定板１０上に
シールド用のシールド布６が積設されている。

第１図に示すように、圧力変換器１の第１の電極帯板７
にアナログスイッチ１１が接続され、第２の電極帯板４
にアナログスイッチ１２が接続すれ、前述のアナログス
イッチ１１にはデマルチプレクサ１３が接続され、前述
のアナログスイッチ１２にはマルチプレクサ１４が接続
されている。

一方、発振器１５の出力端子がバッファ１６０入力端子
に接続され、このバッファ１６の出力端子がアナログス
イッチ１１の信号端子に接続され、さらに、バッファ１
６の出力端子が整流・積分器１７を介して振幅制御端子
に帰還接続されている。

このようにして、自動振幅制御されたバッファ１６の出
力信号によってアナログスイッチ１１を介して、第２の
電極帯板７に対して発振器１５の出力信号が、バッファ
１６を介して印加されるように構成されている。また、
コンピュータ１９から出力インタフェイス２０を介して
デマルチプレクサ１３に切換制御信号が入力され、この
切換制御信号によってアナログスイッチ１１が作動し、
第２の電極帯板７がアナログスイッチ１１によって順次
選択されるようになっている。

同様にして、コンピュータ１９から出力インタフェイス
２１を介してマルチプレクサ１４に切換制御信号が入力
され、この切換制御信号によってアナログスイッチ１２
が作動し、第１の電極帯板４がアナログスイッチ１２に
よって順次選択されるようになっている。

そして、アナログスイッチ１２の出力端子が電流−電圧
変換器２２０入力端子に接続され、電流−電圧変換器２
２の出力端子がプリアンプ２３０入力端子に接続され、
このプリアンプ２３の出力端子がバイパスフィルタ２４
の入力端子に接続され、バイパスフィルタ２４の出力端
子がアンプ２５の入力端子に接続されている。

さらに、アンプ２５の出力端子がピークホールド回路２
６の入力端子に接続され、このピークホールド回路２６
の出力端子がバッファ２７０入力端子に接続され、バッ
ファ２７の出力端子がＡＤ変換器２８０入力端子に接続
されて込る。

このＡＤ変換器２８の出力端子が入力インタフェイス２
９を介してコンピュータ１９に接続され、コンピュータ
１９から出力インタフェイス３０を介して制御信号がＡ
Ｄ変換器２８に入力されるようになっている。

そして、コンピュータ１９が出力インタフェイス３１を
介して表示器３２に接続されている。

このフンピユータ１９は、ＣＰＵ３３からの指令によっ
て前述したように、同期が取られた切換制御信号を、そ
れぞれ出力インタフェイス２１．２０を介してマルチプ
レクサ１４及びデマルチプレクサ１３に入力することに
より、第１及び第２の電極帯板の交叉位置における単位
静電容量を順次測定するように構成されている。

また、このようにして測定された単位静電容量に対応す
る出力信号は、入力インタフェイス２９を介してコンピ
ュータ１９に取り込まれ、この出力信号に基づいてコン
ピュータ１９では被測定体の圧力分布が演算され、この
結果が、表示器３２に表示されるようになっている。

このよ５　ｔｘ構成の本発明の実施例において、発振器
１５、バッファ１６、整流・積分器１７、圧力変換器１
、アナログイッチ１１．１２、マルチプレクサ１４、デ
マルチプレクサ１３、出力インクフェイス２０．２１及
びコンピュータ１９が検出手段を構成している。

以上に述べた構成の本発明の実施例について、その動作
を次に説明する。

以下の説明においては、生体を被測定体として足底の圧
力分布を測定する場合について説明する。

シールド布６を介して弾性測定板１０が足で踏まれると
、第１及び第２の電極帯板７．４の一つの交叉位置に対
して第４図に示すようにその部分の足底の圧力Ｐが印加
されるので、弾性測定例０がへこみ、第１の電極帯板７
を介して弾性誘電体板５が押し込まれる。

この交叉位置における第１及び第２の電極帯板７．４間
距臨を第４図に示すようにｄとし、弾性誘電体板５の誘
電率をεとし、交叉位置における単位領域の第１及び第
２の電極帯板７．４０対向面積をＡとして、交叉位置て
おける静電容量Ｃは次式で与えられる。

（１）式において■と圧力Ｐとの間には直線関係が成立
するので、Ｑ、Ｒを定数として（２）式が得られ机　↑
＝Ｑ＋Ｒ−Ｐ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（２）（２）式を（１）式に代
入すると、Ｃｏを定数としで（３）式が得られる。

Ｃ（ｐ）　＝　、Ｌ　（Ｑ＋Ｒ・Ｐ　）　ｄＡ＝ＳＡＱ
＠ｄＡ＋ＲＳＡＰ１１ｄＡ ＝Ｃｏ＋ＲφＦ　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・　（３）（３）式でＦは単位領域に対して与
えられる全圧力である。（３）式からこのＦは（４）式
で得られる。

Ｆ　＝　ｆｉ　（：　Ｃ（ｐ）−Ｃｏ　：）　　＝−−
（４）第１図において、アナログスイッチ１１で第（１
）列の第１の電極帯板７を選択した状態で、アナログス
イッチ１ｚで第〔１〕行の第２の電極帯板４を選択し、
発振器１５からの交流出力信号をバッファ１６を介して
第（１）列の第１の電極帯板７に与えると、交叉位置ａ
１における前述の静電容量をＣ１とし、圧力変換器１の
入出力端子間の電圧降下をＶとし、ｄ／ｄｔ　＝　ｊｗ
なるベクトル記号を使用して、アナログスイッチ１２の
出力端子の電流ｉは次式で与えられる。

ｉ＝ｊｗｃ＠ｖ　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）（５
）式で示される電流が電流−電圧変換器２２で電圧に変
換され、プリアンプ２３を介して／・イパスフィルタ２
４により低周波成分がカットされ、アンプ２５により半
波整流されると共に増幅され、ピークホールド回路２６
においてピークホールドされる。

このピークホールド回路２６の出力信号が、バッファ２
７を介してＡＤ変換器２８に入力される。

このようにして、アナログスイッチ１１を第（１）列の
第１の電極帯板７に切換えた状態で、アナログスイッチ
１２を第〔２〕〔３〕・・・行の第２の電極帯板４を選
択するように順次切換えることにより、第（１）列のす
べての交叉位置の静電容量に対応した出力信号が得られ
てＡＤ変換器２８に入力される。

次いで、アナログスイッチ１１を第（２）列の第１の電
極帯板７に切換えた状態で、アナログスイッチ１２を第
〔１〕〔２〕〔３〕・・・行の第２の電極帯板４を選択
するように順次切換えて、第（２）列のすべての交叉位
置の単位静電容量に対応した出力信号が求められ、ＡＤ
変換器２８に入力される。

以下同様にして、第（３）（４）　（５）・・・列とす
べての列に対して、それぞれ対応するすべての行との交
叉位置での単位静電容量が求められ、弾性測定板１０の
全面上での足底の圧力分布に対応した出力信号がＡＤ変
換器２８に入力される。

これらの出力信号は、ＡＤ変換器２８から入力インタフ
ヱイス２９を介してコンピュータ１９に入力され、コン
ピュータ１９では入力されたこれらの出力信号に基づい
て、足底形状に対して第１及び第２の電極帯板７．４の
交叉位置がモザイク状に区分表示され、それぞれの交叉
位置の単位静電容量の大小を数段階に色別は表示した画
像を作成し、その画像が表示器３２に表示される。

このようにして得られる足圧分布の瞬時表示画像の表示
の他に、コンピータ１９の操作によって、足圧の時間的
変化を荷重表示、体重比表示、単位面積当りの荷重表示
に切換えて、それぞれ表示することも出来る。

また、カーソルで囲んだ部分についての部分的足圧の時
間的変化の表示及び足前面積の□時間的変化の表示も可
能である。

このようにして、本発明の実施例では、圧力変換器１が
、弾性誘電体板５と第１及び第２の電極帯板７．４で構
成され静電容量を検出する方式であるために、被測定体
の圧力に対する変換の直線性がよく高精度の測定を行な
うことが出来る。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によると被測定体の
圧力分布を高分解能高精度で測定可能な圧力分布測定装
置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図、第２
図は本発明の実施例における圧力変換器の構成を示す斜
視分解図、第３図は本発明の実施例における圧力変換器
の構成を示す断面図、第４図は本発明の実施例における
圧力変換器による被測定体の圧力測定の原理を示す説明
図である。 １・・・圧力変換器、４・・・第２の電極帯板、５・・
・弾性誘電体片、７・・・第１の電極帯板、１０・・・
弾性測定板、１１．１２・・・アナログスイッチ、１３
・・・デマルチプレクサ、１４・・・マルチプレクサ、
１９・・・コンピュータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 等間隔で配設される弾性誘電体片と、この弾性誘電体片
   の一方の面に互いに平行に配設される複数の第１の電極
   帯板と、前記弾性誘電体片の他方の面に前記第１の電極
   帯板と格子を形成するように対向して互いに平行に配設
   される複数の第２の電極帯板と、前記弾性誘電体片に前
   記第１の電極帯板上から積設され、被測定体が載置され
   ることによって部分的に変形可能な弾性測定板と、前記
   第１の電極帯板及び第２の電極帯板の交叉位置において
   、前記第１及び第２の電極帯板と前記弾性誘電体片とで
   形成される単位静電容量を検出する検出手段とを有する
   ことを特徴とする圧力分布測定装置。