JPH01288234A - 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
定すること釦より、生体の運動機能を判定したり１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圧力分布測定装置
を、本願の出願人は昭和６３年１月９日付で圧力分布測
定装置として特許出願している。

この同一出願人の出願に係る圧力分布測定装置は、第２
図及び第３図に示すように弾性誘電体板５０両面に互い
に格子状に配列した第１の電極帯板７と第２の電極帯板
４とよりなる圧力変換器ｌを有している。そして、被測
定体の圧力分布によって変化する第１の電極帯板７と第
２の電極帯板４との交叉位置に形成される単位静電容量
を、圧力変換器１の弾性測定板工０の全面にわたって測
定して圧力分布を得ている。

即ち、前述の圧力変換器ｌは、第２図に示すように長方
形板状の基板２上に、第２の電極帯板４が等間隔で互い
に平行に配列固定されているシート３が配設され、この
第２の電極帯板４上に等間隔で弾性誘電体片５が固定配
設されている。そして、このようにして第２の電極帯板
４上に等間隔で配設されている弾性誘電体片５上に、第
２の電極帯板４に対して、格子を形成するように、第１
の電極帯板７が互いに平行に配設されている。

このようにして弾性誘電体片５馨挾んで、互いに格子を
形成するように配設されている第１の電極帯板７及び第
２の電極帯板４に対して第１の電極帯板７上にシリコン
ゴム製の弾性測定板ｌＯが配設されている。そして、こ
の弾性測定板１０上にはシールド用のシールド布６が配
設されている。

ここで、生体を被測定体として足底の圧力分布を測定す
る場合には５弾性測定板１０が足で踏まれろと、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、そ
の部分の足底の圧力が印加されるので１足底の圧力分布
に対応して第４図に示すようにシールド布６を介して弾
性測定板１０が第３図の状態からへこみ、第１の電極帯
板７を介して弾性誘電体片５が押し込まれ変形する。

例えば第４図において、第１及び第２の電極帯板７，４
の一つの交叉点に印加される足底の圧力Ｐにより弾性誘
電体片が変形し、この時の第１及び第２の電極帯板７，
４間距離をｄとし１弾性誘電体片５の誘電率？：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
７，４の対向面積ｇＡとして交叉位置における静電容量
Ｃは次式％式％ （１）式において丁と圧力Ｐとの間には直線関係が成立
するので、Ｑ、Ｒｖ定数として（２）式が得られる。

Ｃ（ｐ）＝Ｃｏ＋Ｒ・Ｆ　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（２）（２）式でＦは単位領域に対し
て与えられる全圧力で、（２）式からＦは（３）式のよ
うに静電容量の関係として求められる。

Ｆ＝π（Ｃ（ｐ）−Ｃｏ　）　　・・曲・曲曲（３）こ
のようにして圧力分布Ｆｉ１静電容量に変換して、前述
の各交叉位置で順次測定するために、圧力変換器ｌに対
して第５図に示すような測定回路が構成されている。

第５図に示すように、圧力変換器１の第１の電極帯板７
に、この第１の電極帯板７を順次選択するアナログスイ
ッチ１１が接続され、このアナログスイッチ１１を駆動
させるデマルチプレクサ１３がアナログスイッチ１１に
接続されている。

また、圧力変換ｌの第２の電極帯板４に、この第２の電
極帯板４を順次選択するアナログスイッチ１２が接続さ
れ、このアナログスイッチ１２を駆動させるマルチブレ
フサ１４が、アナログスイッチ１２に接続されている。

一方１発振器１５の出力端子がバッファ１６の入力端子
に接続され、このバッファ１Ｇの出力端子からナログス
イッチ１１の信号端子に接続され。

さらにバッファ１６の出力端子が整流・積分器１７を介
して発振器１５の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を介して印加され
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
２１Ｙ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の出力端子が検出器２２
の入力端子に接続され、検出器２２の出力端子がプリア
ンプ２３の入力端子に接続され。

このプリアンプ２３の出力端子がノ１イパスフィルタ２
４の入力端子に接続され、／・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２８の入力端子に接続
されている。

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。

またコンピュータ１９から出力インタ７エイス３０？介
して制御信号がＡＤ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、第５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１２で第〔１３行
の第２の電極帯板４を選択し１発振器１５からの交流出
力信号をバッファ１６を介して第（１３列の第１の電極
帯板７に与える。ここで交叉位置ａ、における前述の静
電容量ＹＣ１とし、プリアンプ２２の非反転入力端子と
アース間の抵抗ｙａ−Ｒ１交流出力電圧ヲｖｉとしｄ／
ｄ　ｔ＝ｊｗなるベクトル記号を使用してアナログスイ
ッチ１２の出力端子の検出電圧Ｖは次式で与えられる。

（４）式で示される電圧が検出器２２で検出され。

プリアンプ・ローパスフィルタ２３ｙａ−介してバイパ
スフィルタ２４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α）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１
２を第［：２：］　（３：ｌ・・・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α）列
のすべての又又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　ｙ
ｔ＊　（１，１［：２：ｌ　（３：ｌ・・・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
ｌＯの全面上での足４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
ェイス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１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。

〈発明が解決しようとする課題〉 前述の同一出願人の出願に係る圧力分布測定装置では、
第４図に示すように被測定体の第１及び第２の電極帯板
７．４の一つの交叉位置における圧力Ｐで、この交叉位
置における静電容量が変化するが、同時にこの交叉位置
の近傍における弾性誘電体片５も僅かに変形するので、
その静電容量も変化する。

第５図に示すように、交叉位置ｐｎでの静電容量の測定
時に、交叉位置Ｐｕ　ｋ囲む交叉位置ｐＨｌＰｌｍ、Ｐ
Ｉ３．Ｐ□、　ｐ、、　ｐ□”３１　ｔ　Ｐ３３で弾性
誘電体片５が変形するものとすると、（２）−Ｃ，−（
２）という本来の測定回路の他に、（２）−Ｃ，−Ｃ，
−Ｃ。

−（２）、（２）−Ｃフ　−　Ｃ，−Ｃ，−Ｃ，−Ｃ０
−［：２］、（２１−Ｃグ　−　Ｃ＝　　−Ｃ＋　　　
　　”ｓ　　　　　”ａ　　　　　　（２）　　−（２
）　　　　　Ｃｍ　　　　　Ｃｓ　　−Ｃｓ　　［：２
］などの回路が形成され、これらの回路における静電容
量Ｃ，−Ｃ，の変化が静電容量Ｃ０の測定に影響を及ぼ
し交叉位置Ｐｕにおいて正しい静電容量の測定が出来な
いことになる。

本発明は前述したような同一出願人の出願に係る圧力分
布測定装置の現状に鑑みてなされたものであり、その目
的は被測定体の成る交叉位置に対する圧力による近傍交
叉位置での静電容量の変化による影響を除去して、その
交叉位置で高精度の静電容量の測定が可能な圧力分布測
定装置な提供することにある。

く課題を解決するだめの手段〉 前述の目的を達成するために１本発明では互いに平行に
配列される第１の電極帯板と、これら第１の電極帯板と
対向して直交する方向に互いに平行に配列される第２の
電極帯板と、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、表裏両面を前記第１の電極帯板及び
第２の電極帯板にそれぞれ対接させ、前記第１及び第２
の電極帯板間に挾持配設される弾性誘電体片と、前記第
１の電極帯板上に積設され、被測定体が載置されるとそ
の圧力によって部分的に変形可能な弾性測定板と、前記
交叉位置で互いに対向する第１及び第２の電極帯板間に
交流電圧ビ印加し、これら電極帯板間の静電容量の前記
圧力による変化を、各交叉位置ごとに順次検出して前記
被測定体の圧力分布音検出する検出手段とを有する圧力
分布測定装置において、静電容量の変化？検出する検出
交叉位置で互いに対向する前記第１及び第２の電極帯板
以外の第１の電極帯板をドライビングシールドするシー
ルド手段と、互いに対向する前記第１及び第２の電極帯
板以外の第２の電極帯板の電位？アース電位とする電位
設定手段とを有する構成となっている。

く作　用〉 本発明では、被測定体の圧力分布の測定時において、測
定に係る交叉位置で互いに対向している第１及び第２の
電極帯板以外の第１の電極帯板はドライビングシールド
手段によってドライビングシールドされる。また、測定
に係る交叉位置で互いに対向している第１及び第２の電
極帯板以外の第２の電極帯板の電位はアース電位手段に
よってアース電位とされる。

このために６本発明においては前述の測定に係る交叉位
置の近傍の交叉位置における第１及び第２の電極帯板間
の静電容量の変化が、測定に係る交叉位置での静電容量
の測定に影響を及ぼ丁ことがなく、被測定体の高精度の
圧力分布測定を行なうことが出来る。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を第１図を用いて詳細に説明する
。

ここで、第１図は本発明の実施例の構成２示す回路図で
あり、第１図において、第２図乃至第５図と同一部分に
は同一符号が付されている。

第１図に示すように、本発明の実施例においては第１の
電極帯板７に対してドライビングシールド切換器４２が
接続され、このドライビングシールド切換器４２には、
バッファ１６の出力端子とデマルチプレクサ１３とが接
続されている。

このドライビングシールド切換器４２には電圧端子１．
　、１．・・・ｔ、が設けられ、これらの電圧端子には
発振器１５の出力信号がバッファ１６Ｙ介して印加され
ている。

また、ドライビングシールド切換器４２にはシールド端
子τ１．τ、・・・τ３が設けられ、これらのシールド
端子ガ、τ、・・・τ、はドライビングシールド４３に
接続されている。

そして、デマルチプレクサ１３の出力信号によって、第
１の電極帯板７の一つが選択され１選択された電極帯板
が対応する電圧端子に接続され。

選択された第１の電極帯板以外の第１の電極帯板は、そ
れぞれ対応するシールド端子に接続されるようになって
いる。

第１図においては、第（２）列の第１の電極帯板７が選
択されて電圧端子ｔ、に接続され、その他の列の第１の
電極帯板７はそれぞれ対応するシールド端子に接続され
た状態が示されている。

また１本発明の実施例においては、第２の電極帯板４に
対して接地切換器４１が接続され、この接地切換器４１
には出力端子Ｐ、　、　Ｐ、・・・Ｐｎが設けられ、こ
れらの出力端子Ｐ、　、　Ｐ、・・・Ｐｎにはオペアン
プ４４の非反転入力端子が接続され、このオペアンプ４
４は反転入力端子が抵抗を介して出力端子及びアースに
接続されている。

さらに、オペアンプ４４の非反転入力端子がオペアンプ
４６の非反転入力端子に接続され、オペアンプ４６は反
転入力端子が出力端子に接続されたボルテジホロアとな
っている。

さらに、接地切換器４１には、それぞれの第２の電極帯
板４に対応してアース端子Ｓｌ、　Ｓ、・・・Ｓｎが設
けられ、これらのアース端子はアースされている。

とのような構成において、第１図では第〔２〕行のＩ！
２の電極帯板４が選択されて出力端子Ｐ、に接続され、
その他の行の第２の電極帯板４は、それ、それ対応する
アース端子に接続された状態が示されている。

本発明の実施例におけるその他の部分の構成は。

すでに説明した従来の圧力分布測定装置と同一である。

このような構成の本発明の実施例において、ドライビン
グシールド切換器４２がシールド手段を構成し、接地切
換器４１が電位設定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の動作を次に説明す
る。

本発明の実施例においても１丁でに説明した従来の圧力
分布測定装置の場合と同様に、デマルチ７’Ｌ／クサ１
３の出力信号によってドライビングシールド切換器４２
を作動させ、第（１）列の第１の電極帯板７に発振器１
５の交流出力信号をバッファ１６を介して印加し、この
状態でマルチプレクサ１４の出力信号によって接地切換
器４１’ａ−駆動させ、第〔２〕行、第〔３〕行・・・
第［ｎ）行の第２の電極帯板４を順次選択して、第α）
列の第１の電極帯・板７のすべての交叉位置ｐ、、　、
　ｐ□・・・Ｐ、ｎでの単位静電容量に対応した出力信
号を得て、この出力信号がオペアンプ４５に入力される
。

同様な操作を第（２）列、第（３］列・・・第（ｎ）列
の第１の電極帯板７のすべての交叉位置ｐ、、、　ｐ、
、・・・Ｐｎｎに対して行って、圧力変換器ｌの丁べて
の交叉位置での単位静電容量に対応した出力信号が得ら
れてオペアンプ４５に入力される。

本発明の実施例においては、ドライビングシールド切換
器４２により、成る列の第１の電極帯板７例えば第１図
に示すように第（２）列の第１の電極帯板７に発振器１
５の交流出力信号が印加されると、他のすべての列の第
１の電極帯板７は、シー＃）’端子τ、・・・τ、を介
してドライビングシールド４３に接続されて、第１の電
極帯板７にはドライビングシールドが施される。

さらに１本発明の実施例においては接地切換器４１によ
り、成る行の第１の電極帯板４例えば第１図に示すよう
に第〔２〕行の第２の電極帯板４が出力端子Ｐ２に接続
されると他のすべての行の第２の電極帯板４はアース端
子ＳＩ・・・を介してアースされる。

前述したような動作状態で、第１図の交叉位置Ｐ４にお
ける静電容量Ｃ２３に測定するだめの回路について考察
すると、静電容量Ｃ１３及びＣＳＳは、ドライビングシ
ールド４３を介して両極板の電圧が等しくなるので、そ
の静電容量の変化は静電容量Ｃゎの測定に影響を及ぼさ
ない。また、静電容量Ｃ２４１ｃ、は印加信号源とアー
ス間に接続されているので、その変化は静電容ｉｃゎの
測定に影響乞及＃丁さない。

さらに、静電容量Ｃ１１＋　ＣＩ４　＋　ｃ、、及びＣ
３４は、ドライビングシールド４３とアース間に接続さ
れることになるが、ドライビングシールド４３のインピ
ーダンスがほぼ零と見做されるので、このドライビング
シールド４３に並列に接続された静電容量ＣＩ！　ｒ　
ＣＩ４　ｒ　Ｃ３Ｉ及びＣ３４が変化しても静電容量Ｃ
３，の測定には影響を及ぼさない。

このようにして１本発明の実施例においては。

第１及び第２の電極帯板７，４間の所定の交叉位置にお
ける静電容量を、その交叉位置近傍で第１及び第２の電
極帯板７，４が形成する静電容量の影響を受けずに測定
して、被測定体の圧力分布を精度よく測定することが出
来る。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように１本発明によると。

被測定体の圧力分布の測定に際して測定位置における第
１及び第２の電極帯板の交叉位置の近傍の交叉位置にお
ける静電容量の変化の影響を受けずに、高精度の圧力分
布測定を行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成？示す回路図。 第２図は圧力分布測定装置における圧力変換器の構成を
示す組立斜視図、第３図は圧力分布測定装置における圧
力変換器の構成を示す断面図、第４図は圧力分布測定装
置におけろ圧力変換器の圧力分布測定時の状態を示す断
面図である。 ｌ・・・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、ｌＯ・・・
弾性測定板、１３・・・デマルチプレクサ、１４・・・
マルチプレクサ、４１・・・接地切換器、４２・・・ド
ライビングシールド切換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに平行に配列される第１の電極帯板と、これら第１
   の電極帯板と対向して直交する方向に互いに平行に配列
   される第２の電極帯板と、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、表裏両面を前記第１の
   電極帯板及び第２の電極帯板にそれぞれ対接させ、前記
   第１及び第２の電極帯板間に挾持配設される弾性誘電体
   片と、前記第１の電極帯板上に積設され、被測定体が載
   置されるとその圧力によって部分的に変形可能な弾性測
   定板と、前記交叉位置で互いに対向する第１及び第２の
   電極帯板間に交流電圧を印加し、これら電極帯板間の静
   電容量の前記圧力による変化を、各交叉位置ごとに順次
   検出して前記被測定体の圧力分布を検出する検出手段と
   を有する圧力分布測定装置において、静電容量の変化を
   検出する検出交叉位置で互いに対向する前記第１及び第
   ２の電極帯板以外の第１の電極帯板をドライビングシー
   ルドするシールド手段と、互いに対向する前記第１及び
   第２の電極帯板以外の第２の電極帯板の電位をアース電
   位とする電位設定手段とを有することを特徴とする圧力
   分布測定装置。