JPH076859B2 - 圧力分布検出装置 - Google Patents
圧力分布検出装置Info
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- JPH076859B2 JPH076859B2 JP63211718A JP21171888A JPH076859B2 JP H076859 B2 JPH076859 B2 JP H076859B2 JP 63211718 A JP63211718 A JP 63211718A JP 21171888 A JP21171888 A JP 21171888A JP H076859 B2 JPH076859 B2 JP H076859B2
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、圧力分布検出装置に関し、特に、マトリク
ス状に配置された複数の圧電センサ素子により接触圧力
分布を検出する圧力分布検出装置に関する。
ス状に配置された複数の圧電センサ素子により接触圧力
分布を検出する圧力分布検出装置に関する。
［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ 圧電素子をマトリクス状に配置した接触圧力分布を検出
する圧電型圧力分布センサの構成として、たとえば特開
昭62−297735号には、第５図に示すような構成が示され
ている。第５図には、圧電素子２が５行５列のマトリク
ス状に配置されている。各圧電素子２の一方電極には、
行ごとに持続線A1ないしA5が接続され、また、他方電極
には、列ごとに接続線B1ないしB5が電気的に接続されて
いる。この圧電型圧力分布センサでは、たとえば圧電素
子2aにおける圧力を測定する場合には、圧電素子2aに生
じた歪に基づく電位差を接続線A1とB1との間で測定す
る。そして、接続線の組合わせを順次切換えることによ
り、各圧電素子に生じた電位差を測定し、圧力分布を求
めている。
する圧電型圧力分布センサの構成として、たとえば特開
昭62−297735号には、第５図に示すような構成が示され
ている。第５図には、圧電素子２が５行５列のマトリク
ス状に配置されている。各圧電素子２の一方電極には、
行ごとに持続線A1ないしA5が接続され、また、他方電極
には、列ごとに接続線B1ないしB5が電気的に接続されて
いる。この圧電型圧力分布センサでは、たとえば圧電素
子2aにおける圧力を測定する場合には、圧電素子2aに生
じた歪に基づく電位差を接続線A1とB1との間で測定す
る。そして、接続線の組合わせを順次切換えることによ
り、各圧電素子に生じた電位差を測定し、圧力分布を求
めている。
ところで、圧電素子は外力を作用させた瞬間に電圧を生
じる素子であるので、一度電荷を読出してしまうと、た
とえ圧電素子に圧力がかかっていても圧力変化がなけれ
ば、電極間に電位差は生じない。したがって、従来の圧
電型圧力分布センサでは、１回の測定で１時点における
圧力分布しか得られず、圧力分布の連続的な変化を測定
することはできなかった。
じる素子であるので、一度電荷を読出してしまうと、た
とえ圧電素子に圧力がかかっていても圧力変化がなけれ
ば、電極間に電位差は生じない。したがって、従来の圧
電型圧力分布センサでは、１回の測定で１時点における
圧力分布しか得られず、圧力分布の連続的な変化を測定
することはできなかった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、圧力分布の連続
的な変化を測定することのできる圧力分布検出装置を提
供することである。
的な変化を測定することのできる圧力分布検出装置を提
供することである。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る圧力分布検出装置は、マトリクス状に配
置され、圧力変化に応じた電圧を出力する複数の圧電セ
ンサ素子と、複数の圧電センサ素子の各々から一定時間
ごとに繰返して圧力変化分に相当する電圧データを読取
るための読取手段と、読取手段の読取った電圧データか
ら一定時間ごとの圧力変化量を繰返し求め当該圧力変化
量を各圧電センサ素子別に一定時間ごとに繰返し累積演
算する演算手段とを含んでいる。
置され、圧力変化に応じた電圧を出力する複数の圧電セ
ンサ素子と、複数の圧電センサ素子の各々から一定時間
ごとに繰返して圧力変化分に相当する電圧データを読取
るための読取手段と、読取手段の読取った電圧データか
ら一定時間ごとの圧力変化量を繰返し求め当該圧力変化
量を各圧電センサ素子別に一定時間ごとに繰返し累積演
算する演算手段とを含んでいる。
［作用］ マトリクス状に配置された複数の圧電センサ素子は、圧
力変化に応じた電圧を出力する。読取手段では、複数の
圧電素子の各々から一定時間ごとに繰返して電圧データ
を読取る。次に、演算手段では、読取手段によって読取
られた電圧データから一定時間ごとの圧力変化量を繰返
し求め当該圧力変化量を各圧電センサ素子別に一定時間
ごとに繰返し累積演算する。
力変化に応じた電圧を出力する。読取手段では、複数の
圧電素子の各々から一定時間ごとに繰返して電圧データ
を読取る。次に、演算手段では、読取手段によって読取
られた電圧データから一定時間ごとの圧力変化量を繰返
し求め当該圧力変化量を各圧電センサ素子別に一定時間
ごとに繰返し累積演算する。
演算手段によって、各圧電センサ素子別の圧力変化に応
じた電圧データが累積演算されるので、各圧電センサ素
子に圧力変化がなければ、圧電センサ素子から何らの電
圧も出力されず、そのため、圧力データが一定に保た
れ、圧力変化があれば、その圧力変化分に相当する電圧
が出力され、この電圧データに基づいて圧力変化分を累
積演算することにより、圧力データがその測定時点にお
けるものに更新される。その結果、圧力分布の連続的な
変化を測定することができる。
じた電圧データが累積演算されるので、各圧電センサ素
子に圧力変化がなければ、圧電センサ素子から何らの電
圧も出力されず、そのため、圧力データが一定に保た
れ、圧力変化があれば、その圧力変化分に相当する電圧
が出力され、この電圧データに基づいて圧力変化分を累
積演算することにより、圧力データがその測定時点にお
けるものに更新される。その結果、圧力分布の連続的な
変化を測定することができる。
［発明の実施例］ 第２図は、この発明の一実施例の構成を示す概略斜視図
である。第２図に示すように、圧電型圧力センサ10はマ
トリクス状に配置されたセンサ素子11を含む。各センサ
素子11は、それぞれ圧電素子12と、電界効果トランジス
タ13と、コンデンサ14とを有している。また、マトリク
ス状に配置された各センサ素子11の配置に沿って、行方
向に、それぞれ制御線C1，C2，…Cmが配設され、また、
各列方向には、読取線R1，R2，…Rnが配設されている。
さらに、各列方向には、アース15に接続される２条ずつ
の配線16,17が配設されている。
である。第２図に示すように、圧電型圧力センサ10はマ
トリクス状に配置されたセンサ素子11を含む。各センサ
素子11は、それぞれ圧電素子12と、電界効果トランジス
タ13と、コンデンサ14とを有している。また、マトリク
ス状に配置された各センサ素子11の配置に沿って、行方
向に、それぞれ制御線C1，C2，…Cmが配設され、また、
各列方向には、読取線R1，R2，…Rnが配設されている。
さらに、各列方向には、アース15に接続される２条ずつ
の配線16,17が配設されている。
第３図に、１つのセンサ素子11の等価回路を示す。第３
図において、電界効果トランジスタ13のゲート電極は制
御線Ｃに接続されている。また、トランジスタ13のソー
スあるいはドレイン電極の一方は、読取線Ｒに接続され
ている。ソースあるいはドレイン電極の他方は、圧電素
子12の下端面に形成された電極18に接続されている。圧
電素子12の上端面に形成された電極19は、アース15に連
続する配線17に接続されている。また、圧電素子12の下
端面の電極18とアース15に連続する配線16との間には、
コンデンサ14が接続されている。すなわち、このコンデ
ンサ14は、圧電素子12に対し並列に接続されていること
になる。なお、圧電素子12としては、圧電セラミックス
や圧電性単結晶などの剛性の高い圧電材料よりなる素子
が使用される。
図において、電界効果トランジスタ13のゲート電極は制
御線Ｃに接続されている。また、トランジスタ13のソー
スあるいはドレイン電極の一方は、読取線Ｒに接続され
ている。ソースあるいはドレイン電極の他方は、圧電素
子12の下端面に形成された電極18に接続されている。圧
電素子12の上端面に形成された電極19は、アース15に連
続する配線17に接続されている。また、圧電素子12の下
端面の電極18とアース15に連続する配線16との間には、
コンデンサ14が接続されている。すなわち、このコンデ
ンサ14は、圧電素子12に対し並列に接続されていること
になる。なお、圧電素子12としては、圧電セラミックス
や圧電性単結晶などの剛性の高い圧電材料よりなる素子
が使用される。
上述の圧電型圧力センサ10は、たとえば第４図に示すよ
うな圧力分布検出装置に組込まれる。
うな圧力分布検出装置に組込まれる。
第４図において、圧電型圧力センサ10の制御線C1，C2，
…Cmは、制御線切換回路21に接続されている。また、読
取線R1，R2，…Rnは、読取線切換回路22に接続されてい
る。読取線切換回路22は積分回路23に接続され、積分回
路23はピークホールド回路24に接続されている。ピーク
ホールド回路24は、A/Dコンバータ25を介してデータ処
理装置26に接続されている。さらに、第４図の検出装置
は、マトリクス制御回路27を備えている。マトリクス制
御回路27は、制御線切換回路21,読取線切換回路22を制
御するとともに、ピークホールド回路24に所定のタイミ
ングでリセット信号を送り、さらに、データ処理装置に
素子切換情報信号を送るようになっている。また、デー
タ処理装置26は、A/Dコンバータ25を制御するための制
御信号をA/Dコンバータ25に送るようになっている。
…Cmは、制御線切換回路21に接続されている。また、読
取線R1，R2，…Rnは、読取線切換回路22に接続されてい
る。読取線切換回路22は積分回路23に接続され、積分回
路23はピークホールド回路24に接続されている。ピーク
ホールド回路24は、A/Dコンバータ25を介してデータ処
理装置26に接続されている。さらに、第４図の検出装置
は、マトリクス制御回路27を備えている。マトリクス制
御回路27は、制御線切換回路21,読取線切換回路22を制
御するとともに、ピークホールド回路24に所定のタイミ
ングでリセット信号を送り、さらに、データ処理装置に
素子切換情報信号を送るようになっている。また、デー
タ処理装置26は、A/Dコンバータ25を制御するための制
御信号をA/Dコンバータ25に送るようになっている。
次に、第４図の圧力分布検出装置に組込まれた圧電型圧
力センサの作動を説明する。
力センサの作動を説明する。
マトリクス制御回路27により、制御線切換回路21を通し
て、まず制御線C1に接続されているトランジスタ13を導
通状態にする。このとき、他の制御線C2，C3，…Cmは、
非導通状態にある。これにより、制御線C1に対応する行
のセンサ素子の情報が、読取線R1，R2，…Rnを通して読
取可能な状態となる。
て、まず制御線C1に接続されているトランジスタ13を導
通状態にする。このとき、他の制御線C2，C3，…Cmは、
非導通状態にある。これにより、制御線C1に対応する行
のセンサ素子の情報が、読取線R1，R2，…Rnを通して読
取可能な状態となる。
この状態において、読取線切換回路22を通して、まず、
読取線R1のみを積分回路23に接続する。このとき、残り
の読取線R2，R3，…Rnは、回路的に開放状態になってい
るため、対応するセンサ素子内の情報は保持されてい
る。
読取線R1のみを積分回路23に接続する。このとき、残り
の読取線R2，R3，…Rnは、回路的に開放状態になってい
るため、対応するセンサ素子内の情報は保持されてい
る。
読取線R1を積分回路23に接続すると、対応する圧電素子
に加圧により蓄積された電荷が、積分回路23側に放電さ
れる。この電荷を積分回路23において時間的に積分すれ
ば、対応するセンサ素子が加圧されることにより蓄積し
ていた電荷量が測定できることになる。これは、後段の
ピークホールド回路24,A/Dコンバータ25を通してデータ
処理装置26に入力される。
に加圧により蓄積された電荷が、積分回路23側に放電さ
れる。この電荷を積分回路23において時間的に積分すれ
ば、対応するセンサ素子が加圧されることにより蓄積し
ていた電荷量が測定できることになる。これは、後段の
ピークホールド回路24,A/Dコンバータ25を通してデータ
処理装置26に入力される。
以後、読取線R2，R3，…Rnというように読取線の切換え
を行ない、すべての読取線からの検出を終えると、次に
制御線C2のみを導通状態とする。これによって、上述の
動作と同様に、制御線C2に対応する行に配置された各セ
ンサ素子の情報を読取線R1，R2，…Rnから読取り、その
情報をデータ処理装置に蓄積する。
を行ない、すべての読取線からの検出を終えると、次に
制御線C2のみを導通状態とする。これによって、上述の
動作と同様に、制御線C2に対応する行に配置された各セ
ンサ素子の情報を読取線R1，R2，…Rnから読取り、その
情報をデータ処理装置に蓄積する。
すなわち、上述の圧力分布検出装置では、各圧電素子12
に上方から未知物体が当接されると、その物体の加圧力
により、対応する圧電素子12において圧電効果を生じ、
制御線C1，C2，…Cmと読取線R1，R2，…Rnとを順次切換
えることにより、各センサ素子における圧力を検出する
ことができる。従って、圧電型圧力センサ10の上に接触
している未知物体に基づく圧力分布を知ることができ
る。
に上方から未知物体が当接されると、その物体の加圧力
により、対応する圧電素子12において圧電効果を生じ、
制御線C1，C2，…Cmと読取線R1，R2，…Rnとを順次切換
えることにより、各センサ素子における圧力を検出する
ことができる。従って、圧電型圧力センサ10の上に接触
している未知物体に基づく圧力分布を知ることができ
る。
各センサ素子の圧力検出は連続的に行なわれる。すなわ
ち、すべてのセンサ素子における圧力が検出されると、
再度最初のセンサ素子が選択されて圧力が検出され、そ
れ以降上述したように順次センサ素子が選択されて、圧
力が検出される。この動作は、測定が終了するまで繰返
して行なわれる。
ち、すべてのセンサ素子における圧力が検出されると、
再度最初のセンサ素子が選択されて圧力が検出され、そ
れ以降上述したように順次センサ素子が選択されて、圧
力が検出される。この動作は、測定が終了するまで繰返
して行なわれる。
次に、第４図に示すデータ処理装置の動作について説明
する。
する。
センサ素子11のコンデンサ14には、圧力変化に相当する
チャージ電荷が蓄積される。センサ素子11から読取った
チャージ電荷に相当する電圧すなわちA/Dコンバータ25
の出力端子の電圧をＶとすると、逆圧電効果により、 Ｐ＝kV …（１） が成立する。なお、Ｐは圧力,kは比例定数である。
チャージ電荷が蓄積される。センサ素子11から読取った
チャージ電荷に相当する電圧すなわちA/Dコンバータ25
の出力端子の電圧をＶとすると、逆圧電効果により、 Ｐ＝kV …（１） が成立する。なお、Ｐは圧力,kは比例定数である。
ここで、Δｔ時間ごとに、連続してセンサ素子からチャ
ージ電荷を読取ると、読取りごとにセンサ素子はリセッ
トされるので、それ以降の圧力変化に相当するチャージ
電荷が蓄積されることになる。したがって、 ｔ＝Δｔ・ｎ とすると、測定からｔ時間後の圧力Ｐ（ｔ）について
は、 が成立する。なお、Ｖ（ｉ）はｉ番目の測定電圧であ
る。
ージ電荷を読取ると、読取りごとにセンサ素子はリセッ
トされるので、それ以降の圧力変化に相当するチャージ
電荷が蓄積されることになる。したがって、 ｔ＝Δｔ・ｎ とすると、測定からｔ時間後の圧力Ｐ（ｔ）について
は、 が成立する。なお、Ｖ（ｉ）はｉ番目の測定電圧であ
る。
以上のように、測定電圧を測定ごとに累積することによ
り、連続的に圧力を測定することができる。
り、連続的に圧力を測定することができる。
第１図に示すように、測定開始にあたって、各センサ素
子の荷重値Ｆが０にリセットされる。続いて、センサ素
子からの出力つまりA/Dコンバータの出力電圧が読込ま
れる。この読込みが第１回目であれば、リセット時点か
らの圧力変化分に応じた電圧値が読込まれ、第２回目以
降の読込みであれば、前回の読込み時点からの圧力変化
分に応じた電圧値が読込まれる。なお、第４図に示すピ
ークホールド回路24は、正電圧，負電圧のいずれについ
てもそのピーク値をホールドする。続いて、読込み電圧
から荷重変化量ΔＦを求める。たとえば、電荷量が増加
していれば、圧力値は増加し、逆に電荷量が減少してい
れば圧力値は減少する。すなわち、ΔＦは正負の符号を
有する。続いて、求められたΔＦを累積演算する。この
ようにして、上述のセンサ読込みから累積演算までの各
ステップを一定時間ΔＴごとに繰返すことにより、現在
の荷重値が得られる。
子の荷重値Ｆが０にリセットされる。続いて、センサ素
子からの出力つまりA/Dコンバータの出力電圧が読込ま
れる。この読込みが第１回目であれば、リセット時点か
らの圧力変化分に応じた電圧値が読込まれ、第２回目以
降の読込みであれば、前回の読込み時点からの圧力変化
分に応じた電圧値が読込まれる。なお、第４図に示すピ
ークホールド回路24は、正電圧，負電圧のいずれについ
てもそのピーク値をホールドする。続いて、読込み電圧
から荷重変化量ΔＦを求める。たとえば、電荷量が増加
していれば、圧力値は増加し、逆に電荷量が減少してい
れば圧力値は減少する。すなわち、ΔＦは正負の符号を
有する。続いて、求められたΔＦを累積演算する。この
ようにして、上述のセンサ読込みから累積演算までの各
ステップを一定時間ΔＴごとに繰返すことにより、現在
の荷重値が得られる。
第１図に示すフロー図は、１つのセンサ素子についての
動作を示しているが、データ処理装置には、各センサ素
子に対応するレジスタまたは記憶エリアが設けられてい
て、各レジスタまは記憶エリアにおいて各センサ素子か
らの出力値が累積演算される。このようにして、この検
出装置は、圧力分布の連続的な変化を検出することがで
きる。
動作を示しているが、データ処理装置には、各センサ素
子に対応するレジスタまたは記憶エリアが設けられてい
て、各レジスタまは記憶エリアにおいて各センサ素子か
らの出力値が累積演算される。このようにして、この検
出装置は、圧力分布の連続的な変化を検出することがで
きる。
なお、制御線および読取線の切換え順序は、上述のよう
な順序に制限されることがなく、任意な順序で行なうこ
とができる。また、読取線の数がそれほど多くないは場
合には、積分回路やピークホールド回路を各読取線ごと
に設ける構成としてもよい。
な順序に制限されることがなく、任意な順序で行なうこ
とができる。また、読取線の数がそれほど多くないは場
合には、積分回路やピークホールド回路を各読取線ごと
に設ける構成としてもよい。
［発明の効果］ この発明に係る圧力分布検出装置によれば、マトリクス
状に配置された圧電センサ素子の各々から一定時間ごと
に繰返して圧力変化分に相当する電圧データを読取る読
取手段と、読取手段の読取った電圧データから一定時間
ごとの圧力変化量を繰返し求め当該圧力変化量を各圧電
センサ素子別に一定時間ごとに繰返し累積演算する演算
手段とを設けたので、圧力分布の連続的な変化を測定す
ることができる。
状に配置された圧電センサ素子の各々から一定時間ごと
に繰返して圧力変化分に相当する電圧データを読取る読
取手段と、読取手段の読取った電圧データから一定時間
ごとの圧力変化量を繰返し求め当該圧力変化量を各圧電
センサ素子別に一定時間ごとに繰返し累積演算する演算
手段とを設けたので、圧力分布の連続的な変化を測定す
ることができる。
第１図はこの発明の一実施例の圧力分布検出装置に設け
られたデータ処理装置の動作を説明するためのフロー図
である。第２図はこの発明の一実施例の構成を示す概略
斜視図である。第３図はセンサ素子の等価回路図であ
る。第４図は圧力分布検出装置の概略を示すブロック図
である。第５図は従来の圧電型圧力センサの概略を示す
斜視図である。 図において、10は圧電型圧力センサ、11はセンサ素子、
12は圧電素子、13はトランジスタ、14はコンデンサ、21
は制御線切換回路、22は読取線切換回路、23は積分回
路、24はピークホールド回路、25はA/Dコンバータ、26
はデータ処理装置、27はマトリクス制御回路、C1，C2お
よびCmは制御線、R1，R2およびRnは読取線を示す。
られたデータ処理装置の動作を説明するためのフロー図
である。第２図はこの発明の一実施例の構成を示す概略
斜視図である。第３図はセンサ素子の等価回路図であ
る。第４図は圧力分布検出装置の概略を示すブロック図
である。第５図は従来の圧電型圧力センサの概略を示す
斜視図である。 図において、10は圧電型圧力センサ、11はセンサ素子、
12は圧電素子、13はトランジスタ、14はコンデンサ、21
は制御線切換回路、22は読取線切換回路、23は積分回
路、24はピークホールド回路、25はA/Dコンバータ、26
はデータ処理装置、27はマトリクス制御回路、C1，C2お
よびCmは制御線、R1，R2およびRnは読取線を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】マトリクス状に配置され、圧力変化に応じ
た電圧を出力する複数の圧電センサ素子と、 前記複数の圧電センサ素子の各々から一定時間ごとに繰
返して圧力変化分に相当する電圧データを読取るための
読取手段と、 前記読取手段の読取った電圧データから一定時間ごとの
圧力変化量を繰返し求め当該圧力変化量を各圧電センサ
素子別に一定時間ごとに繰返し累積演算する演算手段と
を備えた、圧力分布検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63211718A JPH076859B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 圧力分布検出装置 |
| US07/398,741 US4953410A (en) | 1988-08-25 | 1989-08-25 | Pressure distribution detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63211718A JPH076859B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 圧力分布検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0259633A JPH0259633A (ja) | 1990-02-28 |
| JPH076859B2 true JPH076859B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=16610450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63211718A Expired - Fee Related JPH076859B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 圧力分布検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4953410A (ja) |
| JP (1) | JPH076859B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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