WO2022264641A1 - センサおよびセンサ処理装置 - Google Patents

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健一 森
亨 冨永
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株式会社村田製作所
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    • G—PHYSICS
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    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a sensor that detects static strain and micro-vibration.
  • the sensor of Patent Document 1 forms an electric resistor on the surface of a polymer piezoelectric material.
  • the sensor disclosed in Patent Literature 1 measures elastic waves (micro-vibrations) using a piezoelectric polymer.
  • the sensor of Patent Literature 1 measures static strain by resistance change of an electric resistor.
  • the sensor of Patent Document 1 measures static strain based on changes in the time constant caused by the resistance of the electrical resistor and the capacitance of the piezoelectric body. Therefore, the sensor of Patent Document 1 requires a pulse waveform and a timer for charging, and requires a complicated circuit.
  • one embodiment of the present invention aims to provide a sensor that detects both static strain and micro-vibration with a simpler configuration.
  • a sensor includes a piezoelectric body, an electric resistor arranged on a first main surface of the piezoelectric body, a vibration detection electrode arranged on a second main surface of the piezoelectric body, a second A resistive voltage divider circuit having one input terminal and a voltage dividing point, and a feedback processing circuit having a second input terminal.
  • the electrical resistor is connected to the voltage dividing point and the first input terminal, and the vibration detection electrode is connected to the second input terminal.
  • the sensor can detect static strain.
  • the sensor can detect even minute vibrations at a high level by converting electric charges generated when vibrations occur in the piezoelectric body into voltages using a feedback processing circuit with a large input impedance.
  • both static strain and microvibration can be detected with a simple configuration.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of the sensor 1;
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a resistive voltage dividing circuit 90;
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a feedback processing circuit 91;
  • FIG. 4A is a diagram showing the output voltage Vout of the feedback processing circuit 91, and
  • FIG. 4B is a diagram showing the output voltage e of the resistance voltage dividing circuit 90.
  • FIG. FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a feedback processing circuit 91B according to a modification;
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a resistive voltage dividing circuit 90A according to a modification;
  • 3 is a block diagram showing the configuration of a sensor processing device comprising a sensor 1 and a microcomputer 95;
  • FIG. 1 is a side sectional view of the sensor 1.
  • the sensor is attached to human skin and detects pulsation and static strain, which are minute vibrations.
  • the sensor 1 is attached to a detection target 2 such as human skin with an adhesive 5 .
  • the sensor 1 includes a piezoelectric body 40, an electric resistor 30 arranged on a first main surface 401 of the piezoelectric body 40, and a vibration detection electrode 50 arranged on a second main surface 402 of the piezoelectric body 40.
  • the sensor 1 has an insulator 60 arranged to face the second main surface 402 of the piezoelectric body 40 and a shield electrode 70 .
  • the insulator 60 has a third principal surface 601 and a fourth principal surface 602 , with the third principal surface 601 facing the second principal surface 402 of the piezoelectric body 40 .
  • the shield electrode 70 is arranged on the fourth main surface 602 of the insulator 60 .
  • the insulator 60 and the shield electrode 70 are not essential components in the present invention.
  • the piezoelectric body 40 is made of, for example, a ceramic or polymer-based piezoelectric material.
  • Polymer piezoelectric materials include, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) or uniaxially stretched polylactic acid.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the piezoelectric constant of uniaxially stretched polylactic acid belongs to the class of very high polymers. That is, minute vibration and static strain can be detected with high sensitivity.
  • polylactic acid does not have pyroelectricity, the amount of electric charge generated does not change even when heat is transferred to human skin. Therefore, polylactic acid is suitable as a sensor to be attached to human skin or the like.
  • the piezoelectric constant of polylactic acid does not fluctuate over time and is extremely stable.
  • the insulator 60 is made of, for example, polyethylene terephthalate (PET) or polymethyl methacrylate resin (PMMA).
  • the electric resistor 30, the vibration detection electrode 50, and the shield electrode 70 are made of a metal thin film such as a copper-nickel alloy or a nickel-chromium alloy.
  • the vibration detection electrode 50 is a solid electrode covering substantially the entire second main surface 402 of the piezoelectric body 40 .
  • the shield electrode 70 is a solid electrode having substantially the same area as the vibration detection electrode 50 in plan view, and covers substantially the entire surface of the vibration detection electrode 50 via the insulator 60 .
  • the electric resistor 30 is patterned, for example, in a meandering shape in plan view.
  • the electric resistor 30 is connected to the resistive voltage dividing circuit 90 via wiring.
  • One of the wirings is connected to the resistance voltage dividing circuit 90 via the connection point P1, and the other is connected to the resistance voltage dividing circuit 90 via the connection point P2.
  • the shield electrode 70 is connected to the connection point P2.
  • the vibration detection electrode 50 is connected to the feedback processing circuit 91 via wiring and a connection point P3.
  • Feedback processing circuit 91 is connected to shield electrode 70 and electrical resistor 30 via connection point P2.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the resistive voltage dividing circuit 90.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the feedback processing circuit 91. As shown in FIG.
  • the resistive voltage dividing circuit 90 shown in FIG. 2 has a resistor R1, a resistor R2, and a resistor R3.
  • a connection point P1 corresponds to an input point (first input terminal) of the resistive voltage dividing circuit 90 .
  • the connection point P2 corresponds to the voltage dividing point of the resistive voltage dividing circuit 90 (the voltage dividing point by the resistor R3 and the electrical resistor 30).
  • a resistor R1, a resistor R2, a resistor R3, and an electrical resistor 30 form a bridge circuit.
  • a power supply voltage (bridge voltage) E is applied to the connection point P1, which is the first input terminal. Then, the resistance voltage dividing circuit 90 outputs an output voltage e, which is the potential difference between the connection point P2, which is the voltage dividing point, and the voltage dividing point (connection point) P4 of the resistors R1 and R2.
  • the output voltage e also changes.
  • the sensor 1 can measure the change in the resistance value of the electrical resistor 30 by measuring (measuring) the output voltage e. Then, the sensor 1 can obtain the strain by dividing the change in the resistance value by the gauge factor (the value determined by the material of the electrical resistor 30).
  • the sensor 1 can also measure the very small output voltage e with higher accuracy by connecting the connection point P2 and the connection point P4 to a differential amplifier circuit (not shown) to amplify the potential difference.
  • the feedback processing circuit 91 shown in FIG. 3 includes an operational amplifier OP.
  • the operational amplifier OP constitutes a voltage follower whose output is connected to the inverting input terminal.
  • the resistance value of the resistor R4 and the capacitance of the capacitor C are adjusted to a time constant for detecting the output voltage of the piezoelectric body 40 caused by minute vibrations of several hundred milliseconds, for example.
  • connection point P2 is connected to the shield electrode 70 and the electrical resistor 30 as described above and becomes a reference potential. If the electrical resistor 30 is used as a reference potential, the electrical resistor 30 also functions as a shield electrode by being electrically connected to the shield electrode 70 . That is, since both main surfaces of the vibration detection electrode 50 are covered with the shield electrode 70 of the reference potential and the electrical resistor 30, noise can be reduced. In particular, if the electric resistor 30 close to the detection object 2 is used as the reference potential, noise from the detection object 2 can be prevented, and minute signals can be detected with higher accuracy.
  • a connection point P3 corresponding to the second input terminal of the present invention is connected to the vibration detection electrode 50 .
  • a minute signal is input to the non-inverting input of the operational amplifier. Since the voltage follower configured by the operational amplifier OP has a very high input impedance, it can output the output voltage Vout without attenuating such a weak input signal. Therefore, the sensor 1 can detect minute vibrations occurring in the piezoelectric body 40 .
  • an analog filter circuit may be connected to reduce the noise, or noise reduction processing may be performed by digital signal processing.
  • FIG. 4A is a diagram showing the output voltage Vout of the feedback processing circuit 91
  • FIG. 4B is a diagram showing the output voltage e of the resistance voltage dividing circuit 90.
  • FIG. 4(A) the output voltage Vout of the feedback processing circuit 91 exhibits a stable voltage value of about 1 V when no minute vibration occurs. , shows a voltage fluctuation of 1 ⁇ 0.1 V or more.
  • the output voltage e of the resistance voltage dividing circuit 90 exhibits a voltage value of about 0.5 V when there is no distortion, whereas indicates a voltage value of about 0.7V.
  • the senor 1 does not use a complicated circuit such as a pulse waveform for charging or a timer. Both microvibration and static strain can be detected with only a simple circuit configuration consisting of
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of a feedback processing circuit 91B according to a modification. Configurations common to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the feedback processing circuit 91B is a non-inverting amplifier circuit.
  • connection point P2 is connected to the inverting input terminal (reference input terminal) of the operational amplifier OP via the resistor R5. That is, the shield electrode 70 and the electrical resistor 30 are connected to the reference input terminal of the non-inverting amplifier circuit. Also, the output of the operational amplifier OP is connected to the reference input terminal via the resistor R6.
  • the output voltage Vout is amplified with respect to the voltage at the connection point P3 according to the amplification factor determined by the ratio of the resistance values of the resistors R5 and R6. That is, the output voltage Vout is (1+R6/R5) times the voltage at the connection point P3.
  • the feedback processing circuit 91B which is such a non-inverting amplifier circuit, can also output the output voltage Vout without attenuating a minute input signal.
  • the feedback processing circuit 91B amplifies the input voltage, it is possible to appropriately detect even an input signal for even minute vibrations by appropriately setting the resistance values of the resistors R5 and R6.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of a resistive voltage dividing circuit 90A according to a modification. Configurations common to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the resistive voltage dividing circuit 90A has a resistor R7.
  • the connection point P1 corresponds to the input point (first input terminal) of the resistive voltage dividing circuit 90A.
  • the connection point P2 corresponds to the voltage dividing point of the resistive voltage dividing circuit 90A (the voltage dividing point by the resistor R7 and the electrical resistor 30).
  • a power supply voltage E is applied to the connection point P1, which is the first input terminal. Then, the resistance voltage dividing circuit 90A outputs the voltage at the connection point P2, which is the voltage dividing point, as the output voltage e.
  • the resistance value of the electrical resistor 30 changes.
  • the sensor 1 can measure the change in the resistance value of the electrical resistor 30 by measuring the output voltage e. Then, the sensor 1 can obtain the strain by dividing the change in the resistance value by the gauge factor (the value determined by the material of the electrical resistor 30).
  • the sensor 1 can detect static strain even with a simpler configuration.
  • the strain is small and the change in the resistance value of the electrical resistor 30 is slight, it is preferable to use the bridge circuit shown in FIG.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the sensor processing device consisting of the sensor 1 and the microcomputer 95. As shown in FIG. An output 900 of the resistance voltage dividing circuit 90 of the sensor 1 and an output 911 of the feedback processing circuit 91 are connected to the microcomputer 95 .
  • the microcomputer 95 corresponds to a processing unit that performs arithmetic processing, and performs arithmetic processing on the output of the feedback processing circuit 91 based on the output of the resistance voltage dividing circuit 90 . Further, the microcomputer 95 performs arithmetic processing on the output of the resistance voltage dividing circuit 90 based on the output of the feedback processing circuit 91 . For example, when the sensor 1 is attached to the human skin to detect the pulse as described above, the resistance voltage dividing circuit 90 detects a large strain of the skin, and the feedback processing circuit 91 detects the pulsation.
  • the microcomputer 95 determines that accurate pulsation cannot be obtained, and invalidates the pulsation detected by the feedback processing circuit 91 . This allows the sensor processing circuitry to accurately detect the pulse. Further, for example, when the sensor 1 is attached to a soft robot hand and used to adjust the gripping force, the deformation and deformation amount of the robot hand can be detected by the resistance voltage dividing circuit 90 . The microcomputer 95 can adjust the grip force based on the amount of deformation, for example. Further, the feedback processing circuit 91 can detect slippage of the gripped object due to gravity.
  • the microcomputer 95 determines that there is a risk of the gripped object falling, and offsets the output of the resistance voltage dividing circuit 90 .
  • the grasping force of the robot hand is increased by compensating for the amount of deformation corresponding to the offset. As a result, a robot hand that reduces the risk of falling can be realized.
  • the skin is shown as the detection object 2, and an example of detecting human pulsation and strain is shown.
  • the detection object 2 may also be a robot arm.
  • the sensor 1 can detect mechanical minute vibrations and large strains.

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Abstract

センサ（１）は、圧電体（４０）と、前記圧電体（４０）の第１主面（４０１）に配置された電気抵抗体（３０）と、前記圧電体（４０）の第２主面（４０２）に配置された振動検知電極（５０）と、第１入力端子（Ｐ１）および分圧点（Ｐ２）を有する抵抗分圧回路（９０）と、第２入力端子（Ｐ３）を有する帰還処理回路（９１）と、を備える。そして、前記電気抵抗体（３０）は、前記分圧点および前記第１入力端子（Ｐ１）に接続され、前記振動検知電極（５０）は、前記第２入力端子（Ｐ３）に接続される。

Description

センサおよびセンサ処理装置
　本発明の一実施形態は、静的ひずみおよび微小振動を検出するセンサに関する。
　特許文献１のセンサは、高分子圧電体表面に電気抵抗体を形成している。特許文献１のセンサは、高分子圧電体で弾性波（微小振動）を計測する。また、特許文献１のセンサは、電気抵抗体の抵抗変化で静的ひずみを計測する。
特開２００７－１７０９４２号公報
　特許文献１のセンサは、電気抵抗体の抵抗と圧電体の容量による時定数の変化によって静的ひずみを計測する。したがって、特許文献１のセンサは、充電用のパルス波形とタイマーが必要となり、複雑な回路が必要になる。
　そこで、本発明の一実施形態は、より簡単な構成で静的ひずみおよび微小振動の両方を検出するセンサを提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態に係るセンサは、圧電体と、前記圧電体の第１主面に配置された電気抵抗体と、前記圧電体の第２主面に配置された振動検知電極と、第１入力端子および分圧点を有する抵抗分圧回路と、第２入力端子を有する帰還処理回路と、を備える。そして、前記電気抵抗体は、前記分圧点および前記第１入力端子に接続され、前記振動検知電極は、前記第２入力端子に接続される。
　圧電体にひずみが生じると電気抵抗体の抵抗が変化する。電気抵抗体の抵抗が変化すると抵抗分圧回路の出力電圧が変化する。したがって、センサは、静的ひずみを検出することができる。また、センサは、圧電体に振動が生じると発生した電荷を入力インピーダンスの大きい帰還処理回路により電圧に変換することで、微少な振動であっても高レベルで検出することができる。
　この発明の一実施形態によれば、簡単な構成で静的ひずみおよび微小振動の両方を検出することができる。
センサ１の側面断面図である。 抵抗分圧回路９０の構成を示す回路図である。 帰還処理回路９１の構成を示す回路図である。 図４（Ａ）は、帰還処理回路９１の出力電圧Ｖｏｕｔを示す図であり、図４（Ｂ）は、抵抗分圧回路９０の出力電圧ｅを示す図である。 変形例に係る帰還処理回路９１Ｂの構成を示す回路図である。 変形例に係る抵抗分圧回路９０Ａの構成を示す回路図である。 センサ１およびマイコン９５からなるセンサ処理装置の構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して、本発明のセンサについて説明する。図１は、センサ１の側面断面図である。センサは、例えば人の皮膚に貼り付けて、微少振動である脈動および静的ひずみを検出する。センサ１は、人の皮膚などの検出対象物２に粘着剤５で貼り付けられる。
　センサ１は、圧電体４０と、該圧電体４０の第１主面４０１に配置された電気抵抗体３０と、該圧電体４０の第２主面４０２に配置された振動検知電極５０と、を備える。さらに、センサ１は、圧電体４０の第２主面４０２に対向して配置された絶縁体６０と、シールド電極７０と、を有する。絶縁体６０は、第３主面６０１および第４主面６０２を有し、第３主面６０１が圧電体４０の第２主面４０２に対向して配置される。また、シールド電極７０は、絶縁体６０の第４主面６０２に配置される。ただし、絶縁体６０およびシールド電極７０は本発明において必須の構成ではない。
　圧電体４０は、例えばセラミックスあるいはポリマー系の圧電材料からなる。ポリマー圧電材料は、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）あるいは一軸延伸されたポリ乳酸等を含む。一軸延伸されたポリ乳酸の圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。すなわち、微少振動および静的ひずみを高感度に検出することができる。また、ポリ乳酸は、焦電性がないため、人の皮膚などに熱が伝わる場合であっても、発生する電荷量が変化することがない。したがって、ポリ乳酸は、人の皮膚などに貼り付けるセンサとして好適である。さらに、ポリ乳酸の圧電定数は経時的に変動することがなく、極めて安定している。
　絶縁体６０は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）あるいはポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等からなる。
　電気抵抗体３０、振動検知電極５０、およびシールド電極７０は、銅ニッケル合金あるいはニッケルクロム合金等の金属薄膜からなる。
　振動検知電極５０は、圧電体４０の第２主面４０２の略全面を覆うベタ電極である。シールド電極７０は、平面視すると振動検知電極５０の面積と略同一のベタ電極であり、絶縁体６０を介して、振動検知電極５０の略全面を覆う。電気抵抗体３０は、例えば平面視してミアンダ状にパターニングされている。
　電気抵抗体３０は、配線を介して抵抗分圧回路９０に接続される。配線の一方は、接続点Ｐ１を介して抵抗分圧回路９０に接続され、他方は接続点Ｐ２を介して抵抗分圧回路９０に接続される。また、シールド電極７０は、接続点Ｐ２に接続される。また、振動検知電極５０は、配線および接続点Ｐ３を介して帰還処理回路９１に接続される。帰還処理回路９１は、接続点Ｐ２を介してシールド電極７０および電気抵抗体３０に接続される。
　図２は、抵抗分圧回路９０の構成を示す回路図である。図３は、帰還処理回路９１の構成を示す回路図である。
　図２に示す抵抗分圧回路９０は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、および抵抗Ｒ３を有する。接続点Ｐ１は、抵抗分圧回路９０の入力点（第１入力端子）に対応する。接続点Ｐ２は、抵抗分圧回路９０の分圧点（抵抗Ｒ３および電気抵抗体３０による分圧点）に対応する。抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、および電気抵抗体３０は、ブリッジ回路を構成する。
　第１入力端子である接続点Ｐ１には、電源電圧（ブリッジ電圧）Ｅが印加される。すると、抵抗分圧回路９０は、分圧点である接続点Ｐ２と、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の分圧点（接続点）Ｐ４と、の電位差である出力電圧ｅを出力する。
　ここで、検出対象物２が変形して圧電体４０がひずむと、ミアンダ状にパターニングされた電気抵抗体３０の形状が変化するため、電気抵抗体３０の抵抗値が変化する。電気抵抗体３０の抵抗値が変化すると出力電圧ｅも変化する。例えば、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３および電気抵抗体３０の抵抗値が全てＲであり、電気抵抗体３０の抵抗値の変化がΔＲである場合、出力電圧ｅは、ｅ＝（１／４）・（ΔＲ／Ｒ）・Ｅで表される。
　これにより、センサ１は、出力電圧ｅを測定（計測）することで、電気抵抗体３０の抵抗値の変化を測定することができる。そして、センサ１は、抵抗値の変化をゲージ率（電気抵抗体３０の材料で決まる値）で除算すれば、ひずみを求めることができる。
　なお、センサ１は、接続点Ｐ２および接続点Ｐ４を差動増幅回路（不図示）に接続して、電位差を増幅することにより、微少な出力電圧ｅをより高精度に測定することもできる。
　次に、図３に示す帰還処理回路９１は、オペアンプＯＰを備える。オペアンプＯＰには、並列接続される圧電体４０、抵抗Ｒ４およびコンデンサＣからなる回路が接続される。オペアンプＯＰは、出力が反転入力端子に接続されたボルテージフォロワを構成する。抵抗Ｒ４の抵抗値およびコンデンサＣの容量は、例えば数１００ｍｓｅｃ程度の微少振動により生じる圧電体４０の出力電圧を検出するための時定数に調整される。
　接続点Ｐ２は、上述の様にシールド電極７０および電気抵抗体３０に接続され、基準電位になる。電気抵抗体３０を基準電位とすれば、シールド電極７０と電気的に接続されていることで、電気抵抗体３０もシールド電極として機能する。すなわち、振動検知電極５０は、基準電位のシールド電極７０および電気抵抗体３０により両主面が覆われるため、ノイズを低減することができる。特に、検出対象物２に近い電気抵抗体３０を基準電位とすれば、検出対象物２からのノイズを防止することができ、微少な信号をより高精度に検出することができる。
　本発明の第２入力端子に対応する接続点Ｐ３は、振動検知電極５０に接続される。圧電体４０に振動が生じるとオペアンプの非反転入力に微少な信号が入力される。オペアンプＯＰにより構成されるボルテージフォロワは非常に高い入力インピーダンスを有するため、この様な微少な入力信号を減衰することなく出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。したがって、センサ１は、圧電体４０に生じる微少振動を検出することができる。
　なお、仮に出力電圧Ｖｏｕｔにハムノイズ等が重畳される場合には、例えばアナログフィルタ回路を接続して該ノイズを低減してもよいし、デジタル信号処理によりノイズ低減処理を行ってもよい。
　図４（Ａ）は、帰還処理回路９１の出力電圧Ｖｏｕｔを示す図であり、図４（Ｂ）は、抵抗分圧回路９０の出力電圧ｅを示す図である。図４（Ａ）に示す様に、帰還処理回路９１の出力電圧Ｖｏｕｔは、微小振動が生じていない状態では１Ｖ程度の安定した電圧値を示すのに対して、微小振動が生じた場合には、１±０．１Ｖ以上の電圧変動を示す。また、図４（Ｂ）に示す様に、抵抗分圧回路９０の出力電圧ｅは、ひずみが生じていない場合には０．５Ｖ程度の電圧値を示すのに対して、ひずみが生じた場合には０．７Ｖ程度の電圧値を示す。
　したがって、センサ１は、充電用のパルス波形やタイマー等の複雑な回路を用いずに、圧電体、電気抵抗体、振動検知電極、抵抗分圧回路（抵抗回路）、および帰還処理回路（オペアンプ）からなる簡易な回路構成だけで、微小振動および静的ひずみの両方を検出することができる。
　次に、図５は、変形例に係る帰還処理回路９１Ｂの構成を示す回路図である。図３と共通する構成は同一の符号を付し、説明を省略する。帰還処理回路９１Ｂは、非反転増幅回路である。
　接続点Ｐ２は、抵抗Ｒ５を介してオペアンプＯＰの反転入力端子（リファレンス入力端子）に接続される。つまり、シールド電極７０および電気抵抗体３０は、非反転増幅回路のリファレンス入力端子に接続される。また、オペアンプＯＰの出力は抵抗Ｒ６を介してリファレンス入力端子に接続される。
　出力電圧Ｖｏｕｔは、接続点Ｐ３の電圧に対して、抵抗Ｒ５および抵抗Ｒ６の抵抗値の比で決まる増幅率に応じて増幅される。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔは、接続点Ｐ３の電圧の（１＋Ｒ６／Ｒ５）倍になる。
　この様な非反転増幅回路である帰還処理回路９１Ｂにおいても、微少な入力信号を減衰することなく出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。かつ、帰還処理回路９１Ｂは、入力電圧を増幅するため、抵抗Ｒ５および抵抗Ｒ６の抵抗値を適切に設定すれば、さらに微少な振動に対する入力信号であっても適切に検出することができる。
　図６は、変形例に係る抵抗分圧回路９０Ａの構成を示す回路図である。図２と共通する構成は同一の符号を付し、説明を省略する。抵抗分圧回路９０Ａは、抵抗Ｒ７を有する。接続点Ｐ１は、抵抗分圧回路９０Ａの入力点（第１入力端子）に対応する。接続点Ｐ２は、抵抗分圧回路９０Ａの分圧点（抵抗Ｒ７および電気抵抗体３０による分圧点）に対応する。
　第１入力端子である接続点Ｐ１には、電源電圧Ｅが印加される。すると、抵抗分圧回路９０Ａは、分圧点である接続点Ｐ２の電圧を出力電圧ｅとして出力する。ここで、検出対象物２が変形して圧電体４０がひずみ、電気抵抗体３０にひずみが生じると、電気抵抗体３０の抵抗値が変化する。電気抵抗体３０の抵抗値が変化すると出力電圧ｅも変化する。例えば、抵抗Ｒ７の抵抗値がＲであり、電気抵抗体３０の抵抗値の変化がΔＲである場合、出力電圧ｅは、ｅ＝Ｅ／｛２＋（ΔＲ／Ｒ）｝で表される。
　これにより、図６に示す抵抗分圧回路９０Ａにおいても、センサ１は、出力電圧ｅを測定すれば、電気抵抗体３０の抵抗値の変化を測定することができる。そして、センサ１は、抵抗値の変化をゲージ率（電気抵抗体３０の材料で決まる値）で除算すれば、ひずみを求めることができる。
　この様に、センサ１は、より簡易な構成であっても静的ひずみを検出することができる。ただし、ひずみが小さく、電気抵抗体３０の抵抗値の変化が微少な場合には、抵抗分圧回路は、より感度の高い図２に示したブリッジ回路を用いることが好ましい。
　次に、図７は、センサ１およびマイコン９５からなるセンサ処理装置の構成を示すブロック図である。マイコン９５には、センサ１の抵抗分圧回路９０の出力９００と、帰還処理回路９１の出力９１１とが接続される。
　マイコン９５は、演算処理を行う処理部に対応し、抵抗分圧回路９０の出力に基づいて帰還処理回路９１の出力の演算処理を行う。また、マイコン９５は、帰還処理回路９１の出力に基づいて抵抗分圧回路９０の出力の演算処理を行う。例えば、上述の様にセンサ１を人の皮膚に貼り付けて脈拍を検知する場合、皮膚の大きなひずみを抵抗分圧回路９０で検出し、脈動を帰還処理回路９１で検知する。そして、マイコン９５は、抵抗分圧回路９０で検出されるひずみ量が一定の値を超える場合、正確な脈動が取得できないと判断して、帰還処理回路９１で検出した脈動を無効にする。これにより、センサ処理回路は、脈拍を正確に検出することができる。また、例えばセンサ１を柔らかいロボットハンドに貼り、把持力の調整に使用する場合、該ロボットハンドの変形および変形量を抵抗分圧回路９０で検出することができる。マイコン９５は、例えば変形量に基づいて把持力を調整することができる。また、帰還処理回路９１は、把持物の重力による滑りを検出することができる。マイコン９５は、帰還処理回路９１で検出した滑りが一定の値を超える場合、把持物の落下の危険性があると判定し、抵抗分圧回路９０の出力をオフセットさせる。オフセット分の変形量を補完することによって、ロボットハンドの把持力を増加させる。これにより、落下の危険性を抑えたロボットハンドを実現することができる。
　本実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　例えば、上記実施形態では検出対象物２として皮膚を示し、人の脈動およびひずみを検出する例を示した。しかし、例えば検出対象物２は、ロボットアームであってもよい。この場合、センサ１は、機械的な微少振動と大きなひずみ検出することができる。
１…センサ
２…検出対象物
５…粘着剤
３０…電気抵抗体
４０…圧電体
５０…振動検知電極
６０…絶縁体
７０…シールド電極
９０…抵抗分圧回路
９０Ａ…抵抗分圧回路
９１…帰還処理回路
９１Ｂ…帰還処理回路
９５…マイコン

Claims (9)

  1. 　圧電体と、
    　前記圧電体の第１主面に配置された電気抵抗体と、
    　前記圧電体の第２主面に配置された振動検知電極と、
    　第１入力端子および分圧点を有する抵抗分圧回路と、
    　第２入力端子を有する帰還処理回路と、
    　を備え、
    　前記電気抵抗体は、前記分圧点および前記第１入力端子に接続され、
    　前記振動検知電極は、前記第２入力端子に接続される、
    　センサ。
  2. 　前記帰還処理回路はボルテージフォロワを含む、
    　請求項１に記載のセンサ。
  3. 　前記帰還処理回路は非反転増幅回路を含む、
    　請求項１に記載のセンサ。
  4. 　前記電気抵抗体は、前記非反転増幅回路のリファレンス入力端子に接続される、
    　請求項３に記載のセンサ。
  5. 　前記抵抗分圧回路はブリッジ回路である、
    　請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のセンサ。
  6. 　前記ブリッジ回路に接続される差動増幅回路をさらに備える、
    　請求項５に記載のセンサ。
  7. 　第３主面および第４主面を有し、前記第３主面が前記第２主面に対向して配置される絶縁体と、
    　前記絶縁体の前記第４主面に配置されるシールド電極と、を備えた、
    　請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のセンサ。
  8. 　請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のセンサと、
    　前記帰還処理回路の出力に基づいて前記抵抗分圧回路の出力を調整する処理部と、を備えた、
    　センサ処理装置。
  9. 　請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のセンサと、
    　前記抵抗分圧回路の出力に基づいて前記帰還処理回路の出力を調整する処理部と、を備えた、
    　センサ処理装置。
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