(57)【要約】【課題】  圧力が加わる場所を特定できる圧力検出装置を提供する。【解決手段】  圧力検出装置１００は、一対の導電線２１、２３と、一対の導電線２１、２３間に介在して弾力性を有する樹脂２２とを有するケーブル２０と、計測器５０とを備え、導電線２１は、一端が計測器５０に接続されると共に他端が開放端とされ、導電線２３は、接地され、計測器５０は、導電線２１と接続される接続部５１と、接続部５１にパルス波を送出するパルス波発生部５２と、接続部５１の電圧変化を検知する電圧検知部５３と、接続部５１にパルス波が入力されてから、ケーブル２０で反射されるパルス波が接続部５１に入力するまでの時間を計測する時間計測部５４と、電圧検知部５３からの情報、及び、時間計測部５４からの情報に基づいて、ケーブル２０に加えられる圧力、及び、ケーブル２０におけるパルス波が反射される場所を演算する演算部５５とを有する。【選択図】    図３
2010256270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに一定の距離で離間する一対の導電線と、弾力性を有し、前記一対の導電線間に介在する樹脂と、を有するケーブルと、
計測器と、
を備え、
前記ケーブルは、前記一対の導電線のうち一方の導電線の一端が前記計測器に接続されると共に他端が開放端とされ、前記一対の導電線のうちの他方の導電線が接地され、
前記計測器は、
前記一方の導電線と接続される接続部と、
前記接続部にパルス波を送出するパルス波発生部と、
前記接続部の電圧変化を検知する電圧検知部と、
前記接続部に前記パルス波が入力されてから、前記ケーブルで反射されるパルス波が前記接続部に入力するまでの時間を計測する時間計測部と、
前記電圧検知部からの情報、及び、前記時間計測部からの情報に基づいて、前記ケーブルに加えられる圧力、及び、前記ケーブルにおける前記パルス波が反射される場所を演算する演算部と、
を有する
ことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
板状の基材を更に備え、
前記ケーブルは、前記基材上に固定されることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記ケーブルは、中心導体と外部導体とを有する同軸ケーブルであり、前記一方のケーブルが前記中心導体であり、前記他方のケーブルが前記外部導体であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物にかかる圧力の大きさを検出する手段として、圧力センサが用いられており、その一つとして、静電容量式の圧力センサが知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、このような静電容量式の圧力センサが記載されている。下記特許文献１に記載の圧力センサは、セラミック製の基板と、この基板と所定の間隔をあけて対向するように設けられ、外部から圧力が加わるダイアフラムと、基板におけるダイアフラム側の表面上に設けられる中央電極と、ダイアフラムにおける基板側の表面上に設けられる共通電極とを備えている。そして、中央電極と共通電極とが所定の間隔をあけて対向し、中央電極と共通電極とにより、所定の静電容量を有するキャパシタが形成されている。このような圧力センサにおいては、ダイアフラムに圧力がかかるとダイアフラムが基板側に移動する。そのため中央電極と共通電極との距離が変わり、キャパシタの静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を検出して、検出した静電容量を圧力に換算することで、圧力を検出することができるというものである（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３３８２７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載の圧力センサは、圧力を検出することはできるものの、上記ダイアフラムは、基板と１対１の対応であるため、上記特許文献１に記載の圧力センサは、１点の場所の圧力検出しかできない。従って、線上の特定の場所に圧力が加わる場合、圧力が加わる場所を特定することができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、圧力が加わる場所を特定できる圧力検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧力検出装置は、互いに一定の距離で離間する一対の導電線と、弾力性を有し、前記一対の導電線間に介在する樹脂と、を有するケーブルと、計測器と、を備え、前記ケーブルは、前記一対の導電線のうち一方の導電線の一端が前記計測器に接続されると共に他端が開放端とされ、前記一対の導電線のうちの他方の導電線が接地され、前記計測器は、前記一方の導電線と接続される接続部と、前記接続部にパルス波を送出するパルス波発生部と、前記接続部の電圧変化を検知する電圧検知部と、前記接続部に前記パルス波が入力されてから、前記ケーブルで反射されるパルス波が前記接続部に入力するまでの時間を計測する時間計測部と、前記電圧検知部からの情報、及び、前記時間計測部からの情報に基づいて、前記ケーブルに加えられる圧力、及び、前記ケーブルにおける前記パルス波が反射される場所を演算する演算部と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
このような圧力検出装置においては、ケーブルの一部に圧力が加えられると、この圧力は一対の導電線に伝わる。この一対の導電線は弾力性を有する樹脂を介して離間しているため、導電線に伝わる圧力に押されて導電線間の樹脂が変形し、導電線間の距離が変化する。こうして導電線間の距離が変化すると、圧力が加えられる場所における一対の導電線による静電容量が変化する。このように静電容量が変化すると、静電容量が変化する場所におけるケーブルのインピーダンスが不整合となる。このようなケーブルの一方の導電線の一端を計測器の接続部に接続して他端を開放端とし、他方の導電線を接地とする。そして、接続部を介して一方の導電線にパルス波発生部からパルス波を入力すると、圧力が加えられる場所で、パルス波の反射が起きる。この反射するパルス波の電圧は、静電容量の変化に応じて変化する。従って、この反射するパルス波による電圧変化を電圧検知部で検知して、この電圧変化の情報を演算部で演算することで、ケーブルに加えられる圧力を求めることができる。また、反射するパルス波が接続部に戻るまでの時間を時間計測部で計測し、この時間計測部の情報を演算部で演算することで、ケーブルにおけるパルス波が反射される場所を特定し、これをケーブルの圧力が加えられている場所として特定することができる。
【０００９】
また、上記圧力検出装置において、板状の基材を更に備え、前記ケーブルは、前記基材上に固定されることが好ましい。
【００１０】
このような圧力検出装置によれば、板状の基材によりケーブルの撓みが抑制され、より精度よく圧力を検出することができる。
【００１１】
また、上記圧力検出装置において、前記ケーブルは、中心導体と外部導体とを有する同軸ケーブルであり、前記一方のケーブルが前記中心導体であり、前記他方のケーブルが前記外部導体であることが好ましい。
【００１２】
このような圧力検出装置によれば、ケーブルの長手方向に垂直な方向であれば、どの方向からケーブルに圧力が加えられても、中心導体と外部導体との距離が変化するため、ケーブルに加えられる圧力を検出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧力が加わる場所を特定できる圧力検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力検出装置を示す平面図である。
【図２】図１に示すケーブル及び基材の長手方向に垂直な方向の断面における構造を示す断面図である。
【図３】図１に示すケーブルと計測器との接続、及び、計測器のブロック図を示す図である。
【図４】図３に示す計測器の動作を示すフローチャートである。
【図５】図２に示すケーブルの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る圧力検出装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る圧力検出装置を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、圧力検出装置１００は、基材１０と、基材１０上に固定されるケーブル２０と、ケーブル２０の一端と接続される計測器５０とを主な構成として備える。
【００１８】
基材１０は、ケーブル２０が固定される長さを有する板状の形状をしている。基材１０を構成する材料としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ガラスエポキシ、ポリイミド等の樹脂が挙げられる。中でも、ＰＣは強度が高いため、基材１０を薄く構成することができる観点から好ましい。
【００１９】
ケーブル２０は、一端２６が計測器５０に接続されており、他端２７が自由端となっている。
【００２０】
図２は、図１に示すケーブル２０及び基材１０の長手方向に垂直な方向の断面における構造を示す断面図である。図２に示すように、ケーブル２０は、同軸ケーブルであり、中心に導体の撚り線から成る中心導体２１を有しており、中心導体２１は、絶縁性樹脂からなり弾力性を有する内部絶縁層２２で被覆されている。この内部絶縁層２２の外周面上には、複数の線材が編まれている金属導体から成る外部導体２３が設けられている。さらに、外部導体２３は、絶縁性樹脂から成るジャケット２４で被覆されている。このようなケーブル２０においては、内部絶縁層２２がケーブル２０の長手方向およびケーブル２０の断面における周方向で一定の厚さであるため、一対の導電線としての中心導体２１及び外部導体２３は、一定の距離で離間している。
【００２１】
また、ケーブル２０の中心導体２１の材料としては、導体であれば特に制限されないが、例えば、銅やニッケル等が挙げられる。さらに、内部絶縁層２２の材料としては、弾力性を有する絶縁性の樹脂であれば特に制限がないが、例えば、ＰＰやポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＦＡ）、ＰＳなどが挙げられる。特にこれらの樹脂が発泡されていることが弾力性を向上させることから好ましい。また、外部導体２３の材料としては、金属導体であれば特に制限されないが、例えば、銅やニッケル等が挙げられる。また、ジャケット２４の材料としては、難燃性、耐水性、絶縁性等に優れた特性を有する材料が好ましい。このような材料としては、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体及びエチレンアクリル酸エチル共重合体などのエチレン系材料や、それらとポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、スチレン系エラストマなどのポリオレフィンとリン又は窒素を含む難燃剤や金属水酸化物などをブレンドした複合樹脂等が挙げられる。
【００２２】
このようなケーブル２０は、上記のように基材１０上に固定されている。具体的には、図１、図２に示すように、基材１０上には、基材１０の長手方向に沿ってフィルム１２が設けられている。このフィルム１２は、両縁が基材１０の一方の面上に固定されることで、基材１０上に固定されている。そして、ケーブル２０は、基材１０とフィルム１２との間に挟まれている。このようにケーブル２０が基材１０とフィルム１２との間に挟まれることで、ケーブル２０は、基材１０上に固定されている。
【００２３】
フィルム１２を構成する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ＰＢＴ、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）等が挙げられる。
【００２４】
図３は、図１に示すケーブル２０と計測器５０との接続、及び、計測器５０のブロック図を示す図である。計測器５０は、ケーブル２０に圧力が加えられた状態において、ケーブル２０にパルス波が入力されるとき、ケーブル２０で反射される反射パルス波を検知する。そして、この反射パルス波による情報を基にケーブル２０に加えられる圧力と、ケーブル２０に圧力が加えられる場所を計測する。
【００２５】
図３に示すように、計測器５０は、接続部５１と、接続部５１と電気的に接続されるパルス波発生部５２と、パルス波発生部５２及び接続部５１と電気的に接続される電圧検知部５３と、電圧検知部５３と電気的に接続される時間計測部５４と、電圧検知部５３及び時間計測部５４と電気的に接続される演算部５５とを有する。
【００２６】
接続部５１は、ケーブル２０の中心導体２１と接続される。なお、ケーブル２０の外部導体２３は、接地されている。
【００２７】
パルス波発生部５２は、所定の電圧で所定の幅のパルス波を発生し、パルス波を接続部５１に送出する。従って、このパルス波は、ケーブル２０に入力される。
【００２８】
電圧検知部５３は、接続部５１の電圧変化を検知する。具体的には、パルス波発生部５２からパルス波が接続部に送出されると、接続部５１においてパルス波による電圧の変化が生じる。電圧検知部５３は、この電圧変化を検知する。また、ケーブル２０から接続部に反射パルス波が入力される場合も、接続部における反射パルス波による電圧変化を検知する。また、電圧検知部は、検知した電圧変化の情報を時間計測部５４及び演算部５５に出力する。
【００２９】
時間計測部５４は、パルス波発生部５２から接続部５１にパルス波が送出されてから、ケーブル２０で反射される反射パルス波が接続部に戻るまでの時間を計測する。具体的には、パルス波発生部５２からパルス波が接続部５１に送出されることによる電圧検知部５３からの電圧変化の情報を受けてから、反射パルス波が接続部５１に入力されることによる電圧検知部５３からの電圧変化の情報を受けるまでの時間を計測する。また、時間計測部５４は、計測した時間の情報を演算部５５に出力する。
【００３０】
演算部５５は、図示しないメモリを有している。このメモリには、パルス波発生部５２から接続部５１にパルス波が送出されてから、ケーブル２０からの反射パルス波が接続部に戻るまでの時間と、接続部５１からケーブル２０のパルス波が反射する場所までの長さとの関係を示す第１テーブルが記憶されている。また、メモリには、反射パルス波の電圧の大きさとケーブル２０に加えられた圧力との関係を示す第２テーブルが記憶されている。演算部５５は、時間計測部５４からの情報及び第１テーブルを参照して、ケーブル２０におけるパルス波が反射される場所を演算する。さらに、演算部５５は、電圧検知部５３で検知される接続部５１における電圧変化の情報及び第２テーブルを参照して、ケーブル２０に加えられる圧力を演算する。
【００３１】
次に、圧力検出装置１００における圧力検出の動作について説明する。
【００３２】
図４は、図１に示す計測器５０の動作を示すフローチャートである。
【００３３】
まず、パルス波発生部５２から所定の電圧で所定の幅のパルス波が発生して接続部５１に送出される（Ｓｔｅｐ１）。そして、接続部５１からケーブル２０の中心導体２１にパルス波が入力される。
【００３４】
パルス波が接続部５１に送出されると、パルス波の電圧により接続部５１の電圧が変化し、電圧検知部５３は接続部５１の電圧変化を検知する（Ｓｔｅｐ２）。検知した電圧変化の情報は、時間計測部５４及び演算部５５に出力される。
【００３５】
時間計測部５４は、電圧検知部５３からの電圧変化の情報を受けると、内部タイマを作動させて、時間の計測を始める（Ｓｔｅｐ３）。
【００３６】
ここで、ケーブル２０に圧力が加えられる場合、この圧力が外部導体２３に伝わる。そして、上述のように外部導体２３と中心導体２１との間には弾力性を有する樹脂からなる内部絶縁層２２が介在する。ケーブル２０の圧力が加えられる場所においては、この内部絶縁層２２が変形することで、中心導体２１と外部導体２３との距離が小さくなる。従って、ケーブル２０の圧力が加えられる場所においては、インピーダンスが不整合となる。このため、ケーブル２０に圧力が加えられる場合、圧力が加えられる場所において、ケーブル２０に入力されたパルス波が反射する。こうして反射するパルス波は、反射パルス波として接続部５１に戻ってくる。また、ケーブル２０に圧力が加えられない場合、パルス波は、ケーブル２０の開放端となっている他端２７で反射して、反射パルス波として接続部５１に戻ってくる。
【００３７】
反射パルス波が、接続部５１に入力すると、反射パルス波の電圧により接続部５１の電圧が変化し、電圧検知部５３は接続部５１の反射パルス波による電圧変化を検知する（Ｓｔｅｐ４）。検知した電圧変化の情報は、時間計測部５４及び演算部５５に出力される。
【００３８】
時間計測部５４は、電圧検知部５３からの電圧変化の情報を受けると、内部タイマにより、パルス波が接続部に送出されてから反射パルス波が接続部に入力されるまでの時間を計測する（Ｓｔｅｐ５）。計測した時間の情報は演算部５５に出力される。
【００３９】
演算部５５は、時間計測部５４から時間の情報が入力されると、この時間の情報とメモリに記憶している第１テーブルを参照して、ケーブル２０におけるパルス波が反射される場所を演算する（Ｓｔｅｐ６）。そして、演算の結果、パルス波が反射される場所がケーブル２０の他端２７である場合には、圧力が加えられていないと判断して、その内容を示す情報を出力する。一方、演算の結果、パルス波が反射される場所がケーブルの途中である場合には、その場所を示す情報を出力する。
【００４０】
また、Ｓｔｅｐ４において、電圧検知部５３から演算部５５に電圧変化の情報が出力されると、その後、演算部５５は、電圧検知部５３から受けた電圧変化の情報及び第２テーブルの内容を参照して、ケーブル２０に加えられる圧力を演算する（Ｓｔｅｐ７）。そして、ケーブル２０に加えられる圧力を示す情報を出力する。なお、Ｓｔｅｐ６において、パルス波が反射される場所がケーブル２０の他端２７とされる場合には、圧力の演算を行わない。
【００４１】
本実施形態における圧力検出装置１００によれば、ケーブル２０の一部に圧力が加えられると、弾力性を有する内部絶縁層２２が変形して、内部絶縁層を介して離間している中心導体２１と外部導体２３との距離が変化する。従って、圧力が加えられる場所における中心導体２１と外部導体２３による静電容量が変化する。このように中心導体２１と外部導体２３による静電容量が変化すると、静電容量が変化する場所におけるケーブル２０のインピーダンスが不整合となる。このようなケーブル２０の中心導体２１の一端を計測器５０の接続部５１に接続して他端を開放端とし、外部導体２３を接地する。そして、接続部５１を介して中心導体２１にパルス波発生部５２からパルス波を入力すると、ケーブル２０に圧力が加えられている場合には、圧力が加えられている場所においてパルス波の反射が起きる。この反射パルス波の電圧は、圧力が加えられる場所の静電容量の変化に応じて変化する。従って、この反射パルス波による電圧変化を電圧検知部５３で検知して、この電圧変化の情報を演算部５５で演算することにより、ケーブル２０に加えられている圧力を求めることができる。また、反射パルス波が接続部５１に戻るまでの時間を時間計測部５４で計測し、この時間計測部５４の情報を演算部５５で演算することで、ケーブル２０の圧力が加えられている場所を特定することができる。
【００４２】
また、圧力検出装置１００は、板状の基材１０の表面にケーブル２０が固定されているため、圧力が加えられるときケーブル２０の撓みが抑制され、精度よく圧力を検出することができる。
【００４３】
また、圧力検出装置１００は、ケーブル２０が同軸ケーブルであるため、ケーブル２０の長手方向に垂直な方向からケーブル２０に圧力を加えれば、どの方向からケーブル２０に圧力が加えられても、中心導体２１と外部導体２３との距離が変化するため、ケーブル２０に加えられる圧力を検出することができる。
【００４４】
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
例えば、上述の実施形態では、ケーブル２０として同軸ケーブルを用いたが、本発明は、これに限らない。例えば、２つの導電線が、弾力性を有する樹脂を介して平行に配される２線平行ラインであっても良い。図５は、図２に示すケーブルの変形例を示す断面図である。図５の（Ａ）に示すケーブル６０は、弾力性を有する樹脂６３の中に、２枚の板状の導電線６１、６２が一定の間隔をあけて設けられる２線平行ラインである。このようなケーブル６０によれば、導電線６１、６２が板状であるので、導電線６１、６２による静電容量が大きくなり、より精度よく圧力の検出を行うことができる。また、図５の（Ｂ）に示すケーブル７０は、弾力性を有する樹脂７３の中に、２本の断面が円形の導電線７１、７２が一定の間隔をあけて設けられる２線平行ラインである。このようなケーブル７０によれば、２本の導電線７１、７２を結ぶ方向に垂直な方向に沿って圧力が加えられる場合、導電線７１、７２が離れる方向に移動する。この場合においてもケーブル７０に圧力が加えられる場所において、インピーダンス不整合が生じるので、圧力の検出を行うことができる。
【００４６】
また、上述の実施形態では、ケーブル２０は、基材１０の表面に固定されるフィルム１２と挟まれることで、基材１０の表面に固定されるが、本発明はこれに限らず、ケーブル２０と接着剤や他の方法により基材１０上に固定しても良い。
【００４７】
さらに、上述の実施形態では、ケーブル２０は、基材１０の表面に固定されるものとしたが、必ずしも基材１０は必要ない。例えば、ケーブル２０を測定場所となる床や壁等に直接設置しても良い。
【００４８】
また、計測器５０において、時間計測部５４は、電圧検知部５３からの情報に基づいて、時間を計測する構成とされたが、本発明はこれに限らず、時間計測部５４が直接パルス波を検知して時間を計測する構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、圧力が加わる場所を特定できる圧力検出装置が提供される。
【符号の説明】
【００５０】
１０・・・基材
１２・・・フィルム
２０・・・ケーブル
２１・・・中心導体
２２・・・内部絶縁層
２３・・・外部導体
２４・・・ジャケット
５０・・・計測器
５１・・・接続部
５２・・・パルス波発生部
５３・・・電圧検知部
５４・・・時間計測部
５５・・・演算部
６０・・・ケーブル
６１、６２・・・導電線
６３・・・樹脂
７０・・・ケーブル
７１、７２・・・導電線
７３・・・樹脂
１００・・・圧力検出装置
【図１】
2010256270.tif 000003
【図２】
2010256270.tif 000004
【図３】
2010256270.tif 000005
【図４】
2010256270.tif 000006
【図５】
2010256270.tif 000007