(57)【要約】【課題】安価で使いやすく且つ信頼性の高い感圧センサを提供する。【解決手段】結合用インピーダンス素子７、基準抵抗１０及び感圧用電極４で構成される直流経路の先端の感圧用電極４の電圧や電流の値を計測演算出力部１４で検出して演算し、感圧用電極４と床面１７との間に形成されるコンデンサ１２のインピーダンスＺ５の変化によって感圧用電極４への押圧力の有無を容易に判断する。非常に簡便な配線が可能になると共に、感圧用電極４を床面１７上に載置するだけの簡便・簡単な取り付けで済むため、感圧用電極４の取り付けの自由度が高い。感圧用電極４の傾斜移動や断線についても、インピーダンスＺ５の過大な変化により容易に判別でき、信頼性が高い。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状のグランドに間隙を有して配置される感圧用電極と、
交流電源部の一側端子に接続される第１の結合用インピーダンス素子と、
前記交流電源部の他側端子に接続されて接地される第２の結合用インピーダンス素子と、
前記第１の結合用インピーダンス素子と前記感圧用電極との間に接続される基準抵抗と
を備える感圧センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の感圧センサであって、
前記グランドと前記感圧用電極との間に前記間隙を形成するための絶縁性または導電性の部材をさらに備える感圧センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の感圧センサであって、
前記感圧用電極が、主導電部が平面状に形成されてなることを特徴とする感圧センサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の感圧センサであって、
前記感圧用電極が、薄膜導電体または布状導電体から構成される感圧センサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の感圧センサであって、
前記感圧用電極が、防水シートでシールされてなることを特徴とする感圧センサ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の感圧センサであって、
前記感圧用電極が、絶縁部を介して互いに対向配置された一対の導電部の一方で構成されることを特徴とする感圧センサ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の感圧センサであって、
前記感圧用電極が、一対の平面状の絶縁部に挟まれて配置されたことを特徴とする感圧センサ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の感圧センサであって、
前記感圧用電極が、絶縁塗装されてなることを特徴とする感圧センサ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の感圧センサであって、
前記感圧用電極が、床敷の下方に配置されることを特徴とする感圧センサ。
【請求項１０】
平面状のグランドに間隙を有して配置される感圧用電極と、
交流電源部の一側端子に接続される第１の結合用インピーダンス素子と、
前記交流電源部の他側端子に接続されて接地される第２の結合用インピーダンス素子と、
前記第１の結合用インピーダンス素子と前記感圧用電極との間に接続される基準抵抗と、
前記感圧用電極の電流または電圧を検出し、その検出結果を所定の基準と比較し、その比較結果に基づいて前記物体の存在の有無を判断する計測演算出力部とを備える物体存在監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧力を検出する感圧センサに関し、特に人や物体の存在監視などに用いられる感圧センサ及び物体存在監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧力を検出する感圧センサとしては感圧導電ゴムを用いたセンサ（特開昭５８−０７９１２６号公報及び特開昭６２−１９０４２９号公報）や、メンブレン式センサーや、抵抗型の薄膜式のセンサが知られている。これらはいずれも、上下２つの電極が加圧時接触する方式である。
【０００３】
また、人間の存在を検出・監視するものとしては、赤外人感センサ、光センサ及びＣＣＤカメラなどが使用されてきた。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−０７９１２６号公報
【特許文献２】
特開昭６２−１９０４２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
感圧導電ゴムを用いたセンサ、メンブレン式センサー及び抵抗薄膜式センサのように、上下２つの電極が加圧時接触する方式のものでは、センサをそのまま立て掛けるなどの傾斜移動を受けるとセンサが不感となる難点がある。
【０００６】
また、赤外人感センサ、光センサ及びＣＣＤカメラの場合には、取り付け位置に制約があるほか、遮光によりセンサ機能を失うなどの欠点がある。
【０００７】
さらに、ＣＣＤカメラの場合には、画像処理などを伴うため、コスト高になるという難点がある。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、安価で使いやすく且つ信頼性の高い感圧センサ及び物体存在監視装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、平面状のグランドに間隙を有して配置される感圧用電極と、交流電源部の一側端子に接続される第１の結合用インピーダンス素子と、前記交流電源部の他側端子に接続されて接地される第２の結合用インピーダンス素子と、前記第１の結合用インピーダンス素子と前記感圧用電極との間に接続される基準抵抗とを備えるものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の感圧センサであって、前記グランドと前記感圧用電極との間に前記間隙を形成するための絶縁性または導電性の部材をさらに備えるものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の感圧センサであって、前記感圧用電極が、主導電部が平面状に形成されてなるものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の感圧センサであって、前記感圧用電極が、薄膜導電体または布状導電体から構成されるものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の感圧センサであって、前記感圧用電極が、防水シートでシールされてなるものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の感圧センサであって、前記感圧用電極が、絶縁部を介して互いに対向配置された一対の導電部の一方で構成されるものである。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の感圧センサであって、前記感圧用電極が、一対の平面状の絶縁部に挟まれて配置されたものである。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の感圧センサであって、前記感圧用電極が、絶縁塗装されてなるものである。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の感圧センサであって、前記感圧用電極が、床敷の下方に配置されるものである。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、平面状のグランドに間隙を有して配置される感圧用電極と、交流電源部の一側端子に接続される第１の結合用インピーダンス素子と、前記交流電源部の他側端子に接続されて接地される第２の結合用インピーダンス素子と、前記第１の結合用インピーダンス素子と前記感圧用電極との間に接続される基準抵抗と、前記感圧用電極の電流または電圧を検出し、その検出結果を所定の基準と比較し、その比較結果に基づいて前記物体の存在の有無を判断する計測演算出力部とを備えるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一の実施の形態に係る感圧センサの概要を示すブロック図である。この感圧センサは、通行人の検知を行う目的で、通路の床面等に配置されるものであって、図１の如く、センサ回路部１に電源プラグ２が電源線３を通じて接続されるとともに、当該センサ回路部１に感圧用電極４が接続線５を通じて接続されている。そして、感圧用電極４は、通路の床面との間に絶縁部１２ａが形成されることでコンデンサ１２が形成される。
【００２０】
図２は本発明の感圧センサ及び物体への接続構成を示す略等価回路図である。尚、コンデンサ１２は、通路部の絶縁抵抗（インピーダンスＺ４）１３を介してグランドＧから絶縁されているものとする。
【００２１】
図２において、商用交流電源部（電圧ｅ）６の一端が接地されており、この商用交流電源６の両端に結合用インピーダンス素子（電気容量Ｃ）７，８がそれぞれ接続されている。一方の結合用インピーダンス素子７のインピーダンスはＺ１に、他方の結合用インピーダンス素子８のインピーダンスはＺ２にそれぞれ設定されている。尚、両結合用インピーダンス素子７，８のインピーダンスＺ１，Ｚ２は、必ずしも等しく設定する必要はないが、いずれの結合用インピーダンス素子７，８をもグランドＧに接続できるように、望ましくは両インピーダンスＺ１，Ｚ２を等しく設定しておく。
【００２２】
両結合用インピーダンス素子７，８はさらに直流電源部（電圧Ｅ）９の負側端子に接続されている。この直流電源部９は、コンデンサ１２に接続可能な上述の感圧用電極４の電圧レベルを高めるために設けられており、その正側端子は、回路基準抵抗（抵抗Ｒ）１０を介して感圧用電極４に接続されている。
【００２３】
感圧用電極４と通路部間にはインピーダンスＺ５（電気容量Ｃ１）が形成される。感圧用電極４の具体的構成例については後述する。
【００２４】
尚、直流電源部９の負側端子は、回路絶縁部（インピーダンスＺ３）１１を介してグランドＧから絶縁されている。ただし、直流電源部９の負側端子と回路絶縁部（インピーダンスＺ３）１１との接続点は、回路内の基準電圧Ｖ０とされる。したがって、回路内の基準電圧Ｖ０は、商用交流電源部（電圧ｅ）６及びその両端の両結合用インピーダンス素子７，８の出力電圧となり、経時的に変化するよう設定される。
【００２５】
そして、回路基準抵抗１０と感圧用電極４との接続点は、感圧用電極４の物体存在監視（コンデンサ１２への接続／離脱検知）のための計測演算出力部１４に接続されている。この計測演算出力部１４は、回路基準抵抗１０を流れる電流及びこの回路基準抵抗１０と感圧用電極４との接続点の電圧を検出し、この検出結果に基づいて、後述の電圧変化量ΔＶ、電圧変化率または瞬断値を演算または計測することで、感圧用電極４がコンデンサ１２に接続しているか否かを判断するようになっている。この回路基準抵抗１０は、直流電源部９の負側端子と回路絶縁部（インピーダンスＺ３）１１との接続点の電位を基準電圧Ｖ０として動作する。
【００２６】
ここで、通路上に置かれた感圧用電極４は、通路面と電極部の間隙にコンデンサ（Ｃ１）１２が形成されている。感圧用電極４が加圧を受けると、通路面との間の間隙はより狭くなり、コンデンサ１２の電気容量は（Ｃ１＋△Ｃ１）と増大する。この容量変化（△Ｃ１）を電極部の電圧変化量（ΔＶ）として計測演算出力部１４によって検出した場合は、感圧用電極４に何らかの押圧力が印加されたものと判断することができる。
【００２７】
ここで、図２において、通路面と感圧用電極４との間のインピーダンスをＺ５とすれば、加圧前は、｜Ｚ５｜＝１／ωＣ１となり、交流出力電流Ｉ１≒ｅ／（Ｚ１＋Ｒ＋Ｚ５＋Ｚ４）、交流出力電圧Ｖ１＝Ｒ・Ｉ１である。
【００２８】
また、加圧後は、｜Ｚ５｜＝１／ω（Ｃ１＋ΔＣ１）となる。そうすると、このときの交流出力電流をＩ２、交流出力電圧をＶ２とすると、Ｉ２＞＞Ｉ１，Ｖ２＞＞Ｖ１となる。
【００２９】
これらの交流出力電流または交流出力電圧の変化を、計測演算出力部１４が検出した場合には、感圧用電極４に押圧力が印加されたものと判断する。
【００３０】
ところで、感圧用電極４が床面から浮き上がるように傾斜移動した場合や断線した場合には、｜Ｚ５｜＝１／ω（Ｃ１−ΔＣ１）となりΔＶや電圧変化率は共にマイナスの値をとる。
【００３１】
したがって、これらの変化を検出した場合には、感圧用電極４に異常があることが把握されるので、逆に人の存在が検知される。したがって、電圧変化量ΔＶ＝｜Ｖ２−Ｖ１｜や電圧変化率＝ΔＶ×１００／Ｖ１（％）を計測しこれが所定の基準値より大ならば通報（警報）などの信号を出す。このように、感圧用電極４の傾斜移動や断線の場合には、その旨を確実に判別でき、信頼性が高い。
【００３２】
感圧用電極４の加圧が人間の場合には、人間自身が導体であって電極として昨日することから、感圧用電極４を介して人間と通路面との間のインピーダンス（電気容量）が並列に加算されるので、電圧変化量ΔＶはより大きくなる。
【００３３】
但し、計測演算出力部１４の基準電圧Ｖ０は、商用交流電源部（電圧ｅ）６及びその両端の両結合用インピーダンス素子７，８の出力電圧となり、経時的に変化するものとなる。しかしながら、電圧変化量ΔＶ＝｜Ｖ２−Ｖ１｜や電圧変化率＝ΔＶ×１００／Ｖ１（％）あるいは瞬断値を所定の基準値と比較することに支障がないため、商用交流電源６を使用しても十分に正確な判断結果を得ることができる。
【００３４】
かかる感圧センサによれば、図１に示すように、１本の接続線５の先端に感圧用電極４を取り付け、この感圧用電極４を通路の床面に載置するだけでよいので、非常に簡便な配線が可能になると共に、極めて簡便・簡単な取り付けで済むため、感圧用電極４の取り付けの自由度が高い。
【００３５】
また、感圧用電極４が機械的に強い加圧や変形を受けても劣化しにくく、感圧センサの信頼性が高い。
【００３６】
次に、この感圧用電極４の具体的構成例について説明する。
【００３７】
｛第１の実施例｝
図３は感圧用電極４の外観斜視図、図４は同じくそのＡ−Ａ断面図を示している。
【００３８】
図３及び図４において、符合１５は感圧用電極４に接続線５をハンダ等で接続するための電極接続部、符合１６ａ，１６ｂは通路の床面１７から感圧用電極４を離間させるための絶縁性の脚部をそれぞれ示している。
【００３９】
この実施例では、感圧用電極４として防錆処理が施された塗装鉄板が使用され、脚部１６ａ，１６ｂには発泡ウレタンを使用している。
【００４０】
感圧用電極４が矢示方向Ｐ（図４）に加圧されると、感圧用電極４と通路の床面１７との間隙で構成されるコンデンサ１２は狭くなるため、電気容量に変化を生じる。感圧用電極４に対する加圧が人間の場合には、感圧用電極４を介して人間と通路の床面１７との間のインピーダンス（電気容量）がこれと並列に加算される。このときの全インピーダンス（電気容量）の変化を計測演算出力部１４が出力電圧変化として取り出すことができる。
【００４１】
また、この実施例のように、感圧用電極４を平面状（板状）に形成しているので、感圧センサの感応部を広域に設定し易い。
【００４２】
｛第２の実施例｝
図５は感圧用電極４の外観斜視図、図６は同じくそのＢ−Ｂ断面図を示している。
【００４３】
図５及び図６において、符合１９は感圧用電極４の下面に形成された突起部を示している。
【００４４】
この実施例では、感圧用電極４として真鍮板を使用し、突起部１９が、感圧用電極４（真鍮板）の下面に溶接された真鍮部材で構成されており、感圧用電極４と通路の床面１７との間の間隙でコンデンサ１２が形成されている。尚、通路の床面１７は絶縁樹脂やカーペット等の絶縁材料で覆われていることを前提としている。
【００４５】
感圧センサとしての動作については第１の実施例と同様である。さらに、この実施例では、第１の実施例に比べて構成が簡素化されるという利点がある。
【００４６】
｛第３の実施例｝
図７は感圧用電極４の外観斜視図、図８は同じくそのＣ−Ｃ断面図を示している。
【００４７】
この感圧用電極４は、アルミ箔で構成される薄膜導電体２０が利用され、この薄膜導電体２０（感圧用電極４）が、ＰＥＴフィルム等の一対の絶縁樹脂シート２１，２２の間に挟まれて構成されている。
【００４８】
２枚の絶縁樹脂シート２１，２２は、その周囲四辺２３において互いに接合されている。
【００４９】
この実施例では、加圧が人間によって行われる場合、感圧用電極４を介して人間と通路の床面１７と間に形成されるコンデンサ１２のインピーダンス（電気容量）が加算されるので、このときのインピーダンス（電気容量）の変化を出力電圧変化として検出した場合に、押圧力が印加されたものと判断できる。
【００５０】
尚、この実施例では、薄膜導電体にアルミ箔を用いているが、予め樹脂シートに薄膜を形成したものや、布状導電体などを用いることができる。あるいは、防水性をより高めるため、全体を防水布シートで袋状に覆ってもよい。
【００５１】
そして、感圧用電極４を平面状に形成しているので、感圧センサの感応部を広域に設定し易い。
【００５２】
｛第４の実施例｝
図９は感圧用電極４の外観斜視図、図１０は同じくそのＤ−Ｄ断面図を示している。
【００５３】
図９及び図１０において、互いに上下方向に離間して配置された２つの真鍮板からなる平面状導電体２５，２６が、その四辺２７でスポンジ状の可撓性の絶縁樹脂部材２８を介して接合シールされて接合部２９，３０が形成されている。そして、２つの平面状導電体２５，２６の間の空隙部及び絶縁樹脂部材２８によりコンデンサ１２が形成されている。そして、感圧用電極４は、上側の平面状導電体２５が利用される。
【００５４】
上方から押圧力が印加されると、上部の平面状導電体２５は下方に撓んだ形状となり、絶縁樹脂部材２８の厚さが減少する。
【００５５】
この実施例では、耐水性に富むと共に機械的に強い加圧を受けても劣化しにくい感圧センサを構成できる。
【００５６】
｛第５の実施例｝
図１１は感圧用電極４の外観斜視図、図１２は同じくそのＥ−Ｅ断面図を示している。
【００５７】
図１１及び図１２において、布状の導電体３１が、２枚の絶縁性のゴムシート３２，３３の間に挟まれ、さらに、この導電体３１の中央部下面と下側のゴムシート３３との間に、発泡ウレタン製等の弾性絶縁部材３４が設置されており、導電体３１と、この感圧用電極４が載置される通路の床面１７との間にコンデンサ１２が形成されている。
【００５８】
２枚のゴムシート３２，３３同士は、その四辺３５で接合部３６によって接合され且つ水密性にシールされている。
【００５９】
この実施例では、感圧用電極４が可撓性を有すると共に耐水性にも優れる特徴がある。
【００６０】
そして、感圧用電極４を平面状に形成しているので、感圧センサの感応部を広域に設定し易い。
【００６１】
｛第６の実施例｝
図１３は感圧用電極４の外観斜視図、図１４は感圧用電極４が収納されるカーペットタイルの例を示している。
【００６２】
図１３及び図１４において、感圧用電極４は真鍮板により構成され、この感圧用電極４のセンサ感度をよくするために、感圧用電極４の一辺の中央部３７は略Ｕ形に打ち抜き加工されている。
【００６３】
感圧用電極４の打ち抜き加工されている一辺の下面には、ゴム部材等の絶縁部材３８，３９が接合されており、これにより真鍮板である感圧用電極４は通路の床面１７状に載置された場合に傾斜して配置される。
【００６４】
そして、この感圧用電極４は、通路の床面１７上に配置されたカーペットまたはタイル等の床敷４０の下に収納される。
【００６５】
この実施例では、感圧用電極４がカーペットまたはタイル等の床敷４０といった敷物（カバー）に隠れて平面的に配置できるので、感圧用電極４の存在感を抑制できる利点がある。
【００６６】
尚、上記実施の形態では、センサ回路部１に電源プラグ２が電源線３を通じて接続されていたが、電源線３を省略して電源プラグ２を直接にセンサ回路部１に接続するようにしてもよい。
【００６７】
また、直流電源部９は感圧用電極４の電圧レベルを高める働きをするが、必要に応じこれを省略することも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１及び請求項１０に記載の発明によれば、第１の結合用インピーダンス素子、基準抵抗及び感圧用電極で構成される直流経路の先端の感圧用電極の電圧や電流の値を計測演算出力部等で検出して演算するだけで、平面状のグランドに間隙を有して配置される感圧用電極に押圧力が印加されたか否かを容易に判断できる。即ち、１本の接続線部の先端に感圧用電極を取り付け、この感圧用電極を物体に対して接触させるだけでよいので、非常に簡便な配線が可能になると共に、物体への電極接続・取り付けも、当該物体に対して挟み込んだり挿入したり吊したりするだけの簡便・簡単な取り付けで済むため、感圧用電極の取り付けの自由度が高い。
【００６９】
さらに、感圧用電極が傾斜移動したり断線してしまう場合もあり得るが、この場合に計測演算出力部が検出する電流値または電圧値の大きな変動を検出することができるので、物体に異常があることを感知できる。
【００７０】
請求項２に記載の発明によれば、絶縁性または導電性の部材によりグランドと感圧用電極との間に間隙を容易に形成できるので、感圧用電極とグランドとの間のコンデンサを容易に形成でき、押圧力が印加されたか否かの検知精度を容易に確保できる。
【００７１】
請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、感圧用電極が、例えば薄膜導電体または布状導電体等の平面部材から構成されるので、感圧センサの感応部を広域に設定し易くなり、また、感圧用電極が機械的に強い加圧や変形を受けても劣化しにくく、感圧センサが長寿命となる。
【００７２】
請求項５に記載の発明は、感圧用電極が、防水シートでシールされるので、感圧センサの防水性を確保できる。
【００７３】
請求項６に記載の発明は、感圧用電極が、絶縁部を介して互いに対向配置された一対の導電部の一方で構成されるので、感圧用電極とグランドとの間で容易にコンデンサを形成できる。
【００７４】
請求項７に記載の発明は、感圧用電極が、一対の平面状の絶縁部に挟まれて配置されるので、感圧用電極とグランドとの間で容易にコンデンサを形成できる。
【００７５】
請求項８に記載の発明は、感圧用電極が、絶縁塗装されてなるので、感圧用電極とグランドとの間で容易にコンデンサを形成できる。
【００７６】
請求項９に記載の発明は、感圧用電極が、カーペットまたはタイル等の床敷の下方に隠して平面的に配置できるので、感圧用電極の存在感を抑制できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態に係る感圧センサを示すブロック図である。
【図２】この発明の一の実施の形態に係る感圧センサの等価回路を示すブロック図である。
【図３】この発明の第１の実施例に係る感圧センサの感圧用電極を示す斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】この発明の第２の実施例に係る感圧センサの感圧用電極を示す斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】この発明の第３の実施例に係る感圧センサの感圧用電極を示す斜視図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】この発明の第４の実施例に係る感圧センサの感圧用電極を示す斜視図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】この発明の第５の実施例に係る感圧センサの感圧用電極を示す斜視図である。
【図１２】図１１のＥ−Ｅ断面図である。
【図１３】この発明の第６の実施例に係る感圧センサの感圧用電極を示す斜視図である。
【図１４】この発明の感圧用電極がカーペット等の床敷下に設置された状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１  センサ回路部
２  電源プラグ
３  電源線
４  感圧用電極
５  接続線
６  商用交流電源部
７，８  結合用インピーダンス素子
９  直流電源部
１０  回路基準抵抗
１２  コンデンサ
１４  計測演算出力部
【図１】
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【図２】
2004212183.tif 000004
【図３】
2004212183.tif 000005
【図４】
2004212183.tif 000006
【図５】
2004212183.tif 000007
【図６】
2004212183.tif 000008
【図７】
2004212183.tif 000009
【図８】
2004212183.tif 000010
【図９】
2004212183.tif 000011
【図１０】
2004212183.tif 000012
【図１１】
2004212183.tif 000013
【図１２】
2004212183.tif 000014
【図１３】
2004212183.tif 000015
【図１４】
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