(57)【要約】【課題】  精度低下を回避しつつ、記憶すべき校正データを少なくすることが可能となる感圧センサのキャリブレーション方法を提供する。【解決手段】  複数個の感圧素子が分散配置された感圧センサのキャリブレーション方法であって、複数個の感圧素子ごとに、出力Ｘ対圧力Ｐの実測データに基づいて出力Ｘ対圧力Ｐの関係を表わす近似式を定める。【選択図】        図２
2005106513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の感圧素子が分散配置された感圧センサのキャリブレーション方法であって、
前記複数個の感圧素子ごとに、出力対圧力の実測データに基づいて出力対圧力の関係を表わす近似式を定める感圧センサのキャリブレーション方法。
【請求項２】
前記近似式として分子及び分母が共に出力の累乗項の線形形式で表わされた分数式を採用し、前記複数個の感圧素子ごとに前記分数式中の累乗項の係数を求める請求項１記載のキャリブレーション方法。
【請求項３】
前記累乗項の最高次数を一次とする請求項２記載のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の感圧素子が分散配置された感圧センサのキャリブレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記感圧センサは、例えば２枚の可撓性フィルムをスペーサによって微小間隙を隔てた状態で貼り合わせるとともに、一方のフィルム内面の電極上に他方のフィルム内面の電極に対向位置させて感圧インクを塗布した構造を採用している。この構造において圧力が印加されると、フィルムが撓んで一方のフィルム内面の感圧インク層が他方のフィルム内面の電極に接触し、印加圧力に応じて２枚のフィルムの電極間の電気抵抗が変化することから、この抵抗測定値に基づいて圧力を検出するようにしたものである（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記構造の感圧センサによって圧力分布の測定が可能となるが、感圧素子の数が増えるほど各素子間の特性のバラツキが大きくなるため、全感圧素子に同一の出力対圧力の関係式を設定した場合には、圧力の検出精度が低下する。特に感圧インクは電極上に印刷塗布されるため、印刷範囲が広くなるほどインク層の厚み等にバラツキが生じ、検出精度の低下につながる。
【０００４】
そこで、上記感圧センサのキャリブレーション方法に関連する従来技術として、自動車における乗員判別のために感圧センサを座席シートに設置して座圧分布を測定する場合に、複数個の感圧素子間のバラツキをキャリブレーションによって補正する技術が提案されている（特許文献２参照）。具体的には、感圧センサを座席シートに設置した状態で、感圧素子の出力対圧力の基準特性となる「狙い特性」を設定するとともに、圧力測定範囲内の１点において感圧素子ごとに実際の特性を測定して「狙い特性」と「実特性」との差を求め、この「狙い特性」と「実特性」の差を各感圧素子における圧力測定時の校正値としている。なお、特許文献２では、「狙い特性」及び「実特性」として、傾きが同じで平行移動した状態の直線式を用いている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５８８５２号公報
【特許文献２】特開２００２−７１４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献２に記載の従来技術では、圧力測定範囲内の１つの校正ポイントにおいて求めた校正値を全測定範囲内での測定値の補正に用いているので、各感圧素子の出力対圧力の関係式が「狙い特性」と同じ傾きの直線で表わせないような場合（例えば、直線でも傾きが異なる場合、関係式が曲線で表わされる場合など）には、上記校正ポイントから離れた測定範囲で補正の誤差が大きくなり、精度が低下する不都合がある。
【０００７】
上記従来技術の不都合を解消させるために、全測定範囲内において校正値を求める方法が可能であるが、校正ポイントを増やすと工数が多くなり、キャリブレーション工程での能率低下につながる。同時に、校正ポイントが多くなると、感圧素子ごとに校正データを記憶するために必要なメモリの数が多くなる不利もある。なお、メモリ数の増加を抑えるために、全測定範囲を小範囲に区切って小範囲ごとに校正値を求める方法が考えられるが、測定値を小範囲に振り分けるための場合分けの定数が必要となる上、小範囲内の校正ポイント以外では補正の精度が低下する。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、精度低下を回避しつつ、記憶すべき校正データを少なくすることが可能となる感圧センサのキャリブレーション方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る感圧センサのキャリブレーション方法の第一の特徴構成は、複数個の感圧素子が分散配置された感圧センサのキャリブレーション方法であって、前記複数個の感圧素子ごとに、出力対圧力の実測データに基づいて出力対圧力の関係を表わす近似式を定める点にある。
【００１０】
すなわち、感圧センサに分散配置された複数個の感圧素子ごとに、測定範囲内の圧力が異なる複数点で印加圧力に対する出力を実測し、その出力対圧力の実測データを用いて出力対圧力の関係を表わす近似式を定める。
ここで、本発明では、従来技術で述べたように感圧素子の出力対圧力の基準特性と実特性との差を校正値とするのではなく、各感圧素子の出力対圧力の実測データに基づいて各感圧素子の出力対圧力の近似式を定めるので、各感圧素子の出力対圧力の特性が種々異なるような場合でも、各感圧素子の出力対圧力の特性に適合した高精度の近似式を定めることができる。
また、本発明では、複数個の感圧素子ごとに上記のように定めた近似式自体、具体的には式を特定する数値が校正データとなるので、全測定範囲内の多数箇所での基準特性と実特性との差を校正データとするような構成に比べて、校正データの記憶量が少なくなる。
【００１１】
従って、精度低下を回避しつつ、記憶すべき校正データを少なくすることが可能となる感圧センサのキャリブレーション方法が提供される。
【００１２】
同第二の特徴構成は、上記第一の特徴構成に加えて、前記近似式として分子及び分母が共に出力の累乗項の線形形式で表わされた分数式を採用し、前記複数個の感圧素子ごとに前記分数式中の累乗項の係数を求める点にある。
【００１３】
すなわち、分子及び分母が共に出力の累乗項の線形形式で表わされた分数式は感圧素子の出力対圧力の特性を精度良く近似できることを確認した。また、上記分数式中の累乗項の係数が校正データとなるので校正データの記憶量が少なくなる。特に上記累乗項の線形形式が最高次数の累乗項と定数項（ゼロ乗項）だけを含む場合は、累乗項の係数は４個となって、校正データの記憶量が極めて少なくなる。
【００１４】
従って、高精度で且つ記憶すべき校正データ量が少ない感圧センサのキャリブレーション方法の好適な実施形態が提供される。
【００１５】
同第三の特徴構成は、上記第二の特徴構成に加えて、前記累乗項の最高次数を一次とする点にある。
すなわち、感圧素子の出力から圧力を第二の特徴構成に記載の分数式から求める場合に、先ず、分子及び分母の夫々について、感圧素子の出力に係数を掛ける掛け算とこれに定数を加える加算を行った後、得られた分子の値を分母の値で割る割り算を行うことで圧力値が求められる。
【００１６】
従って、掛け算と加算と割り算の比較的簡単な演算によって、感圧素子の出力から圧力を求めることができるので、例えば１チップマイコン等の演算能力の低い演算処理手段を用いて良好な圧力測定が可能となる感圧センサのキャリブレーション方法の好適な実施形態が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る感圧センサのキャリブレーション方法の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１（イ）に示すように、複数個の感圧素子１Ａが分散配置された感圧センサ１を圧力が可変できるセンサ加圧装置２内に設置するとともに、感圧センサ１の端部に取り付けたＥＣＵ（コントローラ）３を外部のパソコン等の検査装置４に接続して検査システムが構成される。
【００１８】
上記感圧センサ１は、図１（ロ）に構造の一例を示すように、２枚の可撓性フィルム１０ａ，１０ｂがスペーサ１３によって微小間隙（空間１４で示す）を隔てた状態で貼り合わされ、感圧素子１Ａが、２枚の可撓性フィルム１０ａ，１０ｂの一方の内面の電極１１ｂ上に形成した感圧抵抗層１２と、他方のフィルム１０ａの内面に前記感圧抵抗層１２の位置に対向させて形成した電極１１ａによって構成され、前記フィルム１０ａ，１０ｂが圧力を受けて撓んで当該受圧箇所の感圧抵抗層１２が前記電極１１ａに接触したときの両フィルム１０ａ，１０ｂの電極１１ａ，１１ｂ間の電気抵抗を圧力に対応した出力情報とする。
【００１９】
上記センサ加圧装置２は、図示はしないが、シート状の上記感圧センサ１を密閉した状態で収容して、フィルム面に対して加圧空気を供給してフィルム１０ａ，１０ｂを撓ませ、感圧抵抗層１２を電極１１ａに接触させる構成のものである。なお、このフィルム撓み時、空間１４内の空気は感圧センサ１に設けた逃がし弁（図示せず）を通して外部に排出される。
【００２０】
本発明の感圧センサ１のキャリブレーション方法は、前記複数個の感圧素子１Ａごとに、出力Ｘ対圧力Ｐ（ｋＰａ）の実測データに基づいて出力Ｘ対圧力Ｐ（ｋＰａ）の関係を表わす近似式を定める。出力Ｘは抵抗値である。
図２（イ）に示すように、例えば、２ｋＰａ，４ｋＰａ，７ｋＰａ，１０ｋＰａ，１５ｋＰａ，２０ｋＰａの６点において感圧センサ１を加圧し、各点における各感圧素子１Ａの出力値Ｘを測定する。これを実測データとする。
【００２１】
次に、図２（ロ）に示すように、上記実測データのうち、例えば２ｋＰａ，４ｋＰａ，１５ｋＰａの３点の実測データより、出力Ｘ対圧力Ｐ（ｋＰａ）の関係を表わす近似式として曲線Ｋを算出する。ここで、曲線Ｋの式としては、例えば各種次数の多項関数が採用できる。高精度の適合（フィッティング）曲線Ｋを求めるには、曲線Ｋの算出に用いる実測データの数を多くするか、近似式の形を変える（高次多項関数、指数関数等）等を行う。
【００２２】
そして、図２（ハ）に示すように、上記のようにして定めた適合（フィッティング）曲線Ｋのデータを前記ＥＣＵ３に記憶させ、以後、ある出力Ｘ（抵抗値）が得られたとき、出力Ｘ（抵抗値）から圧力Ｐへの変換は、曲線Ｋに出力Ｘを代入して行う。
【００２３】
具体的には、下式１のように、上記出力Ｘ対圧力Ｐ（ｋＰａ）の近似式（適合曲線Ｋ）として、分子及び分母が共に出力Ｘの累乗項Ｘｍ、Ｘｎの線形形式で表わされた分数式を採用して、複数個の感圧素子１Ａごとに前記分数式中の累乗項Ｘｍ、Ｘｎの係数を求める。式中、ｍ、ｎは実数であり、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が求めるべき係数である。なお、Ｃ２はｍ＝０の累乗項Ｘｍの係数、Ｃ４はｎ＝０の累乗項Ｘｎの係数として扱う。
〔式１〕  Ｐ＝（Ｃ１・Ｘｍ＋Ｃ２）／（Ｃ３・Ｘｎ＋Ｃ４）
【００２４】
従って、上記式１の適合曲線Ｋの場合は、式１で示される演算式の形と各感圧素子１Ａの係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の値をＥＣＵ３内のマイコン等のメモリに記憶するだけでよく、記憶容量は少なくて済む。
【００２５】
さらには、演算性能が低い１チップマイコン等を使用する場合には、近似式の次数が低いほど演算が容易で好ましいので、実際には、下式２ａのように、上記累乗項Ｘｍ、Ｘｎの最高次数を一次とする（ｍ、ｎを共に１）。さらに、記憶する係数の数を減らすために、実際に用いる下式２ｂでは、係数Ｃ３を１にして、他の各係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４をＣ３で規格化している。
〔式２ａ〕  Ｐ＝（Ｃ１・Ｘ＋Ｃ２）／（Ｃ３・Ｘ＋Ｃ４）
〔式２ｂ〕  Ｐ＝（Ｃ１・Ｘ＋Ｃ２）／（Ｘ＋Ｃ４）
【００２６】
次に、上記式２ｂ中の３つの係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４を下記の数１に示す式によって感圧素子１Ａごとに算出する。式中、２ｋＰａ印加時の圧力をＰ２、感圧素子１Ａの出力をＸ２で表わす。同様に、４ｋＰａ印加時の圧力をＰ４、感圧素子１Ａの出力をＸ４、２０ｋＰａ印加時の圧力をＰ２０、感圧素子１Ａの出力をＸ２０で表わす。
【００２７】
【数１】
2005106513.tif 000003
【００２８】
図３に上記キャリブレーションの実施手順を示す。なお、図３では、前記各係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４を補正パラメータと記載している。
先ず２ｋＰａの圧力を印加して、ＥＣＵ３に全感圧素子１Ａの検出データを入手し、その全感圧素子１Ａの検出データを検査装置（パソコン）４に転送する。同様に、４ｋＰａ印加時、２０ｋＰａ印加時の全感圧素子１Ａの検出データを入手して検査装置４に転送する。
次に、検査装置４では、前記数１の式によって感圧素子１Ａごとに補正パラメータＣ１，Ｃ２，Ｃ４を算出し、その感圧素子１Ａごとの補正パラメータＣ１，Ｃ２，Ｃ４をＥＣＵ３に転送して記憶させる。
【００２９】
〔別実施形態〕
上記実施形態では、３点での実測データより近似式を求める例を示したが、以下の式３や式４のように２点での実測データから求める近似式も可能である。
〔式３〕  Ｐ＝Ｃ５・Ｘ／（Ｘ＋Ｃ６）
〔式４〕  Ｐ＝Ｃ７／ＸＣ８
【００３０】
本発明のキャリブレーション方法の適用対象となる感圧センサは、図１に例示したものとは異なる構造の感圧センサにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のキャリブレーション方法を実施する装置の全体図と感圧センサの断面図
【図２】本発明のキャリブレーション方法の概念を説明する図
【図３】本発明のキャリブレーションの実施手順を示すフローチャート図
【符号の説明】
【００３２】
１          感圧デンサ
１Ａ        感圧素子
２          センサ加圧装置
３          ＥＣＵ
４          検査装置
【図１】
2005106513.tif 000004
【図２】
2005106513.tif 000005
【図３】
2005106513.tif 000006