(57)【要約】【課題】感圧装置を用いた侵入検出装置などに採用したものにあって、静電気などの放電により誤検知をなくして信頼性を高めたものである。【解決手段】圧電センサ１、この圧電センサ１の信号を増幅する増幅手段２と、この増幅手段２と並列にコンパレータなどによる除去手段５とを有し、この除去手段５に遅延手段を配置し、圧電センサ１からの信号が設定値を超えたときに除去手段５が出力信号を除去する構成とした。これによって、静電気による電圧の高い信号が入力されたときに、増幅手段２の出力を回路グランドレベルに落とすことができるため静電気の影響で、誤報を出すことがなく、信頼性の向上を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動や圧力変動により信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段の出力信号を増幅する増幅手段と、前記感圧手段の出力信号を受ける除去手段とを有し、前記感圧手段の出力信号が設定値を越えたときに除去手段により出力信号を除去するとともに、前記除去手段には遅延手段を有する構成とした感圧装置。
【請求項２】
増幅手段と並列に除去手段を配置する構成とした請求項１記載の感圧装置。
【請求項３】
除去手段は設定値を越える信号が入力されたときに、増幅手段の出力を回路基準電圧レベルに落とし、入力信号が設定値以上から設定値以下に変わる時に遅延させる構成とした請求項１記載の感圧装置。
【請求項４】
除去手段はコンパレータにより構成された請求項１記載の感圧装置。
【請求項５】
除去手段はウインドウコンパレータにより構成された請求項４記載の感圧装置。
【請求項６】
感圧手段は可撓性を有したケーブル状の圧電センサである請求項１記載の感圧装置。
【請求項７】
感圧手段は、中心電極と、前記中心電極に周設された感圧部材と、前記感圧部材に周設した外側電極とからなる請求項６記載の感圧装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項記載の感圧装置を障壁構造体に配置した侵入検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧装置、およびこの感圧装置を用いて住居の庭やベランダのフェンスや塀などの障壁構造体に設置する侵入検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の感圧装置を用いた侵入検出装置は、ベランダの手摺内部に感圧手段を内蔵し、ベランダからの侵入を報知するものがある。
【０００３】
具体的には、図１０〜図１２に示すように、ベランダ１０１などの障壁構造体に設置される手摺１０２に感圧手段１０３を内蔵している。
【０００４】
侵入を試みようとする者が手摺１０２に体重を掛けたときに、その内部に設置された感圧手段１０３が圧力変化に応じた信号を出力する。さらに述べると、感圧手段１０３から出力された信号は複数のオペアンプなどにより構成された増幅手段１０４より増幅され、侵入の判定を行う判定手段１０５が処理できる範囲の電圧まで増幅される。
【０００５】
そして、その信号があらかじめ設定された設定値より大であるときに判定手段１０５が侵入を判定し、スピーカなどの報知手段１０６を介して報知する（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−０６５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、静電気などにより誤動作するという課題があった。例えば、ベランダ１０１を通常使用している住人に静電気などがたまっていた場合、金属製の手摺１０２に接触した瞬間に静電気が放電する。
【０００７】
乾燥した冬場などは特に静電気による放電が多発する可能性が大である。そのときに手摺１０２の内部に配置された感圧手段１０３に電圧が励起され、瞬間的に大きな電気パルスとなる。
【０００８】
それが増幅手段１０４により増幅され、判定手段１０５に入力されると、あたかも大きな検知信号が感圧手段１０３から入力されたと判定し、侵入ありと誤報するという課題があった。
【０００９】
手摺１０３は金属で構成されているが、必ずしも接地されているとは限らないため、静電気の影響を受けてしまう。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、静電気放電による電気パルスを除去し、誤報することのない信頼性の高い感圧装置、およびそれを用いた侵入検知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】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の感圧装置は、振動や圧力変動により信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段の出力信号を増幅する増幅手段と、前記感圧手段の出力信号を受ける除去手段と、前記除去手段に遅延手段を有する構成とし、前記感圧手段の出力信号が設定値を越えたときに除去手段により出力信号を除去する構成とした。
【００１２】
これにより、誤動作をなくし、信頼性の高い感圧装置を提供できるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の感圧装置を用いた侵入検出装置は、静電気放電による電気パルスを除去し、侵入のないときに侵入ありと誤報することのない信頼性の高い感圧装置およびそれを用いた侵入検知装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、振動や圧力変動により信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段の出力信号を増幅する増幅手段と、前記感圧手段の出力信号を受ける除去手段とを有し、前記感圧手段の出力信号が設定値を越えたときに除去手段により出力信号を除去し、前記除去手段には遅延手段を有する構成とした。
【００１５】
これにより、静電気放電による電気パルスを急峻な立ち上がり時からなだらかな立下り時まで確実に除去し、信頼性の高い感圧装置を提供することができる。
【００１６】
第２の発明は、特に第１の発明において、増幅手段と並列に除去手段を配置する構成とした。
【００１７】
これにより、感圧手段からの正常な信号つまり侵入などによる出力信号は影響を受けることなく判定手段へ入力されるため、信頼性の高い感圧装置を提供することができる。
【００１８】
第３の発明は、特に第１の発明において、除去手段は設定値を越える信号が入力されたときに、増幅手段の出力を基準電圧レベルに落とし、入力信号が設定値以上から設定値以下に変わる時に遅延させる構成とした。
【００１９】
これにより、静電気放電による電気パルスを急峻な立ち上がり時から、なだらかな立下り時まで確実に除去しできる。そのとき、判定手段には回路基準電圧レベルの信号が入力されることになり、結果として、判定手段は検知信号なしと判定し報知手段は動作しないこととなる。
【００２０】
そのため、静電気により侵入ありと誤報を出すことがない信頼性の高い感圧装置を提供することができる。
【００２１】
第４の発明は、特に第１の発明において、除去手段はコンパレータにより構成されたものである。
【００２２】
これにより、コンパレータに接続された抵抗値により決められる設定値により動作し、圧電センサからの信号がその設定値を超えたときに出力を回路基準電圧レベルに落ちるため、静電気により侵入ありと誤報を出すことがない信頼性の高い感圧装置を提供することができる。
【００２３】
第５の発明は、特に第４の発明において、除去手段はウインドウコンパレータにより構成されたものである。
【００２４】
これにより、２つのコンパレータよりなるウインドウコンパレータの一方のコンパレータにより正側のパルスを除去し、もう一方のコンパレータにより負側のパルスを除去するため、正負双方の静電気パルスに対応することが可能となり、より信頼性の高い感圧装置を提供することができる。
【００２５】
第６の発明は、特に第１の発明において、感圧手段は可撓性を有したケーブル状の圧電センサで構成した。
【００２６】
感圧手段が可撓性を有していることにより障壁構造体の屈曲部や、検出手段に接続するために屋内に引き込む部分においても特別な工具や特別な技能等も必要なく容易に曲げて設置することができるので取り扱いが容易になる。
【００２７】
第７の発明は、特に第６の発明において、感圧手段は、中心電極と、前記中心電極に周設された感圧部材と、前記感圧部材に周設した外側電極で構成した。
【００２８】
これにより、感圧手段は同軸ケーブル状となるため、信号を伝達する中心電極に対し外側電極がシールドの役を果たし外来電磁波ノイズの影響を受けにくい物となる。
【００２９】
したがって、通信機器等を近くで使用したりしても感圧手段にノイズが重畳することの少ない信頼性の高い感圧装置を提供することができる。
【００３０】
第８の発明は、第１〜第７のいずれか１つの感圧装置を障壁構造体に配置する構成とした。
【００３１】
これにより、障壁を乗り越えて侵入を試みる侵入者を確実に検出することができる侵入検出装置を提供することができる。 
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３３】
（実施の形態１）
実施の形態１を示す図１〜図４は侵入検知装置に搭載した例で、感圧手段である圧電センサ１の出力信号は増幅回路からなる増幅手段２に入力されて増幅され、マイコンなどの判定手段３に入力される。
【００３４】
そして、判定手段３が侵入を判定しスピーカなどの報知手段４を介して報知音を発する。また、増幅手段２と並列にコンパレータ回路からなる除去手段５を配置しており、圧電センサ１の信号は増幅手段２とともに、除去手段５にも入力される。
【００３５】
また、除去手段５は、遅延手段６を有する（図２参照）。
【００３６】
以上の構成において、以下その動作、作用を図１、図２に基づいて説明する。
【００３７】
図１に示すように、圧電センサ１の出力信号は複数段のオペアンプなどよりなる増幅手段２に入力されて増幅され、に入力される。
【００３８】
例えば、圧電センサ１から発生する数百マイクロボルトの電圧が数百ミリボルトまで増幅されるよう増幅手段２を構成している。本実施の形態では、圧電センサ１の出力を電荷増幅回路で受け、さらに、電圧増幅回路で増幅するよう構成している。
【００３９】
そして、マ判定手段３が設定値以上の出力信号を受けたときに侵入と判定し報知手段４により報知音を発する。
【００４０】
また、増幅手段２と並列に配置されたオープンコレクタ出力を有するコンパレータ回路
からなる除去手段５は、図３（ａ）に示すように、圧電センサ１のから除去手段５に入力される信号Ｖｉｎが、除去手段５の設定電圧Ｖｓ以下である場合は動作しない。
【００４１】
そのため、増幅手段２により増幅された圧電センサ１の信号はそのまま判定手段３に入力される。しかしながら、図３（ｂ）に示すように、除去手段５に入力される信号が設定電圧Ｖｓ以上のときには、同除去手段５が出力を回路グランドにするよう作動する。
【００４２】
そのため、判定手段３には回路グランドレベルの信号が入力されることになり、結果として、この判定手段３は検知信号なしと判定し、報知手段４が動作しない。
【００４３】
そのため、静電気により侵入ありと誤報を出すことがなく、また、誤報がないため、障壁を乗り越えて侵入を試みる侵入者を確実に検出することができる。
【００４４】
また、増幅手段２に並列に遅延手段６を配置しているため、圧電センサ１からの正常な信号、つまり、侵入などによる出力信号は影響を受けることなく判定手段３へ入力されるため信頼性を損なうことはない。
【００４５】
例えば、実験において回路同一点（除去手段５の入力部）での電圧は、圧電センサ１の出力１２ｍＶに対して静電気パスルは８．２Ｖであった。設定値電圧を数Ｖに設定することで十分識別ができ、除去することが可能である。
【００４６】
除去手段５としては、例えば、図２のような構成がある。Ｖ−とＶ＋はコンパレータの入力端子、Ｖｉｎが圧電センサ１からの信号入力端子、Ｖｏｕｔは出力端子で、この場合オープンコレクタである。
【００４７】
Ｖ−に圧電センサ１からの信号が入力されＶｏｕｔは増幅手段２の出力に接続される。そして、Ｖ＋に接続された、抵抗７と抵抗８で決められた電圧を設定値Ｖｓとしてコンパレータ９が動作する。
【００４８】
遅延手段６は、抵抗１０、コンデンサ１１、およびダイオード１２により構成され、Ｖｉｎに掛かる電圧が増加するときにはダイオード１２を通りコンパレータ９が動作し、Ｖｉｎに掛かる電圧が減少するときには抵抗１０とコンデンサ１１によりコンパレータ９の動作に遅延が掛かる。遅延時間は、抵抗１０とコンデンサ１１の積による時定数τとなる。
【００４９】
図４により遅延手段５の動作について説明する。
【００５０】
実験による測定の結果、静電気に起因する信号電圧は図４（ａ）、（ｂ）上段の図のように急峻に立ち上がり、その後比較的なだらかに減少していくことがわかった。
【００５１】
このときのパルス幅は数十ｍｓであった。遅延手段５のＶｉｎにそのような信号が入力された場合、瞬間的に設定電圧Ｖｓ以上の信号がダイオード１２を通ってＶ−にかかり、遅延手段５がＶｏｕｔを回路グランドにするよう作動する。その後、Ｖｉｎは徐々に低下し、時間ｔ１に設定値Ｖｓ以下になる。
【００５２】
しかしながら、遅延手段５を備えた場合は、図４（ａ）のように、抵抗１０とコンデンサ１１により決まる時定数τの間Ｖ−の電圧レベルが高く保持されるため、時間ｔ１＋τの間は、遅延手段５のＶｏｕｔを回路グランドに保持することができる。
【００５３】
そのため、判定手段３には回路グランドレベルの信号が入力されることになり、結果と
して、判定手段３は検知信号なしと判定し、報知手段４が動作しないため、誤検知、誤報がない。
【００５４】
遅延手段５がない場合は、図４（ｂ）のように、時間ｔ１以降の信号を回路グランドにすることができず、結果としてそれが増幅手段２により増幅され、判定手段３に信号が入力されて誤検知する可能性が発生してしまう。
【００５５】
そのため、本構成は誤検知、誤報抑制に効果がある。
【００５６】
尚、遅延手段５の字定数τとしては、静電気によるパルスよりも長い時間であれば十分な効果があると考えられる。ただし、その間侵入者の検知ができないので時定数τは必要最低限の時間にすべきである。今回は、τ＝６８ｍｓとし、抵抗６８ｋΩ、コンデンサ１μＦとした。しかし、これらの値は発明を限定するものではない。
【００５７】
また、図５のように、複数段のオペアンプ２ａ，２ｂ，２ｃで構成された増幅手段２の一部のオペアンプ２ｂと並列に遅延手段５を配置しても同様の作用効果が得られる。
【００５８】
さらに、遅延手段５としてのコンパレータ回路をヒステリシス付コンパレータ回路としてもよい。そのときは信号に重畳するホワイトノイズ電圧振幅以上のヒステリシス幅を持たせるよう設定することでホワイトノイズによるコンパレータの誤動作を抑制し、より信頼性の高いものとすることが可能となる。
【００５９】
例えば、実験においてＶｉｎの電圧に、数十ミリボルトのホワイトノイズが確認されたため、ホワイトノイズの２から３倍のヒステリシスを持たせた。
【００６０】
次に、本実施の形態で使用している圧電センサ１について説明する。
【００６１】
図６において、圧電センサ１は導体からなる中心電極１３、圧電体層からなる感圧部材１４、導体からなる外側電極１５、弾性体からなる被覆層１６を備えたケーブル状に構成してある。
【００６２】
感圧部材１４はポリフッ化ビニリデン等の樹脂系の高分子圧電体を用いることも考えられるが、耐熱温度が上限で８０℃程度であり、図７に示すようなベランダ１７に配備した侵入検出装置は屋外使用が主であって、特に夏季には直射日光により、手摺１８などの表面温度が時には１００℃近くの高温になることから、高分子圧電体を用いることは好ましくない。
【００６３】
感圧部材１４としては特定の樹脂基材中に圧電セラミックスの粉体を混合した複合圧電体を用いると１００℃以上の高温耐久性を有することができ、このような複合圧電体を使用することが好ましい。
【００６４】
そして、外側電極１５は中心電極１３と感圧部材１４を囲うように配置されており、圧電センサ１は同軸ケーブル状となるため、信号を伝達する中心電極１３に対し外側電極１５がシールドの役を果たし、外来電磁波ノイズの影響を受けにくいものとなる。
【００６５】
よって電子機器を近くで使用したり、携帯電話などの通信機器等を近くで使用したりしても圧電センサ１ノイズが重畳することの少ない信頼性の高い侵入検出装置を提供することができる。
【００６６】
また、圧電センサ１に可撓性を持たせることでベランダ１７などの障壁構造体の手摺１
８等に設置しやすくなる。
【００６７】
特に図７のように、手摺１８が屈曲する箇所に設置するときの設置性が良くなる。
【００６８】
また、室内に集中コントロールボックスなどを設置する場合に屋内に引き込む部分においても特別な工具や特別な技能等も必要なく容易に曲げて設置することができるので取り扱いが容易になる。
【００６９】
さらに、報知手段４は、例えばスピーカからの警報音の発生だけではなく、表示装置への視覚表示、または閃光発生器による威嚇、通報手段により侵入者の侵入があったことを外部の電話、警備会社、警察等へ通報してもよい。
【００７０】
（実施の形態２）
図８、図９は本発明の実施の形態２における侵入検出装置を示し、実施の形態１との違いは除去手段として遅延手段を有したウインドウコンパレータ回路１９を使用したことである。
【００７１】
図２と同作用を行うものについては同一符号を付し、具体的説明は実施の形態１のものを援用する。
【００７２】
実施の形態１では、正または負のどちらかの静電気パルスに対応するものであったが、例えば、図８のように２つのコンパレータ２０，２１、およびそのそれぞれに遅延手段２２，２３を使用したウインドウコンパレータ回路１９とすることで、一方のコンパレータ２０により正側のパルスを除去し、もう一方のコンパレータ２１により負側のパルスを除去するため、正負双方の静電気パルスに対応することが可能となる。
【００７３】
また、ウインドウコンパレータ回路１９の手前に、電圧レベルシフト回路２４を配置している。
【００７４】
Ｖａ−とＶａ＋はコンパレータ２０の入力端子、Ｖｂ−とＶｂ＋はコンパレータ２１の入力端子、Ｖｉｎが圧電センサ１からの信号入力端子で、接続されたＶａ−とＶｂ＋に入力される。
【００７５】
Ｖｏｕｔは出力端子で、この場合も実施の形態１と同様オープンコレクタであるが、コンパレータ２０とコンパレータ２１の出力端子が接続されている。
【００７６】
また、電圧レベルシフト回路２４は、回路グランドを中心に正負に振れる圧電センサ１の出力電圧を正の一定電圧、例えば回路電源電圧の１/２を中心に振れるよう電圧レベルを変換する回路である。
【００７７】
本実施の形態では、コンパレータ２０およびコンパレータ２１は正の単電源で動作させるため、このような回路構成をとったが、特にこれに限定されるものではない。
【００７８】
以下に図８および図９を用いてその動作作用を説明する。
【００７９】
コンパレータ２０のＶａ＋に接続された抵抗２５、抵抗２６、抵抗２７を加算した抵抗の抵抗分圧によって決まる電圧が設定値となり、Ｖｉｎがこの電圧を超えたときにコンパレータ２０が作動し、Ｖｏｕｔは回路グランドになる。これにより、正側の静電気を除去する。
【００８０】
また、コンパレータ２１のＶｂ−に接続された抵抗２５，２６を加算した抵抗と、抵抗２７の抵抗分圧によって決まる電圧が設定値になり、Ｖｉｎがこの電圧以下になったときにコンパレータ２１が作動し、Ｖｏｕｔは回路グランドになる。
【００８１】
これにより、負側の静電気を除去する。結果として、正負双方の静電気を除去することが可能となり、より信頼性の高いものとすることができる。
【００８２】
また、遅延手段２３は、コンパレータ回路の基準電圧レベルに対してパルスの向きが逆になるため、ダイオード２８の接続方向が逆になっており、Ｖｉｎに信号が入力された場合、設定電圧Ｖｂ−以下の信号がダイオード２８を通ってＶｂ＋にかかりコンパレータ回路２１がＶｏｕｔを回路グランドにするよう作動する。その後、Ｖｉｎは徐々に上昇し、時間ｔ２に設定値Ｖｂ−以上になる。
【００８３】
しかしながら、遅延手段２３を備えた場合は、図９のように、抵抗２８とコンデンサ２９により決まる時定数τ２の間、Ｖｂ＋の電圧レベルが低く保持されるため、時間ｔ２＋τ２の間は、コンパレータ回路２１のＶｏｕｔを回路グランドに保持することができる。そのため、判定手段には回路グランドレベルの信号が入力されることになり、結果として、判定手段は検知信号なしと判定しス報知手段が動作しないため、誤検知、誤報がない。
【００８４】
尚本発明において、障壁構造体としてバルコニーを例として説明したが、これに限られることはなく、フェンス、ブロック塀等にも応用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本発明にかかる侵入検出装置は、静電気放電に対する誤動作を防止できるため、静電気の発生しやすい場所での圧電センサのアプリケーションに利用できる。たとえば、自動車用のスイッチとして圧電センサを用いる場合など、乗降時の静電気放電による誤動作なく信頼性の高いスイッチとして適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１における侵入検出装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における除去手段の回路図
【図３】本発明の実施の形態１におけるコンパレータ回路の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの経時変化を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態１におけるコンパレータ回路の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの経時変化を示す特性図
【図５】本発明の実施の形態１の別形態における侵入検出装置の回路図
【図６】本発明の実施の形態１における圧電センサの断面図
【図７】本発明の実施の形態１における侵入検出装置が設置されたベランダ斜視図
【図８】本発明の実施の形態２における除去手段の回路図
【図９】本発明の実施の形態２におけるコンパレータ回路の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの経時変化を示す特性図
【図１０】従来の侵入検出装置の構成図
【図１１】同従来の侵入検出装置の断面図
【図１２】同従来の侵入検出装置のブロック図
【符号の説明】
【００８７】
１  感圧手段
２  増幅手段
３  判定手段
４  報知手段
５  除去手段
６，２２，２３  遅延手段
１３  中心電極
１４  感圧部材
１５  外側電極
１６  被覆層
１７  障壁構造体
１９  ウインドウコンパレータ回路
【図１】
2009294900.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
2009294900.tif 000009
【図１１】
2009294900.tif 000010
【図１２】
2009294900.tif 000011
【図２】
2009294900.tif 000012
【図５】
2009294900.tif 000013
【図８】
2009294900.tif 000014