CN111837020B - 测定方法和测定装置 - Google Patents

Abstract

不导致测定装置的昂贵而测定在测定对象中产生的振动和对测定对象施加的按压力两者。按压力产生单元(2)产生将压电片传感器1触压测定对象200的按压力。振动测定单元(33)通过压电片传感器(1)测定在测定对象200上产生的振动。按压力测定单元(31)测定通过压电片传感器(1)加在测定对象200上的按压力。按压力控制单元(32)基于按压力测定单元(31)的测定结果，控制按压力产生单元(2)产生的按压力。

Description

测定方法和测定装置

技术领域

本发明涉及通过压电片传感器进行振动和按压力的测定的测定方法和测定装置。

背景技术

已提供各种测定人体等生物体的脉搏的装置。在这类测定装置中，被要求在将测定对象上施加的按压力维持在最佳值的状态下测定脉搏等的振动。为此，除了测定脉搏等的振动的功能之外，还需要测定在测定对象上施加的按压力的功能。作为与测定多种物理量的技术有关的文献，有专利文献1。在该专利文献1记载的技术中，使用层叠了生物体测定传感器和静电传感器的传感器，在静电传感器的静电电容的变化超过了阈值的情况下开始生物体测定传感器的测定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－020015

发明内容

发明要解决的课题

在上述现有的技术中，使用层叠了振动检测传感器和按压传感器的传感器，但最终需要分别准备在层的深度方向上排列的振动检测传感器和按压传感器这样的单独的传感器，存在测定装置变得昂贵的问题。

本发明鉴于以上的情况而完成，目的在于提供不导致测定装置的昂贵而可测定从测定对象传递的振动和与测定对象之间的按压力两者的技术性手段。

用于解决课题的手段

本发明提供测定方法，包括：振动测定步骤，通过接触到测定对象的压电片传感器，测定从所述测定对象传递到所述压电片传感器的振动；以及按压力测定步骤，测定所述测定对象及所述压电片传感器间的按压力。

此外，本发明提供测定装置，包括：压电片传感器，其与测定对象接触；以及测定控制单元，其通过所述压电片传感器测定从所述测定对象传递到所述压电片传感器的振动以及所述测定对象和所述压电片传感器之间的按压力。

此外，本发明提供在共用的片状压电体中配置了振动测定用电极和按压力测定用电极的压电片传感器。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式即测定装置的结构的框图。

图2是表示该实施方式的第1动作例子的流程图。

图3是表示该实施方式的第2动作例子的流程图。

图4是表示本发明的第2实施方式即测定装置中使用的压电片传感器的结构的剖面图。

图5是表示本发明的第3实施方式即测定装置的结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。

＜第1实施方式＞

图1是表示本发明的第1实施方式的测定装置100的结构的图。该测定装置100是测定对测定对象200施加的按压力和在测定对象200中产生的振动的装置。

在该测定装置100中，压电片传感器1被粘贴在测定对象200的表面。按压力产生单元2是使测定对象200和压电片传感器1间产生按压力的装置，具体地说，是将压电片传感器1触压测定对象200的装置。本实施方式中测定对象200是生物体，具体地说，是人体的动脉附近的皮肤表面。在本实施方式中，将压电片传感器1以合适的按压力触压人体的皮肤表面，通过压电片传感器1测定来自动脉的振动波形，即，脉搏波形。测定控制单元3是具备通过压电片传感器1测定在测定对象200上产生的振动的功能、测定从按压力产生单元2通过压电片传感器1在测定对象200上施加的按压力、即、测定对象200和压电片传感器1间的按压力的功能、以及控制按压力产生单元2产生的按压力的功能的装置。

压电片传感器1为在片状压电体10的两面粘贴了电极11和12的结构。

片状压电体10由将压力转换为电压的压电材料形成，因来自测定对象200的振动和按压力(对抗来自按压力产生单元2的按压力的按压力)而受到应力，根据该应力变化的加速度产生电位差。

作为形成片状压电体10的压电材料，也可以是例如锆钛酸铅等的无机材料，但优选是具有挠性的高分子压电材料，以能够与生物体的表面紧密接触。作为这种高分子压电材料，例如可以举出聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-3氟乙烯共聚物(P(VDF/TrFE))、偏氰化乙烯-醋酸乙烯共聚物(P(VDCN/VAc))等。

此外，作为片状压电体10，也可以使用在不具有压电特性的例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等中形成很多扁平的气孔，例如使扁平的气孔的相对面通过电晕放电等极化带电从而赋予了压电特性的片状压电体。

作为片状压电体10的平均厚度的下限，优选10μm，50μm更好。另一方面，作为片状压电体10的平均厚度的上限，优选500μm，200μm更好。在片状压电体10的平均厚度不满足所述下限的情况下，有片状压电体10的强度变得不充分的风险。相反，在片状压电体10的平均厚度超过所述上限的情况下，片状压电体10的变形能力变小，有检测灵敏度不充分的风险。

电极11、12被层叠在片状压电体10的两面，被用于检测片状压电体10内外的电位差。即，电极11(第1电极的一例子)被配置在片状压电体10的上表面(第1面的一例子)上，电极12(第2电极的一例子)被配置在片状压电体10的下表面(第2面的一例子)上。作为电极11、12的材质，只要是具有导电性就可以，可以列举例如铝、铜、镍等金属、碳等。

作为电极11、12的平均厚度，没有特别地限定，取决于层叠方法，但可以设为例如0.1μm以上30μm以下。在电极11、12的平均厚度不满足所述下限的情况下，有电极11、12的强度不充分的风险。相反，在电极11、12的平均厚度超过所述上限的情况下，有阻碍对片状压电体10的振动的传递的风险。

作为对片状压电体10的电极11、12的层叠方法，没有特别地限定，可列举例如金属的蒸镀、碳导电油墨的印刷、银膏的涂敷干燥等。

测定控制单元3具有按压力测定单元31、按压力控制单元32、振动测定单元33、以及切换控制单元34。

按压力测定单元31是，测定从按压力产生单元2通过压电片传感器1在测定对象200上施加的按压力、即测定对象200和压电片传感器1间的按压力的装置。该按压力测定单元31具有：开关311和312；交流电源313；电压测定单元314；以及电流测定单元315。在该按压力测定单元31中，通过开关311和312为接通(ON)，交流电源313的输出电压通过电流测定单元315而被施加在压电片传感器1的电极11和12间。在这种状态中，按压力测定单元31通过来自交流电源313的交流电压的施加，获取表示压电片传感器1的谐振频率的变化的信号，基于获取的信号进行测定对象200和压电片传感器1间的按压力的测定。

对于测定这种按压力的处理，可有各种方式。在第1方式中，使用频率可变的交流电源作为交流电源313，由电流测定单元315一边扫描交流电源313输出的交流电压的频率一边测定在压电片传感器1中流动的电流。然后，检测在压电片传感器1中流动的电流为峰值的谐振频率，基于预先求得的谐振频率对按压力的依赖性和检测出的谐振频率，求按压力。

在第2方式中，在各种按压力中求压电片传感器1的频率传递特性、即压电片传感器1的阻抗的频率特性。基于电压测定单元314和电流测定单元315的测定结果而求规定频率中的压电片传感器1的阻抗，基于其结果和与各种按压力对应的频率传递特性，求按压力。

按压力控制单元32是，使按压力测定单元31进行按压力的测定，通过若其结果小于最佳值则增加按压力，若其结果大于最佳值则减少按压力，使按压力收敛到最佳值的装置。

振动测定单元33是测定从测定对象200对压电片传感器1传递的振动的装置。该振动测定单元33具有开关331和332、以及信号处理单元333。信号处理单元333通过开关331和332变为接通(ON)，连接到压电片传感器1的电极11和12。信号处理单元333具有从在电极11和12间产生的信号之中选择测定对象即属于振动波的频带的信号并使其通过的滤波器。在本实施方式中振动测定单元33的测定对象是脉搏，其频带低于压电片传感器1的谐振频率。滤波器从压电片传感器1的电极11和12间的信号之中选择这种较低的频带的信号并使其通过。信号处理单元333将通过了该滤波器的信号显示在未图示的显示器上，或者分析该信号的振幅和频率等参数并通知给用户。

切换控制单元34是使按压力控制单元32的按压力的测定和按压力的调整的控制与振动测定单元33的振动的测定交替地进行的装置。即，切换控制单元34使得通过按压力控制单元32测定按压力的期间(第1期间的一例子)及按压力被调整的期间的各自期间与通过振动测定单元33测定振动的期间(第2期间的一例子)不重合。具体地说，控制开关311、312、331及332，使得开关311及312为接通的期间和开关331及332为接通的期间不重合。

图2是表示本实施方式的第1动作例子的流程图。在该例子中，测定控制单元3的切换控制单元34将开关311和312接通，将开关331和332关断(OFF)，顺序进行按压力测定单元31的利用了压电片传感器1的按压力测定(步骤S11)，以及按压力控制单元32的按压力控制，具体地说，使按压力接近最佳值的控制(步骤S12)，判断按压力是否收敛到最佳值(预先设定的规定的大小的一例子)(步骤S13)。然后，在按压力没有收敛到最佳值的情况下，反复进行步骤S11～S13。

然后，若按压力收敛到最佳值，步骤S13的判断结果为“是”，则切换控制单元34将开关311和312关断，将开关331和332接通，使振动测定单元33进行利用了压电片传感器1的振动的测定(步骤S14)，并结束处理。即，通过将开关311及312关断，测定控制单元3结束按压力的测定及调整，通过将开关331及332接通，开始振动的测定。

在最合适的按压力下仅测定一次测定对象200的振动就足够的情况下，该第1动作例子是有用的。

图3是表示本实施方式的第2动作例子的流程图。在该例子中，测定控制单元3的切换控制单元34将开关311和312接通，将开关331和332关断，顺序进行按压力测定单元31的利用了压电片传感器1的按压力测定(步骤S21)，以及按压力控制单元32的按压力控制，具体地说，使按压力接近最佳值的控制(步骤S22)。接着，切换控制单元34将开关311和312关断，将开关331和332接通，使振动测定单元33进行利用了压电片传感器1的振动的测定(步骤S23)。接着，切换控制单元34判断是否通过未图示的操作件的操作被指示了结束测定，若判断结果为“否”，则反复进行步骤S21～S24，若判断结果为“是”，则结束处理。

在将按压力维持为最佳值的状态下整个长期间内反复进行测定对象200的振动的测定的情况下，该第2动作例子是有用的。

如以上，根据本实施方式，可以由一个压电片传感器1测定按压力和振动两者。即，在共用的片状压电体中配置具有作为振动测定用电极和按压力测定用电极功能的电极，可以廉价地实施按压力和振动的测定。

＜第2实施方式＞

图4是表示本发明的第2实施方式即用于测定装置的压电片传感器1A的结构的剖面图。该压电片传感器1A为将上述第1实施方式中的压电片传感器1的电极11置换为彼此电气隔离的振动测定用电极11A和按压力测定用电极11B的结构。在本实施方式中，振动测定用电极11A和电极12连接到上述第1实施方式的振动测定单元33，按压力测定用电极11B和电极12连接到上述第1实施方式的按压力测定单元31。

在本实施方式中，也可得到与上述第1实施方式同样的效果。此外，在本实施方式中，由于振动测定用电极11A和按压力测定用电极11B被电气隔离，所以可同时地进行通过在按压力测定用电极11B和电极12间施加交流电压而测定按压力、以及通过测定振动测定用电极11A和电极12间的电压而测定振动。即，测定振动的期间与测定按压力的期间的至少一部分重合。因此，具有诸如按压力的测定的控制和振动的测定的控制变得容易的优点。此外，在共用的片状压电体中配置振动测定用电极和按压力测定用电极，所以可以廉价地实施按压力和振动的测定。

＜第3实施方式＞

图5是表示本发明的第3实施方式即测定装置的结构的剖面图。本实施方式的测定装置是键盘电子乐器的按键检测装置。

在普通的键盘电子乐器中，设有检测按键动作的初触摸(initial touch)的传感器和检测后触摸(after touch)的传感器。这里，对键盘的每个键设有检测初触摸的传感器。但是，对于检测后触摸的传感器，为了避免键盘的大规模和昂贵，一边是在键盘的全键的高频侧设置一个，在低频侧设置一个。

本实施方式可不导致键盘的大规模和高价格而对键盘的每个键进行初触摸和后触摸的检测。

在图5中，键4由在其右侧的支点支承，位于基座构件5的上方。然后，键4通过其左侧端部被演奏者的手指押下而绕支点转动，接近基座构件5。

在基座构件5的表面，配置与键4的内面相对的压电片传感器1B。该压电片传感器1B具有与上述第2实施方式的压电片传感器同样地在共用的片状压电体中包括振动测定用电极和按压力测定用电极的结构。片状压电体10的基座构件5侧的表面上粘贴的电极12被固定在基座构件5的表面上。此外，在片状压电体10的键4侧的面，沿键4的纵向方向配置初触摸测定用电极11C和后触摸测定用电极11D。这里，初触摸测定用电极11C比后触摸测定用电极11D位于靠近键4中的按键部位的位置。在键4的背面，设有向初触摸测定用电极11C和后触摸测定用电极11D隆起的2个凸部41C和41D。

在压电片传感器1B中，初触摸测定用电极11C和电极12连接到未图示的初触摸检测电路。该初触摸检测电路是相当于上述第1实施方式的振动测定单元33的电路。此外，在压电片传感器1B中，后触摸测定用电极11D和电极12连接到未图示的后触摸检测电路。该后触摸检测电路是相当于上述第1实施方式的按压力测定单元31的电路。此外，从键4起以接触到基座构件5的按键侧的端面下侧的方式形成钩状的挡块42。通过挡块42，防止键4向上侧弯曲超过需要。

在这样的结构中，若进行键4的按键，则键4的背面的凸部41C和41D接近基座构件5侧，分别与初触摸测定用电极11C和后触摸测定用电极11D碰撞。初触摸检测电路从电极11C和12间的电压波形的上升速度等生成表示按键速度的初触摸信息。此外，后触摸检测电路通过与上述第1实施方式的按压力测定单元31同样的处理，测定从键4侧通过压电片传感器1B对基座构件5提供的按压力，生成表示该按压力的后触摸信息。然后，在键盘电子乐器中，基于这样生成的初触摸信息和后触摸信息进行乐音形成的控制。

如以上，根据本实施方式，可以实现具备对构成键盘的每个键检测初触摸和后触摸的功能的小规模并且低成本的键盘电子乐器。

在上述第1实施方式和第2实施方式中，测定对象200具有振动源即血管。相对于此，在本实施方式中，测定对象是设在键4中的2个凸部41C和41D，通过测定对象通过按键接触到压电片传感器1B，从测定对象对压电片传感器1B传递振动(具体地说，冲击波)，产生测定对象和压电片传感器1B间的按压力。这样，本发明不仅适用于测定对象具有振动源的方式，也适用于通过测定对象和压电片传感器的接触而产生振动的方式。

＜其他实施方式＞

以上，说明了本发明的各实施方式，但本发明也考虑除此之外的实施方式。例如在上述第3实施方式中，在按键前，对压电片传感器1B仅连接初触摸检测电路，切断后触摸检测电路。然后，在按键时，在初触摸检测电路生成了初触摸信息后，压电片传感器1B上仅规定时间内连接后触摸检测电路而生成触摸信息。根据该方式，在按键后的初期，后触摸检测电路从压电片传感器1B被切断，所以初触摸检测电路可以从压电片传感器1B得到正确地反映了按键速度的电压波形。此外，由于在初触摸检测电路生成了初触摸信息后，后触摸检测电路才连接到压电片传感器1B，所以可以生成反映了后触摸、即结束了按键后的键4上施加的按压力的后触摸信息。此外，在第3实施方式中，与第1实施方式同样，也可以将检测振动的电极和测定按压的电极通用。

标号说明

100……测定装置、1，1A，1B……压电片传感器、10……片状压电体、11，12……电极、11A……振动测定用电极、11B……按压力测定用电极、11C……初触摸测定用电极、11D……后触摸测定用电极、200……测定对象、2……按压力产生单元、3……测定控制单元、31……按压力测定单元、32……按压力控制单元、33……振动测定单元、34……切换控制单元、311，312，331，332……开关、313……交流电源、314……电压测定单元、315……电流测定单元、333……信号处理单元。

Claims (8)

1.一种测定方法，包括：

振动测定步骤，通过由接触到测定对象的压电片传感器产生的电位差来测定从所述测定对象传递到所述压电片传感器的振动；以及

按压力测定步骤，通过所述压电片传感器的谐振频率来测定所述测定对象及所述压电片传感器间的按压力，

所述压电片传感器具有被配置于共用的片状压电体上且彼此电气隔离的振动测定用电极和按压力测定用电极，

通过所述振动测定步骤测定所述振动的期间与通过所述按压力测定步骤测定所述按压力的期间至少一部分重合。

2.如权利要求1所述的测定方法，

在所述按压力测定步骤中，基于配置在片状的压电体的第1面的按压力测定用电极和配置在所述压电体的第2面的第2电极之间产生的信号，测定所述测定对象及所述压电片传感器间的所述按压力，

在所述振动测定步骤中，基于配置在所述压电体的所述第1面的振动测定用电极和所述第2电极之间产生的信号，检测从所述测定对象传递到所述压电片传感器的所述振动。

3.一种测定装置，包括：

压电片传感器，其与测定对象接触；以及

测定控制单元，通过由所述压电片传感器产生的电位差来测定从所述测定对象传递到所述压电片传感器的振动，通过所述压电片传感器的谐振频率来测定所述测定对象和所述压电片传感器间的按压力，

所述压电片传感器具有被配置于共用的片状压电体且彼此电气隔离的振动测定用电极和按压力测定用电极，

测定所述振动的期间与测定所述按压力的期间至少一部分重合。

4.如权利要求3所述的测定装置，

所述压电片传感器具有配置在共用的片状压电体上的振动测定用电极和按压力测定用电极。

5.如权利要求3或4所述的测定装置，

所述测定控制单元通过施加交流信号，获取表示所述压电片传感器的谐振频率的变化的信号，基于获取的信号，测定所述测定对象和所述压电片传感器之间的按压力。

6.如权利要求3或4所述的测定装置，

所述测定控制单元基于测定的按压力，调整所述测定对象和所述压电片传感器之间的按压力。

7.如权利要求3或4所述的测定装置，还包括：

按压力产生单元，其产生所述测定对象及所述压电片传感器间的按压力。

8.一种压电片传感器，

通过由接触到测定对象而产生的电位差来测定从所述测定对象传递到所述压电片传感器的振动，通过谐振频率来测定所述测定对象及所述压电片传感器间的按压力，

所述压电片传感器具有被配置于共用的片状压电体上且彼此电气隔离的振动测定用电极和按压力测定用电极，

测定所述振动的期间与测定所述按压力的期间至少一部分重合。

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