JP2008232954A - External stimulus detection system - Google Patents
External stimulus detection system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008232954A JP2008232954A JP2007075598A JP2007075598A JP2008232954A JP 2008232954 A JP2008232954 A JP 2008232954A JP 2007075598 A JP2007075598 A JP 2007075598A JP 2007075598 A JP2007075598 A JP 2007075598A JP 2008232954 A JP2008232954 A JP 2008232954A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive fiber
- pressure
- external stimulus
- impedance
- detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
【課題】導電繊維と計測装置とを接続する配線量を削減できる外部刺激検出システムを提供する。
【解決手段】繊維12に導電繊維13を織って構成されるシート状センサ1と、シート状センサ1に印加される外部刺激の大きさを演算する圧力検出ユニット2とを備え、導電繊維13は、外部刺激によってインピーダンスが変化する感圧部13bと、外部刺激によってインピーダンスが変化しない所定のインピーダンスの非感圧部13aとが形成されている。一方、圧力検出ユニット2は、外部刺激を検出する際に、導電繊維13の端部から入力波を供給し、当該入力波が導電繊維13内で反射した反射波を計測し、当該反射波に基づいて感圧部13bのインピーダンスを演算して、感圧部13bでの外部刺激の大きさを計測する。
【選択図】図1An external stimulus detection system capable of reducing the amount of wiring connecting a conductive fiber and a measuring device is provided.
SOLUTION: A sheet-like sensor 1 configured by weaving conductive fibers 13 on fibers 12 and a pressure detection unit 2 for calculating the magnitude of an external stimulus applied to the sheet-like sensor 1 are provided. A pressure-sensitive part 13b whose impedance is changed by an external stimulus and a non-pressure-sensitive part 13a having a predetermined impedance whose impedance is not changed by an external stimulus are formed. On the other hand, when detecting the external stimulus, the pressure detection unit 2 supplies an input wave from the end of the conductive fiber 13, measures the reflected wave reflected in the conductive fiber 13, and determines the reflected wave as the reflected wave. Based on this, the impedance of the pressure sensitive part 13b is calculated, and the magnitude of the external stimulus in the pressure sensitive part 13b is measured.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、シート状構造物に加わる外部刺激の大きさを計測する外部刺激検出システムに関する。 The present invention relates to an external stimulus detection system that measures the magnitude of an external stimulus applied to a sheet-like structure.
従来より、シート面に対する圧力等の外部刺激を検知するシート状センサが知られている。このシート状センサは、圧力が加わる微小部位毎に圧力分布を計測する圧力分布検出装置に用いられる。この圧力分布検出装置は、例えば、車両座席の座り心地やベッドの寝心地を評価する評価装置に用いられる。 Conventionally, a sheet-like sensor that detects an external stimulus such as pressure on a sheet surface is known. This sheet-like sensor is used in a pressure distribution detection device that measures a pressure distribution for each minute part to which pressure is applied. This pressure distribution detection device is used, for example, in an evaluation device that evaluates the sitting comfort of a vehicle seat and the sleeping comfort of a bed.
このシート状センサを用いた加圧力分布の計測方法としては、例えば、下記の特許文献1に記載されたものが知られている。この特許文献1には、複数の導電繊維(表面温度抵抗変化導電繊維)を縦横に並べてシート状センサを構成することが記載されている。このシート状センサには、緩衝布の片側のある一つの導電繊維に電圧が印加され、緩衝布の別側のある一つの導電繊維を接地する。そして、この2つの導電繊維の間の電流を計測装置によって測定し、この2つの導電繊維の交差部分に加わっている圧力を推定する。この測定は、計測装置によって、2つの導電繊維を順に走査及び選択して行われる。これによって、従来では、計測装置によって、シート面の圧力分布を求めていた。
しかしながら、上述した圧力計測方式を用いて一定領域内での圧力分布を計測する場合、導電繊維ごとに計測装置本体と接続する必要があるために、配線量が増すという問題がある。 However, when the pressure distribution in a certain region is measured using the pressure measurement method described above, there is a problem that the amount of wiring increases because it is necessary to connect to the measuring device main body for each conductive fiber.
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、導電繊維と計測装置とを接続する配線量を削減できる外部刺激検出システムを提供することを目的とする。 Then, this invention is proposed in view of the above-mentioned situation, and it aims at providing the external stimulus detection system which can reduce the wiring quantity which connects a conductive fiber and a measuring device.
本発明に係る外部刺激検出システムは、非導電繊維に導電繊維を織って構成されるシート状センサと、シート状センサに印加される外部刺激の大きさを演算する検出ユニットとを備える。この外部刺激検出システムにおいて、導電繊維は、外部刺激によってインピーダンスが変化する検知領域と、外部刺激によってインピーダンスが変化しない所定のインピーダンスの非検知領域とが形成されて構成されている。一方、検出ユニットは、外部刺激を検出する際に、導電繊維の端部から入力波を供給し、当該入力波が導電繊維内で反射した反射波を計測し、当該反射波に基づいて検知領域のインピーダンスを演算して、検知領域での外部刺激の大きさを計測する。 The external stimulus detection system according to the present invention includes a sheet-like sensor configured by weaving conductive fibers on non-conductive fibers, and a detection unit that calculates the magnitude of the external stimulus applied to the sheet-like sensor. In this external stimulus detection system, the conductive fiber is configured by forming a detection region in which the impedance is changed by the external stimulus and a non-detection region having a predetermined impedance in which the impedance is not changed by the external stimulus. On the other hand, when detecting an external stimulus, the detection unit supplies an input wave from the end of the conductive fiber, measures a reflected wave reflected by the input wave in the conductive fiber, and detects a detection region based on the reflected wave. The size of the external stimulus in the detection area is measured.
このような外部刺激検出システムは、導電繊維の端部と検出ユニットとを接続するだけで、導電繊維における検知領域での外部刺激の大きさを計測できる。 Such an external stimulus detection system can measure the magnitude of the external stimulus in the detection region of the conductive fiber simply by connecting the end of the conductive fiber and the detection unit.
本発明に係る外部刺激検出システムによれば、導電繊維の端部と検出ユニットとを接続するだけで、導電繊維における検知領域での外部刺激の大きさを計測できるので、検出ユニットとシート状センサとを接続する配線量が少なくできるため、配線に要する容積が減少すると共に重量が軽くなり、結線部分の柔軟性も上がるなど、実装性を向上させることができる。 According to the external stimulus detection system according to the present invention, the size of the external stimulus in the detection region of the conductive fiber can be measured simply by connecting the end of the conductive fiber and the detection unit. Since the amount of wiring to connect to each other can be reduced, the volume required for wiring is reduced, the weight is reduced, and the flexibility of the connection portion is increased, so that the mountability can be improved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明は、例えば図1に示すように構成された圧力検出システムのシート状センサ1に適用される。なお、以下の説明では、シート状センサ1に印加される外部刺激として圧力を検知する場合について説明する。
The present invention is applied to, for example, a sheet-
シート状センサ1は、綿やナイロン等の布地11を構成する繊維(非導電繊維)12に、非感圧部(非検知領域)13aと感圧部(検知領域)13bとからなる導電繊維13を織り込んだ構造となっている。導電繊維13は、布地11の全面に亘って圧力が検出できるように、布地11の全面に亘って織り込まれている。このシート状センサ1は、1本の導電繊維13のみを布地11に織り込んでいる場合を示しているが、複数本の導電繊維13を織り込んでも良いのは勿論である。このシート状センサ1は、圧力検出ユニット(検出ユニット)2と接続されている。
The sheet-
図1に示す例では、布地11に1本の導電繊維13を織り込んでいるので、シート状センサ1と圧力検出ユニット2との接続線は1本のみである。また、図1に示す例では、シート状センサ1に複数の感圧部13bが形成されている場合を示しているが、1箇所であっても良い。また、感圧部13bは、当該シート状センサ1に対する圧力の印加面積よりも小さい面積となっている。例えば、シート状センサ1が車両シートである場合、乗員の着座領域よりも小さい面積となっている。
In the example shown in FIG. 1, since one
シート状センサ1の導電繊維13は、図2乃至図5に示すように構成されている。図2に示すように、導電繊維13は、被覆材13cによって導電繊維13d及び導電繊維13fを被覆して構成されている。
The
被覆材13cは、柔軟且つ電気的絶縁性のある材料である。この被覆材13cは、導電繊維13内部の導電繊維13d及び導電繊維13fを外側からコーディングしている。この被覆材13cの具体的な材料としては、ナイロン6,ナイロン66等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。これらの材料は、混合割合を変化させることで被覆材13cの硬さの調節もできる。
The covering
導電繊維13d及び導電繊維13fは、導電性高分子繊維や炭素繊維などからなる。導電繊維13dは、導電繊維13内径における略中央に設けられる。導電繊維13dの一方の端部は、圧力検出ユニット2に接続され、導電繊維13dの他方の端部は、終端部13eとなっている。この終端部13eは、導電繊維13fと接続されている。導電繊維13fは、導電繊維13dよりも導電繊維13内径における外側に備えられている。
The
図3乃至図5に示すように、中央の導電繊維13dは、1本の導電繊維からなり、周囲の導電繊維13fは、複数本の導電繊維からなる。導電繊維13fは、メッシュ状の円筒をなして、導電繊維13dを囲んでいる。
As shown in FIGS. 3 to 5, the central
非感圧部13aでは、その断面図を図4に示すように、被覆材13cの内部が空洞13gとなっている。一方、感圧部13bでは、図5に示すように、空洞13gが設けられておらず、導電繊維13dと導電繊維13fとの間にも被覆材13cが満たされている。
In the non-pressure-
感圧部13bの空洞13gは、内壁付近に複数の導電繊維13fが配置されている。この非感圧部13aに対して圧力の外部刺激がない場合、導電繊維13fと導電繊維13dとは接触せずに、空洞13gが確保される。一方、非感圧部13aに対して圧力の外部刺激が与えられた場合、導電繊維13fが導電繊維13dに接触する方向に、空洞13gが変形する。
In the cavity 13g of the pressure-
導電繊維13fと導電繊維13dとが接触した場合、導電繊維13dと導電繊維13fとからなる抵抗体の抵抗値が低く変化する。非感圧部13aに大きな圧力が印加されて、導電繊維13dと接触する導電繊維13fの本数が多くなると、導電繊維13dと導電繊維13fとからなる抵抗体の抵抗値が更に低下する。
When the
図6に示すように、非感圧部13aに対して加えられる圧力(加圧力)[N]が高くなるほど、導電繊維13dと導電繊維13fとからなる抵抗体のインピーダンス[Ω]が低くなる。すなわち、シート状センサ1に加えられる圧力と、導電繊維13dと導電繊維13fとからなる抵抗体のインピーダンスとは、反比例の関係となる。なお、非感圧部13aに圧力が印加されていない被覆材13cのコーディングの反力N1である状態においては、導電繊維13dと導電繊維13fとからなる抵抗体のインピーダンスは、非常に高い値となる。
As shown in FIG. 6, the higher the pressure (pressing force) [N] applied to the non-pressure-
圧力検出ユニット2は、シート状センサ1に与えられている圧力を導電繊維13の感圧部13bごとに検出する。例えば、圧力検出システムが車両に搭載され、シート状センサ1が車両シートに織り込まれている場合、圧力検出ユニット2は、車両シートに乗員が着座しているか否か、乗員の姿勢等によって変化する圧力値を検出する。この圧力値は、例えば乗員の有無に基づいて各種の処理を行う他の電装機器に送信される。
The
圧力検出ユニット2は、その内部構成を図2に示すように、導電繊維13の導電繊維13dと接続されて、導電繊維13d及び導電繊維13fにパルスを出力するパルス生成部21を備える。このパルス生成部21によって導電繊維13に出力されるパルスは、導電繊維13の入力波である。この入力波の電圧は、電圧計測部22によって、反射波の電圧が重畳した状態で計測される。
As shown in FIG. 2, the
電圧計測部22によって計測された電圧は、記憶部23に記憶される。記憶部23に記憶された電圧値は、演算部24によって読み込まれる。演算部24は、読み込んだ電圧値から、感圧部13bに印加されている圧力を算出する。この算出された圧力値は、図示しない圧力値を用いて各種演算を行う各種機器に送信される。このように、パルス生成部21からパルスを導電繊維13に出力し、電圧計測部22によって電圧を検出し、記憶部23によって電圧値を記憶し、演算部24によって圧力値を演算する処理は、制御部25によって制御される。
The voltage measured by the
つぎに、上述したように構成された圧力検出システムにおける動作を、図7のタイミングチャートを参照して説明する。 Next, the operation of the pressure detection system configured as described above will be described with reference to the timing chart of FIG.
圧力検出システムの制御部25は、先ず、時刻t1において、パルス生成部21からパルスの出力を開始させる(図7(a))。これにより、時刻t1以降から、圧力検出ユニット2から導電繊維13に供給される電圧が立ち上がり始め(図7(a))、同時に、電圧計測部22で計測する電圧も立ち上がり始める(図7(b))。
First, the
電圧計測部22は、時刻t1から期間Tsfの経過時以降において、サンプリング間隔Tsごとに電圧を計測する。なお、この期間Tsf、サンプリング間隔Tsの決定方法については後述する。このサンプリングされた電圧値は、記憶部23に記憶される(図7(d))。電圧計測部22によって電圧をサンプリングする期間は、時刻t1から期間Tpまでである(図7(c))。期間Tpが終了する時刻t2の後、制御部25は、パルス生成部21から導電繊維13に出力するパルスを0にさせる。その後、圧力検出ユニット2の演算部24は、記憶部23に記憶された電圧値を用いて、導電繊維13の反射係数、インピーダンスを算出し、圧力値を演算して、出力する。このインピーダンスは、図6に示したように、シート状センサ1に対する加圧力に相当する。
The
このような、パルス生成部21からパルスを出力して電圧計測部22で電圧値を計測して記憶部23に電圧値を記憶する処理と、演算部24で圧力値を演算する処理と、演算部24から圧力値を出力する処理とは、所定の期間Tc内で行われる。
Such a process of outputting a pulse from the
このような動作において、パルス生成部21によって発生させたステップ状のパルスを導電繊維13に入射すると、当該パルスである入力波は、非感圧部13aと感圧部13bとの間のインピーダンスが変化する部分で反射される。この反射された反射波は、導電繊維13の先端に戻ってくる。また、反射波は、導電繊維13内のインピーダンスの変化している部分で反射され、多重反射を生じる。
In such an operation, when a step-like pulse generated by the
電圧計測部22で計測する電圧は、入射波と多重の反射波とが重畳した波形となっており、記憶部23に記憶される。演算部24は、当該入力波と多重反射との重畳波形から感圧部13bのインピーダンスを演算する。この感圧部13bのインピーダンスは、予め設定しておいた図6に示すインピーダンスと加圧力との関係をテーブル化したデータに基づいて、演算部24によって圧力値に変換される。
The voltage measured by the
このとき、演算部24は、図8(a)に示すような導電繊維13のインピーダンス分布と、図8(b)に示す当該インピーダンス分布に対する入射波と反射波との関係に従って、導電繊維13の感圧部13bのインピーダンスを算出する。図8(a)に示すモデルは、導電繊維13の線路を一定長さLの区間に区切り、区間ごとにインピーダンスを設定した路線モデルである。この一定長さLは、感圧部13bの長さにしている。
At this time, the
図8(a)に示すように、一定長さごとの導電繊維13のインピーダンスを、導電繊維13の先端からZ(0),Z(1),Z(2),・・・,Z(6)する。この導電繊維13の路線モデルにおいて、インピーダンスZ(1),Z(5)が感圧部13bに相当する部分であり、Z(0),Z(2) Z(3) Z(4),Z(6)が非感圧部13aに相当する部分である。インピーダンスZ(0)〜インピーダンスZ(6)のうち、インピーダンスZ(1),インピーダンスZ(5)は、シート状センサ1に対する加圧力によりインピーダンスが変化する未知インピーダンス部分であり、他は、加圧力によらずに一定の既知インピーダンスZsである。各インピーダンスの接続点での反射係数をr(0),r(1),r(2),・・・,r(6)、各インピーダンスの接続点での透過係数をt(0),t(1),t(2),・・・,t(6)とする。
As shown in FIG. 8A, the impedance of the
反射係数r(n)は、インピーダンスZ(n−1)の区間からインピーダンスZ(n)の区間に波が伝わる場合に、下記の式1に示すように、
r(n)=(Z(n)−Z(n−1))/(Z(n)+Z(n−1)) (式1)
で与えられる。従って、インピーダンスが等しい区間の接合点の反射係数r(0),r(3),r(4)は、0となり、反射は起きない。すなわち、例えばインピーダンスZ(2)の区間とインピーダンスZ(3)の区間との間では、反射波は発生しない。
When the wave is transmitted from the impedance Z (n-1) interval to the impedance Z (n) interval, the reflection coefficient r (n) is
r (n) = (Z (n) −Z (n−1)) / (Z (n) + Z (n−1)) (Formula 1)
Given in. Therefore, the reflection coefficients r (0), r (3), r (4) at the junctions in the section where the impedances are equal are 0, and no reflection occurs. That is, for example, no reflected wave is generated between the section of impedance Z (2) and the section of impedance Z (3).
また、未知インピーダンスZ(1)の区間と未知インピーダンスZ(5)の区間との両側のインピーダンスは、インピーダンスZsと等しい。従って、上記式1から、
r(2)=−r(1)
r(6)=−r(5)
となる。
Further, the impedances on both sides of the unknown impedance Z (1) section and the unknown impedance Z (5) section are equal to the impedance Zs. Therefore, from
r (2) =-r (1)
r (6) = − r (5)
It becomes.
入力波及び反射波の双方を指す導電繊維13内の伝播波が、導電繊維13での一区間の長さLを往復するのに要する時間をTsとすると、路線モデルでの反射波は、周期Tsで変化する。図8(b)に示すように、入射波の周期Tsでの電圧変化をVi(n)(n=0,1,2,・・・)、反射波の周期Tsでの電圧変化をVo(n)(n=0,1,2,・・・)とすると、導電繊維13の左端から入射される波と反射してくる波は、導電繊維13の左端において時間軸方向(上から下)に記述される。
If the time required for the propagation wave in the
導電繊維13への入射波は、導電繊維13を左から右へ進むが、反射係数r(n)が0ではない部分では反射され、右から左へ進む。nを導電繊維13上の区間の指標値、mを時間の指標値として、左から右へ向かう入射波をf(n,m)、右から左へ向かう反射波をb(n,m)とすると、入射波f(n,m)と反射波b(n,m)は、インピーダンスの接続点において以下の式2,3が成り立つ。
The incident wave on the
b(n,m)=r(n+1)*f(n,m)+t(n+1)*b(n+1,m-1) (式2)
f(n,m)= t(n)*f(n-1,m)+r(n)*b(n,m-1) (式3)
ただし、上記式2,3において、n<0、または、m<0のとき、
b(n,m)=f(n,m)=0
f(0,m)=Vi(m)、b(0,m)=Vo(m+1)
となる。
b (n, m) = r (n + 1) * f (n, m) + t (n + 1) * b (n + 1, m-1) (Formula 2)
f (n, m) = t (n) * f (n-1, m) + r (n) * b (n, m-1) (Formula 3)
However, in the
b (n, m) = f (n, m) = 0
f (0, m) = Vi (m), b (0, m) = Vo (m + 1)
It becomes.
また、反射係数r(n)と透過係数t(n)には
t(n)=1+r(n) (式4)
の関係がある。
Also, the reflection coefficient r (n) and the transmission coefficient t (n) are t (n) = 1 + r (n) (Formula 4)
There is a relationship.
式1の関係から、反射係数r(1)を求めることにより、未知インピーダンスZ(1)が求まる。また、式2において、n=m=0とすると、Vo(1)=r(1)*Vi(0)となるので、入射波Vi(0)の反射波Vo(0)を計測すれば反射係数r(1)が算出できる。
From the relationship of
しかし、入射波Vi(0)は、パルスの立ち上がりの初期の部分であり、パルスの電圧値が小さいためS/Nが低い。また、パルスの立ち上がりによる急激な電圧変化があるため、サンプリング時間の変動に対する電圧値の計測値の変動が大きい。このような理由から、パルス生成部21から導電繊維13にパルスを出力した直後の入力波Vi(0)と反射波Vo(0)を用いると、インピーダンスの算出誤差が大きくなる。よってインピーダンスの算出誤差を小さくするために、入射波が安定した部分で反射波の計測を行って、インピーダンスを算出する。
However, the incident wave Vi (0) is an initial part of the rising edge of the pulse, and the S / N is low because the voltage value of the pulse is small. In addition, since there is a rapid voltage change due to the rise of the pulse, the measurement value of the voltage value varies greatly with respect to the sampling time. For this reason, when the input wave Vi (0) and the reflected wave Vo (0) immediately after the pulse is output from the
すなわち、図7(a)に示すように、入射波は、時間が経つほど変化が少なくなるので、時間指標値が大きい値を用いるようにしたいが、複数の未知インピーダンスの反射波が重畳すると算出が困難になるので、次の未知インピーダンスの反射波が重畳しない最大の時間指標値をもつ反射波を用いる。 That is, as shown in FIG. 7A, the incident wave changes less as time passes. Therefore, it is desired to use a value with a larger time index value, but it is calculated when reflected waves of a plurality of unknown impedances are superimposed. Therefore, the reflected wave having the maximum time index value that does not overlap the reflected wave of the next unknown impedance is used.
反射係数r(1)を求める場合、未知インピーダンスZ(5)からの反射波が重畳しない最後の反射波は、Vo(4)であり、入射波Vi(0)から入力波Vi(3)に未知インピーダンスの両端での透過係数と反射係数を乗じた値の和で表される。透過係数と反射係数は、式4の関係があるので、反射係数r(1)の多次元式となる。その次数は透過・反射の回数となるので、反射波Vo(4)では反射係数r(1)の7次式となる。未知インピーダンスの変化範囲を制限して反射係数の大きさを0.3以下とすれば、5次以上の項(Vi(0),Vi(1)の反射)では、その大きさが全体の0.1%以下となるので、3次式で近似できる。よって、反射波Vo(4)は、下記式5に示すように、
Vo(4)=-r(1)^3*Vi(2)+(Vi(3)-Vi(2))*r(1) (式5)
と表される。計測される波は、Vi(4)+Vo(4)であるが、入射波Vi(2),Vi(3),Vi(4)はあらかじめ計測できるため、式5を解くことにより反射係数r(1)を算出できる。
When obtaining the reflection coefficient r (1), the last reflected wave on which the reflected wave from the unknown impedance Z (5) is not superimposed is Vo (4), and the incident wave Vi (0) changes to the input wave Vi (3). It is represented by the sum of values obtained by multiplying the transmission coefficient and the reflection coefficient at both ends of the unknown impedance. Since the transmission coefficient and the reflection coefficient have the relationship of
Vo (4) =-r (1) ^ 3 * Vi (2) + (Vi (3) -Vi (2)) * r (1) (Formula 5)
It is expressed. The wave to be measured is Vi (4) + Vo (4), but since the incident waves Vi (2), Vi (3), Vi (4) can be measured in advance, the reflection coefficient r ( 1) can be calculated.
反射係数r(1)が算出されれば、次の未知インピーダンスZ(5)への入射波が算出できるので、同様の方法により反射波Vo(8)が反射係数r(5)の3次式であらわされ、反射波Vo(8)を計測することにより、反射係数r(5)を算出できる。 If the reflection coefficient r (1) is calculated, an incident wave to the next unknown impedance Z (5) can be calculated. Therefore, the reflected wave Vo (8) is converted into a cubic expression of the reflection coefficient r (5) by the same method. The reflection coefficient r (5) can be calculated by measuring the reflected wave Vo (8).
図8の路線モデルの場合、反射波Vo(4n)(n=1,2,3・・・)をサンプリングすることで、反射係数r(4n+1)(n=0,1,2,・・・)が算出され、式1により未知インピーダンスが算出できる。 In the case of the route model shown in FIG. 8, the reflection coefficient Vo (4n) (n = 0, 1, 2,...) Is sampled by sampling the reflected wave Vo (4n) (n = 1, 2, 3,...). ) Is calculated, and the unknown impedance can be calculated by Equation (1).
最初の未知インピーダンスまでの区間数をi、未知インピーダンスの区間周期をjとすると、反射波Vo(j*n+i−1)(n=1,2,3,・・・)を計測して、反射係数r(j*n+i)(n=0,1,2,・・・)を順次算出することができる。 When the number of sections to the first unknown impedance is i and the section period of the unknown impedance is j, the reflected wave Vo (j * n + i−1) (n = 1, 2, 3,...) Is measured and reflected. The coefficient r (j * n + i) (n = 0, 1, 2,...) Can be calculated sequentially.
つぎに、図7に示した最初に電圧計測部22で電圧をサンプリングする時間Tsf及びサンプリング周期Tsについて説明する。
Next, the time Tsf and the sampling period Ts for sampling the voltage in the
入射波の立ち上がり始点からの最初のサンプリング時間Tsf、および、サンプリング周期Tsは、i,jを上記のように定義し、入射波の伝播速度をvとすると、
Tsf=2*(i+j−1)*Ls/v (式6)
Ts=2*j*Ls/v (式7)
の関係がある。
The initial sampling time Tsf from the rising start point of the incident wave and the sampling period Ts are defined as above, where i and j are defined as above, and the propagation velocity of the incident wave is v.
Tsf = 2 * (i + j−1) * Ls / v (Formula 6)
Ts = 2 * j * Ls / v (Formula 7)
There is a relationship.
また、期間Tpは、導電繊維13の総区間数をuとすると
Tp=2*u*Ls/v (式8)
となる。これらのタイミングは、制御部25によって制御されて、図7に示すようなタイミングで、パルス生成部21,電圧計測部22,記憶部23,演算部24は、動作する。
The period Tp is Tp = 2 * u * Ls / v (Equation 8), where u is the total number of sections of the
It becomes. These timings are controlled by the
つぎに、本発明を適用した圧力検出システムにおいて、導電繊維13の本数を増加させて、シート状センサ1に印加される圧力の大きさを求める場合について説明する。
Next, in the pressure detection system to which the present invention is applied, the case where the number of the
上述した圧力検出システムにおいては、入射波が導電繊維13の感圧部13bを通過するたびに反射が生じるため、導電繊維13内において伝播されるエネルギーは、減衰していく。従って、1本の導電繊維13に設置できる感圧部13bの個数には限界がある。例えば、感圧部13bの反射係数が0.3の場合、1つの感圧部13bを通過すると、当該感圧部13bを通過する波のエネルギーは、入射した波のエネルギーの約80%となる。このため、導電繊維13における最後の感圧部13bでの反射のエネルギーは、感圧部13bを5箇所設けた場合には、入射した波の約15%となり、感圧部13bを10箇所設けた場合には、入射した波の約2%となる。電圧計測部22で検知される反射波のエネルギーが減少すると、電圧計測部22の計測精度が要求されるようになり、且つS/Nが悪化するためインピーダンスの算出誤差の増大を招く。
In the pressure detection system described above, reflection occurs every time the incident wave passes through the pressure-
従って、本発明を適用した圧力検出システムは、シート状センサ1内における感圧部13bの個数を増加させる場合は、図9に示すように、導電繊維13の本数を増加させることが望ましい。この圧力検出システムは、2本の導電繊維13A,13Bを布地11に織り込む。
Therefore, in the pressure detection system to which the present invention is applied, when the number of the pressure
圧力検出ユニット2は、図10に示すように、導電繊維13A,13Bとの接続部分に切替部31を設置する。切替部31は、導電繊維13Aに入力波を入力して電圧計測部22で電圧を計測する状態と、導電繊維13Bに入力波を入力して電圧計測部22で電圧を計測する状態とを切り換える。これにより、導電繊維13A,13Bを2本にするという少ない配線数で2倍の感圧部13bをシート状センサ1内に配置して、シート状センサ1に対する加圧力を求めることができる。
As shown in FIG. 10, the
以上説明したように、本発明に係る圧力検出システムによれば、圧力検出ユニット2とシート状センサ1とを接続する配線量が少なくできるため、配線に要する容積が減少すると共に重量が軽くなり、結線部分の柔軟性も上がるなど、実装性を向上させることができる。すなわち、圧力検出システムは、1本の導電繊維13を布地11に織り込んだシート状センサ1に対して、1本の配線で圧力検出ユニット2と接続し、当該導電繊維13に入力波を供給して、当該入力波が導電繊維13内で反射した反射波を計測し、当該反射波に基づいて感圧部13bのインピーダンスを演算して、感圧部13bでの外部刺激を計測することができる。
As described above, according to the pressure detection system of the present invention, since the amount of wiring connecting the
また、圧力検出システムによれば、導電繊維13に形成された感圧部13bごと圧力を計測することができるので、シート状センサ1内において異なる位置の圧力を計測することができる。
Further, according to the pressure detection system, the pressure can be measured for each pressure-
更に、圧力検出システムによれば、繊維12に導電繊維13A,13Bが複数本織り込まれて構成され、圧力検出ユニット2によって、導電繊維13A,13Bごとに端部から入力波を供給して、各導電繊維13A,13Bの感圧部13bでの圧力を計測するので、シート状センサ1内により多くの感圧部13bを配置でき、より多くの圧力値を得ることができる。
Furthermore, according to the pressure detection system, a plurality of
更にまた、圧力検出システムによれば、シート状センサ1の感圧部13bを、当該シート状センサ1に対する圧力の印加面積よりも小さい面積としたので、確実にシート状センサ1に加わる外部刺激を検知できる。
Furthermore, according to the pressure detection system, since the pressure-
更にまた、圧力検出システムによれば、感圧部13bで反射された反射波が減衰したタイミングで当該反射波のサンプリングを行い、当該感圧部13bのインピーダンスを演算するので、電圧計測部22で検知できる電圧が安定した箇所で圧力値を演算できる。これにより、外部刺激の大きさに応じたインピーダンスの変化で生じた反射波を、変動の少ない時間で計測することができ、正確な圧力量を検出することができる。
Furthermore, according to the pressure detection system, the reflected wave is sampled at the timing when the reflected wave reflected by the
更にまた、圧力検出システムは、導電繊維13を、中心に配置された第1の導電繊維である導電繊維13dと、当該導電繊維13dの周囲に円筒形に配置された第2の導電繊維である導電繊維13fとからなり、非感圧部13aを、導電繊維13dと導電繊維13fとの間を樹脂により絶縁した所定のインピーダンスである部位とし、感圧部13bを、導電繊維13dと導電繊維13fとの距離が前記圧力により変化し、接触抵抗によってインピーダンスが変化する部位とした。これにより、シート状センサ1に外部刺激が加わることにより、当該外部刺激の大きさによって導電繊維13fと導電繊維13dとの接触度合いが変化する。これによって、インピーダンスの変化度合いから、外部刺激の大きさを求めることができ、加圧分布を正確に検出することができる。
Furthermore, the pressure detection system includes a
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
1 シート状センサ
2 圧力検出ユニット
11 布地
12 繊維
13 導電繊維
13a 非感圧部
13b 感圧部
13c 被覆材
13d 導電繊維
13e 終端部
13f 導電繊維
13g 空洞
21 パルス生成部
22 電圧計測部
23 記憶部
24 演算部
25 制御部
31 切替部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記シート状センサに印加される外部刺激の大きさを演算する検出ユニットとを備え、
前記導電繊維は、外部刺激によってインピーダンスが変化する検知領域と、外部刺激によってインピーダンスが変化しない所定のインピーダンスの非検知領域とが形成されて構成され、
前記検出ユニットは、外部刺激を検出する際に、前記導電繊維の端部から入力波を供給し、当該入力波が前記導電繊維内で反射した反射波を計測し、当該反射波に基づいて前記検知領域のインピーダンスを演算して、前記検知領域での外部刺激の大きさを計測することを特徴とする外部刺激検出システム。 A sheet-like sensor configured by weaving conductive fibers on non-conductive fibers;
A detection unit that calculates the magnitude of an external stimulus applied to the sheet-like sensor,
The conductive fiber is configured by forming a detection region in which the impedance is changed by an external stimulus and a non-detection region of a predetermined impedance in which the impedance is not changed by the external stimulus,
The detection unit, when detecting an external stimulus, supplies an input wave from the end of the conductive fiber, measures a reflected wave reflected in the conductive fiber, and based on the reflected wave An external stimulus detection system characterized by calculating an impedance of a detection region and measuring the magnitude of the external stimulus in the detection region.
前記検出ユニットは、前記導電繊維からの反射波に基づいて各検知領域のインピーダンスを演算して、各検知領域での外部刺激の大きさを計測すること
を特徴とする請求項1に記載の外部刺激検出システム。 A plurality of the detection regions are formed in the conductive fiber,
2. The external unit according to claim 1, wherein the detection unit calculates an impedance of each detection region based on a reflected wave from the conductive fiber and measures the magnitude of an external stimulus in each detection region. Stimulus detection system.
前記検出ユニットは、前記導電繊維ごとに、前記導電繊維の端部から入力波が供給され、当該入力波が当該導電繊維内で反射した反射波に基づいて前記検知領域での外部刺激の大きさを計測すること
を特徴とする請求項1に記載の外部刺激検出システム。 The sheet-like sensor is configured by weaving a plurality of the conductive fibers into the non-conductive fibers,
The detection unit is supplied with an input wave from the end of the conductive fiber for each conductive fiber, and the magnitude of the external stimulus in the detection region based on the reflected wave reflected in the conductive fiber. The external stimulus detection system according to claim 1, wherein:
を特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の外部刺激検出システム。 5. The detection unit according to claim 1, wherein the detection unit samples the reflected wave at a timing when the reflected wave reflected by the detection area is attenuated, and calculates the impedance of the detection area. The external stimulus detection system according to one item.
前記非検知領域は、前記第1の導電繊維と前記第2の導電繊維との間を樹脂により絶縁した所定のインピーダンスである部位であり、
前記検知領域は、前記第1の導電繊維と前記第2の導電繊維との距離が前記外部刺激の大きさにより変化し、接触抵抗によってインピーダンスが変化する部位であること
を特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の外部刺激検出システム。 The conductive fiber includes a first conductive fiber disposed in the center and a second conductive fiber disposed in a cylindrical shape around the central conductive fiber,
The non-detection region is a portion having a predetermined impedance in which the first conductive fiber and the second conductive fiber are insulated by a resin.
The detection region is a portion where the distance between the first conductive fiber and the second conductive fiber changes depending on the magnitude of the external stimulus, and the impedance changes due to contact resistance. The external stimulus detection system according to any one of claims 5 to 6.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007075598A JP2008232954A (en) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | External stimulus detection system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007075598A JP2008232954A (en) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | External stimulus detection system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008232954A true JP2008232954A (en) | 2008-10-02 |
Family
ID=39905910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007075598A Pending JP2008232954A (en) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | External stimulus detection system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008232954A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9429463B2 (en) | 2013-03-04 | 2016-08-30 | International Road Dynamics, Inc. | System and method for measuring moving vehicle information using electrical time domain reflectometry |
-
2007
- 2007-03-22 JP JP2007075598A patent/JP2008232954A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9429463B2 (en) | 2013-03-04 | 2016-08-30 | International Road Dynamics, Inc. | System and method for measuring moving vehicle information using electrical time domain reflectometry |
| US9880045B2 (en) | 2013-03-04 | 2018-01-30 | International Road Dynamics | Sensor including electrical transmission-line parameter that changes responsive to vehicular load |
| US10006799B2 (en) | 2013-03-04 | 2018-06-26 | International Road Dynamics Inc. | System and method for measuring moving vehicle information using electrical time domain reflectometry |
| US10859430B2 (en) | 2013-03-04 | 2020-12-08 | International Road Dynamics | Sensor including electrical transmission-line parameter that changes responsive to vehicular load |
| US10876884B2 (en) | 2013-03-04 | 2020-12-29 | International Road Dynamics Inc. | System and method for measuring moving vehicle information using electrical time domain reflectometry |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8700265B2 (en) | Occupant classification system | |
| CN101171493B (en) | Dimensional measurement probe | |
| AU2017310528B2 (en) | Seating structure including a presence sensor | |
| CA2531886A1 (en) | Multiple sensor vehicle occupant detection for air bag deployment control | |
| CN103562733B (en) | Spring contact contact pin apparatus | |
| US20070085553A1 (en) | Method for using touch signals and a touch unit | |
| CN108760105B (en) | Bionic hair sensing structure with adjustable angle | |
| US7401506B2 (en) | Measurement method and device for the measurement of a path covered | |
| US8371177B2 (en) | Tendon tension sensor | |
| US20040140814A1 (en) | Level meter | |
| JP2008232954A (en) | External stimulus detection system | |
| CN113340382B (en) | Magnetostrictive liquid level meter with adjustable reflection echo and liquid level detection method | |
| KR101229798B1 (en) | A posture adjusting apparatus using conductive threads pads | |
| US6792362B2 (en) | Apparatus for determining the moisture content of a medium | |
| JP2009025246A (en) | Pressure sensor, pressure detection device | |
| JPS6461626A (en) | Unit type distribution pressure sensor | |
| JP2006343141A (en) | Physical quantity measurement sensor | |
| CN219694389U (en) | Food probe | |
| JP2002131151A (en) | Seating sensor | |
| CN201464497U (en) | Measuring tool | |
| CN214843522U (en) | Magnetostriction liquid level meter with adjustable reflection echo | |
| CN215865413U (en) | Multi-sensor magnetostrictive liquid level meter | |
| WO2025205958A1 (en) | Sensor system | |
| JP2008275497A (en) | External stimulus detection system | |
| CN109758128B (en) | Detection system and control method thereof |