JPH06103233B2 - Piezoelectric pressure sensor - Google Patents
Piezoelectric pressure sensorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電型圧力センサ、特に、マトリクス状に配
置された複数個のセンサ素子により接触圧力分布を検出
する圧電型圧力センサに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric pressure sensor, and more particularly to a piezoelectric pressure sensor that detects a contact pressure distribution by a plurality of sensor elements arranged in a matrix.
［従来の技術］ 圧電素子をマトリクス状に配置して接触圧力分布を検出
する圧電型圧力分布センサの構成として、たとえば特開
昭62−297735号には、第５図に示すような構成が示され
ている。[Prior Art] As a structure of a piezoelectric pressure distribution sensor for detecting contact pressure distribution by arranging piezoelectric elements in a matrix, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-297735 discloses a structure as shown in FIG. Has been done.
第５図では、圧電素子2a,2b,…が５行５列のマトリクス
状に配置されている。圧電素子2a,2b,…の一方の電極に
は、行ごとに接続線A1，A2，…が接続されている。ま
た、圧電素子2a,2b,…の他方の電極には、列ごとに接続
線B1，B2，…が電気的に接続されている この第５図の構成によれば、各行あるいは各列ごとに１
本の配線が必要となるだけであるので、リード線の数を
減らし、後段の切換回路の簡略化を図ることができるよ
うになる。In FIG. 5, the piezoelectric elements 2a, 2b, ... Are arranged in a matrix of 5 rows and 5 columns. The connection lines A 1 , A 2 , ... Are connected to one electrode of each of the piezoelectric elements 2a, 2b ,. The piezoelectric elements 2a, 2b, to ... the other electrode of the connection lines B 1, B 2 in each column, according to ... of the FIG. 5 which is electrically connected structure, each row or each column 1 for each
Since only a book wiring is required, the number of lead wires can be reduced and the switching circuit in the subsequent stage can be simplified.
［発明が解決しようとする課題］ 前記従来の圧電型圧力分布センサでは、たとえば圧電素
子2aにおける圧力を測定する場合には、圧電素子2aに生
じた歪に基づく電位差を、接続線A1と接続線B1との間で
測定する。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional piezoelectric pressure distribution sensor, for example, when measuring the pressure in the piezoelectric element 2a, the potential difference based on the strain generated in the piezoelectric element 2a is connected to the connection line A 1. Measure to line B 1 .
ところがこの構成では、たとえば、接続線A1−圧電素子
2b−接続線B2−圧電素子2c−接続線A2−圧電素子2d−接
続線B1のような閉回路も同時に形成されている。したが
って、圧電素子2aにおける電位差を測定する場合に、他
の閉回路を形成する素子2b,2c,2dなどが測定結果に影響
を及ぼすことになる。However, in this configuration, for example, the connection line A 1 -piezoelectric element
2b- connecting line B 2 - piezoelectric element 2c- connecting line A 2 - closed circuit such as a piezoelectric element 2d- connection line B 1 is also formed simultaneously. Therefore, when measuring the potential difference in the piezoelectric element 2a, the elements 2b, 2c, 2d forming other closed circuits affect the measurement result.
このため、前記従来の構成では、測定しようとする圧電
素子以外の圧電素子が干渉することになり、正確な圧力
を検出することができない。Therefore, in the above-described conventional configuration, piezoelectric elements other than the piezoelectric element to be measured interfere with each other, and accurate pressure cannot be detected.
本発明の目的は、リード線の数を増やすことなくかつ後
段の切換回路を複雑化することなく、測定しようする圧
電素子以外の圧電素子の干渉を防止し、正確に圧力を検
出することのできる圧電型圧力センサを提供することに
ある。An object of the present invention is to prevent the interference of piezoelectric elements other than the piezoelectric element to be measured and to detect the pressure accurately without increasing the number of lead wires and without complicating the switching circuit in the subsequent stage. It is to provide a piezoelectric pressure sensor.
［課題を解決するための手段］ 本発明に係る圧電型圧力センサは、マトリクス状に配置
された複数個のセンサ素子により、接触圧力分布を検出
する圧電型圧力センサである。そして、本発明では、各
センサ素子は、圧電素子と圧電素子に接続されたスイッ
チング手段とをそれぞれ有している。さらに、本発明に
係る圧電型圧力センサは、マトリクス状の行・列方向の
うちの一方向に延びる、スイッチング手段を切換えるた
めの複数本の制御線と、行・列方向のうちの他方向に延
び、圧電素子への接続がスイッチング手段により切換え
られる複数本の読取線と、読取線に接続され、対応の圧
電素子に蓄積された電荷量を検出するための積分回路と
を含んでいる。[Means for Solving the Problems] A piezoelectric pressure sensor according to the present invention is a piezoelectric pressure sensor that detects a contact pressure distribution by a plurality of sensor elements arranged in a matrix. In the present invention, each sensor element has a piezoelectric element and switching means connected to the piezoelectric element. Furthermore, the piezoelectric pressure sensor according to the present invention has a plurality of control lines extending in one of the row and column directions in a matrix pattern for switching the switching means and the other control line in the row and column directions. It includes a plurality of read lines that extend and whose connection to the piezoelectric element is switched by the switching means, and an integrating circuit that is connected to the read line and that detects the amount of charge accumulated in the corresponding piezoelectric element.
［作用］ マトリクス状に配置された複数個のセンサ素子中の或る
センサ素子における接触圧力を検出する場合には、その
センサ素子のスイッチング手段を切換えるための制御線
を用いて、そのセンサ素子の圧電素子に対し対応する読
取線を接続状態とする。積分回路は、加圧により圧電素
子に蓄積されていた電荷量をその読取線を通して検出す
る。[Operation] When detecting the contact pressure in a certain sensor element among a plurality of sensor elements arranged in a matrix, a control line for switching the switching means of the sensor element is used to detect the contact pressure of the sensor element. The corresponding read line is connected to the piezoelectric element. The integrating circuit detects the amount of electric charge accumulated in the piezoelectric element by pressurization through the reading line.
その検出動作において、他のセンサ素子におけるスイッ
チング手段を切断状態としておけば、他のセンサ素子の
圧電素子が圧力測定に干渉することはない。したがっ
て、マトリクス状に配置された各センサ素子において、
それぞれ正確に圧力が検出できるようになる。In the detection operation, if the switching means in the other sensor element is set in the disconnected state, the piezoelectric element of the other sensor element does not interfere with the pressure measurement. Therefore, in each sensor element arranged in a matrix,
The pressure can be detected accurately.
制御線および読取線を順次切換えることにより、任意の
圧電素子における圧力を、他の圧電素子の干渉を受ける
ことなく次々と測定することができる。これによって、
各圧電素子における圧力を順次検出し、正確な圧力分布
を知ることができる。By sequentially switching the control line and the read line, the pressure in any piezoelectric element can be measured one after another without the interference of other piezoelectric elements. by this,
It is possible to detect the pressure in each piezoelectric element sequentially and to know the accurate pressure distribution.
一方、外部接続のための配線の数は、行・列方向に配置
された制御線と読取線とに対応する数が必要とされるだ
けであるので、前記第５図の従来例と同様にリード線の
数は少なくて済み、後段の切換回路を簡略化することが
できる。On the other hand, the number of wirings for external connection only needs to be the number corresponding to the control lines and the read lines arranged in the row / column direction, and therefore, as in the conventional example of FIG. The number of lead wires is small, and the switching circuit in the subsequent stage can be simplified.
［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例の構成を示す斜視概略図で
ある。ここでは、圧電型圧力センサ10は、５行５列のマ
トリクス状に配置されたセンサ素子11a,11b,11c,…を有
している。[Embodiment] FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of an embodiment of the present invention. Here, the piezoelectric pressure sensor 10 has sensor elements 11a, 11b, 11c, ... Arranged in a matrix of 5 rows and 5 columns.
第２図に示すように、各センサ素子11a,11b,…はそれぞ
れ、圧電素子12と、電界効果トランジスタ13と、コンデ
ンサ14とを有している。また、マトリクス状に配置され
た各センサ素子11a,11b,…の配置に沿って、各行方向
に、それぞれ制御線C1，C2，…が配設されている。ま
た、各列方向には、読取線R1，R2，…が配設されてい
る。さらに、各列方向には、アース15に接続される２条
ずつの配線16,17が配設されている。As shown in FIG. 2, each sensor element 11a, 11b, ... Has a piezoelectric element 12, a field effect transistor 13, and a capacitor 14, respectively. Further, control lines C 1 , C 2 , ... Are arranged in the respective row directions along the arrangement of the sensor elements 11a, 11b ,. Further, read lines R 1 , R 2 , ... Are arranged in each column direction. Further, two wires 16 and 17 connected to the ground 15 are arranged in each column direction.
第３図に、１つのセンサ素子11の等価回路を示す。第３
図において、電界効果トランジスタ13のゲート電極は、
制御線Ｃに接続されている。また、トランジスタ13のソ
ースあるいはドレイン電極の一方は、読取線Ｒに接続さ
れている。ソースあるいはドレイン電極の他方は、圧電
素子12の下端面に形成された電極18に接続されている。
圧電素子12の上端面に形成された電極19は、アース15に
連続する配線17に接続されている。また、圧電素子12の
下端面の電極18とアース15に連続する配線16との間に
は、コンデンサ14が接続されている。すなわち、このコ
ンデンサ14は圧電素子12に対し並列に接続されているこ
とになる。なお、圧電素子12としては、圧電セラミック
スや圧電性単結晶などの剛性の高い圧電材料よりなる素
子が使用される。FIG. 3 shows an equivalent circuit of one sensor element 11. Third
In the figure, the gate electrode of the field effect transistor 13 is
It is connected to the control line C. Further, one of the source and drain electrodes of the transistor 13 is connected to the read line R. The other of the source and drain electrodes is connected to the electrode 18 formed on the lower end surface of the piezoelectric element 12.
The electrode 19 formed on the upper end surface of the piezoelectric element 12 is connected to the wiring 17 continuous to the ground 15. In addition, a capacitor 14 is connected between the electrode 18 on the lower end surface of the piezoelectric element 12 and the wiring 16 continuous with the ground 15. That is, this capacitor 14 is connected in parallel to the piezoelectric element 12. As the piezoelectric element 12, an element made of a highly rigid piezoelectric material such as piezoelectric ceramics or piezoelectric single crystal is used.
上述の圧電型圧力センサ10は、たとえば第４図に示すよ
うな圧力分布検出装置に組込まれる。The piezoelectric pressure sensor 10 described above is incorporated in a pressure distribution detecting device as shown in FIG. 4, for example.
第４図において、圧電型圧力センサ10の制御線C1，C2，
…は、制御線切換回路21に接続されている。また、読取
線R1，R2，…は、読取線切換回路22に接続されている。
読取線切換回路は積分回路23に接続され、積分回路23は
ピークホールド回路24に接続されている。ピークホール
ド回路24は、A/Dコンバータ25を介してデータ処理装置2
6に接続されている。さらに、第４図の検出装置は、マ
トリクス制御回路27を備えている。マトリクス制御回路
27は、制御線切換回路21、読取線切換回路22を制御する
とともに、ピークホールド回路24に所定タイミングでリ
セット信号を送り、さらにデータ処理装置26に素子切換
情報信号を送るようになっている。また、データ処理装
置26は、A/Dコンバータ25を制御するための制御信号をA
/Dコンバータ25に送るようになっている。In FIG. 4, the control lines C 1 , C 2 , of the piezoelectric pressure sensor 10
Are connected to the control line switching circuit 21. The read lines R 1 , R 2 , ... Are connected to the read line switching circuit 22.
The read line switching circuit is connected to the integrating circuit 23, and the integrating circuit 23 is connected to the peak hold circuit 24. The peak hold circuit 24 is connected to the data processing device 2 via the A / D converter 25.
Connected to 6. Furthermore, the detection device of FIG. 4 includes a matrix control circuit 27. Matrix control circuit
The reference numeral 27 controls the control line switching circuit 21 and the read line switching circuit 22, sends a reset signal to the peak hold circuit 24 at a predetermined timing, and further sends an element switching information signal to the data processing device 26. In addition, the data processing device 26 sends a control signal for controlling the A / D converter 25 to the A
It is designed to be sent to the / D converter 25.
次に、第４図の圧力分布検出装置に組込まれた圧電型圧
力センサの作動を説明する。Next, the operation of the piezoelectric pressure sensor incorporated in the pressure distribution detecting device of FIG. 4 will be described.
マトリクス制御回路27により、制御線切換回路21を通し
て、まず制御線C1に接続されているトランジスタ13を導
通状態にする。このとき他の制御線C2，C3，…は、非導
通状態にある。これにより、制御線C1に対応する行のセ
ンサ素子の情報が、読取線R1，R2，…を通して読取可能
な状態となる。The matrix control circuit 27 first turns on the transistor 13 connected to the control line C 1 through the control line switching circuit 21. At this time, the other control lines C 2 , C 3 , ... Are in a non-conductive state. As a result, the information of the sensor element in the row corresponding to the control line C 1 becomes ready to be read through the reading lines R 1 , R 2 , ...
この状態において、読取線切換回路22を通して、まず読
取線R1のみを積分回路23に接続する。このとき、残りの
読取線R2，R3，…は、回路的に開放状態になっているた
め、対応するセンサ素子内の情報は保持されている。In this state, only the read line R 1 is first connected to the integrating circuit 23 through the read line switching circuit 22. At this time, since the remaining reading lines R 2 , R 3 , ... Are in an open circuit state, the information in the corresponding sensor element is retained.
読取線R1を積分回路23に接続すると、対応する圧電素子
に加圧により蓄積された電荷が、積分回路23側に放電さ
れる。この電荷を積分回路23において時間的に積分すれ
ば、対応するセンサ素子が加圧されることにより蓄積し
ていた電荷量が測定できることになる。これは、後段の
ピークホールド回路24、A/Dコンバータ25を通じてデー
タ処理装置26に入力される。When the read line R 1 is connected to the integrating circuit 23, the charges accumulated in the corresponding piezoelectric element by pressurization are discharged to the integrating circuit 23 side. If this charge is integrated over time in the integrating circuit 23, the amount of charge accumulated by pressurizing the corresponding sensor element can be measured. This is input to the data processing device 26 via the peak hold circuit 24 and the A / D converter 25 in the subsequent stage.
以後、読取線R2、R3、…と読取線の切換を行ない、すべ
ての読取線からの検出を終えると、次に制御線C2のみを
導通状態とする。これによって、上述の動作と同様に、
制御線C2に対応する行に配置された各センサ素子の情報
を読取線R1，R2，…から読取り、その情報をデータ処理
装置に蓄積する。After that, the read lines R 2 , R 3 , ... And the read lines are switched, and when the detection from all the read lines is completed, only the control line C 2 is made conductive next. As a result, similar to the above operation,
The information of each sensor element arranged in the row corresponding to the control line C 2 is read from the read lines R 1 , R 2 , ... And the information is stored in the data processing device.
すなわち、上述の圧力分布検出装置では、各圧電素子12
に上方から未知物体が当接されると、その物体の加圧力
により、対応する圧電素子12において圧電効果が生じ、
制御線C1，C2，…と読取線R1，R2，…とを順次切換える
ことにより、各センサ素子における圧力を検出すること
ができる。したがって、圧電型圧力センサ10の上に接触
している未知物体に基づく圧力分布を知ることができ
る。That is, in the pressure distribution detection device described above, each piezoelectric element 12
When an unknown object is brought into contact with the above from above, a piezoelectric effect occurs in the corresponding piezoelectric element 12 due to the pressing force of the object,
The pressure in each sensor element can be detected by sequentially switching the control lines C 1 , C 2 , ... And the read lines R 1 , R 2 ,. Therefore, the pressure distribution based on the unknown object in contact with the piezoelectric pressure sensor 10 can be known.
なお、制御線および読取線の切換順序は、上述のような
順序に制限されることはなく、任意な順序で行なうこと
ができる。また、読取線の数がそれほど多くない場合に
は、積分回路やピークホールド回路を各読取線ごとに設
ける構成としてもよい。The switching order of the control line and the reading line is not limited to the order as described above, and can be performed in any order. Further, when the number of reading lines is not so large, an integrating circuit or a peak hold circuit may be provided for each reading line.
［発明の効果］ 本発明に係る圧電型圧力センサによれば、上述のような
制御線と積分回路に接続される読取線とを設け、各セン
サ素子に圧電素子とスイッチング手段とをそれぞれ設け
たことから、圧力測定を行なおうとする素子以外の圧電
素子の干渉を防止することができるようになり、正確な
圧力分布を検出することができるようになる。しかも、
リード線の数は、第５図に示す従来例と同様に減少させ
ることができるので、後段の切換回路などの簡略化を図
ることができるようになる。[Effects of the Invention] According to the piezoelectric pressure sensor of the present invention, the control line and the reading line connected to the integrating circuit are provided, and each sensor element is provided with the piezoelectric element and the switching means. Therefore, it becomes possible to prevent interference of piezoelectric elements other than the element for which pressure measurement is to be performed, and it becomes possible to detect an accurate pressure distribution. Moreover,
Since the number of lead wires can be reduced similarly to the conventional example shown in FIG. 5, it is possible to simplify the switching circuit in the subsequent stage.
第１図は、本発明に係る一実施例の斜視概略図である。
第２図は、その実施例の斜視部分図である。第３図は、
センサ素子の等価回路図である。第４図は、その実施例
に係る圧電型圧力センサを圧力分布検出装置に組込んだ
場合を示すブロック図である。第５図は、従来例の第１
図に相当する図である。 10は圧電型圧力センサ、11はセンサ素子、12は圧電素
子、13は電界効果トランジスタ、Ｃは制御線、Ｒは読取
線である。FIG. 1 is a schematic perspective view of an embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective partial view of the embodiment. Figure 3 shows
It is an equivalent circuit diagram of a sensor element. FIG. 4 is a block diagram showing a case where the piezoelectric type pressure sensor according to the embodiment is incorporated in a pressure distribution detecting device. FIG. 5 shows the first example of the conventional example.
It is a figure equivalent to a figure. Reference numeral 10 is a piezoelectric pressure sensor, 11 is a sensor element, 12 is a piezoelectric element, 13 is a field effect transistor, C is a control line, and R is a read line.
Claims (1)
素子により、接触圧力分布を検出する圧電型圧力センサ
であって、 前記各センサ素子は、圧電素子と圧電素子に接続された
スイッチング手段とをそれぞれ有し、さらに、 前記マトリクスの行・列方向のうちの一方向に延びる、
前記スイッチング手段を切換えるための複数本の制御線
と、 前記行・列方向のうちの他方向に延び、前記圧電素子へ
の接続が前記スイッチング手段により切換えられる複数
本の読取線と、 前記読取線に接続され、対応の前記圧電素子に蓄積され
た電荷量を検出するための積分回路とを含む 圧電型圧力センサ。1. A piezoelectric pressure sensor for detecting a contact pressure distribution by a plurality of sensor elements arranged in a matrix, wherein each sensor element includes a piezoelectric element and a switching means connected to the piezoelectric element. And further extending in one of row and column directions of the matrix,
A plurality of control lines for switching the switching means, a plurality of read lines extending in the other direction of the row / column direction and connected to the piezoelectric element by the switching means; A piezoelectric pressure sensor, which is connected to the piezoelectric element and includes an integrating circuit for detecting the amount of charge accumulated in the corresponding piezoelectric element.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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| JPH01253624A JPH01253624A (en) | 1989-10-09 |
| JPH06103233B2 true JPH06103233B2 (en) | 1994-12-14 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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| JPH0697194B2 (en) * | 1986-06-16 | 1994-11-30 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric pressure distribution sensor |
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1988
- 1988-04-01 JP JP63081869A patent/JPH06103233B2/en not_active Expired - Lifetime
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