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WO2019171865A1 - 測定方法および測定装置 - Google Patents

測定方法および測定装置 Download PDF

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WO2019171865A1
WO2019171865A1 PCT/JP2019/004244 JP2019004244W WO2019171865A1 WO 2019171865 A1 WO2019171865 A1 WO 2019171865A1 JP 2019004244 W JP2019004244 W JP 2019004244W WO 2019171865 A1 WO2019171865 A1 WO 2019171865A1
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WO
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pressing force
vibration
sheet sensor
electrode
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PCT/JP2019/004244
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智矢 宮田
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Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Publication date
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Priority to US17/015,302 priority patent/US11906374B2/en
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    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • G01L1/162Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators
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    • G01H11/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/10Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings
    • G01L1/103Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings optical excitation or measuring of vibrations
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices

Definitions

  • This disclosure relates to a measurement method and a measurement apparatus for measuring vibration and pressing force with a piezoelectric sheet sensor.
  • Patent Document 1 is a document relating to a technique for measuring a plurality of types of physical quantities. In the technique described in Patent Document 1, a sensor in which a biometric sensor and an electrostatic sensor are stacked is used, and measurement by the biometric sensor is started when a change in capacitance of the electrostatic sensor exceeds a threshold value. .
  • This disclosure has been made in view of the circumstances as described above, and enables measurement of both vibration transmitted from the measurement target and the pressing force between the measurement target without increasing the cost of the measurement device. It aims at providing the technical means to do.
  • the present disclosure includes a vibration measurement step of measuring vibration transmitted from the measurement object to the piezoelectric sheet sensor by a piezoelectric sheet sensor in contact with the measurement object, and a pressing force measurement for measuring a pressing force between the measurement object and the piezoelectric sheet sensor. And a measurement method comprising the steps.
  • the present disclosure provides a piezoelectric sheet sensor that is in contact with a measurement target, and a measurement that measures vibration transmitted from the measurement target to the piezoelectric sheet sensor by the piezoelectric sheet sensor and a pressing force between the measurement target and the piezoelectric sheet sensor.
  • a measuring apparatus including a control unit is provided.
  • This disclosure also provides a piezoelectric sheet sensor in which a vibration measurement electrode and a pressing force measurement electrode are arranged on a common sheet-like piezoelectric body.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a measurement apparatus 100 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the measuring device 100 is a device that measures the pressing force applied to the measuring object 200 and the vibration generated in the measuring object 200.
  • the piezoelectric sheet sensor 1 is attached to the surface of the measuring object 200.
  • the pressing force generator 2 is a device that generates a pressing force between the measurement target 200 and the piezoelectric sheet sensor 1, specifically, a device that presses the piezoelectric sheet sensor 1 against the measurement target 200.
  • the measurement target 200 is a living body, specifically, the skin surface near the artery of the human body.
  • the piezoelectric sheet sensor 1 is pressed against the skin surface of the human body with an appropriate pressing force, and the vibration waveform from the artery, that is, the pulse waveform is measured by the piezoelectric sheet sensor 1.
  • the measurement control unit 3 has a function of measuring vibration generated in the measurement target 200 by the piezoelectric sheet sensor 1 and a pressing force applied to the measurement target 200 from the pressing force generation unit 2 via the piezoelectric sheet sensor 1, that is, the measurement target 200. And a function of measuring the pressing force between the piezoelectric sheet sensors 1 and a function of controlling the pressing force generated by the pressing force generator 2.
  • the piezoelectric sheet sensor 1 has a configuration in which electrodes 11 and 12 are attached to both surfaces of a sheet-like piezoelectric body 10.
  • the sheet-like piezoelectric body 10 is formed of a piezoelectric material that converts pressure into voltage, and receives stress due to vibration or pressing force from the measuring object 200 (pressing force that opposes the pressing force from the pressing force generation unit 2). A potential difference is generated according to the acceleration of the stress change.
  • the piezoelectric material forming the sheet-like piezoelectric body 10 may be an inorganic material such as lead zirconate titanate, but may be a polymer piezoelectric material having flexibility so as to be in close contact with the surface of a living body. preferable.
  • the polymer piezoelectric material include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-trifluoride ethylene copolymer (P (VDF / TrFE)), and vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer (P (VDCN / VAc)) and the like.
  • a number of flat pores are formed in, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), etc. that do not have piezoelectric characteristics, It is also possible to use a material having piezoelectric characteristics by polarizing and charging the opposed surfaces of flat pores by corona discharge or the like.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • the lower limit of the average thickness of the sheet-like piezoelectric body 10 is preferably 10 ⁇ m, and more preferably 50 ⁇ m.
  • the upper limit of the average thickness of the sheet-like piezoelectric body 10 is preferably 500 ⁇ m, and more preferably 200 ⁇ m. If the average thickness of the sheet-like piezoelectric body 10 is less than the lower limit, the strength of the sheet-like piezoelectric body 10 may be insufficient. On the other hand, when the average thickness of the sheet-like piezoelectric body 10 exceeds the upper limit, the deformability of the sheet-like piezoelectric body 10 is reduced, and the detection sensitivity may be insufficient.
  • the electrodes 11 and 12 are laminated on both surfaces of the sheet-like piezoelectric body 10 and are used to detect a potential difference between the front and back sides of the sheet-like piezoelectric body 10. That is, the electrode 11 (an example of the first electrode) is disposed on the upper surface (an example of the first surface) of the sheet-like piezoelectric body 10, and the electrode 12 (an example of the second electrode) is the lower surface of the sheet-like piezoelectric body 10. It is arranged on (an example of the second surface).
  • the material of the electrodes 11 and 12 may be any material as long as it has conductivity. Examples thereof include metals such as aluminum, copper and nickel, and carbon.
  • the average thickness of the electrodes 11 and 12 is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, depending on the lamination method. When the average thickness of the electrodes 11 and 12 is less than the lower limit, the strength of the electrodes 11 and 12 may be insufficient. On the other hand, when the average thickness of the electrodes 11 and 12 exceeds the upper limit, there is a possibility that the transmission of vibrations to the sheet-like piezoelectric body 10 is hindered.
  • the method for laminating the electrodes 11 and 12 on the sheet-like piezoelectric body 10 is not particularly limited, and examples thereof include metal deposition, carbon conductive ink printing, and silver paste coating and drying.
  • the measurement control unit 3 includes a pressing force measurement unit 31, a pressing force control unit 32, a vibration measurement unit 33, and a switching control unit 34.
  • the pressing force measurement unit 31 is a device that measures the pressing force applied to the measurement target 200 from the pressing force generation unit 2 via the piezoelectric sheet sensor 1, that is, the pressing force between the measurement target 200 and the piezoelectric sheet sensor 1.
  • the pressing force measurement unit 31 includes switches 311 and 312, an AC power supply 313, a voltage measurement unit 314, and a current measurement unit 315. In the pressing force measurement unit 31, when the switches 311 and 312 are turned on, the output voltage of the AC power supply 313 is applied between the electrodes 11 and 12 of the piezoelectric sheet sensor 1 via the current measurement unit 315.
  • the pressing force measurement unit 31 acquires a signal indicating a change in the resonance frequency of the piezoelectric sheet sensor 1 by applying an AC voltage from the AC power supply 313, and based on the acquired signal, the measurement target 200 and the piezoelectric sheet. The pressing force between the sensors 1 is measured.
  • a variable frequency AC power source is used as the AC power source 313, and the current flowing through the piezoelectric sheet sensor 1 is measured by the current measuring unit 315 while sweeping the frequency of the AC voltage output from the AC power source 313. Then, the resonance frequency at which the current flowing through the piezoelectric sheet sensor 1 peaks is detected, and the pressing force is obtained based on the dependency of the resonance frequency obtained in advance on the pressing force and the detected resonance frequency.
  • the frequency transfer characteristic of the piezoelectric sheet sensor 1 that is, the frequency characteristic of the impedance of the piezoelectric sheet sensor 1 is obtained under various pressing forces.
  • the impedance of the piezoelectric sheet sensor 1 at a predetermined frequency is determined based on the measurement results of the voltage measuring unit 314 and the current measuring unit 315, and the pressing force is determined based on the results and frequency transfer characteristics corresponding to various pressing forces.
  • the pressing force control unit 32 causes the pressing force measuring unit 31 to measure the pressing force. If the result is smaller than the optimum value, the pushing force is increased, and if the result is larger than the optimum value, the pressing force is decreased. This is a device that converges the pressing force to the optimum value.
  • the vibration measurement unit 33 is a device that measures vibration transmitted from the measurement target 200 to the piezoelectric sheet sensor 1.
  • the vibration measurement unit 33 includes switches 331 and 332 and a signal processing unit 333.
  • the signal processing unit 333 is connected to the electrodes 11 and 12 of the piezoelectric sheet sensor 1 when the switches 331 and 332 are turned on.
  • the signal processing unit 333 includes a filter that selects and passes a signal belonging to the frequency band of the vibration wave to be measured from signals generated between the electrodes 11 and 12.
  • the measurement target of the vibration measuring unit 33 is a pulse wave, and the frequency band thereof is lower than the resonance frequency of the piezoelectric sheet sensor 1.
  • the filter selects and passes the low frequency band signal from among the signals between the electrodes 11 and 12 of the piezoelectric sheet sensor 1.
  • the signal processing unit 333 displays the signal that has passed through the filter on a display (not shown), or analyzes parameters such as the amplitude and frequency of the signal to notify the user.
  • the switching control unit 34 is a means for alternately performing the measurement of the pressing force and the adjustment of the pressing force by the pressing force control unit 32 and the measurement of the vibration by the vibration measuring unit 33. That is, the switching control unit 34 measures the vibration by the vibration measuring unit 33 during each of the period during which the pressing force is measured by the pressing force control unit 32 (an example of the first period) and the period during which the pressing force is adjusted. The period (an example of the second period) that is being used does not overlap. Specifically, the switches 311, 312, 331, and 332 are controlled so that the period in which the switches 311 and 312 are ON and the period in which the switches 331 and 332 are ON do not overlap.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a first operation example of the present embodiment.
  • the switching control unit 34 of the measurement control unit 3 turns on the switches 311 and 312 and turns off the switches 331 and 332 and measures the pressing force using the piezoelectric sheet sensor 1 by the pressing force measuring unit 31 (step S11).
  • the pressing force control by the pressing force control unit 32 specifically, the control for making the pressing force close to the optimum value (step S12) is sequentially performed, and the pressing force is set to the optimum value (an example of a predetermined size set in advance). It is determined whether or not it has converged (step S13). If the pressing force has not converged to the optimum value, steps S11 to S13 are repeated.
  • the switching control unit 34 turns off the switches 311 and 312 and turns on the switches 331 and 332, and causes the vibration measuring unit 33 to The vibration is measured using the sheet sensor 1 (step S14), and the process ends. That is, the measurement control unit 3 ends the measurement and adjustment of the pressing force by turning off the switches 311 and 312 and starts the measurement of vibration by turning on the switches 331 and 332.
  • This first operation example is useful when it is sufficient to measure the vibration of the measuring object 200 only once with the optimum pressing force.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a second operation example of the present embodiment.
  • the switching control unit 34 of the measurement control unit 3 turns on the switches 311 and 312 and turns off the switches 331 and 332, and measures the pressing force using the piezoelectric sheet sensor 1 by the pressing force measuring unit 31 (step S21). Then, the pressing force control by the pressing force control unit 32, specifically, the control for bringing the pressing force close to the optimum value (step S22) is sequentially performed.
  • the switching control unit 34 turns off the switches 311 and 312 and turns on the switches 331 and 332, and causes the vibration measurement unit 33 to measure vibration using the piezoelectric sheet sensor 1 (step S23).
  • the switching control unit 34 determines whether or not the end of measurement is instructed by operating an operator (not shown). If the determination result is “NO”, the steps S21 to S24 are repeated, and the determination result is “YES”. If there is, the process is terminated.
  • This second operation example is useful when the measurement of the vibration of the measuring object 200 is repeated over a long period while the pressing force is maintained at the optimum value.
  • both the pressing force and the vibration can be measured by one piezoelectric sheet sensor 1. That is, the electrode that functions as the vibration measurement electrode and the pressing force measurement electrode is disposed on the common sheet-like piezoelectric body, and the measurement of the pressing force and the vibration can be performed at low cost.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a piezoelectric sheet sensor 1A used in the measuring apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the piezoelectric sheet sensor 1A has a configuration in which the electrode 11 of the piezoelectric sheet sensor 1 in the first embodiment is replaced with a vibration measurement electrode 11A and a pressing force measurement electrode 11B that are electrically separated from each other.
  • the vibration measurement electrode 11A and the electrode 12 are connected to the vibration measurement unit 33 of the first embodiment, and the pressing force measurement electrode 11B and the electrode 12 are connected to the pressing force measurement unit 31 of the first embodiment. Connected.
  • the same effect as the first embodiment can be obtained.
  • the vibration measurement electrode 11A and the pressing force measurement electrode 11B are electrically separated, the pressing force performed by applying an AC voltage between the pressing force measurement electrode 11B and the electrode 12 is used.
  • the measurement of vibration and the measurement of vibration performed by measuring the voltage between the electrode for vibration measurement 11 ⁇ / b> A and the electrode 12 can be performed simultaneously. That is, the period during which the vibration is measured overlaps at least a part of the period during which the pressing force is measured. Therefore, there is an advantage that control of measurement of pressing force and control of measurement of vibration become easy.
  • the vibration measuring electrode and the pressing force measuring electrode are arranged on the common sheet-like piezoelectric body, the pressing force and the vibration can be measured at a low cost.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a measurement apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the measuring apparatus according to the present embodiment is a key pressing detection apparatus for a keyboard electronic musical instrument.
  • a general keyboard electronic musical instrument is provided with a sensor for detecting an initial touch of a key pressing operation and a sensor for detecting an after touch.
  • a sensor for detecting an initial touch is provided for each key of the keyboard.
  • sensors for detecting aftertouch it is common to provide one on the high frequency side and one on the low frequency side of all keys of the keyboard in order to avoid an increase in scale and cost of the keyboard. .
  • This embodiment makes it possible to detect an initial touch and an after touch for each key of a keyboard without causing an increase in scale and price of the keyboard.
  • the key 4 is supported by a fulcrum on the right side and is located above the base material 5.
  • the key 4 is rotated around a fulcrum when the left end of the key 4 is pressed by the player's finger, and approaches the base member 5.
  • the piezoelectric sheet sensor 1B facing the back surface of the key 4 is disposed on the surface of the base material 5.
  • the piezoelectric sheet sensor 1B has a configuration in which a vibration measuring electrode and a pressing force measuring electrode are provided on a common sheet-like piezoelectric body, similarly to the piezoelectric sheet sensor of the second embodiment.
  • the electrode 12 attached to the surface of the sheet-like piezoelectric body 10 on the base material 5 side is fixed to the surface of the base material 5. Further, on the surface of the sheet-like piezoelectric body 10 on the key 4 side, an initial touch measurement electrode 11C and an after touch measurement electrode 11D are arranged along the longitudinal direction of the key 4.
  • the initial touch measurement electrode 11 ⁇ / b> C is located closer to the key pressing portion of the key 4 than the aftertouch measurement electrode 11 ⁇ / b> D.
  • two convex portions 41 ⁇ / b> C and 41 ⁇ / b> D that are raised toward the initial touch measurement electrode 11 ⁇ / b> C and the aftertouch measurement electrode 11 ⁇ / b> D are provided.
  • the initial touch measurement electrode 11C and the electrode 12 are connected to an initial touch detection circuit (not shown).
  • This initial touch detection circuit is a circuit corresponding to the vibration measurement unit 33 of the first embodiment.
  • the aftertouch measurement electrode 11D and the electrode 12 are connected to an unillustrated aftertouch detection circuit.
  • This after-touch detection circuit is a circuit corresponding to the pressing force measurement unit 31 of the first embodiment.
  • a hook-shaped stopper 42 is formed from the key 4 so as to touch the lower side of the end surface of the base material 5 on the key pressing side. The stopper 42 prevents the key 4 from warping upwards more than necessary.
  • the initial touch detection circuit when the key 4 is pressed, the convex portions 41C and 41D on the back surface of the key 4 approach the base material 5 side, and the initial touch measurement electrode 11C and the aftertouch measurement electrode 11D respectively. collide.
  • the initial touch detection circuit generates initial touch information indicating the key pressing speed from the rising speed of the voltage waveform between the electrodes 11C and 12 and the like.
  • the aftertouch detection circuit measures the pressing force applied to the base material 5 from the key 4 side via the piezoelectric sheet sensor 1B by the same processing as the pressing force measurement unit 31 of the first embodiment. Aftertouch information indicating pressure is generated. In the keyboard electronic musical instrument, the control of the tone generation is performed based on the initial touch information and the after touch information generated in this way.
  • the measurement object 200 has a blood vessel as a vibration source.
  • the measurement object is the two convex portions 41C and 41D provided on the key 4, and the measurement object comes into contact with the piezoelectric sheet sensor 1B by pressing the key, so that the measurement object contacts the piezoelectric sheet sensor 1B. Vibration (specifically, a shock wave) is transmitted to 1B, and a pressing force is generated between the measurement target and the piezoelectric sheet sensor 1B.
  • Vibration specifically, a shock wave
  • the present disclosure is applied not only to a mode in which the measurement target has a vibration source but also to a mode in which vibration occurs due to contact between the measurement target and the piezoelectric sheet sensor.
  • the after touch detection circuit is connected to the piezoelectric sheet sensor 1B after the ini shirt touch detection circuit generates initial touch information, so that the after touch, that is, the pressing force applied to the key 4 after the key pressing is finished. It is possible to generate aftertouch information reflecting the above.
  • an electrode for detecting vibration and an electrode for measuring pressure may be shared.

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Abstract

測定装置の高価格化を招くことなく測定対象に発生する振動と測定対象に加わる押圧力の両方を測定する。 押圧力発生部2は、圧電シートセンサ1を測定対象200に対して押し当てる押圧力を発生する。振動測定部33は、圧電シートセンサ1により測定対象200に発生する振動を測定する。押圧力測定部31は、圧電シートセンサ1を介して測定対象200に加えられる押圧力の測定を行う。押圧力制御部32は、押圧力測定部31の測定結果に基づき、押圧力発生部2が発生する押圧力を制御する。

Description

測定方法および測定装置
 この開示は、圧電シートセンサにより振動と押圧力の測定を行う測定方法および測定装置に関する。
 人体等の生体の脈波を測定する装置が各種提供されている。この種の測定装置では、測定対象に加わる押圧力を最適値に維持した状態で脈波等の振動を測定することが求められる。そのためには、脈波等の振動を測定する機能の他、測定対象に加わる押圧力を測定する機能が必要である。複数種類の物理量を測定する技術に関する文献として特許文献1がある。この特許文献1に記載の技術では、生体測定センサと静電センサが積層されたセンサを使用し、静電センサの静電容量の変化が閾値を超えた場合に生体測定センサによる測定を開始する。
特開2015-020015
 上述した従来の技術では、振動検出センサと押圧センサを積層したセンサを使用するが、結局は、層の深さ方向に並んだ振動検出センサと押圧センサという別個のセンサを各々用意する必要があり、測定装置が高価格になる問題がある。
 この開示は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、測定装置の高価格化を招くことなく測定対象から伝わる振動と測定対象との間の押圧力の両方を測定することを可能にする技術的手段を提供することを目的とする。
 この開示は、測定対象に接触した圧電シートセンサにより前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動を測定する振動測定ステップと、前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力を測定する押圧力測定ステップと、を備える測定方法を提供する。   
 また、この開示は、測定対象と接触する圧電シートセンサと、前記圧電シートセンサにより前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動と前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力とを測定する測定制御部とを具備する測定装置を提供する。
 また、この開示は、共通のシート状圧電体に振動測定用電極と押圧力測定用電極が配置される圧電シートセンサを提供する。
この開示の第1実施形態である測定装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態の第1の動作例を示すフローチャートである。 同実施形態の第2の動作例を示すフロ-チャートである。 この開示の第2実施形態である測定装置に使用される圧電シートセンサの構成を示す断面図である。 この開示の第3実施形態である測定装置の構成を示す図である。
 以下、図面を参照し、この開示の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
 図1はこの開示の第1実施形態である測定装置100の構成を示す図である。この測定装置100は、測定対象200に加わる押圧力と測定対象200に発生する振動を測定する装置である。
 この測定装置100において、圧電シートセンサ1は、測定対象200の表面に貼り付けられる。押圧力発生部2は、測定対象200および圧電シートセンサ1間に押圧力を発生させる装置、具体的には圧電シートセンサ1を測定対象200に押し当てる装置である。本実施形態において測定対象200は、生体、具体的には人体の動脈付近の肌表面である。本実施形態では、圧電シートセンサ1を適切な押圧力で人体の肌表面に押し当て、動脈からの振動波形、すなわち、脈波形を圧電シートセンサ1により測定する。測定制御部3は、圧電シートセンサ1により測定対象200に発生する振動を測定する機能と、押圧力発生部2から圧電シートセンサ1を介して測定対象200に加わる押圧力、すなわち、測定対象200および圧電シートセンサ1間の押圧力を測定する機能と、押圧力発生部2が発生する押圧力を制御する機能を備えた装置である。
 圧電シートセンサ1は、シート状圧電体10の両面に電極11および12を貼り付けた構成となっている。
 シート状圧電体10は、圧力を電圧に変換する圧電材料から形成され、測定対象200からの振動や押圧力(押圧力発生部2からの押圧力に対抗する押圧力)によって応力を受け、この応力変化の加速度に応じて電位差を生じる。
 シート状圧電体10を形成する圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の無機材料であってもよいが、生体の表面に密着できるよう可撓性を有する高分子圧電材料であることが好ましい。この高分子圧電材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン-3フッ化エチレン共重合体(P(VDF/TrFE))、シアン化ビニリデン-酢酸ビニル共重合体(P(VDCN/VAc))等を挙げることができる。
 また、シート状圧電体10として、圧電特性を有しない例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等に多数の扁平な気孔を形成し、例えばコロナ放電等によって扁平な気孔の対向面を分極して帯電させることによって圧電特性を付与したものを使用することもできる。
 シート状圧電体10の平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、50μmがより好ましい。一方、シート状圧電体10の平均厚さの上限としては、500μmが好ましく、200μmがより好ましい。シート状圧電体10の平均厚さが前記下限に満たない場合、シート状圧電体10の強度が不十分となるおそれがある。逆に、シート状圧電体10の平均厚さが前記上限を超える場合、シート状圧電体10の変形能が小さくなり、検出感度が不十分となるおそれがある。
 電極11、12は、シート状圧電体10の両面に積層され、シート状圧電体10の表裏の電位差を検出するために用いられる。つまり、電極11(第1電極の一例)は、シート状圧電体10の上面(第1面の一例)上に配置され、電極12(第2電極の一例)は、シート状圧電体10の下面(第2面の一例)上に配置される。電極11、12の材質としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等の金属や、カーボン等を挙げることができる。
 電極11、12の平均厚さとしては、特に限定されず、積層方法にもよるが、例えば0.1μm以上30μm以下とすることができる。電極11、12の平均厚さが前記下限に満たない場合、電極11、12の強度が不十分となるおそれがある。逆に、電極11、12の平均厚さが前記上限を超える場合、シート状圧電体10への振動の伝達を阻害するおそれがある。
 電極11、12のシート状圧電体10への積層方法としては、特に限定されず、例えば金属の蒸着、カーボン導電インクの印刷、銀ペーストの塗布乾燥等が挙げられる。
 測定制御部3は、押圧力測定部31と、押圧力制御部32と、振動測定部33と、切換制御部34とを有している。
 押圧力測定部31は、押圧力発生部2から圧電シートセンサ1を介して測定対象200に加わる押圧力、すなわち、測定対象200および圧電シートセンサ1間の押圧力を測定する装置である。この押圧力測定部31は、スイッチ311および312と、交流電源313と、電圧測定部314と、電流測定部315とを有している。この押圧力測定部31では、スイッチ311および312がONとなることにより、交流電源313の出力電圧が電流測定部315を介して圧電シートセンサ1の電極11および12間に印加される。この状態において、押圧力測定部31は、交流電源313からの交流電圧の印加により、圧電シートセンサ1の共振周波数の変化を示す信号を取得し、取得した信号に基づいて測定対象200および圧電シートセンサ1間の押圧力を測定する。
 この押圧力を測定する処理に関しては各種の態様があり得る。第1の態様では、交流電源313として周波数可変の交流電源を使用し、交流電源313が出力する交流電圧の周波数を掃引しつつ圧電シートセンサ1に流れる電流を電流測定部315により測定する。そして、圧電シートセンサ1に流れる電流がピークとなる共振周波数を検出し、予め求めておいた共振周波数の押圧力に対する依存性と、検出した共振周波数に基づいて押圧力を求める。
 第2の態様では、各種の押圧力において圧電シートセンサ1の周波数伝達特性、すなわち、圧電シートセンサ1のインピーダンスの周波数特性を求めておく。所定周波数における圧電シートセンサ1のインピーダンスを電圧測定部314および電流測定部315の測定結果に基づいて求め、その結果と各種の押圧力に対応した周波数伝達特性に基づいて、押圧力を求める。
 押圧力制御部32は、押圧力測定部31に押圧力の測定を行わせ、その結果が最適値よりも小さければ押圧力を増加させ、その結果が最適値よりも大きければ押圧力を減少させることにより、押圧力を最適値に収束させる装置である。
 振動測定部33は、測定対象200から圧電シートセンサ1に伝わる振動を測定する装置である。この振動測定部33は、スイッチ331および332と、信号処理部333とを有する。信号処理部333は、スイッチ331および332がONとなることにより、圧電シートセンサ1の電極11および12に接続される。信号処理部333は、電極11および12間に発生する信号の中から測定対象である振動波の周波数帯域に属する信号を選択して通過させるフィルタを有する。本実施形態において振動測定部33の測定対象は脈波であり、その周波数帯域は圧電シートセンサ1の共振周波数よりも低い。フィルタは、圧電シートセンサ1の電極11および12間の信号の中からこの低い周波数帯域の信号を選択して通過させる。信号処理部333は、このフィルタを通過した信号を図示しない表示器に表示し、あるいは当該信号の振幅や周波数等のパラメータを解析してユーザに通知する。
 切換制御部34は、押圧力制御部32による押圧力の測定および押圧力の調整の制御と、振動測定部33による振動の測定とを交互に行わせる手段である。つまり、切換制御部34は、押圧力制御部32によって押圧力が測定されている期間(第1期間の一例)及び押圧力が調整されている期間のそれぞれと、振動測定部33によって振動が測定されている期間(第2期間の一例)とが重ならないようにしている。具体的には、スイッチ311及び312がONとなる期間とスイッチ331及び332がONとなる期間とが重ならないように、スイッチ311、312、331及び332を制御する。
 図2は本実施形態の第1の動作例を示すフローチャートである。この例において、測定制御部3の切換制御部34は、スイッチ311および312をON、スイッチ331および332をOFFとし、押圧力測定部31による圧電シートセンサ1を利用した押圧力測定(ステップS11)と、押圧力制御部32による押圧力制御、具体的には押圧力を最適値に近づける制御(ステップS12)を順次行わせ、押圧力が最適値(予め設定した所定の大きさの一例)に収束したか否かを判断する(ステップS13)。そして、押圧力が最適値に収束していない場合にはステップS11~S13を繰り返す。
 そして、押圧力が最適値に収束し、ステップS13の判断結果が「YES」になると、切換制御部34は、スイッチ311および312をOFF、スイッチ331および332をONとし、振動測定部33に圧電シートセンサ1を利用した振動の測定を行わせ(ステップS14)、処理を終了する。すなわち、スイッチ311及び312をOFFとすることにより、測定制御部3は、押圧力の測定及び調整を終了させ、スイッチ331及び332をONとすることにより、振動の測定を開始させる。
 この第1の動作例は、最適な押圧力で測定対象200の振動を1回だけ測定すれば足りるような場合に有用である。
 図3は本実施形態の第2の動作例を示すフローチャートである。この例において、測定制御部3の切換制御部34は、スイッチ311および312をON、スイッチ331および332をOFFとし、押圧力測定部31による圧電シートセンサ1を利用した押圧力測定(ステップS21)と、押圧力制御部32による押圧力制御、具体的には押圧力を最適値に近づける制御(ステップS22)を順次行わせる。次に切換制御部34は、スイッチ311および312をOFF、スイッチ331および332をONとし、振動測定部33に圧電シートセンサ1を利用した振動の測定を行わせる(ステップS23)。次に切換制御部34は、図示しない操作子の操作により測定終了が指示されたか否かを判断し、判断結果が「NO」であればステップS21~S24を繰り返し、判断結果が「YES」であれば処理を終了する。
 この第2の動作例は、押圧力を最適値に維持した状態で測定対象200の振動の測定を長期に亙って繰り返すような場合に有用である。
 以上のように、本実施形態によれば、1つの圧電シートセンサ1により押圧力と振動の両方を測定することができる。すなわち、共通のシート状圧電体に振動測定用電極および押圧力測定用電極として機能する電極を配置しており、押圧力と振動の測定を安価に実施することができる。
<第2実施形態>
 図4はこの開示の第2実施形態である測定装置に用いられる圧電シートセンサ1Aの構成を示す断面図である。この圧電シートセンサ1Aは、上記第1実施形態における圧電シートセンサ1の電極11を、互いに電気的に分離された振動測定用電極11Aおよび押圧力測定用電極11Bに置き換えた構成となっている。本実施形態では、振動測定用電極11Aおよび電極12が上記第1実施形態の振動測定部33に接続され、押圧力測定用電極11Bおよび電極12が上記第1実施形態の押圧力測定部31に接続される。
 本実施形態においても上記第1実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態では、振動測定用電極11Aおよび押圧力測定用電極11Bが電気的に分離されているので、押圧力測定用電極11Bおよび電極12間に交流電圧を印加することにより行う押圧力の測定と、振動測定用電極11Aおよび電極12間の電圧を測定することにより行う振動の測定を同時進行させることも可能である。すなわち、振動が測定されている期間は、押圧力が測定されている期間の少なくとも一部に重なっている。従って、押圧力の測定の制御と振動の測定の制御が容易になるという利点がある。また、共通のシート状圧電体に振動測定用電極と押圧力測定用電極とを配置していることから、押圧力と振動の測定を安価に実施することができる。
<第3実施形態>
 図5はこの開示の第3実施形態である測定装置の構成を示す断面図である。本実施形態による測定装置は、鍵盤電子楽器の押鍵検出装置である。
 一般的な鍵盤電子楽器には、押鍵動作のイニシャルタッチを検出するセンサとアフタータッチを検出するセンサが設けられている。ここで、イニシャルタッチを検出するセンサは鍵盤の個々の鍵毎に設けられる。しかし、アフタータッチを検出するセンサについては、鍵盤の大規模化および高価格化を回避するため、鍵盤の全鍵の高域側に1個、低域側に1個設けるのが一般的である。
 本実施形態は、鍵盤の大規模化および高価格化を招くことなく鍵盤の個々の鍵毎にイニシャルタッチおよびアフタータッチの検出を可能にするものである。
 図5において、鍵4はその右側にある支点により支持され、ベース材5の上方に位置している。そして、鍵4は、その左側端部が演奏者の指で押下されることにより支点廻りに回動し、ベース材5に接近する。
 ベース材5の表面には、鍵4の裏面と対向する圧電シートセンサ1Bが配置されている。この圧電シートセンサ1Bは、上記第2実施形態の圧電シートセンサと同様に共通のシート状圧電体に振動測定用電極と押圧力測定用電極とを備える構成を有する。シート状圧電体10のベース材5側の面に貼り付けられた電極12は、ベース材5の表面に固定されている。また、シート状圧電体10の鍵4側の面には、鍵4の長手方向に沿ってイニシャルタッチ測定用電極11Cとアフタータッチ測定用電極11Dが配置されている。ここで、イニシャルタッチ測定用電極11Cは、アフタータッチ測定用電極11Dよりも、鍵4における押鍵箇所に近い位置にある。鍵4の裏面には、イニシャルタッチ測定用電極11Cおよびアフタータッチ測定用電極11Dに向けて盛り上がった2個の凸部41Cおよび41Dが設けられている。
 圧電シートセンサ1Bにおいて、イニシャルタッチ測定用電極11Cおよび電極12は、図示しないイニシャルタッチ検出回路に接続されている。このイニシャルタッチ検出回路は、上記第1実施形態の振動測定部33に相当する回路である。また、圧電シートセンサ1Bにおいて、アフタータッチ測定用電極11Dおよび電極12は、図示しないアフタータッチ検出回路に接続されている。このアフタータッチ検出回路は、上記第1実施形態の押圧力測定部31に相当する回路である。また、鍵4からはベース材5の押鍵側の端面下側に触れるように鈎状のストッパ42が形成されている。ストッパ42によって、鍵4が必要以上に上側に反り上がることを防いでいる。
 このような構成において、鍵4の押鍵が行われると、鍵4の裏面の凸部41Cおよび41Dがベース材5側に接近し、イニシャルタッチ測定用電極11Cおよびアフタータッチ測定用電極11Dに各々衝突する。イニシャルタッチ検出回路は、電極11Cおよび12間の電圧波形の立ち上がり速度等から押鍵速度を示すイニシャルタッチ情報を生成する。また、アフタータッチ検出回路は、上記第1実施形態の押圧力測定部31と同様な処理により、鍵4側から圧電シートセンサ1Bを介してベース材5に与えられる押圧力を測定し、この押圧力を示すアフタータッチ情報を生成する。そして、鍵盤電子楽器では、このようにして生成されるイニシャルタッチ情報およびアフタータッチ情報に基づいて楽音の形成の制御が行われる。
 以上のように、本実施形態によれば、鍵盤を構成する個々の鍵毎にイニシャツタッチおよびアフタータッチを検出する機能を備えた小規模かつ低コストの鍵盤電子楽器を実現することができる。
 上記第1および第2実施形態では、測定対象200が振動源である血管を有していた。これに対し、本実施形態において、測定対象は鍵4に設けられた2個の凸部41Cおよび41Dであり、押鍵によって測定対象が圧電シートセンサ1Bに接触することにより測定対象から圧電シートセンサ1Bに振動(具体的には衝撃波)が伝わり、測定対象および圧電シートセンサ1B間の押圧力が発生する。このように本開示は、測定対象が振動源を有する態様のみならず、測定対象と圧電シートセンサとの接触により振動が生じる態様にも適用される。
 <他の実施形態>
 以上、この開示の各実施形態について説明したが、この開示には他にも実施形態が考えられる。例えば上記第3実施形態において、押鍵前は、圧電シートセンサ1Bに対してイニシャルタッチ検出回路のみを接続し、アフタータッチ検出回路は切り離しておく。そして、押鍵時、イニシャツタッチ検出回路がイニシャルタッチ情報を生成した後、所定時間だけ圧電シートセンサ1Bにアフタータッチ検出回路を接続してアフタータッチ情報を生成させる。この態様によれば、押鍵後の初期には、圧電シートセンサ1Bからアフタータッチ検出回路が切り離されているので、イニシャツタッチ検出回路は、押鍵速度を正確に反映した電圧波形を圧電シートセンサ1Bから得ることができる。また、アフタータッチ検出回路は、イニシャツタッチ検出回路がイニシャルタッチ情報を生成した後、圧電シートセンサ1Bに接続されるので、アフタータッチ、すなわち、押鍵が終わった後の鍵4に加わる押圧力を反映したアフタータッチ情報を生成することができる。また、第3実施形態において、第1実施形態と同様に、振動を検出する電極と押圧を測定する電極を共通にしてもよい。
100……測定装置、1,1A,1B……圧電シートセンサ、10……シート状圧電体、11,12……電極、11A……振動測定用電極、11B……押圧力測定用電極、11C……イニシャルタッチ測定用電極、11D……アフタータッチ測定用電極、200……測定対象、2……押圧力発生部、3……測定制御部、31……押圧力測定部、32……押圧力制御部、33……振動測定部、34……切換制御部、311,312,331,332……スイッチ、313……交流電源、314……電圧測定部、315……電流測定部、333……信号処理部。

Claims (16)

  1.  測定対象に接触した圧電シートセンサにより前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動を測定する振動測定ステップと、
     前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力を測定する押圧力測定ステップと、を備える測定方法。
  2.  前記振動測定ステップにおいて前記振動が測定されている期間は、前記押圧力測定ステップにおいて前記押圧力が測定されている期間とは重ならない期間である請求項1に記載の測定方法。
  3.  前記押圧力測定ステップにおいて測定された前記押圧力の大きさが、予め設定した所定の大きさであるか否かを判断する判断ステップをさらに備え、
     前記判断ステップにおいて前記測定された前記押圧力が前記所定の大きさであると判断されたときに、前記押圧力測定ステップが終了させられ、前記振動測定ステップが開始させられる請求項1又は2に記載の測定方法。
  4.  前記押圧力測定ステップにおいては、シート状の圧電体の第1面に配置された第1電極と前記圧電体の第2面に配置された第2電極との間に発生した信号に基づいて、前記測定対象及び前記圧電シートセンサ間の前記押圧力が測定され、
     前記振動測定ステップにおいては、前記第1電極と前記第2電極との間に発生する信号に基づいて、前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる前記振動が検出される請求項1から3のいずれかに記載の測定方法。
  5.  前記振動測定ステップによって前記振動が測定されている期間は、前記押圧力測定ステップによって前記押圧力が測定されている期間と少なくとも一部が重なる請求項1に記載の測定方法。
  6.  前記押圧力測定ステップにおいては、シート状の圧電体の第1面に配置された押圧力測定用電極と前記圧電体の第2面に配置された第2電極との間に発生した信号に基づいて、前記測定対象及び前記圧電シートセンサ間の前記押圧力が測定され、
     前記振動測定ステップにおいては、前記圧電体の前記第1面に配置された振動測定用電極と前記第2電極との間に発生した信号に基づいて、前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる前記振動が検出される請求項5に記載の測定方法。
  7.  測定対象と接触する圧電シートセンサと、
     前記圧電シートセンサにより前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動と前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力とを測定する測定制御部と、を具備する測定装置。
  8.  前記測定制御部は、第1期間において前記押圧力を測定し、前記第1期間とは重ならない第2期間において前記振動を測定する請求項7に記載の測定装置。
  9.  前記圧電シートセンサは、シート状の圧電体と、前記圧電体の第1面に配置された第1電極と、前記圧電体の第2面に配置された第2電極と、を備え、
     前記測定制御部は、前記第1電極と前記第2電極の間に交流電圧を印加することにより前記押圧力を検出する請求項8に記載の測定装置。
  10.  前記測定制御部は、
     前記第1電極と前記第2電極との間に発生した信号に基づいて前記測定対象及び前記圧電シートセンサ間の押圧力を測定し、
     前記第1電極と前記第2電極との間に発生した信号に基づいて前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる前記振動を測定する請求項9に記載の測定装置。
  11.  前記第1期間と前記第2期間とを切り換える切換制御部を、さらに備える請求項8から10のいずれかに記載の測定装置。
  12. 前記圧電シートセンサは、共通のシート状圧電体に配置された振動測定用電極と押圧力測定用電極とを有する請求項7に記載の測定装置。
  13.  前記測定制御部は、交流信号の印加により、前記圧電シートセンサの共振周波数の変化を示す信号を取得し、取得した信号に基づいて前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力を測定する請求項7から12のいずれかに記載の測定装置。
  14.  前記測定制御部は、測定した押圧力に基づいて、前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力を調整する請求項7から13のいずれかに記載の測定装置。
  15.  前記測定対象及び前記圧電シートセンサ間の押圧力を発生させる押圧力発生部を、さらに備える請求項7から14のいずれかに記載の測定装置。
  16.  共通のシート状圧電体には、振動測定用電極と押圧力測定用電極が配置される圧電シートセンサ。
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