JP6996796B2 - センサ電線およびセンサ回路 - Google Patents
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Description
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されている、
ことを特徴とする。
前記第二の内部導体が、前記圧電材料の外周を覆うものであってもよい。
前記第二の内部導体が、前記第一の内部導体とは異なる芯を構成するものであり、
前記第一の内部導体と前記第二の内部導体がより合わされた状態になっているものであってもよい。
の電位の変動を抑え、外力による誘起電圧を検出する際の外部ノイズの影響を抑えることができる。
前記第一の内部導体を複数備え、
前記第一の内部導体のうちの一つが、他の一つと前記圧電材料が異なる、または前記圧電材料の厚さが異なるものであってもよい。
前記センサ電線が、外周を覆うシースが設けられたものであり、
前記センサ電線の一方の端部において、前記第一の内部導体および前記第二の内部導体の端部の外側が、前記外部シールド導体または前記外部シールド導体と同じ電位の導体に囲まれた状態となっており、
さらに前記一方の端部が、前記シースの端部までをカバー部材で覆われたものであってもよい。
上記記載のセンサ電線と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第一の差動増幅器と、を備え、
前記外部シールド導体がグランドに接続されたものである、
ことを特徴とする。
前記外部シールド導体とグランドとの接続を解除し、前記第一の差動増幅器の入力端のいずれか一方が前記外部シールド導体に接続された状態に切り替える切替回路を有するものであってもよい。
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体のいずれか一方と前記外部シールド導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第二の差動増幅器と、を備えたものであってもよい。
図1(A)は、本発明の第一実施形態のセンサ電線10の構造を示す断面図である。センサ電線10は、中心に設けられた第一の内部導体101と、その外側に設けられた第二の内部導体102と、さらにその外側に設けられた外部シールド導体103を有する。このうち第一の内部導体101と第二の内部導体102との間には第一の絶縁被覆104が設けられている。すなわち、第一の内部導体101は第一の絶縁被覆104で覆われており、これによって第二の内部導体102や外部シールド導体103と絶縁されている。また、第二の内部導体102と外部シールド導体103との間には第二の絶縁被覆105が設けられている。すなわち、第二の内部導体102は第二の絶縁被覆105で覆われており、これによって外部シールド導体103と絶縁されている。さらに外部シールド導体103の外側にはシース130が設けられている。
図1で説明したセンサ電線10は、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101が一つの構成であったが、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101を複数設けた構成としてもよい。図5は、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101を二つ設けたセンサ電線11の構造を示す断面図である。このセンサ電線11では、第一の内部導体101A、101Bによって複数(ここでは二つ)の芯が構成されており、これらの芯のそれぞれから外力に基づく信号が出力される。この断面図において第一の絶縁被覆104A、104Bと第二の内部導体102との間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。なお、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101を複数設けるにあたっては、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよい。さらに、例えば第一の絶縁被覆104A、104Bの厚さを異ならせる、あるいは素材を異ならせるといったように、外力に対する電位の変動(センサ感度)が第一の内部導体101のそれぞれで異なるように構成してもよい。また、第二の内部導体102については図1のセンサ電線10と同様の構成としてもよいし、導電性の素材による介在物を用いた構成としてもよい。
図5で説明したセンサ電線11は、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101が複数設けられており、これらが一つの第二の内部導体102で一緒に覆われた構成となっているが、この第二の内部導体102が、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101のそれぞれに対して設けられたものであってもよい。図8は、第一の内部導体101を覆う第一の絶縁被覆104、およびさらにその外側を覆う第二の内部導体102の組み合わせを二つ設けたセンサ電線12の構造を示す断面図である。このセンサ電線12では、第一の内部導体101A、101Bによって複数の芯が構成されており、これらの芯のそれぞれから外力に基づく信号が出力される。なお、第一の絶縁被覆104で覆われた第一の内部導体101を複数設けるにあたり、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成とすることや、例えば第一の絶縁被覆104A、104Bの厚さを異ならせる、あるいは素材を異ならせるといった点については図5のセンサ電線11と同様である。さらに、このセンサ電線12を用いたセンサ回路を構成する際には、図6のセンサ回路21のように複数の第一の内部導体101A、101Bの出力を合わせて、第二の内部導体102(102A、102Bのいずれか、または双方)との電位差を増幅する構成としてもよいし、図7のセンサ回路22のように複数の第一の内部導体101A、101Bのそれぞれに対し、第二の内部導体102(102A、102Bのいずれか、または双方)との電位差を増幅して複数の信号を出力する構成としてもよい。
図10(A)は、本発明の第二実施形態のセンサ電線13の構造を示す断面図である。
図10で説明したセンサ電線13は、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201および第二の内部導体202を、第二の絶縁被覆205で覆う構成を採用しているが、この構成に限らず、例えば、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201と、第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202のそれぞれが設け、さらにこれらの外側を外部シールド導体203で覆う構成としてもよい。図13は、この構成を採用したセンサ電線14の構造を示す断面図である。このセンサ電線14は、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202を有し、さらにこれらの外側に設けられた外部シールド導体203を有する。第一の内部導体201、第二の内部導体202、および外部シールド導体203は互いに絶縁されている。さらに外部シールド導体203の外側にはシース230が設けられている。なお、図10のセンサ電線13とは、第二の絶縁被覆205が設けられた位置が異なっている。この断面図においては第一の絶縁被覆204、第二の絶縁被覆205、および外部シールド導体203の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。なお、図10のセンサ電線13では、外部ノイズの影響を抑えるために第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201と第二の内部導体202をより合わせているが、このセンサ電線14では、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202をより合わせた構成となっている。
図13で説明したセンサ電線14は、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201、および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202の双方が、外部シールド導体203によって仕切られた一つの空間内に収められた構成となっている。しかし、センサ電線の構成はこれに限られるものではなく、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201、および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202が、それぞれ外部シールド導体203によって仕切られた別々の空間内に収められた構成であってもよい。図15に示すセンサ電線15はこのような構成の一例であり、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201、および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202が、それぞれ別の外部シールド導体203A、203Bに覆われた構成となっている。なお、外部シールド導体203Aおよび第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201と、外部シールド導体203Bおよび第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202については、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよい。
図10で説明したセンサ電線13や図13で説明したセンサ電線14は、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201が一つの構成であったが、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201を複数設けた構成としてもよい。図17はこのような構成の一例であって、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201を二つ設けたセンサ電線16の構造を示す断面図である。このセンサ電線16では、第一の内部導体201A、201Bのそれぞれから外力に基づく信号が出力される。この断面図においては第一の絶縁被覆204A、204B、第二の絶縁被覆205、および外部シールド導体203の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。なお、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201を複数設けるにあたっては、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよく、第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202とより合わせた構成としてもよい。さらに、例えば第一の絶縁被覆204A、204Bの厚さを異ならせる、あるいは素材を異ならせるといったように、外力に対する電位の変動(センサ感度)が第一の内部導体201のそれぞれで異なるように構成してもよい。また、図17に示すセンサ電線16では、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201、および第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202がすべて外部シールド導体203によって仕切られた一つの空間に収められた構成となっているが、図15の例で説明したように、それぞれ外部シールド導体203によって仕切られた別の空間に分けて収められた構成であってもよい。
図13のセンサ電線14の説明において、第一の絶縁被覆204で覆われた第一の内部導体201と第二の絶縁被覆205で覆われた第二の内部導体202の長さや太さ、静電容量、インピーダンス、シールドのされ具合等、電気的・物理的な条件が揃っていることが好ましい点について述べたが、このような電気的・物理的な条件を揃えた組を採用する場合、その数は一つに限られるものではなく、複数設けてもよい。この場合、外力に対して生じる第一の内部導体201の電位の変動(センサ感度)が、各組において同じであってもよいし、異なっていてもよい。
上記説明した第一実施形態と第二実施形態、およびこれらの変形例のセンサ回路20~29は、センサ電線に外力が加えられない状態では、有効に活用することができない。例えば、これらのセンサ回路をベッドや枕に適用して就寝中の患者の状態をモニターする、といった用途を考えた場合、患者がベッドから離れている間はセンサ電線に外力が加えられないため、有効に利用することができない。そこで上記のセンサ回路における差動増幅器への接続を切り替えてノイズセンサとして使用できるようにすることで、利用できる機会を増やすことができる。上記の例では、ベッドに患者が接近した際には外部ノイズが検出されることから、ベッド周辺における動きのデータとして利用することができる。以下、この構成について説明する。
図22のセンサ回路30および図23のセンサ回路31では、センサ電線にかかる外力に基づく信号を出力するセンサとしての機能と、ノイズに起因する信号を出力するセンサとしての機能をスイッチ301を用いて切り替える構成について説明した。このうち前者の機能は、第一の内部導体101、201と第二の内部導体102、202の電位差を差動増幅器150、250によって増幅することで実現することができる。また、後者の機能については、第一の内部導体101、201と第二の内部導体102、202のいずれか一方と、外部シールド導体103、203との電位差を差動増幅器150、250によって増幅することで実現することができる。ここで、これらの機能を切り替えずに、双方の機能を有するように構成してもよい。
上記説明したセンサ電線およびセンサ回路の構成は一例であり、処理の内容が同じであればよく、その構成について限定されるものではない。例えば、上記のセンサ電線の実施形態では内部導体同士をより合わせることについて説明したが、より合わせる対象が三つ以上ある場合には、例えば三つ編みのように編み込みによってより合わせてもよい。また、センサ電線の導体をメッシュ状に構成する場合、その孔の大きさによっては、内側にノイズが侵入し易くなる問題がある。この場合、その孔の大きさが、問題とするノイズの波長の半分以下となるように構成することで、ノイズが侵入しにくくすることができる。また、上記のセンサ回路の実施形態において、差動増幅器を複数用いずに一の差動増幅器を共有する構成としてもよいし、ノッチフィルタ等を適宜設けてもよい。また、上記のセンサ回路の実施形態では、センサ電線の端部の一方側に差動増幅器を接続する構成について説明したが、センサ電線の両端側ともに同じ差動増幅器に接続する構成としてもよい。
101、201 第一の内部導体
102、202 第二の内部導体
103、203 外部シールド導体
104、204 第一の絶縁被覆
105、205 第二の絶縁被覆
130、230 シース
171、173、271、273 絶縁部材
172、174、274 導電部材
175、275 カバー部材
20、21、22、23、24、25、26、27、28、29 センサ回路
30、31、32、33 センサ回路
150、151、250、251 差動増幅器
Claims (4)
- 圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されており、
前記第二の内部導体は、前記第一の内部導体とは異なる芯を構成するものであり、
前記第一の内部導体と前記第二の内部導体がより合わされた状態になっている、
ことを特徴とするセンサ電線。 - 圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備えたセンサ電線であって、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されており、
前記センサ電線は、外周を覆うシースが設けられたものであり、
前記センサ電線の一方の端部において、前記第一の内部導体および前記第二の内部導体の端部の外側が、前記外部シールド導体または前記外部シールド導体と同じ電位の導体に囲まれた状態となっており、
さらに前記一方の端部は、前記シースの端部までをカバー部材で覆われたものである、
ことを特徴とするセンサ電線。 - 圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されており、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第一の差動増幅器と、を備え、
前記外部シールド導体がグランドに接続されたものであり、
前記外部シールド導体とグランドとの接続を解除し、前記第一の差動増幅器の入力端のいずれか一方が前記外部シールド導体に接続された状態に切り替える切替回路を有する、
ことを特徴とするセンサ電線。 - 圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されており、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第一の差動増幅器と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体のいずれか一方と前記外部シールド導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第二の差動増幅器と、を備え、
前記外部シールド導体がグランドに接続されたものである、
ことを特徴とするセンサ電線。
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