JP7341616B2 - 変位測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数箇所の変位を測定する変位測定装置に関する。
従来から、シート全面を覆うように感圧セルや圧力センサを配置し、人が座ったときの加圧状態（荷重分布や圧力分布）を測定するようにしたシート装置（例えば、特許文献１参照）や乗物用シート（例えば、特許文献２参照）が知られている。これらのシート装置や乗物用シートでは、二次元的な広がりを有する感圧セルや圧力センサを用いることにより、着座面に作用する荷重等を広範囲にわたって検出することが可能となる。
特開２０１８－１０２８３０号公報 特開２０１８－１６５１３５号公報
ところで、上述した特許文献１、２に開示されたシート装置や乗物用シートに用いられている感圧セルや圧力センサの出力は、ケーブルを介して取り出されるため、それらの出力を処理する装置との間の煩雑な配線の引き回しが必要になるという問題があった。特に、感圧セルや圧力センサの個数が多い場合には、それぞれの検出信号を取り出すための配線が多くなるため、感圧セルや圧力センサのそれぞれとケーブルとの間の配線も必要になるため、配線の複雑さが増すことになる。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、荷重に応じた複数箇所の加圧状態（変位）を測定するための煩雑な配線の引き回しが不要な変位測定装置を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明の変位測定装置は、検出対象物に配置された複数の反射部材と、複数の反射部材のそれぞれに向けて、人体を通過可能な所定周波数の電波を送信する送信部と、複数の反射部材のそれぞれによって反射されて戻ってくる所定周波数の電波を受信する受信部と、送信部から送信された電波が受信部に戻ってくるまでの時間情報に基づいて複数の反射部材までの距離情報を算出する距離算出部と、距離情報に基づいて、複数の反射部材のそれぞれの変位量を算出する変位算出部とを備えている。
検出対象物に配置された複数の反射部材との間で電波の送受信を行うことにより、各反射部材までの距離を検出して変位を算出することにより、検出対象物に作用する荷重に応じた複数箇所の変位（加圧状態）を測定することができ、しかも、検出対象物側からケーブルを介して信号を取り出す必要がないため、煩雑な配線の引き回しが不要となる。
また、上述した複数の反射部材は、等間隔に配置されていることが望ましい。これにより、測定箇所の間隔が不均一になることによる測定品質の低下を防止することができる。
また、上述した複数の反射部材の全体が、シート状の柔軟性を有する材料で覆われていることが望ましい。また、上述した複数の反射部材のそれぞれの間を埋める材料のポアソン比は所定値以上であることが望ましい。これにより、各反射部材の変位が他の反射部材の変位に影響を与えることを抑制することができ、各反射部材の独立した変位を実現することによる変位測定の精度向上が可能となる。
また、上述した所定周波数の電波はミリ波であることが望ましい。また、上述した所定周波数の電波は、２７ＧＨｚ帯あるいは６０ＧＨｚ帯の電波であることが望ましい。これにより、検出対象物に人が乗った状態で変位測定を行うことが可能となる。
また、上述した反射部材は、導電率が所定値以上の導電性材料であることが望ましい。また、上述した反射部材は、透磁率が所定値以上の磁性体材料であることが望ましい。反射部材の表面における電波の透過深さＬは、材料の透磁率をμ、導電率をσ、電波の周波数をωとすると√（２／μσω）で表すことができる。したがって、反射部材の導電率や透磁率を高くすることにより、透過深さＬを浅くして電波を反射しやすくすることができる。
また、上述した検出対象物は、車両の座席シートであり、送信部と受信部は、車両の天井に設けられていることが望ましい。このような形態で用いることにより、複雑な形状を有する車両の座席シートに着座した場合の変位分布を、煩雑な配線と引き回しを行うことなく、容易に測定することが可能となる。
一実施形態の変位測定装置の構成を示す図である。 反射シートの一例を示す図である。 レーダーの具体的な構成を示す図である。 レーダーと反射シートの配置の一例を示す図である。
以下、本発明を適用した一実施形態の変位測定装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態の変位測定装置の構成を示す図である。図１に示す本実施形態の変位測定装置１は、例えば、車両の座席シートを検出対象物として、運転者等の搭乗者が着座した状態でその変位分布を測定するためのものである。このために、変位測定装置１は、複数の反射部材１２が埋め込まれた反射シート１０と、レーダー２０と、変位分布測定部３０とを備えている。
反射シート１０は、ポアソン比が所定値以上の柔軟性を有するシート状の材料が用いられ、互いに等間隔に配置された複数の反射部材１２を内包している。
図２は、反射シート１０の一例を示す図である。図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は断面図である。これらの図に示すように、反射シート１０には、規則正しく配置された５行５列で合計２５個の反射部材１２がインサートされている。各反射部材１２は、例えば１辺が１１ｍｍの矩形形状を有する導電性材料および／または磁性体材料によって形成されている。
一般に、反射部材１２の表面における電波の透過深さＬは、材料の透磁率をμ、導電率をσ、電波の周波数をωとすると√（２／μσω）で表すことができる。したがって、反射部材１２の導電率σや透磁率μを高くすることにより、透過深さＬを浅くして電波を反射しやすくすることができる。本実施形態では、導電率がσ１以上の導電性材料であって、透磁率がμ１以上の磁性体材料によって反射部材１２が形成されている。なお、σ１やμ１の具体的な値は、使用する電波の周波数や強度、レーダー２０と各反射部材１２の距離などに基づいて製品設計時に決めればよい。
レーダー２０は、所定周波数の電波を用いて複数の反射部材１２までの距離を検出する。図３は、レーダー２０の具体的な構成を示す図である。図３に示すように、レーダー２０は、所定周波数の信号を生成する信号源２１と、この信号に対応する電波を反射シート１０の各反射部材１２に向けて送信する送信アンテナ（ＴＸ）２２と、この電波に対する各反射部材１２による反射波を受信する受信アンテナ（ＲＸ）２３と、送信信号と受信信号を混合するミキサ２４と、ミキサ２４の出力に基づいてレーダー２０から送信された電波が各反射部材１２で反射されて戻ってくるまでの時間を検出して各反射部材１２までの距離を算出する距離算出部２５とを含んで構成されている。信号源２１と送信アンテナ２２が電波を送信する送信部に、受信アンテナ２３とミキサ２４が電波を受信する受信部にそれぞれ対応する。
また、レーダー２０によって送受信される電波は、人体を通過可能な所定周波数の電波、例えばミリ波が用いられる。具体的には、２７ＧＨｚ帯あるいは６０ＧＨｚ帯の電波を用いることが望ましい。
図４は、レーダー２０と反射シート１０の配置の一例を示す図である。図４には、車両の座席シート１００のシートクッション１１０とシートバック１２０のそれぞれの内部に反射シート１０が配置されている。また、車両の天井２００に、これら２つの反射シート１０に対して電波の送受信を行う共通のレーダー２０が設置されている。なお、２つの反射シート１０に対して電波の送受信を行うレーダー２０を別々に設けるようにしてもよい。
変位分布測定部３０は、レーダー２０から出力される各反射部材１２までの距離を所定周期で取得し、各反射部材１２の変位量（変位分布）を測定する。各反射部材１２について、前回の距離と今回の距離の差分が測定１周期分の変位量であり、その累積値が各反射部材１２の全体の変位量となる。なお、本実施形態では、変位量を求めているが、シートクッション１１０やシートバック１２０および反射シート１０のヤング率Ｅを用いて変位量から圧力（圧力分布）を求めるようにしてもよい。
このように、本実施形態の変位測定装置１では、検出対象物に配置された複数の反射部材１２との間で電波の送受信を行うことにより、各反射部材１２までの距離を検出して変位を算出することにより、検出対象物に作用する荷重に応じた複数箇所の変位（加圧状態）を測定することができ、しかも、検出対象物側からケーブルを介して信号を取り出す必要がないため、煩雑な配線の引き回しが不要となる。
また、複数の反射部材１２を等間隔に配置することにより、測定箇所の間隔が不均一になることによる測定品質の低下を防止することができる。
また、複数の反射部材１２の全体をシート状の柔軟性を有する材料で覆った反射シート１０を用い、複数の反射部材１２のそれぞれの間を埋める材料のポアソン比を所定値以上としている。これにより、各反射部材１２の変位が他の反射部材１２の変位に影響を与えることを抑制することができ、各反射部材１２の独立した変位を実現することによる変位測定の精度向上が可能となる。
また、レーダー２０から送受信する所定周波数の電波をミリ波、具体的には２７ＧＨｚ帯あるいは６０ＧＨｚ帯の電波とすることにより、検出対象物に人が乗った状態で変位測定を行うことが可能となる。
また、反射部材１２として、導電率が所定値以上の導電性材料や透磁率が所定値以上の磁性体材料を用いている。反射部材１２の表面における電波の透過深さＬは、材料の透磁率をμ、導電率をσ、電波の周波数をωとすると√（２／μσω）で表すことができる。したがって、反射部材１２の導電率や透磁率を高くすることにより、透過深さＬを浅くして電波を反射しやすくすることができる。
また、検出対象物を車両の座席シート１００（図４）とし、レーダー２０を車両の天井２００（図４）に設置する場合には、複雑な形状を有する車両の座席シート１００に着座した場合の変位分布を、煩雑な配線と引き回しを行うことなく、容易に測定することが可能となる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態（図４）では、車両の座席シート１００の変位量を測定する場合について説明したが、変位分布や圧力分布を測定するものであれば座席シート以外について本発明を適用することができる。例えば、ベッドやアームレストなどについて荷重が加わる領域の変位分布や圧力分布を測定する場合について本発明を適用することができる。また、足裏などの変位分布や圧力分布を測定して重心位置を決定する用途に用いることもできる。
上述したように、本発明によれば、検出対象物に配置された複数の反射部材との間で電波の送受信を行うことにより、各反射部材までの距離を検出して変位を算出することにより、検出対象物に作用する荷重に応じた複数箇所の変位（加圧状態）を測定することができ、しかも、検出対象物側からケーブルを介して信号を取り出す必要がないため、煩雑な配線の引き回しが不要となる。
１ 変位測定装置
１０ 反射シート
１２ 反射部材
２０ レーダー
２１ 信号源
２２ 送信アンテナ（ＴＸ）
２３ 受信アンテナ（ＲＸ）
２４ ミキサ
２５ 距離算出部
３０ 変位分布測定部
１００ 座席シート
１１０ シートクッション
１２０ シートバック
２００ 天井

Claims (9)

  1. 検出対象物に配置された複数の反射部材と、
    前記複数の反射部材のそれぞれに向けて、人体を通過可能な所定周波数の電波を送信する送信部と、
    前記複数の反射部材のそれぞれによって反射されて戻ってくる前記所定周波数の電波を受信する受信部と、
    前記送信部から送信された電波が前記受信部に戻ってくるまでの時間情報に基づいて前記複数の反射部材までの距離情報を算出する距離算出部と、
    前記距離情報に基づいて、前記複数の反射部材のそれぞれの変位量を算出する変位算出部と、
    を備えることを特徴とする変位測定装置。
  2. 前記複数の反射部材は、等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置。
  3. 前記複数の反射部材の全体が、シート状の柔軟性を有する材料で覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の変位測定装置。
  4. 前記複数の反射部材のそれぞれの間を埋める前記材料のポアソン比は所定値以上であることを特徴とする請求項３に記載の変位測定装置。
  5. 前記所定周波数の電波はミリ波であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の変位測定装置。
  6. 前記所定周波数の電波は、２７ＧＨｚ帯あるいは６０ＧＨｚ帯の電波であることを特徴とする請求項５に記載の変位測定装置。
  7. 前記反射部材は、導電率が所定値以上の導電性材料であることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の変位測定装置。
  8. 前記反射部材は、透磁率が所定値以上の磁性体材料であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の変位測定装置。
  9. 前記検出対象物は、車両の座席シートであり、
    前記送信部と前記受信部は、車両の天井に設けられていることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の変位測定装置。
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