JPH09259384A - Signal processor - Google Patents
Signal processorInfo
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- JPH09259384A JPH09259384A JP6279696A JP6279696A JPH09259384A JP H09259384 A JPH09259384 A JP H09259384A JP 6279696 A JP6279696 A JP 6279696A JP 6279696 A JP6279696 A JP 6279696A JP H09259384 A JPH09259384 A JP H09259384A
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- piezoelectric
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子からなる
複数のセンサモジュールを遠隔的に選択し、複数のセン
サモジュールからの信号を制御する信号処理装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing device for remotely selecting a plurality of sensor modules composed of piezoelectric elements and controlling signals from the plurality of sensor modules.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、医療機器の分野に於いては、極細
内視鏡やマイクロカテーテル等の医療機器を患者の体腔
内に挿入し、低侵襲で患者の体内を診断治療する技術が
注目されて来ている。2. Description of the Related Art In recent years, in the field of medical devices, a technique for inserting a medical device such as an ultrafine endoscope or a microcatheter into a body cavity of a patient and diagnosing and treating the inside of the patient with minimal invasiveness has attracted attention. Is coming.
【０００３】この場合、診断治療に当たる医師にとって
は、患者の体内を開腹しない診断治療となるので、直接
患部を手で触れて触診をすることが出来なくなると言う
不具合がある。In this case, for a doctor who performs diagnostic treatment, since the diagnostic treatment does not open the patient's body, there is a problem that the affected area cannot be directly touched and palpated.
【０００４】これに対する対策として、触診の感覚をセ
ンサを通して医師に信号情報を伝達し、この情報を利用
しながら、あたかも医師が自分で直接触診しているかの
感覚で診断治療を行う医療診断技術が必要となる。As a countermeasure against this, there is a medical diagnosis technique in which signal information is transmitted to a doctor through a sensor as a feeling of palpation, and using this information, a diagnostic treatment is carried out as if the doctor were making direct contact diagnosis. Will be needed.
【０００５】また、患者の体腔内の目的の診断治療部位
に極細内視鏡やマイクロカテーテルを挿入する際に、体
腔内壁への接触押圧で体腔内壁を傷つけることを回避す
る為に、極細内視鏡やマイクロカテーテルの外周部に複
数の圧力センサを設けた医療システムが必要とされてい
る。In addition, when inserting an ultrafine endoscope or a microcatheter into a target diagnosis / treatment site in a body cavity of a patient, in order to avoid damaging the inner wall of the body cavity by contact pressure with the inner wall of the body cavity, There is a need for a medical system that has multiple pressure sensors on the outer circumference of a mirror or microcatheter.
【０００６】本願特許出願人は特願平５−８５６４号や
特願平５−２３３０３８号、又は特願平５−２４２７５
７号の明細書で、これらに対応する技術をいくつか開示
している。The applicants of the present application filed Japanese Patent Application Nos. 5-8564, 5-2333038, and 5-24275.
The specification of No. 7 discloses some techniques corresponding to these.
【０００７】これらの開示技術に於いて、極めて重要な
ことは極細内視鏡やマイクロカテーテルの外周部に複数
のセンサを設けているということであり、これによって
医師は１点のみでなく、体腔内壁のあらゆる部位をむら
無く診断治療することが出来るようになる。In these disclosed techniques, what is extremely important is that a plurality of sensors are provided on the outer peripheral portion of the ultrafine endoscope or the microcatheter, so that the doctor can obtain not only one point but also a body cavity. It will be possible to diagnose and treat all parts of the inner wall evenly.
【０００８】しかしながら、上述の開示技術に於いて
は、複数のセンサを用いたシステムの場合にどのセンサ
がどの様なセンシングをしているかを、小さな寸法、少
ない配線数で効率よく、しかも高い信頼性で検出出来る
ようにするための信号処理装置については開示されてい
なかった。However, in the above disclosed technology, in the case of a system using a plurality of sensors, which sensor is performing what kind of sensing can be efficiently and highly reliable with a small size and a small number of wirings. The signal processing device for enabling detection by sex was not disclosed.
【０００９】このようなセンサとして例えば圧電振動子
が用いられる。As such a sensor, for example, a piezoelectric vibrator is used.
【００１０】具体的には、圧電振動子の共振周波数が機
械的負荷の状況や、周囲の状況や化学物質の付着等で変
化することを用いているが、圧電振動子を組み込んだセ
ンサモジュールの発振出力を遠隔的に検知することによ
って、温度等の周囲の状況や化学物質の付着等を遠隔的
に無線で検知する技術が米国特許第５，３３９，０５１
号明細書に開示されている。Specifically, although the resonance frequency of the piezoelectric vibrator changes depending on the mechanical load condition, the surrounding condition, the adhesion of chemical substances, etc., the sensor module incorporating the piezoelectric vibrator is used. US Pat. No. 5,339,051 discloses a technique for remotely detecting wirelessly the ambient conditions such as temperature and the adhesion of chemical substances by remotely detecting the oscillation output.
In the specification.
【００１１】この技術は、図１５に示す様に一種のパッ
シブビーコンシステムであって、牛や自動車等を対象と
して、マイクロ波等の電磁エネルギーを受信するアンテ
ナ２６２、蓄電池２６４、水晶圧電振動子を組み込んだ
発振回路２６６（図１６参照）及びセンサ信号送信用ア
ンテナ２６８を一体化した埋め込みユニットとして構成
されている。As shown in FIG. 15, this technique is a kind of passive beacon system, which includes an antenna 262 for receiving electromagnetic energy such as microwaves, a storage battery 264, and a crystal piezoelectric vibrator for cattle and automobiles. The embedded oscillator circuit 266 (see FIG. 16) and the sensor signal transmitting antenna 268 are configured as an integrated unit.
【００１２】そして、このシステムは、送信信号の周波
数からそのユニットのＩＤ番号を照合することが出来る
と共に、その周波数の変化から対象の体温や圧力や化学
物質の付着状況を検出することが出来るようになってい
る。In addition, this system can check the ID number of the unit from the frequency of the transmission signal, and detect the temperature and pressure of the target object and the state of adhesion of chemical substances from the change in the frequency. It has become.
【００１３】このシステムではＩＤを照合する方法、即
ちアドレシング方法は周波数同調方式となっている。In this system, the ID matching method, that is, the addressing method is a frequency tuning method.
【００１４】一方、複数のセンサ信号を少ない信号伝送
線数で比較的離れた位置で遠隔的に検出し、力の分布状
態を検出する技術が「センサ技術」１９９０年９月号Ｐ
３２〜Ｐ３５に開示されている。On the other hand, a technique for remotely detecting a plurality of sensor signals at a relatively distant position with a small number of signal transmission lines to detect a force distribution state is "Sensor Technology" September 1990 P.
32-P35.
【００１５】これは図１７に示す様なＭＯＳトランジス
タのピエゾ抵抗効果を用いた荷重検出センサを、図１８
に示す様な回路構成によって共通２線式触覚センサアレ
イとして構成している。This is a load detection sensor using the piezoresistive effect of a MOS transistor as shown in FIG.
A common 2-wire tactile sensor array is configured by the circuit configuration shown in FIG.
【００１６】このシステムに於いては配線は２本だけ
で、電源線（アドレス線）に５Ｖの直流電圧に重畳させ
て１．５〜２．７Ｖの範囲の状態が、０〜２．７Ｖの範
囲の状態になるような２種類のパルスを伝送し、この２
つの状態を２値信号として（図１９参照）、この２種の
電圧の組み合わせでアドレスコード信号を形成し、この
アドレスコード内容が３相クロックによりシフトレジス
タに順次書き込まれる。In this system, the number of wirings is only two, and the state in the range of 1.5 to 2.7V when the DC voltage of 5V is superimposed on the power source line (address line) is 0 to 2.7V. Transmit two kinds of pulses to reach the range condition,
One of the states is used as a binary signal (see FIG. 19), an address code signal is formed by a combination of these two kinds of voltages, and the contents of this address code are sequentially written in the shift register by the three-phase clock.
【００１７】更に、予め各々のセンサに設定されている
固有のアドレス信号と比較して、両者が一致した時にセ
ンシングを開始する。Further, by comparing with a unique address signal preset in each sensor, sensing is started when both match.
【００１８】一方、荷重検出センサは、図１７に示した
様にＳｉウェーハとパイレックスガラスを陽極接合し
て、ダイアフラムを作製し、ダイアフラムの裏面にはＣ
ＭＯＳ技術によりダイアフラムの支持部近傍と中央のプ
レート近傍に一対のトランジスタが形成される。On the other hand, in the load detecting sensor, as shown in FIG. 17, a Si wafer and Pyrex glass are anodically bonded to form a diaphragm, and a C is formed on the back surface of the diaphragm.
A pair of transistors are formed in the vicinity of the supporting portion of the diaphragm and in the vicinity of the central plate by the MOS technique.
【００１９】ここで、プレートに荷重が作用すると、前
記両トランジスタに互いに逆極性の歪を発生し、ピエゾ
抵抗効果を介してドレイン電流が変化し、その変化量か
ら荷重の大きさが分かるというものである。Here, when a load is applied to the plate, strains of opposite polarities are generated in the both transistors, the drain current changes through the piezoresistive effect, and the magnitude of the load can be known from the amount of change. Is.
【００２０】また、周波数信号を用いてセンサ信号を信
号伝送線により伝送する先行技術として特開平７−５５
５５２号公報に開示された技術がある。Further, as a prior art of transmitting a sensor signal through a signal transmission line by using a frequency signal, Japanese Patent Laid-Open No. 7-55
There is a technique disclosed in Japanese Patent No. 552.
【００２１】この先行技術は、船舶や橋梁等の大型構造
物の振動計測を多数点同時に行う装置に関したもので、
図２０に示す様な構成によって振動計測点数を多くとっ
て計測精度を保つというものである。This prior art relates to an apparatus for simultaneously measuring a large number of vibrations of a large structure such as a ship or a bridge.
With the configuration shown in FIG. 20, the number of vibration measurement points is increased to maintain the measurement accuracy.
【００２２】この先行技術に於ける構成は以下のように
なっている。The structure in this prior art is as follows.
【００２３】即ち、この装置は、振動を計測するｎ個の
振動センサ１ａ〜１ｎと、ｎ個の増幅器３ａ〜３ｎと、
ｎ個のＡ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｎと、２進数に対応す
るｎ個の発振器１７ａ〜１７ｎと，ｎ個の切り替え器１
８ａ〜１８ｎと、ｎ個の安定化電源回路９ａ〜９ｎとか
らなる振動信号送信部を備えている。That is, this device includes n vibration sensors 1a to 1n for measuring vibration, and n amplifiers 3a to 3n,
n A / D converters 15a to 15n, n oscillators 17a to 17n corresponding to binary numbers, and n switchers 1
The vibration signal transmission unit includes 8a to 18n and n stabilized power supply circuits 9a to 9n.
【００２４】又、この装置は、１個の受信増幅器１０と
２進数に対応するｎ個のバンドパスフィルター１９ａ〜
１９ｎと、ｎ個のバンドパスフィルター２０ａ〜２０ｎ
と、ｎ個のデジタル信号復調器２１ａ〜２１ｎと、ｎ個
のＤ／Ａ変換器２２ａ〜２２ｎと、１個の記録解析器４
及び１個の電源供給機からなる振動信号受信部を備えて
いる。This device also includes one receiving amplifier 10 and n bandpass filters 19a to 19b corresponding to binary numbers.
19n and n bandpass filters 20a to 20n
, N digital signal demodulators 21a to 21n, n D / A converters 22a to 22n, and one recording analyzer 4
And a vibration signal receiving unit including one power supply device.
【００２５】これによって、この先行技術に於いては、
振動信号をデジタル量に変換し、各ビットの２進数に対
応した発振周波数で搬送するため、計測精度はデジタル
量に変換するＡ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｎの分解能で決
まり、搬送周波数信号はデジタル信号復調器２１ａ〜２
１ｎで信号が“０”か“１”かを判断することが出来る
程度の精度で良く、各計測点の周波数帯域を大幅に狭く
することが出来ると共に、最高、最低周波数の制限もな
くなり、数多くの信号を１本の伝送ケーブル８で送れる
様になるというものである。Thus, in this prior art,
Since the vibration signal is converted into a digital amount and is carried at the oscillation frequency corresponding to the binary number of each bit, the measurement accuracy is determined by the resolution of the A / D converters 15a to 15n that convert into a digital amount, and the carrier frequency signal is digital. Signal demodulators 21a-2
It is accurate enough to judge whether the signal is “0” or “1” with 1n, and the frequency band at each measurement point can be significantly narrowed, and there are no restrictions on the maximum and minimum frequencies. The signal can be sent by one transmission cable 8.
【００２６】アドレス方法は第１の先行技術と同様に周
波数同調によって行われる。The addressing method is performed by frequency tuning as in the first prior art.
【００２７】[0027]
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明の利
用分野である医療用カテーテルや内視鏡システムでは高
い信頼性のセンサ信号の伝送技術が要求される。By the way, in the medical catheter and the endoscope system, which are the fields of application of the present invention, a highly reliable sensor signal transmission technique is required.
【００２８】しかるに、センサ信号を無線通信で遠隔的
に検出する先行技術の例として示した米国特許第５，３
３９，０５１号では、実用時にいくつかの解決すべき技
術的課題を有している。However, US Pat. No. 5,3,5 shown as an example of the prior art in which the sensor signal is remotely detected by wireless communication.
No. 39,051 has some technical problems to be solved in practical use.
【００２９】その第１の技術的課題は、圧力センサーと
して用いたとき、特に留意する必要のある問題で、発振
回路の安定性に関してである。The first technical problem is a problem that needs special attention when used as a pressure sensor, and relates to the stability of the oscillation circuit.
【００３０】この発振回路は図１６に示した様な圧電振
動子の等価インダクタンスを利用したコルピッツ発振回
路を形成している。This oscillation circuit forms a Colpitts oscillation circuit using the equivalent inductance of the piezoelectric vibrator as shown in FIG.
【００３１】一般に、圧電振動子は圧力負荷が加わる
と、圧電振動子の位相の等価インダクタンス領域、即ち
位相のプラス領域が減り、あるところで発振が停止する
場合がある。In general, when a pressure load is applied to the piezoelectric vibrator, the equivalent inductance region of the phase of the piezoelectric vibrator, that is, the positive region of the phase decreases, and the oscillation may stop at some point.
【００３２】このことは、センシングの非線形性やダイ
ナミックレンジの狭縮につながり，センサとしての信頼
性にとって好ましくないものである。This leads to non-linearity of sensing and narrowing of the dynamic range, which is not preferable for the reliability of the sensor.
【００３３】また、第２の技術的課題は回路への電源供
給に関する問題である。The second technical problem is the problem of power supply to the circuit.
【００３４】つまり、この先行技術では、電磁放射エネ
ルギーをアンテナを介して授受し、この電力を貯蔵する
システムになっているが、実際には常にアンテナを介し
て最良の授受状態を安価に常時確保することは極めて難
しいことであり、実用的では無い。That is, in this prior art, the electromagnetic radiation energy is transmitted and received through the antenna and the electric power is stored, but in reality, the best transmission and reception state is always ensured through the antenna at a low cost. It is extremely difficult to do and not practical.
【００３５】従って、センサ回路への電源供給を安定に
低コストで確実に行うと言うことが第２の技術的課題と
なる。Therefore, the second technical problem is to stably and reliably supply power to the sensor circuit at low cost.
【００３６】また、実際には、圧電振動子は生体等の対
象物に触れると共振周波数だけでなく、共振抵抗も変化
する。In reality, when the piezoelectric vibrator touches an object such as a living body, not only the resonance frequency but also the resonance resistance changes.
【００３７】この両者を同時に検出することが出来れ
ば、対象物について更に詳細な情報が得られることが分
かっていて、この両者の変化を検出して対象物のもつ複
素弾性率の実数部（弾性率）と虚数部（粘性率）を分離
する触覚センサについての技術が本出願人によって提案
されている（特願平７−２５２１５６号）。It is known that more detailed information can be obtained about the object if both can be detected at the same time. By detecting changes in both, the real part (elasticity) of the complex elastic modulus of the object can be detected. The present applicant has proposed a technique for a tactile sensor that separates the ratio) and the imaginary part (viscosity) (Japanese Patent Application No. 7-252156).
【００３８】しかし、前記米国特許第５，３３９，０５
１号で開示されているのは、周波数情報のみの利用で、
この構成では共振抵抗の変化を利用することが出来ない
のは明らかである。However, said US Pat. No. 5,339,05
No. 1 discloses use of frequency information only,
It is obvious that the change in resonance resistance cannot be utilized in this configuration.
【００３９】従って、この先行技術では、得られる情報
の詳細さの点で十分とは言えず、共振抵抗の変化をも検
出することが出来るセンサ回路にするというのが、第３
の技術的課題である。Therefore, in this prior art, it cannot be said that the details of the obtained information are sufficient, and the third method is to make the sensor circuit capable of detecting the change of the resonance resistance.
Is a technical issue.
【００４０】更に、この先行技術は、無線によってセン
サ信号を遠隔的に伝送する方法なので空中伝播ノイズで
同じ周波数成分をもつノイズを遮蔽することが困難であ
るという第４の技術的課題がある。Further, this prior art has a fourth technical problem that it is difficult to shield noise having the same frequency component by airborne noise because it is a method of remotely transmitting a sensor signal by radio.
【００４１】これは、医療現場では、高周波メスなどの
高周波電磁ノイズを発生し易い医療機器が近くで使用さ
れる場合があり、このノイズの混信によって生体センシ
ングに誤動作があってはならないからである。This is because medical equipment, such as a high-frequency knife, which is likely to generate high-frequency electromagnetic noise may be used nearby, and the interference of the noise should not cause malfunction of the biometric sensing. .
【００４２】一方、複数のセンサー信号を少ない信号伝
送線で伝送するシステム例として前記した「センサ技
術」１９９０年９月号Ｐ３２〜Ｐ３５がある。On the other hand, as an example of a system for transmitting a plurality of sensor signals by a small number of signal transmission lines, there is the above-mentioned "Sensor Technology" September 1990 issue P32-P35.
【００４３】この先行技術におけるアドレス方法は、前
述した様に電源線に電圧の違いによる２値信号コードを
一定の間隔で伝送している。In the addressing method in this prior art, as described above, the binary signal code due to the difference in voltage is transmitted to the power supply line at regular intervals.
【００４４】従って、電源線に瞬間的なスパイクノイズ
が一つでも乗ると、その電圧値に相当したアドレスコー
ド信号として認識してしまい信頼性の高いアドレシング
が出来なくなることが予想される。Therefore, it is expected that if even one instantaneous spike noise is carried on the power supply line, it will be recognized as an address code signal corresponding to the voltage value and reliable addressing will not be possible.
【００４５】この先行技術には、この様なノイズ混信に
よる信頼性の低下を防ぐ配慮、即ち前述した第４の技術
的課題に対する解決策が施されていない。This prior art does not take measures to prevent the deterioration of reliability due to such noise interference, that is, no solution to the above-mentioned fourth technical problem.
【００４６】また、この先行技術では、センサとしてド
レイン電流の変化を用いるので、消費電流が大きく電源
容量が不足し、それによってセンシングの信頼性が低下
することも予想されうる。Further, in this prior art, since the change in the drain current is used as the sensor, it can be expected that the consumption current is large and the power supply capacity is insufficient, thereby lowering the reliability of sensing.
【００４７】即ち、確実なアドレシングを行い、複数の
センサのうちの一つずつを確実に、高い信頼性でアドレ
シングを実現することが、第５の技術的課題である。In other words, the fifth technical subject is to perform reliable addressing, to reliably realize each of the plurality of sensors, and to realize the addressing with high reliability.
【００４８】また、センサ回路の消費電力を出来うる限
り低下させるということが、第６の技術的課題である。A sixth technical problem is to reduce the power consumption of the sensor circuit as much as possible.
【００４９】また、周波数信号を用いてセンサ信号の伝
送を行う先行技術として、前述した特開平７−５５５５
２号が有る。As a prior art for transmitting a sensor signal using a frequency signal, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 7-5555.
There is No. 2.
【００５０】しかるに、この先行技術には指定したセン
サからセンサ信号を指定したタイミングで受信部に信号
伝送させるというアドレシング制御やタイミング制御手
段については開示されていない。However, this prior art does not disclose addressing control or timing control means for transmitting a sensor signal from a designated sensor to a receiving section at a designated timing.
【００５１】また、この先行技術はセンサー利用目的が
船舶、橋梁など大型構造物の振動計測なので、センサ回
路が多少複雑で大型になっても支障はないし、センサ回
路駆動用電源は個々の送信回路に搭載しているが、特に
特別のものを必要としている訳では無い。Further, in this prior art, the purpose of using the sensor is to measure vibration of a large structure such as a ship or a bridge. Therefore, there is no problem even if the sensor circuit is slightly complicated and becomes large. It's installed on, but it doesn't mean that you need anything special.
【００５２】しかしながら、マイクロカテーテルやマイ
クロ内視鏡等の医療機器に搭載する複数のセンサモジュ
ールを駆動するためには、圧電素子周辺回路は極力小型
化、低消費電力化する必要があり、この先行技術の方式
でも前記第５、第６の技術的課題の達成は不可能であ
る。However, in order to drive a plurality of sensor modules mounted on a medical device such as a micro catheter or a micro endoscope, it is necessary to make the piezoelectric element peripheral circuit as small as possible and reduce power consumption. It is impossible to achieve the fifth and sixth technical problems even with the technical method.
【００５３】そこで、本発明は以上のような点に鑑みて
なされたもので、上述した第１乃至第６の技術的課題を
解決するために、複数のセンサ用いたシステムの場合に
どのセンサがどの様なセンシングをしているかを、小さ
な寸法、少ない配線数で効率よく、しかも高い信頼性で
検出することが出来る信号処理装置を提供することを目
的としている。Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and in order to solve the above-mentioned first to sixth technical problems, which sensor is used in the case of a system using a plurality of sensors? It is an object of the present invention to provide a signal processing device capable of efficiently detecting with high reliability the small size, the small number of wirings, and the type of sensing.
【００５４】[0054]
【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、圧電振動子を用いた複数のセンサ
モジュールと、これら複数のセンサモジュールとは遠隔
的に配置された制御部と、前記複数のセンサモジュール
と前記制御部との間の通信を可能とする信号伝送線とか
らなる信号処理装置であって、前記制御部に、前記複数
のセンサモジュールのうちの一つを選択するためのアド
レス信号発生手段を有すると共に、前記複数のセンサモ
ジュールのそれぞれに、互いに異なる中心周波数を有す
るフィルタリング手段を有することを特徴とした信号処
理装置が提供される。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a plurality of sensor modules using piezoelectric vibrators and a control unit arranged remotely from the plurality of sensor modules are provided. A signal processing device comprising a signal transmission line that enables communication between the plurality of sensor modules and the control unit, wherein the control unit selects one of the plurality of sensor modules There is provided an address signal generating means for providing a signal processing device, and each of the plurality of sensor modules has a filtering means having a center frequency different from each other.
【００５５】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、前記センサモジュールが、その周囲やそれに
接圧する対象物の状況によって変化する共振周波数や共
振抵抗を検出する圧電振動子と、この圧電振動子によっ
て検出された共振周波数や共振抵抗の変化を電圧信号へ
変換する手段とを有することを特徴とする信号処理装置
が提供される。Further, according to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the sensor module includes a piezoelectric vibrator for detecting a resonance frequency and a resonance resistance which change depending on a condition of an object around the sensor module or contacting the piezoelectric module. There is provided a signal processing device comprising: means for converting a change in resonance frequency or resonance resistance detected by the piezoelectric vibrator into a voltage signal.
【００５６】さらに、本発明によると、上記課題を解決
するために、前記制御部が、前記複数のセンサモジュー
ルから出力され時系列的に合成された直流パルス列圧電
信号Ｓｓｅｎｓをセンサモジュールの数に等しいチャン
ネル数に分配する手段と、該分配された信号を更に圧電
信号の振幅成分と圧電信号の周波数成分Ｓ２に変換する
手段と、該変換された出力信号に基づいて信号処理する
手段と、信号処理した結果を呈示する手段からなること
を特徴とする記載の信号処理装置が提供される。Further, according to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the control unit equals the DC pulse train piezoelectric signals Ssens output from the plurality of sensor modules and combined in time series to the number of sensor modules. Means for distributing to the number of channels, means for further converting the distributed signal into an amplitude component of the piezoelectric signal and a frequency component S 2 of the piezoelectric signal, means for processing the signal based on the converted output signal, and a signal There is provided the signal processing device as described above, which comprises means for presenting a processing result.
【００５７】[0057]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態につき説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００５８】（第１の実施の形態）従来の圧電振動子を
センサにしたセンサ駆動回路はコルピッツ発振回路を用
いているので、ダイナミックレンジが狭くても良い場合
には何の問題も無いが、広いダイナミックレンジが必要
な場合には対応しきれない場合がある。(First Embodiment) Since a Colpitts oscillator circuit is used as a sensor drive circuit using a conventional piezoelectric vibrator as a sensor, there is no problem if the dynamic range may be narrow. When a wide dynamic range is required, it may not be possible to cope with it.
【００５９】それは、圧電振動子の等価回路定数を回路
要素としたコルピッツ発振回路は図２の左上側のグラフ
に示した様に圧電振動子の位相角が正領域にある時即ち
図２中Ａ，Ｂ，Ｃの場合のみ発振出力電圧が得られるた
めである。The Colpitts oscillation circuit having the equivalent circuit constant of the piezoelectric vibrator as a circuit element has the phase angle of the piezoelectric vibrator in the positive region as shown in the upper left graph of FIG. 2, that is, A in FIG. This is because the oscillation output voltage can be obtained only in the cases of B, C, and
【００６０】一般に、無負荷状態（図２中Ａの状態）の
圧電振動子の位相角は共振周波数ｆｒと***振周波数ｆ
ａの間でのみ正となりそれ以外の周波数では負となる。In general, the phase angle of the piezoelectric vibrator in the unloaded state (state A in FIG. 2) is the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency f.
It is positive only between a and negative at other frequencies.
【００６１】そして、負荷が加わった状態（図２中Ｂ〜
Ｅ）では、共振周波数ｆｒと***振周波数ｆａの間で有
っても位相角の値によっては発振状態が停止してしまう
（図２中Ｃ，Ｄ，Ｅ）。Then, a state in which a load is applied (B to B in FIG. 2)
In E), the oscillation state is stopped depending on the value of the phase angle even between the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa (C, D, E in FIG. 2).
【００６２】従って、圧電振動子の等価回路定数を回路
要素としたコルピッツ発振回路の発振出力電圧は、図２
の右上側に示す様なグラフに於ける実線の様に急激に発
振出力電圧が０になってしまい、負荷が大きい領域、特
に図２の左上側に示す様なグラフに於けるＣ〜Ｅの領域
では実質的に位相角が負となっているので、コルピッツ
発振回路の発振出力が得られず、センサのダイナミック
レンジを低減させてしまっていた。Therefore, the oscillation output voltage of the Colpitts oscillation circuit having the equivalent circuit constant of the piezoelectric vibrator as a circuit element is shown in FIG.
As shown by the solid line in the graph on the upper right side of FIG. 2, the oscillation output voltage suddenly becomes 0, and the load is large, especially in the graphs on the upper left side of FIG. Since the phase angle is substantially negative in the region, the oscillation output of the Colpitts oscillator circuit cannot be obtained, and the dynamic range of the sensor is reduced.
【００６３】本第１の実施の形態はこの様な不具合を改
善し、複数のセンサのアドレシングを行いながら、大き
なダイナミックレンジを有するセンシングを簡単な構成
で実現することを目的としている。The first embodiment aims to improve such a problem and to realize sensing having a large dynamic range with a simple structure while addressing a plurality of sensors.
【００６４】以下、図１及び図２乃至図９を用いて本発
明による第１の実施の形態を説明する。The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2 to 9.
【００６５】図１は、信号処理装置全体の構成を示して
おり、制御部１及びセンサモジュール５１，５２，…，
５ｉ，…，５ｎとそれらの間の配線、即ちアドレス信号
伝送線２、センサ信号伝送線３、接地線４とを有してい
る。FIG. 1 shows the overall configuration of the signal processing device, which includes the controller 1 and the sensor modules 51, 52 ,.
, 5n and wirings between them, that is, the address signal transmission line 2, the sensor signal transmission line 3, and the ground line 4.
【００６６】以下、同一構成物については同一符号を付
して説明するものとする。The same components will be described below with the same reference numerals.
【００６７】図３は、センサモジュール５１，５２，
…，５ｉ，…，５ｎの内の一つ５ｉを代表的に示してい
る。FIG. 3 shows sensor modules 51, 52,
, 5i, ..., 5n is representatively shown as 5i.
【００６８】図２及び図４は、センサモジュール５１，
５２，…，５ｉ，…，５ｎの動作原理を示している。2 and 4 show the sensor module 51,
The operating principle of 52, ..., 5i, ..., 5n is shown.
【００６９】図５は、センサモジュールに入力される高
周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄの波形モデルを示し
ている。FIG. 5 shows a waveform model of the high frequency pulse train address signal Sadd input to the sensor module.
【００７０】図６及び図７は、この高周波パルス列アド
レス信号Ｓａｄｄを出力する手段とセンサ信号の信号処
理部からなる制御部１のブロック構成を示している。FIG. 6 and FIG. 7 show the block configuration of the control unit 1 including means for outputting the high frequency pulse train address signal Sadd and the signal processing unit for the sensor signal.
【００７１】図８は、前記高周波パルス列アドレス信号
Ｓａｄｄを出力する為に必要な一要素である高周波アド
レス信号発振回路の具体的な回路構成としてＦＭ変調器
の構成するコルピッツ発振回路を示している。FIG. 8 shows a Colpitts oscillating circuit constituted by an FM modulator as a concrete circuit constitution of a high frequency address signal oscillating circuit which is one element necessary for outputting the high frequency pulse train address signal Sadd.
【００７２】図９は、センサモジュール５１，５２，
…，５ｉ，…，５ｎから出力される直流パルス列圧電信
号の波形モデル図を示している。FIG. 9 shows sensor modules 51, 52,
, 5i, ..., 5n are waveform model diagrams of DC pulse train piezoelectric signals.
【００７３】（構成）先ず、図３に示すセンサモジュー
ル５１，５２，…，５ｉ，…，５ｎについて説明する。(Structure) First, the sensor modules 51, 52, ..., 5i, ..., 5n shown in FIG. 3 will be described.
【００７４】センサとなる圧電振動子８８は、トランジ
スタ８９のエミッタ抵抗（ＲE ）９０に並列に接続され
ている。The piezoelectric vibrator 88 serving as a sensor is connected in parallel to the emitter resistance (RE) 90 of the transistor 89.
【００７５】該トランジスタ８９のベース入力にはコン
デンサ９６と直流バイアス抵抗（Ｒｂ１）９２，（Ｒｂ
２）９３とによって直流バイアス電圧を供給するための
配線７００１が接続されている。The base input of the transistor 89 has a capacitor 96 and DC bias resistors (Rb1) 92, (Rb).
2) 93 is connected to the wiring 7001 for supplying the DC bias voltage.
【００７６】また、このトランジスタ８９は、そのコレ
クタに負荷抵抗（ＲL ）９１が接続され、この負荷抵抗
（ＲL ）９１を介してコレクタ電圧が供給される様にな
っている。The collector of the transistor 89 is connected to a load resistance (RL) 91, and the collector voltage is supplied through the load resistance (RL) 91.
【００７７】また、このトランジスタ８９のコレクタか
らの出力は、コンデンサ９７を経て直流成分を遮断し、
さらにダイオード１０７を通して直流パルス信号に変換
されて、端子９８に導出される。The output from the collector of the transistor 89 passes through the capacitor 97 to block the direct current component,
Further, it is converted into a DC pulse signal through the diode 107 and led to the terminal 98.
【００７８】そして，この直流パルス信号は、端子９８
に接続されたセンサ信号伝送線３を経て図１に示す制御
部１に信号伝送される。This DC pulse signal is applied to the terminal 98
Signals are transmitted to the control unit 1 shown in FIG. 1 via the sensor signal transmission line 3 connected to.
【００７９】図３において、端子９５は高周波パルス列
アドレス信号Ｓａｄｄを入力する入力端子で、アドレス
信号伝送線２に接続される。In FIG. 3, a terminal 95 is an input terminal for inputting the high frequency pulse train address signal Sadd and is connected to the address signal transmission line 2.
【００８０】また、直流電源電圧供給端子Ｖｃｃは、図
１０（ａ）、または図１０（ｂ）に示す様な整流回路６
００５を経てアドレス信号線２に接続されている。The DC power supply voltage supply terminal Vcc has a rectifying circuit 6 as shown in FIG. 10 (a) or 10 (b).
It is connected to the address signal line 2 via 005.
【００８１】次に、制御部１の構成について図６及び図
７を用いて説明する。Next, the structure of the controller 1 will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
【００８２】図６及び図７に於いて、１１０は矩形波１
１２を出力する矩形波発生器、１１４１，１１４２，
…，１１４ｉ，…，１１４ｎはバッファー回路である。6 and 7, 110 is a rectangular wave 1
Square wave generators 1141, 1142 for outputting 12
, 114i, ..., 114n are buffer circuits.
【００８３】１１５１，１１５２，…，１１５ｉ，…，
１１５ｎはバッファー回路１１４１，１１４２，…，１
１４ｉ，…，１１４ｎの出力電圧値に応じて特定の周波
数ｆ１，ｆ２，…，ｆｉ，…，ｆｎを中心に周波数を変
化させるＦＭ変調器で、その出力波形は参照符号１１６
１，１１６２，…，１１６ｉ，…，１１６ｎで示す様な
同じ周波数変化をする高周波パルスからなる高周波パル
ス列信号となっている。1151, 1152, ..., 115i, ...,
115n is a buffer circuit 1141, 1142, ..., 1
14n, ..., 114n is an FM modulator that changes the frequency around specific frequencies f1, f2, ..., Fi ,.
, 116i, ..., 116n are high-frequency pulse train signals composed of high-frequency pulses having the same frequency change.
【００８４】セレクター回路１１７は、矩形波発生器１
１０による矩形波信号１１２からセレクターコード変換
回路１１９によって変換されたセレクターコード信号１
１８を制御信号として、ＦＭ変調器１１５１，１１５
２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎからの出力であるｎ個
の同じ周波数変化をする高周波パルスからなる高周波パ
ルス列信号を一連の高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄ
ｄに変換する。The selector circuit 117 is the rectangular wave generator 1.
Selector code signal 1 converted from rectangular wave signal 112 by 10 by selector code conversion circuit 119
18, the FM modulators 1151 and 115 are used as control signals.
, 115i, ..., 115n, a high-frequency pulse train signal consisting of n high-frequency pulses having the same frequency change, and a series of high-frequency pulse train address signals Sad.
Convert to d.
【００８５】尚、前記ＦＭ変調器（１１５１…１１５
ｎ）の構造は、図８に示した様に圧電振動子５００１と
可変容量コンデンサ５００２とを構成要素とする高周波
パルス信号を発生するコルピッツ発振回路で構成されて
いる。The FM modulators (1151 ... 115)
The structure n) is composed of a Colpitts oscillation circuit for generating a high-frequency pulse signal, which includes a piezoelectric vibrator 5001 and a variable capacitor 5002 as components, as shown in FIG.
【００８６】一方、制御部１にはセンサからの直流パル
ス列圧電信号Ｓｓｅｎｓ（１２１）の信号処理機能も含
まれている。On the other hand, the control section 1 also includes a signal processing function of the DC pulse train piezoelectric signal Ssens (121) from the sensor.
【００８７】次に、図６及び図７に示した制御部１の
内、該直流パルス列圧電信号Ｓｓｅｎｓ（１２１´）の
信号処理機能に対応した構成について記述する。Next, the configuration corresponding to the signal processing function of the DC pulse train piezoelectric signal Ssens (121 ') in the controller 1 shown in FIGS. 6 and 7 will be described.
【００８８】直流パルス列圧電信号１２１′はセンサ信
号伝送線３を経て分配器１２２に入力される。The DC pulse train piezoelectric signal 121 'is input to the distributor 122 via the sensor signal transmission line 3.
【００８９】そして、該分配器１２２は、矩形波発生回
路１１０による矩形波信号１１２から分配コード変換回
路１２４によって変換された分配コード１２３を制御信
号として、直流パルス圧電信号１２１′を同じパルス波
形からなるｎ個のパルス列信号に変換する。Then, the distributor 122 uses the distribution code 123 converted by the distribution code conversion circuit 124 from the rectangular wave signal 112 by the rectangular wave generation circuit 110 as a control signal, and outputs the DC pulse piezoelectric signal 121 'from the same pulse waveform. To n pulse train signals.
【００９０】該ｎ個のパルス列信号を出力するｎ個の出
力端子は、それらに対応したｎ個の信号処理ブロック１
２７１′，１２７２′，…，１２７ｉ′，…，１２７
ｎ′に接続されている。The n output terminals for outputting the n pulse train signals have n signal processing blocks 1 corresponding to them.
271 ', 1272', ..., 127i ', ..., 127
connected to n '.
【００９１】これらの信号処理ブロック１２７１′，１
２７２′，…，１２７ｉ′，…，１２７ｎ′は、前記し
たｎ個のパルス列信号のパルスピーク値を検出するピー
クディテクタ１３１と、このピークディテクタの出力を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１３３と、
このＡ／Ｄコンバータ１３３の出力を基に演算処理を施
し、後述する第２の演算回路１３５１を介して呈示装置
１３６に出力する第１の演算回路１３４とから構成され
ている。These signal processing blocks 1271 ', 1
272 ', ..., 127i', ..., 127n 'are a peak detector 131 for detecting the pulse peak values of the n pulse train signals, and an A / D converter 133 for converting the output of the peak detector into a digital signal. ,
The first arithmetic circuit 134 is configured to perform arithmetic processing based on the output of the A / D converter 133 and output the result to the presentation device 136 via a second arithmetic circuit 1351 described later.
【００９２】尚、制御部１に於ける前記ＦＭ変調器（周
波数時間変化高周波パルス信号発振回路）１１５１，１
１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎの具体的な回路構
成については、前述した図８に示される様になってい
る。The FM modulator (frequency-time-varying high-frequency pulse signal oscillating circuit) 1151, 1 in the control unit 1 is used.
.., 115n, the specific circuit configuration is as shown in FIG.
【００９３】そして、セレクター回路１１７から出力さ
れる高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄは、図５
（ａ）に示す様に互いに異なる周波数帯域とパルス幅ｔ
ｗを持つ個々の高周波パルスＳａｄｄ(1) ，Ｓａｄｄ
(2) ，…，Ｓａｄｄ(i) ，…，Ｓａｄｄ(n) を時間的に
ｔｄの時間幅をおいて連結した信号である。The high frequency pulse train address signal Sadd output from the selector circuit 117 is as shown in FIG.
As shown in (a), different frequency bands and pulse widths t
Individual high frequency pulses Sadd (1) , Sadd with w
(2) , ..., Sadd (i) , ..., Sadd (n) are signals that are connected with a time width of td.
【００９４】ここで、高周波パルス列アドレス信号Ｓａ
ｄｄについて、個々の高周波パルスがｎ個あるのはセン
サモジュールの数、即ち、センサの数がｎ個あるという
場合に対応している。Here, the high frequency pulse train address signal Sa
Regarding dd, n individual high frequency pulses correspond to the number of sensor modules, that is, the number of sensors is n.
【００９５】前記高周波パルスＳａｄｄ(i) の波形をモ
デル的に表したのが図５（ｂ）である。FIG. 5B shows the waveform of the high frequency pulse Sadd (i) as a model.
【００９６】そして、この高周波パルスＳａｄｄ
(i) は、その立ち上がり時刻Ｔ１（８５）から立ち下が
り時刻Ｔ２（８６）にかけて振幅が一定であると共に、
図５（ｃ）に示す様に、その周波数も一定と成ってい
る。Then, this high frequency pulse Sadd
(i) has a constant amplitude from its rising time T 1 (85) to its falling time T 2 (86), and
As shown in FIG. 5C, the frequency is also constant.
【００９７】（作用）次に，本第１の実施の形態の構成
による作用について記述する。(Operation) Next, the operation of the configuration of the first embodiment will be described.
【００９８】まず、図２及び図３を用いて本第１の実施
の形態のセンサモジュールの動作原理を説明する。First, the operating principle of the sensor module according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
【００９９】図２において、圧電振動子８８は無負荷時
は（Ａ）に示す様に共振抵抗ＺrAが小さく、***振抵抗
ＺaAが大きく、共振周波数ｆrAと***振周波数ｆaAとを
持つＱｍ（共振尖鋭度）の大きなインピーダンス特性を
示す。In FIG. 2, when no load is applied to the piezoelectric vibrator 88, the resonance resistance ZrA is small, the anti-resonance resistance ZaA is large, and the resonance frequency frA and the anti-resonance frequency faA are Qm (resonance) as shown in (A). It shows a large impedance characteristic with a sharpness.
【０１００】これに負荷が加わると、負荷が大きくなる
に従って（Ｂ）〜（Ｅ）の個々のインピーダンス特性を
示す。When a load is applied to this, the individual impedance characteristics (B) to (E) are shown as the load increases.
【０１０１】負荷の異なる各状態間の共振抵抗の変化Δ
Ｚr ＝ＺrA−ＺrB、ΔＺr ＝ＺrA−ＺrCは、負荷が粘弾
性体対象物の場合、その粘弾性体の粘弾性特性に関係
し、これを１つの特性として表現するタッチセンサとし
て用いることが出来る。Change in resonance resistance between states with different loads Δ
Zr = ZrA−ZrB and ΔZr = ZrA−ZrC are related to the viscoelastic characteristics of the viscoelastic body when the load is a viscoelastic body object, and can be used as a touch sensor expressing these as one characteristic. .
【０１０２】以上の様な図２に示すインピーダンス特性
から、振幅が一定の高周波信号に対し、圧電振動子８８
のインピーダンスは、負荷を加えることによって変化す
ることがわかる。From the impedance characteristics shown in FIG. 2 as described above, the piezoelectric vibrator 88 is applied to a high frequency signal having a constant amplitude.
It can be seen that the impedance of is changed by applying a load.
【０１０３】この圧電振動子８８のインピーダンスの変
化が負荷の印加によって起こると、図３に示すセンサモ
ジュールの端子９５に振幅Ｖin、周波数ｆinを有した高
周波パルス信号を入力することによって、コンデンサ
（Ｃc2）９７の出力端には、以下の式で示される様な 振幅Ｖout ＝Ｖin×ＲＬ／（ＲＥ//Ｚ）、 周波数ｆout ＝ｆin なる高周波増幅出力が得られる。When a change in the impedance of the piezoelectric vibrator 88 occurs due to the application of a load, a high frequency pulse signal having an amplitude Vin and a frequency fin is input to the terminal 95 of the sensor module shown in FIG. ) 97, the high frequency amplified output having the amplitude Vout = Vin.times.RL / (RE // Z) and the frequency fout = fin as shown by the following equation is obtained.
【０１０４】この高周波増幅出力の振幅Ｖout は、負荷
を印加しない時に比べ負荷を印加した時において、負荷
印加による圧電振動子８８のインピーダンスの増加に対
応して上記の式に従って小さくなる。The amplitude Vout of the high frequency amplified output becomes smaller in accordance with the above equation in response to the increase in impedance of the piezoelectric vibrator 88 due to the load application when the load is applied than when the load is not applied.
【０１０５】従って、この高周波増幅出力の振幅Ｖout
の変化を検出することによって圧電振動子８８のインピ
ーダンスＺの変化が分かり、この圧電振動子８８のイン
ピーダンスＺの変化から負荷の印加の状態を判断するこ
とが出来ることになる。Therefore, the amplitude Vout of this high frequency amplified output
The change in the impedance Z of the piezoelectric vibrator 88 can be known by detecting the change in P. The change in the impedance Z of the piezoelectric vibrator 88 makes it possible to determine the applied state of the load.
【０１０６】実際には、本第１の実施の形態で必要なの
は、高周波増幅出力の振幅成分のみなので、コンデンサ
９７の出力をダイオード１０７に通過させたあとの直流
パルス信号を端子９８から取り出してセンサ信号伝送線
３に伝送する。Actually, since only the amplitude component of the high frequency amplified output is required in the first embodiment, the DC pulse signal after passing the output of the capacitor 97 through the diode 107 is taken out from the terminal 98 and the sensor is detected. It is transmitted to the signal transmission line 3.
【０１０７】このダイオード１０７による直流パルス信
号への変換処理は，高周波パルスの振幅成分のみを取り
出すのに用いるだけで無く、複数のセンサモジュールか
らのセンサ信号が互いに逆流しあうことを防ぎ、センサ
信号間のクロストークを避けることにも寄与しているこ
とは容易に推測出来ることである。The conversion processing to the DC pulse signal by the diode 107 is used not only for extracting the amplitude component of the high frequency pulse but also for preventing the sensor signals from a plurality of sensor modules from flowing back to each other. It can be easily guessed that it also contributes to avoiding crosstalk between them.
【０１０８】この第１の実施の形態に対応した図６及び
図７に示す制御部１の動作を以下に記述する。The operation of the control unit 1 shown in FIGS. 6 and 7 corresponding to the first embodiment will be described below.
【０１０９】矩形波発生器１１０によって得られる矩形
波１１２は、分岐されて、直接バッファー回路１１４
１，１１４２，…，１１４ｉ，…，１１４ｎへ入力され
る。The rectangular wave 112 obtained by the rectangular wave generator 110 is branched and directly buffered by the buffer circuit 114.
, 114i, ..., 114n.
【０１１０】そして、これらのバッファー回路１１４
１，１１４２，…，１１４ｉ，…，１１４ｎの出力信号
は、ＦＭ変調器１１５１，１１５２，…，１１５ｉ，
…，１１５ｎに入力される。Then, these buffer circuits 114
The output signals of 1141, 1142, ..., 114i, ..., 114n are FM modulators 1151, 1152 ,.
..., 115n.
【０１１１】すると、これらのＦＭ変調器１１５１，１
１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎからの出力は、そ
れぞれ互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，…，ｆｉ，…，
ｆｎを有した矩形高周波パルス列信号１１６１，１１６
２，…，１１６ｉ，…，１１６ｎの様になり、セレクタ
回路１１７に入力される。Then, these FM modulators 1151, 1
Outputs from 152, ..., 115i, ..., 115n are frequencies f1, f2, ..., Fi ,.
Rectangular high frequency pulse train signals 1161 and 116 having fn
, ..., 116i, ..., 116n, which are input to the selector circuit 117.
【０１１２】このセレクタ回路１１７では、前記矩形波
発生器１１０によって得られる矩形波１１２を基にセレ
クターコード変換回路１１９を経て入力されるセレクタ
信号１１８に従って、互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，
…，ｆｉ，…，ｆｎからなる矩形高周波パルス信号が連
なった高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄ（１２
０′）に変換する。In the selector circuit 117, frequencies f1, f2, which are different from each other, are selected in accordance with the selector signal 118 input through the selector code conversion circuit 119 based on the rectangular wave 112 obtained by the rectangular wave generator 110.
, Fi, ..., Fn, a high-frequency pulse train address signal Sadd (12), which is a series of rectangular high-frequency pulse signals.
0 ').
【０１１３】この高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄ
（１２０′）は、アドレス信号伝送線２を経て、更に、
図３にその一つを示した各センサモジュール５１，５
２，…，５ｉ，…，５ｎに供給される。This high frequency pulse train address signal Sadd
(120 ') goes through the address signal transmission line 2 and further
Each sensor module 51, 5 of which one is shown in FIG.
, ..., 5i, ..., 5n.
【０１１４】そして、ある時刻に於いて、全てのセンサ
モジュール５１，５２，…，５ｉ，…，５ｎに、周波数
ｆｉの高周波パルスが入力されたとすると、その時には
共振周波数ｆｉの圧電振動子８８を有したセンサモジュ
ール５ｉのみから大きな増幅出力が得られる。If a high-frequency pulse of frequency fi is input to all the sensor modules 51, 52, ..., 5i, ..., 5n at a certain time, then the piezoelectric vibrator 88 of resonance frequency fi is turned on. A large amplified output can be obtained only from the included sensor module 5i.
【０１１５】また、他の時刻では、他の一つのセンサモ
ジュールからの増幅出力が大きくなるので、その結果、
センサ信号伝送線３には図示の様な直流パルス列圧電信
号１２１′が得られ、制御部１の分配器１２２に入力さ
れる。At other times, the amplified output from the other sensor module becomes large, and as a result,
A DC pulse train piezoelectric signal 121 ′ as shown in the figure is obtained from the sensor signal transmission line 3, and is input to the distributor 122 of the control unit 1.
【０１１６】この分配器１２２に入力された直流パルス
列圧電信号１２１′は、矩形波１１２の分岐信号１２５
を分配コード変換回路１２４によって変換した分配コー
ド信号１２３によって分配されることにより、センサモ
ジュールの数ｎに対応した同一の周波数をもつパルスか
らなる直流パルス列信号となる。The DC pulse train piezoelectric signal 121 'input to the distributor 122 is a branch signal 125 of the rectangular wave 112.
Is distributed by the distribution code signal 123 converted by the distribution code conversion circuit 124, thereby forming a DC pulse train signal composed of pulses having the same frequency corresponding to the number n of sensor modules.
【０１１７】そして、この直流パルス列信号は、それぞ
れｎ個の信号処理回路１２７ｉ′…１２７ｎ′に入力さ
れて、それらの各パルスのピーク値がピークディテクタ
１３１によって検出される。The DC pulse train signals are input to the n signal processing circuits 127i '... 127n', and the peak value of each pulse is detected by the peak detector 131.
【０１１８】そして、その検出信号は、Ａ／Ｄコンバー
タ１３３によってディジタル信号に変換された後、第１
の演算回路１３４で処理された個々の結果が、総合的に
第２の演算回路１３５１で演算され、呈示装置１３６を
駆動するのに供される。Then, the detection signal is converted into a digital signal by the A / D converter 133, and then converted into the first signal.
The individual results processed by the arithmetic circuit 134 are collectively calculated by the second arithmetic circuit 1351 and used to drive the presentation device 136.
【０１１９】（効果）以上説明した様に、この第１の実
施の形態によると、互いに異なる共振周波数を有する圧
電振動子を用いた複数のセンサモジュールと制御部とを
信号伝送線で接続し、前記各共振周波数に等しい互いに
異なる周波数を有した高周波パルスを連結した高周波パ
ルス列アドレス信号を制御部から発信することによっ
て、目的とするセンサモジュールを高い信頼性で選択す
ることが出来ると共に、そのセンサモジュールのセンサ
信号を直流パルス列信号として制御部に伝送して信号処
理することにより、どのセンサがどの様なセンシングを
しているのかが遠隔的にリアルタイムで簡単に分かり、
しかもセンサモジュールはコルピッツ発振回路を使用し
ない簡単な構成なので前述した全ての技術的課題を解決
することが出来ることになる。(Effect) As described above, according to the first embodiment, the plurality of sensor modules using the piezoelectric vibrators having different resonance frequencies are connected to the control section by the signal transmission line, By transmitting a high-frequency pulse train address signal in which high-frequency pulses having mutually different frequencies equal to the respective resonance frequencies are transmitted from the control unit, a target sensor module can be selected with high reliability and the sensor module By transmitting the sensor signal of as a DC pulse train signal to the control unit and performing signal processing, it is possible to easily remotely and in real time know which sensor is doing what kind of sensing,
Moreover, since the sensor module has a simple structure that does not use a Colpitts oscillator circuit, all the technical problems described above can be solved.
【０１２０】（第２の実施の形態）前述したように、本
発明の第１の実施の形態によって従来技術が有する不具
合を改善し、且つ、センサモジュールを簡単な構成で実
現することが出来るようになった。(Second Embodiment) As described above, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to improve the problems of the prior art and to realize the sensor module with a simple structure. Became.
【０１２１】ところで、第１の実施の形態は圧電振動子
のインピーダンスの値に対応した信号のみを検出対象と
している。By the way, in the first embodiment, only a signal corresponding to the value of the impedance of the piezoelectric vibrator is detected.
【０１２２】この場合でも、負荷の有無の検出等に用い
られる圧覚センサやタッチセンサとしては十分である。Even in this case, the pressure sensor and the touch sensor used for detecting the presence / absence of a load are sufficient.
【０１２３】しかるに、それでは高度の医療診断を行う
には情報が不十分であるので、圧電振動子のインピーダ
ンスの変化を共振周波数の変化分と共振抵抗の変化分と
に分離して検出し、この両検出量から負荷となる粘弾性
体対象物の弾性特性と粘性特性とを分離して検出するこ
とが出来る様にすればより好ましい。However, since the information is insufficient for performing a high-level medical diagnosis, the change in the impedance of the piezoelectric vibrator is detected separately by the change in the resonance frequency and the change in the resonance resistance. It is more preferable to separately detect the elastic characteristic and the viscous characteristic of the viscoelastic object that is a load from the detected amounts.
【０１２４】第２の実施の形態は、この様な必要性に対
応した発明であり、その構成は第１の実施の形態と共通
する部分が多い。The second embodiment is an invention corresponding to such a need, and its configuration has many parts in common with the first embodiment.
【０１２５】先ず、第１の実施の形態と共通しているセ
ンサモジュールを示した図３と本第２の実施の形態によ
る制御部１の構成を示す図１１及び図１２と、アドレス
信号波形を示す図１３を用いて本第２の実施の形態の構
成について説明する。First, FIG. 3 showing a sensor module common to the first embodiment and FIGS. 11 and 12 showing the configuration of the control unit 1 according to the second embodiment, and the address signal waveform are shown. The configuration of the second embodiment will be described with reference to FIG.
【０１２６】（構成）本第２の実施の形態の構成におけ
る制御部１の構成で第１の実施の形態と異なるのは、Ｆ
Ｍ変調器１１５１，１１５２，…，１１５ｉ，…，１１
５ｎに入力する波形が異なるのと、信号処理回路１２７
１，１２７２，…，１２７ｉ，…，１２７ｎにカウンタ
ー回路１２９、クロック信号発生器１２８、デコーダ１
３０が余分に付加されているだけであるので、同一の回
路には同一の符号を用いて記述する。(Structure) The structure of the controller 1 in the structure of the second embodiment is different from that of the first embodiment in that
M modulators 1151, 1152, ..., 115i, ..., 11
If the waveform input to 5n is different, the signal processing circuit 127
, 127i, ..., 127n, a counter circuit 129, a clock signal generator 128, a decoder 1
Since 30 is simply added, the same circuit will be described by using the same symbol.
【０１２７】第２の実施の形態の構成におけるセンサモ
ジュール５１，５２，…，５ｉ，…，５ｎは第１の実施
の形態による図３と同一である。The sensor modules 51, 52, ..., 5i, ..., 5n in the configuration of the second embodiment are the same as those in FIG. 3 according to the first embodiment.
【０１２８】図２及び図４の動作原理を示す図も第１の
実施の形態と同一である。The diagrams showing the operation principle of FIGS. 2 and 4 are also the same as those of the first embodiment.
【０１２９】図１３は前記センサモジュール５１，５
２，…，５ｉ，…，５ｎに入力される高周波パルス列ア
ドレス信号Ｓａｄｄを示す。FIG. 13 shows the sensor modules 51, 5
2, ..., 5i, ..., 5n are input to the high frequency pulse train address signal Sadd.
【０１３０】図８は制御部１に構成される前記高周波パ
ルス列アドレス信号Ｓａｄｄを出力する手段の内の一要
素であるコルピッツ発振回路からなるＦＭ変調器を示
し、図１１及び図１２に示すＦＭ変調器１１５１，１１
５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎの実際の回路構成を
示している。FIG. 8 shows an FM modulator comprising a Colpitts oscillation circuit which is one of the means for outputting the high frequency pulse train address signal Sadd configured in the control unit 1. The FM modulation shown in FIGS. 11 and 12 is shown. Bowl 1151,11
The actual circuit configuration of 52, ..., 115i ,.
【０１３１】図１１及び図１２は、前記高周波パルス列
アドレス信号Ｓａｄｄを出力する回路と前記センサモジ
ュールから出力される図１４に示す直流パルス列圧電信
号Ｓｓｅｎｓを入力して信号処理し、呈示装置等に出力
する回路を搭載した制御部を示している。11 and 12, the circuit for outputting the high-frequency pulse train address signal Sadd and the DC pulse train piezoelectric signal Ssens shown in FIG. 14 output from the sensor module are input, signal processed, and output to a presentation device or the like. 2 shows a control unit equipped with a circuit for doing so.
【０１３２】以下これらの図を用いて説明する。Description will be given below with reference to these figures.
【０１３３】図３はセンサモジュールを示しているが、
第１の実施の形態と重複する構成についての詳細な説明
は省略する。FIG. 3 shows the sensor module,
Detailed description of the configuration overlapping with that of the first embodiment will be omitted.
【０１３４】高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄは，
図１３（ａ）に示す様に異なる周波数帯域と等しいパル
ス幅ｔｗを持つ個々の高周波パルスＳａｄｄ(1) ，Ｓａ
ｄｄ(2) ，…，Ｓａｄｄ(i) ，…，Ｓａｄｄ(n) を時間
的にｔｄなる時間幅をおいて連結した信号である。The high frequency pulse train address signal Sadd is
As shown in FIG. 13A, the individual high frequency pulses Sadd (1) and Sa having different frequency bands and the same pulse width tw.
dd (2), ..., Sadd (i), ..., a signal obtained by coupling at a time width Sadd a (n) becomes temporally td.
【０１３５】ここで、個々の高周波パルスがｎ個あるの
はセンサモジュールの数、即ち、センサの数がｎ個ある
という場合に対応している。Here, the fact that there are n individual high-frequency pulses corresponds to the case where the number of sensor modules, that is, the number of sensors is n.
【０１３６】前記高周波パルスの内、代表してＳａｄｄ
(i) の波形をモデル的に表したのが図１３（ｂ）であ
る。Of the high frequency pulses, Sadd is representatively
FIG. 13B shows the waveform of (i) as a model.
【０１３７】この高周波パルスは、その立ち上がり時刻
Ｔ１（８５）から立ち下がり時刻Ｔ２（８６）にかけて
その振幅が一定で、図１３（ｃ）に参照符号８７として
示す様に、その周波数がｆｉ−Δｆｉからｆｉ＋Δｆｉ
へ連続的に変化する信号と成っている。This high-frequency pulse has a constant amplitude from its rising time T1 (85) to its falling time T2 (86), and its frequency is fi-Δfi, as indicated by reference numeral 87 in FIG. 13 (c). To fi + Δfi
The signal consists of a continuously changing signal.
【０１３８】高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄは、
図１１及び図１２に示した制御部１のＦＭ変調器１１５
１，１１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎによって発
生される。The high frequency pulse train address signal Sadd is
The FM modulator 115 of the control unit 1 shown in FIGS. 11 and 12.
, 115i, ..., 115n.
【０１３９】図１１及び図１２に於いて、第１の実施の
形態と重複する構成についての詳細な説明は省略する。In FIGS. 11 and 12, detailed description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
【０１４０】本第２の実施の形態に於いては、矩形波１
１２を出力する矩形波発生器１１０に後続して矩形波１
１２に同期して間欠鋸波１１３を発生させる鋸波発生器
１１１が付加されているのが、第１の実施の形態と異な
る。In the second embodiment, the rectangular wave 1
The rectangular wave generator 110 which outputs 12 is followed by the rectangular wave 1
12 differs from the first embodiment in that a sawtooth wave generator 111 for generating an intermittent sawtooth wave 113 is added in synchronism with 12.
【０１４１】この鋸波発生器１１１に後続する回路は、
第１の実施の形態と同一である。The circuit following the sawtooth wave generator 111 is
This is the same as in the first embodiment.
【０１４２】セレクター回路１１７は、矩形波発生器１
１０による矩形波信号１１２からセレクターコード変換
回路１１９によって変換されたセレクターコード信号１
１８を制御信号として、ｎ個の、同じ周波数変化をする
高周波パルスからなる高周波パルス列信号を一連の高周
波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄに変換する。The selector circuit 117 is a rectangular wave generator 1.
Selector code signal 1 converted from rectangular wave signal 112 by 10 by selector code conversion circuit 119
Using 18 as a control signal, a high-frequency pulse train signal consisting of n high-frequency pulses having the same frequency change is converted into a series of high-frequency pulse train address signals Sadd.
【０１４３】尚、先にも述べたが前記ＦＭ変調器１１５
１…１１５ｎの構造は図８に示した様に、圧電振動子５
００１と可変容量コンデンサ５００２を構成要素とする
高周波パルス信号を発生するコルピッツ発振回路で構成
されている。As mentioned above, the FM modulator 115
The structure of 1 ... 115n is as shown in FIG.
001 and the variable capacitor 5002 are components of a Colpitts oscillation circuit for generating a high frequency pulse signal.
【０１４４】一方、制御部１には直流パルス列圧電信号
Ｓｓｅｎｓ（１２１）の信号処理機能も含まれている
が、分配器１２２のｎ個の出力配線の構成までは第１の
実施の形態と同じである。On the other hand, the control section 1 also includes a signal processing function of the DC pulse train piezoelectric signal Ssens (121), but the configuration up to the n output wirings of the distributor 122 is the same as that of the first embodiment. Is.
【０１４５】以下に、第１の実施の形態の構成と異なる
構成となっている信号処理ブロック１２７１，１２７
２，…，１２７ｉ，…，１２７ｎについて記述する。The signal processing blocks 1271 and 127 having a configuration different from that of the first embodiment will be described below.
2, ..., 127i, ..., 127n will be described.
【０１４６】これらの信号処理ブロック１２７１，１２
７２，…，１２７ｉ，…，１２７ｎは、分配器１２２の
出力である前記同じパルス波形からなるｎ個のパルス列
信号のパルスピーク値を検出するピークディテクタ１３
１と、このピークディテクタ１３１の出力をディジタル
信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１３３と、前記同じパ
ルス波形からなるｎ個のパルス列信号のピーク時刻か
ら、矩形波１１２の立ち上がり時刻Ｔ１までの時間をカ
ウントするカウンター回路１２９と、時間をカウントす
る為のクロック信号発生器１２８と、このカウンター回
路１２９のＡＢＣＤ出力を後述する第１の演算回路１３
４ための入力信号に変換するデコーダ１３０と、これら
２系統の出力を基に演算処理を施し、それらの複数のセ
ンサ信号を統合して信号処理する第２の演算処理回路１
３４１への入力信号を出力する第１の演算回路１３４と
から構成されている。These signal processing blocks 1271, 12
72, ..., 127i, ..., 127n are peak detectors 13 for detecting pulse peak values of n pulse train signals having the same pulse waveform as the output of the distributor 122.
1, the A / D converter 133 for converting the output of the peak detector 131 into a digital signal, and the time from the peak time of the n pulse train signals having the same pulse waveform to the rising time T 1 of the rectangular wave 112. A counter circuit 129 for counting, a clock signal generator 128 for counting time, and an ABCD output of this counter circuit 129 are described later in a first arithmetic circuit 13
And a decoder 130 for converting into an input signal for 4 and a second arithmetic processing circuit 1 for performing arithmetic processing on the basis of outputs of these two systems and integrating a plurality of sensor signals thereof to perform signal processing.
And a first arithmetic circuit 134 that outputs an input signal to 341.
【０１４７】（作用）次に，本第２の実施の形態の構成
による作用について記述する。(Operation) Next, the operation of the configuration of the second embodiment will be described.
【０１４８】先ず、図２，３及び４を用いて本第２の実
施の形態のセンサモジュール５１，５２，…，５ｉ，
…，５ｎの動作原理を説明する。First, referring to FIGS. 2, 3 and 4, the sensor modules 51, 52, ..., 5i of the second embodiment will be described.
The operating principle of 5n will be described.
【０１４９】図２に於いて、圧電振動子８８は、無負荷
時（Ａの状態）は（Ａ）に示す様に共振抵抗ＺrAが小さ
く***振抵抗ＺaAが大きく共振周波数ｆrAを持つＱｍ
（共振尖鋭度）の大きなインピーダンス特性を示す。In FIG. 2, when the piezoelectric vibrator 88 is under no load (state A), the resonance resistance ZrA is small and the anti-resonance resistance ZaA is large as shown in (A).
It exhibits a large impedance characteristic of (resonance sharpness).
【０１５０】これに負荷が加わると、圧電振動子８８
は、負荷が大きくなるに従って（Ｂ）〜（Ｅ）の順のイ
ンピーダンス特性を示す。When a load is applied to this, the piezoelectric vibrator 88
Shows impedance characteristics in the order of (B) to (E) as the load increases.
【０１５１】負荷の異なる各状態間の共振周波数の変化
ΔｆrB＝ｆrA−ｆrB，ΔｆrC＝ｆrA−ｆrC，…や***振
周波数の変化ΔｆaB＝ｆaA−ｆaB，ΔｆaC＝ｆaA−ｆa
C，…または共振抵抗の変化ΔＺrB＝ＺrA−ＺrB，ΔＺr
C＝ＺrC−ＺrC，…，***振抵抗の変化ΔＺaB＝ＺaA−
ＺaB，ΔＺaC＝ＺaC−ＺaC，…は、負荷が粘弾性体対象
物の場合、その粘弾性体の機械的インピーダンスの実数
部と虚数部に関係し、さらに、これら両特性Δｆ、ΔＺ
r から計算で粘弾性体の弾性率、粘性率を分離して表現
出来るようになることを本発明者らは特願平７−２５２
１５６号で述べている。Resonance frequency changes ΔfrB = frA-frB, ΔfrC = frA-frC, ... Between different states of load and antiresonance frequency changes ΔfaB = faA-faB, ΔfaC = faA-fa.
C, ... Or change in resonance resistance ΔZrB = ZrA−ZrB, ΔZr
C = ZrC-ZrC, ..., Change in anti-resonance resistance ΔZaB = ZaA−
ZaB, ΔZaC = ZaC−ZaC, ... Are related to the real and imaginary parts of the mechanical impedance of the viscoelastic body when the load is a viscoelastic body, and further, these characteristics Δf and ΔZ.
The present inventors have found that the elastic modulus and the viscous coefficient of a viscoelastic body can be expressed separately by calculation from r.
No. 156.
【０１５２】これら両特性Δｆ、ΔＺr の一方、又は両
者の絶対値をとる等して１つの特性として表現するとタ
ッチセンサとして用いることも出来ることは容易に推測
出来ることである。It can be easily inferred that it can be used as a touch sensor if it is expressed as one characteristic by taking the absolute value of one or both of these characteristics Δf and ΔZr.
【０１５３】以上のインピーダンス特性から、周波数と
振幅が一定の高周波信号に対し圧電振動子８８のインピ
ーダンスは負荷を加えることによって変化するが、この
変化量は、前述した説明で分かる通り、共振周波数の変
化による分と、共振抵抗の変化による分との両方の効果
によることが分かる。From the impedance characteristics described above, the impedance of the piezoelectric vibrator 88 changes when a load is applied to a high frequency signal having a constant frequency and amplitude. It can be seen that this is due to the effects of both the change and the resonance resistance change.
【０１５４】この両方の効果によるインピーダンスの変
化が負荷の印加によって起こると、図３に示す回路の端
子９５に振幅Ｖin，周波数ｆinを有した高周波パルス信
号を入力することによって、コンデンサ（Ｃc2）９７の
出力端には、以下の式で示される様な 振幅Ｖout ＝Ｖin×ＲＬ／（ＲＥ//Ｚ）、 周波数ｆout ＝ｆin なる高周波増幅出力が得られる。When a change in impedance due to both of these effects occurs due to the application of a load, a high frequency pulse signal having an amplitude Vin and a frequency fin is input to the terminal 95 of the circuit shown in FIG. A high-frequency amplified output having an amplitude Vout = Vin.times.RL / (RE // Z) and a frequency fout = fin as shown by the following equation is obtained at the output terminal of.
【０１５５】この高周波増幅出力の振幅Ｖout は、負荷
を印加しない時に比べ負荷を印加した時に於いて、負荷
印加による圧電振動子のインピーダンスの増加に対応し
て上記の式に従って小さくなる。The amplitude Vout of this high-frequency amplified output becomes smaller in accordance with the above equation in response to the increase in impedance of the piezoelectric vibrator due to the load application when the load is applied than when the load is not applied.
【０１５６】従って、この高周波増幅出力の振幅Ｖout
の変化を検出することによって圧電振動子８８のインピ
ーダンスＺの変化が分かり、このインピーダンスＺの変
化から負荷の印加の状態を判断することが出来ることに
なる。Therefore, the amplitude Vout of this high frequency amplified output
The change in the impedance Z of the piezoelectric vibrator 88 can be known by detecting the change in the impedance, and the load application state can be determined from the change in the impedance Z.
【０１５７】ここで、振幅は一定で、前記入力周波数ｆ
inを、図４に示した直線１０３の様に時刻Ｔ１からＴ２
にかけてｆｉ−Δｆｉからｆｉ＋Δｆｉまで単調に増加
させると、圧電振動子８８が無負荷状態なら図２中のＡ
の様に共振抵抗がＺrAで共振周波数ｆrAのインピーダン
ス特性を示すことに対応して、ｆinがｆrAに等しくなる
時刻Ｔ0 で最大振幅の高周波パルス信号を出力し、コン
デンサ９７とダイオード１０７を経たあとの端子９８に
出力される信号は、図４に示す様にピーク値ΔＶを有す
る直流パルス信号１０４となる。Here, the amplitude is constant and the input frequency f
in is represented by time T 1 to T 2 as shown by the straight line 103 in FIG.
When monotonously increasing from fi-Δfi to fi + Δfi over time, if the piezoelectric vibrator 88 is in an unloaded state, A in FIG.
Corresponding to the impedance characteristic of the resonance frequency frA when the resonance resistance is ZrA, a high frequency pulse signal of maximum amplitude is output at time T0 when fin becomes equal to frA, and the signal after passing through the capacitor 97 and the diode 107 is output. The signal output to the terminal 98 becomes the DC pulse signal 104 having the peak value ΔV as shown in FIG.
【０１５８】また、圧電振動子８８に負荷が加わり、例
えば図２に於ける（Ｂ）の様なインピーダンス特性を示
す様になると、これに対応して端子９８からの出力のピ
ーク電圧は、共振抵抗が増加してＺrBになったことに対
応して小さくなり、ピーク電圧を示す時刻も印加周波数
ｆinがｆr ′（＝ｆrB）に成る時刻Ｔ′にシフトする様
になる。When a load is applied to the piezoelectric vibrator 88 and an impedance characteristic such as that shown in FIG. 2B is exhibited, the peak voltage of the output from the terminal 98 corresponds to the resonance. As the resistance increases to ZrB, it becomes smaller, and the time at which the peak voltage appears also shifts to the time T'when the applied frequency fin becomes fr '(= frB).
【０１５９】同様に、圧電振動子８８に共振周波数を上
昇させる負荷が加わった時には、ピーク電圧を示す時刻
は、印加周波数ｆinがｆr ″に成る時刻Ｔ″にシフトす
る様になる。Similarly, when a load for increasing the resonance frequency is applied to the piezoelectric vibrator 88, the time at which the peak voltage is indicated shifts to the time T "at which the applied frequency fin becomes fr".
【０１６０】この様な直流パルス信号Ｓｓｅｎｓ(1) ，
Ｓｓｅｎｓ(2) ，…，Ｓｓｅｎｓ(i ) ，…，Ｓｓｅｎｓ
(n) が異なるタイミングで各センサモジュールから出力
されるので、これらを全てのタイミングで連結すること
により、図１４に示す直流パルス列圧電信号Ｓｓｅｎｓ
が得られる。Such a DC pulse signal Ssens (1) ,
Ssens (2) , ..., Ssens (i ) , ..., Ssens
Since (n) is output from each sensor module at different timings, by connecting these at all timings, the DC pulse train piezoelectric signal Ssens shown in FIG.
Is obtained.
【０１６１】次に、このシフト量とピーク値を検出する
方法について、図１１及び図１２を用いて説明する。Next, a method of detecting the shift amount and the peak value will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
【０１６２】この場合、ダイオード１０７による直流パ
ルス信号変換処理は高周波パルスの振幅成分のみを取り
出すのに用いるだけで無く、複数のセンサモジュールか
らのセンサ信号が互いに逆流しあうことを防ぎ、センサ
信号間のクロストークを避けることにも寄与しているこ
とは第１の実施の形態と同じである。In this case, the DC pulse signal conversion process by the diode 107 is used not only to extract the amplitude component of the high frequency pulse, but also to prevent the sensor signals from a plurality of sensor modules from flowing back to each other, As in the first embodiment, it also contributes to avoiding the crosstalk.
【０１６３】矩形波発生器１１０によって得られる矩形
波１１２を、鋸波発生器１１１に入力し、間欠鋸波１１
３に変換する。The rectangular wave 112 obtained by the rectangular wave generator 110 is input to the sawtooth wave generator 111, and the intermittent sawtooth wave 11 is supplied.
Convert to 3.
【０１６４】この間欠鋸波１１３をバッファー回路１１
４１，１１４２，…，１１４ｉ，…，１１４ｎへ入力
し、それらのバッファー回路１１４１，１１４２，…，
１１４ｉ，…，１１４ｎからの出力信号をＦＭ変調器１
１５１，１１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎに入力
する。The intermittent sawtooth wave 113 is applied to the buffer circuit 11
, 114i, ..., 114n, and those buffer circuits 1141, 1142 ,.
The output signals from 114i, ...
, 115i, ..., 115n.
【０１６５】すると、これらのＦＭ変調器１１５１，１
１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎからの出力は、時
刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて周波数ｆ１，ｆ２，…，ｆ
ｉ，…，ｆｎを中心にｆ１−Δｆ１からｆ１＋Δｆ１、
ｆ１−Δｆ２からｆ２＋Δｆ２、…ｆｉ−Δｆｉからｆ
ｉ＋Δｆｉ，…、ｆｎ−Δｆｎからｆｎ＋Δｆｎにそれ
ぞれ変化する図１３（ｂ），（ｃ）に示す様な信号が得
られる。Then, these FM modulators 1151, 1
Outputs from 152, ..., 115i, ..., 115n are frequencies f 1 , f 2 , ..., F from time T 1 to time T 2.
i, ..., f 1 + Δf 1 from f 1 -Δf 1 in the center of the fn,
f 1 −Δf 2 to f 2 + Δf 2 , ... fi−Δfi to f
.., fn-.DELTA.fn to fn + .DELTA.fn, respectively, as shown in FIGS. 13 (b) and 13 (c).
【０１６６】この様な高周波パルスが連結されて高周波
パルス列アドレス信号になり各センサモジュール５１，
５２，…，５ｉ，…，５ｎへ供給されるプロセスは第１
の実施の形態に示したのと同じであるので省略する。Such high-frequency pulses are connected to form a high-frequency pulse train address signal, and each sensor module 51,
52, ..., 5i ,.
The description is omitted because it is the same as that shown in the embodiment.
【０１６７】前記高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄ
が、ある瞬間ｆｉ−Δｆｉからｆｉ＋Δｆｉに変化する
高周波パルスが各センサモジュール５１，５２，…，５
ｉ，…，５ｎに入力されるとｆｉを共振周波数とする圧
電振動子を含んだセンサモジュール５ｉの出力端子に直
流パルス信号が出力される。The high frequency pulse train address signal Sadd
However, a high-frequency pulse changing from fi-Δfi to fi + Δfi at a certain moment is generated by each sensor module 51, 52, ..., 5
When input to i, ..., 5n, a DC pulse signal is output to the output terminal of the sensor module 5i including the piezoelectric vibrator having the resonance frequency fi.
【０１６８】他の瞬間に於いては、同様にそれぞれのセ
ンサモジュール５１，５２，…，５ｎからそれぞれ対応
した直流パルス信号が出力されるので、全てのタイミン
グに亘って結合すると図１４に示した様な直流パルス列
圧電信号となり、センサ信号伝送線３を経て図１１及び
図１２に示した制御部１に伝送され、この制御部１に配
設された分配器１２２に入力される。At other moments, the corresponding DC pulse signals are similarly output from the respective sensor modules 51, 52, ..., 5n, so that they are connected at all timings as shown in FIG. Such a DC pulse train piezoelectric signal is transmitted through the sensor signal transmission line 3 to the control unit 1 shown in FIGS. 11 and 12, and is input to the distributor 122 arranged in the control unit 1.
【０１６９】この分配器１２２に入力された直流パルス
列圧電信号１２１は、矩形波１１２の分岐信号１２５
を、分配コード変換回路１２４によって変換した分配コ
ード信号１２３によって分配されてセンサモジュールの
数ｎに対応した同一の周波数をもつパルスからなる直流
パルス列信号に変換される。The DC pulse train piezoelectric signal 121 input to the distributor 122 is the branch signal 125 of the rectangular wave 112.
Is distributed by the distribution code signal 123 converted by the distribution code conversion circuit 124 and converted into a DC pulse train signal composed of pulses having the same frequency corresponding to the number n of sensor modules.
【０１７０】次に、この直流パルス列信号を形成する１
つ１つのパルス信号に関して、時刻Ｔ１から前記ピーク
を示す時刻Ｔｐまでの経過時間をクロック信号発生器１
２８からのクロックパルスでカウントし、該カウント数
をデコーダ１３０で演算し易い数値に変換して第１の演
算回路１３４に入力する。Next, 1 for forming this DC pulse train signal
For each pulse signal, the elapsed time from the time T 1 to the time Tp at which the peak is shown is the clock signal generator 1
It counts with the clock pulse from 28, converts the counted number into a numerical value which can be easily calculated by the decoder 130, and inputs it to the first arithmetic circuit 134.
【０１７１】一方、前記ピークディテクタ１３１によっ
て検出されたピーク値信号はＡ／Ｄコンバータ１３３に
よってディジタル信号に変換され、第１の演算回路１３
４に入力される。On the other hand, the peak value signal detected by the peak detector 131 is converted into a digital signal by the A / D converter 133, and the first arithmetic circuit 13
4 is input.
【０１７２】第１の演算回路１３４では、これら２種類
の信号から圧電振動子８８の共振周波数や共振抵抗の、
無負荷状態の共振周波数や共振抵抗に対する変化分をそ
れぞれ演算処理し、得られた共振周波数の変化量と共振
抵抗の変化から粘性係数と弾性係数とを算出する。In the first arithmetic circuit 134, the resonance frequency and the resonance resistance of the piezoelectric vibrator 88 are calculated from these two types of signals.
The amount of change with respect to the resonance frequency and the resonance resistance in the unloaded state is calculated, and the viscosity coefficient and the elastic coefficient are calculated from the obtained change amount of the resonance frequency and the change of the resonance resistance.
【０１７３】この様に、各センサモジュール５１，５
２，…，５ｎ毎に得られた粘性係数と弾性係数の値を全
センサモジュールに亘って総合的に第２の演算回路１３
４１で演算し、呈示装置駆動信号へ変換した上で呈示装
置１３６を駆動するのに供する。In this way, each sensor module 51, 5
The values of the viscous coefficient and the elastic coefficient obtained for every 2 ..., 5n are comprehensively set to the second arithmetic circuit 13 over all the sensor modules.
The calculation is performed by 41, and the result is converted into a presentation device drive signal, which is then used to drive the presentation device 136.
【０１７４】この場合、呈示装置１３６とは、例えば粘
弾性対象物の粘弾性特性の２次元分布を画像として呈示
するモニター装置や、粘弾性対象物にあたかも現実に触
れているかの様な触覚を人の皮膚表面に呈示する触覚呈
示装置である。In this case, the presentation device 136 is, for example, a monitor device that presents a two-dimensional distribution of viscoelastic properties of a viscoelastic object as an image, or a tactile sensation as if the viscoelastic object is actually touching. It is a tactile presentation device that is presented on the surface of human skin.
【０１７５】（効果）以上の様に本第２の実施の形態に
よって、第１の実施の形態とほぼ同じ構成で粘弾性体対
象物の弾性率と、粘性率とを分離して検出、表示するこ
とが出来るようになる。(Effects) As described above, according to the second embodiment, the elastic modulus and the viscous coefficient of the viscoelastic object are separately detected and displayed with substantially the same configuration as in the first embodiment. You will be able to do it.
【０１７６】その他の効果は第１の実施の形態と同じで
ある。The other effects are the same as those of the first embodiment.
【０１７７】尚、本発明は、これらの実施の形態に限定
されるものではなく、例えば、センサモジュールの出力
を予め設定した値を超えた時に警報やランプ点灯をした
り、センサモジュールの出力とセンサモジュールの位置
情報との関係をマップ化し、これらの特性の分布を表示
するという使い方も上記各実施の形態に記載した信号処
理方法を変更すれば実現可能となる。The present invention is not limited to these embodiments. For example, when the output of the sensor module exceeds a preset value, an alarm or a lamp is turned on, or the output of the sensor module is changed. A method of mapping the relationship with the position information of the sensor module and displaying the distribution of these characteristics can also be realized by changing the signal processing method described in each of the above embodiments.
【０１７８】ただし、この場合、センサモジュールの位
置情報はセンサモジュールの近傍にジャイロセンサを配
設したり、センサモジュールを固定したマニピュレータ
にエンコーダを配設したり、あるいはセンサモジュール
を配設したカテーテルや内視鏡の挿入距離や回転角を検
出する位置センサを挿入口に配設することが必要にな
る。However, in this case, the position information of the sensor module is obtained by disposing a gyro sensor in the vicinity of the sensor module, disposing an encoder on a manipulator to which the sensor module is fixed, or disposing a catheter having the sensor module. It is necessary to dispose a position sensor for detecting the insertion distance and the rotation angle of the endoscope at the insertion opening.
【０１７９】そして、これらのセンサからの出力とセン
サモジュールから得られた粘弾性体対象物の弾性係数、
粘性係数、またはこれらから計算した数値との関係をプ
ロットしてモニター等に表示することによって従来に無
い医療診断情報を得られる様になる。Then, the outputs from these sensors and the elastic modulus of the viscoelastic body object obtained from the sensor module,
By plotting the viscosity coefficient or the relationship with the numerical value calculated from these and displaying it on a monitor or the like, it becomes possible to obtain medical diagnostic information that has not been available in the past.
【０１８０】以上のように、本発明を第１及び第２の実
施の形態により説明したが、本発明によれば以下のよう
な構成及び作用・効果を有する実施態様（１）乃至
（９）が得られる。As described above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments. According to the present invention, the embodiments (1) to (9) having the following configurations, operations and effects are provided. Is obtained.
【０１８１】実施態様（１）：全実施の形態が該当して
いる。Embodiment (1): All embodiments are applicable.
【０１８２】（構成）圧電振動子を用いた複数のセンサ
モジュールと、これら複数のセンサモジュールとは遠隔
的に配置された制御部と、前記複数のセンサモジュール
と前記制御部との間の通信を可能とする信号伝送線とか
らなる信号処理装置であって、前記制御部に、複数のセ
ンサモジュールのうちの一つを選択するためのアドレス
信号発生手段を有すると共に、前記複数のセンサモジュ
ールのそれぞれに、互いに異なる中心周波数を有するフ
ィルタリング手段を有することを特徴とした信号処理装
置。(Structure) A plurality of sensor modules using piezoelectric vibrators, a control unit arranged remotely from the plurality of sensor modules, and communication between the plurality of sensor modules and the control unit are performed. A signal processing device comprising a possible signal transmission line, wherein the control unit has an address signal generating means for selecting one of a plurality of sensor modules, and each of the plurality of sensor modules is provided. The signal processing device according to claim 1, further comprising filtering means having different center frequencies.
【０１８３】尚、本実施態様（１）に於けるセンサモジ
ュールとは圧電振動を利用したセンサをモジュール化し
たものを指している。The sensor module in the present embodiment (1) refers to a modularized sensor using piezoelectric vibration.
【０１８４】また、フィルタリング手段のフィルタリン
グとは実施の形態では圧電素子とトランジスタからなる
増幅回路が兼ね備えている機能を指している。In addition, the filtering of the filtering means refers to the function that the amplifier circuit composed of the piezoelectric element and the transistor has in the embodiment.
【０１８５】（作用）複数のセンサモジュールから遠隔
的に配置された制御部から、前記複数のセンサモジュー
ルの内の一つを選択する信号、即ちアドレシング信号が
送信され、これによって、アドレシング信号の中心周波
数とセンサモジュールのフィルタリング手段の中心周波
数が合ったセンサモジュールが選択された状態になり、
当該センサモジュールは動作状態となり、選択されたセ
ンサモジュールのみがセンサ信号を出力する。(Operation) A signal for selecting one of the plurality of sensor modules, that is, an addressing signal is transmitted from the control unit arranged remotely from the plurality of sensor modules, whereby the center of the addressing signal is transmitted. The sensor module in which the frequency matches the center frequency of the filtering means of the sensor module is selected,
The sensor module becomes the operating state, and only the selected sensor module outputs the sensor signal.
【０１８６】制御部は複数のセンサモジュールからの圧
電信号を順次受信し、信号処理する。The control section sequentially receives the piezoelectric signals from the plurality of sensor modules and processes the signals.
【０１８７】（効果）圧電振動子を用いたセンサは半導
体や電磁効果を用いたセンサに比較し、低消費電力化が
可能であり、前述した第６技術的課題の解決がはかれ
る。(Effect) The sensor using the piezoelectric vibrator can reduce the power consumption as compared with the sensor using the semiconductor or the electromagnetic effect, and the sixth technical problem described above can be solved.
【０１８８】また、複数ある圧電素子の内一つだけを選
択することが可能となり、どの圧電素子がどの様な圧電
信号を出力しているかという前述した第５の技術的課題
に対しての解決がはかれる。Further, it becomes possible to select only one of a plurality of piezoelectric elements, and a solution to the above-mentioned fifth technical problem of which piezoelectric element outputs what kind of piezoelectric signal. Be peeled off.
【０１８９】また、信号伝送線を通してアドレス信号と
圧電信号の通信を行うので、信頼性の高い信号処理が可
能となる。Further, since the address signal and the piezoelectric signal are communicated through the signal transmission line, highly reliable signal processing becomes possible.
【０１９０】実施態様（２）：全実施の形態が該当して
いる。Embodiment (2): All embodiments are applicable.
【０１９１】（構成）実施態様（１）に記載した信号処
理装置に於いて、前記信号伝送線は、該信号伝送線を電
磁的に遮蔽する手段を有することを特徴とした信号処理
装置。(Structure) The signal processing device according to the embodiment (1), wherein the signal transmission line has means for electromagnetically shielding the signal transmission line.
【０１９２】（作用）信号伝送線が、電磁的に遮蔽する
手段によって外来電磁ノイズを遮断する構成となってい
るので、同一周波数成分を持つ電磁ノイズがあっても、
これが信号伝送線に乗ることはない。(Operation) Since the signal transmission line is constructed so as to shield the external electromagnetic noise by means of electromagnetic shielding, even if there is electromagnetic noise having the same frequency component,
It does not ride on the signal transmission line.
【０１９３】（効果）従って、高周波メス等、電磁ノイ
ズを発生し易い医療機器が使われている近くで，本発明
による信号処理装置を用いても何ら問題が発生せず、高
い信頼性で安心して利用できる。(Effect) Therefore, even if the signal processing device according to the present invention is used in the vicinity of a medical device such as a high frequency knife which is likely to generate electromagnetic noise, no problem occurs, and the device is highly reliable and safe. You can use it in mind.
【０１９４】即ち、前述した第４の技術的課題が解決さ
れる。That is, the above-mentioned fourth technical problem is solved.
【０１９５】実施態様（３）：第２の実施の形態が該当
している。Embodiment (3): This corresponds to the second embodiment.
【０１９６】（構成）実施態様（１）に記載したセンサ
モジュールが、その周囲や対象物の状況によって変化す
る共振周波数や共振抵抗を検出する圧電振動子と、この
圧電振動子によって検出された共振周波数や共振抵抗の
変化を電圧信号へ変換する手段とを有することを特徴と
した信号処理装置。(Structure) The sensor module described in the embodiment (1) includes a piezoelectric vibrator that detects a resonance frequency and a resonance resistance that change depending on the surroundings and the condition of an object, and a resonance detected by the piezoelectric vibrator. A signal processing device comprising: means for converting a change in frequency or resonance resistance into a voltage signal.
【０１９７】（作用）圧電振動子は周囲や対象物の状況
によって、共振周波数や共振抵抗が変化するので、この
変化量を検出し、検出した共振周波数や共振抵抗の変化
を電圧信号へ変換する手段によって電圧信号に変換し、
信号伝送線に出力する。(Operation) Since the resonance frequency and the resonance resistance of the piezoelectric vibrator change depending on the surroundings and the condition of the object, the change amount is detected and the detected change of the resonance frequency and the resonance resistance is converted into a voltage signal. By means of a voltage signal,
Output to the signal transmission line.
【０１９８】（効果）共振周波数変化と共振抵抗変化の
両方の情報が得られ、これによって前述した第３の技術
的課題が解決される。(Effect) Information on both the resonance frequency change and the resonance resistance change is obtained, which solves the third technical problem described above.
【０１９９】実施態様（４）：全実施の形態が該当して
いる。Embodiment (4): All the embodiments are applicable.
【０２００】（構成）実施態様（１）に記載した前記ア
ドレス信号発生手段が、異なる周波数帯域（ｆ１±Δｆ
１，ｆ２±Δｆ２，…，ｆｉ±Δｆｉ，…，ｆｎ±Δｆ
ｎ）を有する高周波パルス（Ｓａｄｄ(1) ，Ｓａｄｄ
(2) ，…，Ｓａｄｄ(i) ，…，Ｓａｄｄ(n) ）信号を時
系列的に出力することを特徴とした信号処理装置。(Structure) The address signal generating means described in the embodiment (1) has a different frequency band (f 1 ± Δf).
1 , f 2 ± Δf 2 , ..., fi ± Δfi, ..., fn ± Δf
n) high frequency pulse (Sadd (1) , Sadd
(2) , ..., Sadd (i) , ..., Sadd (n) ) A signal processing device characterized by outputting signals in time series.
【０２０１】尚、本実施態様（４）に於いて、高周波パ
ルス信号を時系列的に出力するとは、同一の信号伝送手
段、例えば配線や出力端子に異なる周波数を有する交流
パルスを一定の間隔、例えば数１０〜数１００ｍｓ程度
をおいてシリアルに出力すると言う意味である。In the present embodiment (4), outputting the high frequency pulse signal in time series means that the same signal transmission means, for example, AC pulses having different frequencies on the wiring and the output terminal at regular intervals, For example, it means to output serially after several tens to several hundreds ms.
【０２０２】（作用）制御部に構成されたアドレス信号
発生手段が、異なる周波数帯域（ｆ１±Δｆ１，ｆ２±
Δｆ２，…，ｆｉ±Δｆｉ，…，ｆｎ±Δｆｎ）を有す
る高周波パルス（Ｓａｄｄ(1) ，Ｓａｄｄ(2) ，…，Ｓ
ａｄｄ(i) ，…，Ｓａｄｄ(n) ）信号を時系列的に出力
すると、あるタイミングにおいて伝送されてきたアドレ
ス信号の周波数帯域がｆｉ±Δｆｉの時、中心周波数ｆ
ｉ±Δｆｉのフィルタリング手段を有したセンサモジュ
ールはそのタイミングのみ圧電信号を出力する。(Operation) The address signal generating means formed in the control unit controls different frequency bands (f 1 ± Δf 1 , f 2 ±).
, Fn ± Δfn), the high-frequency pulses (Sadd (1) , Sadd (2) , ..., S ) having Δf 2 , ..., Fi ± Δfi ,.
When the add (i) , ..., Sadd (n) signals are output in time series, when the frequency band of the address signal transmitted at a certain timing is fi ± Δfi, the center frequency f
A sensor module having a filtering unit of i ± Δfi outputs a piezoelectric signal only at that timing.
【０２０３】また、このフィルタリング手段は異なるタ
イミングで他の周波数帯域のアドレス信号が伝送されて
きても、周波数が一致しないので圧電信号を出力するこ
とは無い。Even if address signals of other frequency bands are transmitted at different timings, the filtering means does not output piezoelectric signals because the frequencies do not match.
【０２０４】従って、高周波パルス列からなるアドレス
信号にほぼ同期して、各センサモジュールからの圧電信
号が連結したパルス列の圧電信号として得られ、信号伝
送線を経て制御部に伝送される。Therefore, in synchronism with the address signal composed of the high-frequency pulse train, the piezoelectric signal from each sensor module is obtained as a concatenated piezoelectric signal of the pulse train and is transmitted to the control unit via the signal transmission line.
【０２０５】尚、異なる周波数の高周波パルス信号は、
パルス巾が短かすぎると周波数の変化を検出する信頼性
が低下し、また長すぎても複数の圧電素子モジュールの
アドレスを一巡するのに時間がかかりすぎ、センシング
にかかる総時間が長くなってしまう。High frequency pulse signals of different frequencies are
If the pulse width is too short, the reliability of detecting changes in frequency will be reduced, and if it is too long, it will take too long to cycle through the addresses of multiple piezoelectric element modules, and the total time required for sensing will increase. I will end up.
【０２０６】（効果）以上の様に，アドレス信号は特定
の周波数を有した高周波信号の周波数の違いを利用して
いるので、圧電振動子を構成要素にしたフィルタリング
手段、即ち、ろ波回路等で一定の高い信頼性のアドレシ
ングが可能となり、ノイズに影響されない信頼性の高い
信号処理装置を提供することが出来る様になる。(Effect) As described above, since the address signal utilizes the difference in frequency of the high frequency signal having a specific frequency, the filtering means including the piezoelectric vibrator as a component, that is, the filtering circuit or the like. Therefore, it is possible to provide a certain high reliability of addressing, and it is possible to provide a highly reliable signal processing device that is not affected by noise.
【０２０７】実施態様（５）：第１の実施の形態が該当
している。Embodiment (5): This corresponds to the first embodiment.
【０２０８】（構成）実施態様（３）に記載した信号処
理装置に於いて、前記センサモジュールが入力信号の周
波数と、前記圧電振動子のインピーダンスの値とによっ
て出力電圧を変化させる増幅器と、該増幅器の出力を直
流変換する直流変換手段とを備えたことを特徴とした信
号処理装置。(Structure) In the signal processing device according to the embodiment (3), the sensor module includes an amplifier for changing the output voltage according to the frequency of the input signal and the impedance value of the piezoelectric vibrator, A signal processing device comprising: a direct current converting means for converting an output of an amplifier into a direct current.
【０２０９】尚、本実施態様（５）に於いて、前記増幅
器はバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、オペアンプ（演
算増幅器）のいずれによるものでも良い。In the embodiment (5), the amplifier may be any of a bipolar transistor, an FET and an operational amplifier (operational amplifier).
【０２１０】また，増幅器は１段増幅器に限定されず多
段増幅器でも良い。Further, the amplifier is not limited to the one-stage amplifier and may be a multi-stage amplifier.
【０２１１】（作用）高周波パルス列からなるアドレス
信号がセンサモジュールに入力されると、その周波数と
等しい共振周波数を有する圧電振動子を含むセンサモジ
ュールの前記増幅回路の増幅出力は最大となる。(Operation) When an address signal composed of a high-frequency pulse train is input to the sensor module, the amplification output of the amplification circuit of the sensor module including the piezoelectric vibrator having a resonance frequency equal to the frequency becomes maximum.
【０２１２】従って、若し、圧電振動子を有するセンサ
モジュールに対象物が接触すると、その周波数に於ける
インピーダンスが増加し、これに反比例して増幅出力は
減少する。Therefore, if the object comes into contact with the sensor module having the piezoelectric vibrator, the impedance at that frequency increases, and the amplified output decreases in inverse proportion to this.
【０２１３】この増幅出力を直流変換すると、アドレス
信号である高周波パルス信号と同期した直流パルス列の
圧電信号となり、信号伝送線に出力される。When this amplified output is DC converted, it becomes a piezoelectric signal of a DC pulse train synchronized with the high frequency pulse signal which is an address signal, and is output to the signal transmission line.
【０２１４】（効果）センサモジュールが極めて小型化
され、センサ回路としてコルピッツ回路を全く用いてい
ないのでセンサ出力が一挙に停止してしまうことが無
く、広いダイナミックレンジを有したセンサモジュール
を提供することが可能となる。(Effect) Since the sensor module is extremely miniaturized and the Colpitts circuit is not used as the sensor circuit at all, the sensor output does not stop all at once, and a sensor module having a wide dynamic range is provided. Is possible.
【０２１５】即ち、前述した第１の技術的課題を解決す
る信号処理装置を提供することが出来る様になる。That is, it becomes possible to provide a signal processing device which solves the above-mentioned first technical problem.
【０２１６】実施態様（６）：第２の実施の形態が該当
している。Embodiment (6): This corresponds to the second embodiment.
【０２１７】（構成）実施態様（４）に記載した信号処
理装置に於いて、前記アドレス信号発生手段が、各高周
波パルス信号の周波数ｆｉが前記高周波パルスの立ち上
がり時刻Ｔ１から立ち下がり時刻Ｔ２にかけて、ｆｉ−
Δｆｉとｆｉ＋Δｆｉの間を連続的に単調に増加または
減少させる回路手段と、前記制御部に構成され、前記直
流変換手段の出力信号である直流パルス圧電信号のパル
スピーク値と、前記高周波パルスの立ち上がり時刻Ｔ１
から前記パルスピーク値を示す時刻Ｔｐまでの時間を計
測する手段とを有することを特徴とした信号処理装置。(Structure) In the signal processing device according to the embodiment (4), the address signal generating means causes the frequency fi of each high-frequency pulse signal to rise from the rising time T 1 to the falling time T 2 of the high-frequency pulse. Fi-
Circuit means for continuously and monotonically increasing or decreasing between Δfi and fi + Δfi, and a pulse peak value of a DC pulse piezoelectric signal which is an output signal of the DC converting means and which is configured in the control unit, and a rising of the high frequency pulse. Time T 1
To a time Tp at which the pulse peak value is reached, and a signal processing device.
【０２１８】尚、本実施態様（６）に於いて、前記アド
レス信号発生手段が、各高周波パルス信号の周波数ｆｉ
が前記高周波パルスの立ち上がり時刻Ｔ１から立ち下が
り時刻Ｔ２にかけて、ｆｉ−Δｆｉとｆｉ＋Δｆｉの間
を連続的に単調に増加または減少させるとしたが、共振
周波数の変化が減少するのみの場合にはｆｉ−２Δｆｉ
からｆｉ迄の周波数変化としても良いし、逆に共振周波
数の変化が増加するのみの場合にはｆｉからｆｉ＋２Δ
ｆｉ迄の周波数変化としても良く、ｆｉとΔｆｉの関係
は圧電振動子の共振周波数の変化のどの様なところで使
用するのかによって適宜決めれば良い。In this embodiment (6), the address signal generating means is arranged so that the frequency fi of each high frequency pulse signal is fi.
Suppose that between the rising time T 1 and the falling time T 2 of the high-frequency pulse, it continuously and monotonically increases or decreases between fi−Δfi and fi + Δfi, but when the change in the resonance frequency only decreases, fi-2Δfi
To fi may be changed, or conversely, when the change of the resonance frequency only increases, fi to fi + 2Δ
The frequency may be changed up to fi, and the relationship between fi and Δfi may be appropriately determined depending on where the resonance frequency of the piezoelectric vibrator is changed.
【０２１９】（作用）各高周波パルス信号の周波数ｆｉ
が前記高周波パルスの立ち上がり時刻Ｔ１から立ち下が
り時刻Ｔ２にかけてｆｉ−Δｆｉとｆｉ＋Δｆｉの間を
連続的に単調に増加または減少させると、対象物が付着
されていない状態又は接触していない状態、即ち無負荷
状態では、高周波パルスの周波数がｆｉの時刻Ｔｐ（Ｔ
ｐ＝Ｔ１＋（Ｔ２−Ｔ１）／２）で直流パルス圧電信号
がピーク値を示す。(Operation) Frequency fi of each high frequency pulse signal
Is a state in which the object is not attached or in contact with the high-frequency pulse when it continuously increases or decreases monotonically between fi−Δfi and fi + Δfi from the rising time T 1 to the falling time T 2 . That is, in the unloaded state, the time Tp (T
The DC pulse piezoelectric signal shows a peak value at p = T 1 + (T 2 −T 1 ) / 2).
【０２２０】一方、有負荷時は共振周波数が変化する
と、同時に、その周波数に於けるインピーダンスも変化
するので、ピークの位置は前記ｆｉに対応する時刻Ｔｐ
（＝Ｔ１＋（Ｔ２−Ｔ１）／２）からずれ、またピーク
電圧もインピーダンスの変化に対応して減少する。On the other hand, when the resonance frequency changes with a load, the impedance at that frequency also changes at the same time, so the peak position is the time Tp corresponding to fi.
It deviates from (= T 1 + (T 2 −T 1 ) / 2), and the peak voltage also decreases in accordance with the change in impedance.
【０２２１】この直流パルス圧電信号Ｓｓｅｎｓは制御
部に伝達され、前記立ち上がり時刻Ｔ１から前記直流パ
ルス圧電信号のピーク値を示す時刻Ｔｐまでの時間を計
測する手段によってずれ時間ΔＴｐが検出され、この時
間ΔＴｐと、立ち上がり時刻Ｔ１から立ち下がり時刻Ｔ
２にかけてｆｉ−Δｆｉとｆｉ＋Δｆｉの間を連続的に
単調に増加または減少させる回路手段の出力信号波形と
の関係から圧電振動子の共振周波数の変化が分かること
になる。This DC pulse piezoelectric signal Ssens is transmitted to the control unit, and the deviation time ΔTp is detected by the means for measuring the time from the rising time T 1 to the time Tp indicating the peak value of the DC pulse piezoelectric signal. Time ΔTp and rising time T 1 to falling time T 1
The change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator can be understood from the relationship with the output signal waveform of the circuit means that continuously and monotonically increases or decreases between fi-Δfi and fi + Δfi over 2 .
【０２２２】（効果）従って、前記高周波パルスの立ち
上がり時刻からこの直流パルス圧電信号のピーク電圧を
示す時刻までの時間とピーク電圧とを測定することによ
って、対象物例えば粘弾性体の弾性係数と粘性係数とを
分離して検出することが出来る様になる。(Effect) Therefore, by measuring the time from the rising time of the high frequency pulse to the time at which the peak voltage of the DC pulse piezoelectric signal is reached and the peak voltage, the elastic coefficient and the viscosity of the object such as a viscoelastic body are measured. It becomes possible to detect separately from the coefficient.
【０２２３】実施態様（７）：全実施の形態が該当して
いる。Embodiment (7): All embodiments are applicable.
【０２２４】（構成）実施態様（３）に記載した信号処
理装置に於いて、前記センサモジュールが前記アドレス
信号を直流電圧に変換する第２の直流変換手段を有して
いることを特徴とした信号処理装置。(Structure) The signal processing device according to the embodiment (3) is characterized in that the sensor module has a second DC converting means for converting the address signal into a DC voltage. Signal processing device.
【０２２５】（作用）前記第２の直流電圧変換手段はア
ドレス信号発生手段から時系列的に信号伝送線に出力さ
れた異なる周波数帯域を有する高周波パルス列アドレス
信号Ｓａｄｄを直流電圧に変換する。(Operation) The second DC voltage converting means converts the high frequency pulse train address signal Sadd having different frequency bands outputted from the address signal generating means to the signal transmission line in time series into a DC voltage.
【０２２６】該高周波パルス列アドレス信号は常時伝送
されており、アドレシングされているセンサモジュール
に構成された圧電振動子の共振周波数と異なる周波数の
高周波パルスは全て直流電圧として利用出来ることにな
る。The high frequency pulse train address signal is always transmitted, and all high frequency pulses having a frequency different from the resonance frequency of the piezoelectric vibrator formed in the addressed sensor module can be used as a DC voltage.
【０２２７】（効果）アドレシングされたセンサモジュ
ールのもつ共振周波数と異なる周波数の高周波パルスを
全て直流電圧として利用することになるので，電源専用
の配線が不用で信頼性が高く効率の良い電源エネルギー
伝送が可能になる。(Effect) Since all the high frequency pulses having a frequency different from the resonance frequency of the addressed sensor module are used as the DC voltage, the wiring dedicated to the power source is unnecessary, the power source energy transmission is highly reliable and efficient. Will be possible.
【０２２８】即ち、前述した第２の技術的課題を解決す
る信号処理装置を提供することが出来る様になる。That is, it becomes possible to provide a signal processing device which solves the above-mentioned second technical problem.
【０２２９】実施態様（８）：全実施の形態が該当して
いる。Embodiment (8): All embodiments are applicable.
【０２３０】（構成）実施態様（１）に記載した信号処
理装置に於いて、前記複数のセンサモジュールの各々が
有する前記フィルタリング手段は、それぞれフィルタリ
ング帯域が互いに重なり合わない異なる共振周波数を有
する圧電振動子からなることを特徴とした信号処理装
置。(Structure) In the signal processing device according to the embodiment (1), the filtering means included in each of the plurality of sensor modules have piezoelectric vibrations having different resonance frequencies in which the filtering bands do not overlap with each other. A signal processing device comprising a child.
【０２３１】（作用）各センサモジュールに構成される
フィルタリング手段は、互いに重なり合わない周波数帯
域を持つ。(Operation) The filtering means formed in each sensor module have frequency bands that do not overlap each other.
【０２３２】（効果）アドレシング時、混信を起こさな
いので、前述した第５の技術的課題を解決することが出
来る。(Effect) Since interference does not occur during addressing, it is possible to solve the fifth technical problem described above.
【０２３３】実施態様（９）：第２の実施の形態が該当
している。Embodiment (9): This corresponds to the second embodiment.
【０２３４】（構成）実施態様（１）に記載した信号処
理装置に於いて、前記制御部が、前記複数のセンサモジ
ュールから出力され時系列的に合成された直流パルス列
圧電信号Ｓｓｅｎｓをセンサモジュールの数に等しいチ
ャンネル数に分配する手段と、該分配された信号を更に
圧電信号の振幅成分と圧電信号の周波数成分Ｓ２に変換
する手段と、該変換出力に基づいて信号処理する手段
と、信号処理した結果を呈示する手段からなることを特
徴とした信号処理装置。(Structure) In the signal processing device according to the embodiment (1), the control unit outputs the DC pulse train piezoelectric signal Ssens output from the plurality of sensor modules and combined in time series to the sensor module. Number of channels equal to the number of channels, means for further converting the distributed signal into an amplitude component of the piezoelectric signal and a frequency component S 2 of the piezoelectric signal, means for processing the signal based on the converted output, A signal processing device comprising a means for presenting a processed result.
【０２３５】尚、本実施態様（９）に於いて、分配され
た信号を更に圧電信号の振幅成分と圧電信号の周波数成
分Ｓ２に変換する手段とは実施の形態においてはカウン
ター回路やピークディテクタから構成されている。In the present embodiment (9), the means for further converting the distributed signal into the amplitude component of the piezoelectric signal and the frequency component S 2 of the piezoelectric signal is a counter circuit or a peak detector in the embodiment. It consists of
【０２３６】（作用）直流パルス圧電信号はセンサモジ
ュールの数に等しいチャンネル数に分配する手段によっ
て分配され、該分配された信号は更に圧電信号の振幅成
分と圧電信号の周波数成分Ｓ２に変換する手段によっ
て、振幅成分信号と周波数成分信号に変換される。(Operation) The DC pulse piezoelectric signal is distributed by means for distributing to the number of channels equal to the number of sensor modules, and the distributed signal is further converted into the amplitude component of the piezoelectric signal and the frequency component S 2 of the piezoelectric signal. It is converted into an amplitude component signal and a frequency component signal by the means.
【０２３７】この変換出力を信号処理手段で増幅または
減衰させて呈示装置への最適な駆動信号に変換する。The converted output is amplified or attenuated by the signal processing means and converted into an optimum drive signal for the presentation device.
【０２３８】（効果）この様にしてセンサモジュールで
検出した対象物の特性を複数呈示することが出来る。(Effect) In this way, it is possible to present a plurality of characteristics of the object detected by the sensor module.
【０２３９】即ち、前述した第３の技術的課題を解決す
る信号処理装置を提供することが出来る様になる。That is, it becomes possible to provide a signal processing device which solves the above-mentioned third technical problem.
【０２４０】また、種々の信号処理によって種々の呈示
装置に対象物の特性を信号処理して呈示することが出来
る様になる。Further, the characteristics of the object can be signal-processed and presented to various presentation devices by various signal processing.
【０２４１】[0241]
【発明の効果】従って、以上詳述したように本発明によ
れば、上述した第１乃至第６の技術的課題を解決するた
めに、複数のセンサ用いたシステムの場合にどのセンサ
がどの様なセンシングをしているかを、小さな寸法、少
ない配線数で効率よく、しかも高い信頼性で検出するこ
とが出来る信号処理装置を提供することができる。As described above in detail, according to the present invention, in order to solve the above-mentioned first to sixth technical problems, in the case of a system using a plurality of sensors, which sensor is used and which sensor is used. It is possible to provide a signal processing device capable of efficiently detecting with high reliability with a small size and a small number of wirings whether or not various types of sensing are performed.
【図１】本発明による第１の実施の形態及び第１の実施
の形態の全体構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment according to the present invention and an overall configuration of the first embodiment.
【図２】図１に用いるセンサモジュールの動作原理を示
す図。FIG. 2 is a diagram showing an operation principle of the sensor module used in FIG.
【図３】図１に用いるセンサモジュールの具体例を示す
図。FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the sensor module used in FIG.
【図４】図１に用いるセンサモジュールの動作原理を示
す図。FIG. 4 is a diagram showing an operation principle of the sensor module used in FIG.
【図５】本発明による第１の実施の形態に用いるセンサ
モジュールに入力される高周波パルス列アドレス信号Ｓ
ａｄｄの波形モデルを示す図。FIG. 5 is a high frequency pulse train address signal S input to the sensor module used in the first embodiment of the present invention.
The figure which shows the waveform model of add.
【図６】本発明による第１の実施の形態に用いる制御部
の構成を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a control unit used in the first embodiment according to the present invention.
【図７】本発明による第１の実施の形態に用いる制御部
の構成を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a control unit used in the first embodiment according to the present invention.
【図８】高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄを出力す
る為に必要な一要素である高周波アドレス信号発振回路
の具体的な回路構成を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a specific circuit configuration of a high-frequency address signal oscillation circuit, which is one element necessary for outputting a high-frequency pulse train address signal Sadd.
【図９】本発明による第１の実施の形態に用いるセンサ
モジュールから出力される直流パルス列圧電信号の波形
モデルを示す図。FIG. 9 is a diagram showing a waveform model of a DC pulse train piezoelectric signal output from the sensor module used in the first embodiment of the present invention.
【図１０】センサモジュールに用いる整流回路を示す
図。FIG. 10 is a diagram showing a rectifier circuit used in a sensor module.
【図１１】本発明による第２の実施の形態に用いる制御
部の構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a control unit used in a second embodiment according to the present invention.
【図１２】本発明による第２の実施の形態に用いる制御
部の構成を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a control unit used in a second embodiment according to the present invention.
【図１３】本発明による第２の実施の形態のセンサモジ
ュールに入力される高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄ
ｄを示す図。FIG. 13 is a high-frequency pulse train address signal Sad input to the sensor module according to the second embodiment of the present invention.
The figure which shows d.
【図１４】本発明による第２の実施の形態のセンサモジ
ュールから出力される直流パルス列圧電信号を示す図。FIG. 14 is a diagram showing a DC pulse train piezoelectric signal output from the sensor module according to the second embodiment of the present invention.
【図１５】従来技術によるパッシブビーコンシステムを
示す図。FIG. 15 shows a passive beacon system according to the prior art.
【図１６】図１５に用いる水晶圧電振動子を組み込んだ
発振回路を示す図。16 is a diagram showing an oscillator circuit incorporating the crystal piezoelectric resonator used in FIG.
【図１７】従来技術によるＭＯＳトランジスタのピエゾ
抵抗効果を用いた荷重検出センサを示す図。FIG. 17 is a diagram showing a load detection sensor using the piezoresistive effect of a MOS transistor according to a conventional technique.
【図１８】図１７に用いる回路構成として共通２線式触
覚センサアレイを示す図。18 is a diagram showing a common 2-wire tactile sensor array as a circuit configuration used in FIG.
【図１９】図１８に示す回路構成の動作原理を示す図。FIG. 19 is a diagram showing the operating principle of the circuit configuration shown in FIG. 18;
【図２０】周波数信号を用いてセンサ信号の伝送を行う
先行技術を示す図。FIG. 20 is a diagram showing a prior art in which a sensor signal is transmitted using a frequency signal.
１…制御部、 ２…アドレス信号伝送線、 ３…センサ信号伝送線、 ４…接地線、 ５１，５２，…，５ｉ，…，５ｎ…センサモジュール、 ８８…圧電振動子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control part, 2 ... Address signal transmission line, 3 ... Sensor signal transmission line, 4 ... Grounding wire, 51, 52, ..., 5i, ..., 5n ... Sensor module, 88 ... Piezoelectric vibrator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前沢 峰雪 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mineyuki Maezawa 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd.
Claims (3)
ールと、これら複数のセンサモジュールとは遠隔的に配
置された制御部と、前記複数のセンサモジュールと前記
制御部との間の通信を可能とする信号伝送線とからなる
信号処理装置であって、 前記制御部に、前記複数のセンサモジュールのうちの一
つを選択するためのアドレス信号発生手段を有すると共
に、 前記複数のセンサモジュールのそれぞれに、互いに異な
る中心周波数を有するフィルタリング手段を有すること
を特徴とした信号処理装置。有することを特徴とする請
求項１に記載の信号処理装置。1. A plurality of sensor modules using a piezoelectric vibrator, a control unit remotely arranged with the plurality of sensor modules, and communication between the plurality of sensor modules and the control unit are possible. A signal processing device comprising a signal transmission line, wherein the control unit has an address signal generating unit for selecting one of the plurality of sensor modules, and each of the plurality of sensor modules. The signal processing device according to claim 1, further comprising filtering means having different center frequencies. The signal processing device according to claim 1, further comprising:
れに接圧する対象物の状況によって変化する共振周波数
や共振抵抗を検出する圧電振動子と、この圧電振動子に
よって検出された共振周波数や共振抵抗の変化を電圧信
号へ変換する手段とを有することを特徴とする請求項１
に記載の信号処理装置。2. A piezoelectric vibrator, wherein the sensor module detects a resonance frequency or a resonance resistance that changes depending on the surroundings or the condition of an object in contact with it, and a resonance frequency or a resonance resistance detected by the piezoelectric vibrator. Means for converting the change into a voltage signal.
The signal processing device according to claim 1.
ールから出力され時系列的に合成された直流パルス列圧
電信号Ｓｓｅｎｓをセンサモジュールの数に等しいチャ
ンネル数に分配する手段と、該分配された信号を更に圧
電信号の振幅成分と圧電信号の周波数成分Ｓ２に変換す
る手段と、該変換された出力信号に基づいて信号処理す
る手段と、信号処理した結果を呈示する手段からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。3. The means for the control unit to distribute the DC pulse train piezoelectric signals Ssens outputted from the plurality of sensor modules and combined in time series to the number of channels equal to the number of sensor modules, and the distributed signals. Is further comprised of means for converting the amplitude component of the piezoelectric signal and frequency component S 2 of the piezoelectric signal, means for processing the signal based on the converted output signal, and means for presenting the result of the signal processing. The signal processing device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6279696A JPH09259384A (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Signal processor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6279696A JPH09259384A (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Signal processor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09259384A true JPH09259384A (en) | 1997-10-03 |
Family
ID=13210681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6279696A Withdrawn JPH09259384A (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Signal processor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09259384A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007111244A (en) * | 2005-10-20 | 2007-05-10 | Seiko Instruments Inc | Blood circulation state measuring apparatus |
| JP2007111245A (en) * | 2005-10-20 | 2007-05-10 | Seiko Instruments Inc | Blood circulation state measuring apparatus |
| JP2008532590A (en) * | 2005-03-04 | 2008-08-21 | カーディオメムス インコーポレイテッド | Communication with embedded wireless sensor |
| US8896324B2 (en) | 2003-09-16 | 2014-11-25 | Cardiomems, Inc. | System, apparatus, and method for in-vivo assessment of relative position of an implant |
| US9078563B2 (en) | 2005-06-21 | 2015-07-14 | St. Jude Medical Luxembourg Holdings II S.à.r.l. | Method of manufacturing implantable wireless sensor for in vivo pressure measurement |
| US9265428B2 (en) | 2003-09-16 | 2016-02-23 | St. Jude Medical Luxembourg Holdings Ii S.A.R.L. (“Sjm Lux Ii”) | Implantable wireless sensor |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP6279696A patent/JPH09259384A/en not_active Withdrawn
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| JP2007111245A (en) * | 2005-10-20 | 2007-05-10 | Seiko Instruments Inc | Blood circulation state measuring apparatus |
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