專利名稱：載荷檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測施加在支持體上的載荷和加速度的載荷檢測裝置。
背景技術：
在過去的載荷檢測裝置中，采用壓電元件，不僅用來判斷人體的存在和不存在，而且通過提取心臟跳動和呼吸等人體特有的振動成分來判斷人體的異常。例如，已經(jīng)公開的裝置中，具有裝備有振動產(chǎn)生部和與上述振動產(chǎn)生部相鄰接配置的振動檢測部，且設置在支持人體的支持體上的振動檢測機構、由上述振動檢測部的輸出信號運算上述振動產(chǎn)生部的振動所傳播的振動特性的振動特性運算機構、和基于上述振動特性運算機構的輸出信號，運算施加在上述振動檢測機構的載荷的載荷運算機構，振動產(chǎn)生部和振動檢測部均由壓電元件組成(參照專利文獻1)。這樣，只需較小的設置空間，且設置不需花費什么勞力。
專利文獻1特開2000-230853號公報然而，在專利文獻1中所記載的發(fā)明中，由于先產(chǎn)生振動，然后從該振動的傳播方式的變化來推定所施加的載荷量，因此必須分別設置產(chǎn)生振動的壓電部件、和檢測該振動的壓電部件。因此，為了測定施加在面上的載荷的分布等，需要多個振動·檢測的壓電部件組，從而有可能產(chǎn)生結構復雜化、以及成本升高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于防止檢測載荷分布等時產(chǎn)生的結構復雜化、并降低成本。
本發(fā)明的第一方面在于，配備傳感器元件，其配設在支持體上，并且，具有在單個元件內(nèi)產(chǎn)生振動和檢測振動的功能，且將施加在所述支持體上的載荷和加速度轉(zhuǎn)換為檢測信號；驅(qū)動部，其輸出使所述傳感器元件振動的驅(qū)動信號；振動檢測部，其提取來自所述傳感器元件的檢測信號，并且，基于所提取的檢測信號，檢測所述傳感器元件的振動特性值；配線，其將所述傳感器元件、所述驅(qū)動部、和所述振動檢測部電連接，并且，傳遞疊加信號，所述疊加信號由來自所述驅(qū)動部的驅(qū)動信號和來自所述傳感器元件的檢測信號疊加而成；和運算部，其基于來自所述振動檢測部的振動特性值，運算施加在所述傳感器元件的載荷和加速度中的其中一方或雙方。
本發(fā)明的第二方面在于，具有多個所述傳感器元件，所述運算部輸出用于切換所要檢測的特定的所述傳感器元件、和該運算部之間的電連接狀態(tài)的切換信號，還具有連接切換部，其經(jīng)由第一配線，與多個所述傳感器元件電連接，并且，基于所述運算部的切換信號，切換與第一配線的電連接狀態(tài)；第二配線，其將所述驅(qū)動部和所述振動檢測部電連接，并且，傳遞疊加信號，所述疊加信號由來自所述驅(qū)動部的驅(qū)動信號和來自所述傳感器元件的檢測信號疊加而成；和第三配線，其將所述運算部和所述連接切換部電連接。
本發(fā)明的上述載荷檢測裝置中，優(yōu)選的是，所述傳感器元件為將在壓電體的規(guī)定方向的兩側(cè)配置有第一電極和第二電極的單元安裝在基板上的結構。
本發(fā)明的上述載荷檢測裝置中，優(yōu)選的是，所述疊加信號分為驅(qū)動信號的驅(qū)動期間、和檢測信號的檢測期間。
(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明(本發(fā)明的第1～4方面)，通過將傳感器元件的驅(qū)動信號和檢測信號疊加后進行傳遞，可以利用單個傳感器元件來構成以往需要獨立構成振動產(chǎn)生部和振動檢測部的元件，從而能夠簡化傳感器元件、簡化配線，進而降低成本。
根據(jù)本發(fā)明(本發(fā)明的第2方面)，由于能夠在希望的區(qū)域配置多個傳感器元件，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高分解度的載荷分布測定。


圖1是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的結構的方框圖。
圖2是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的傳感器元件的結構的立體圖。
圖3是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的驅(qū)動信號的波形的圖。
圖4是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的配線上的電信號的波形的圖。
圖5是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的檢測信號的波形的圖。
圖6是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的載荷-電壓振幅值的特性的圖。
圖7是說明本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的原理的示意圖。
圖8是以示意性表示本發(fā)明的第二實施方式的載荷檢測裝置的結構的方框圖。
圖中，1-載荷檢測裝置、2-支持體、10-傳感器元件、11-基板，12-第一電極、13-壓電體、14-第二電極、15、15a、15b-配線(第一配線)、20-驅(qū)動部、30-振動檢測部、40-運算部、5-連接切換部，51-第二配線、52-第三配線。
具體實施例方式
(第一實施方式)利用

與本發(fā)明的第一實施方式有關的載荷檢測裝置。圖1是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的結構的方框圖。圖2是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的傳感器元件的結構的立體圖。圖3是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的驅(qū)動信號的波形的圖。圖4是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的配線上的電信號的波形的圖。圖5是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的檢測信號的波形圖。圖6是以示意性表示本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的載荷-電壓振幅值的特性的圖。
載荷檢測裝置1為檢測施加在支持人體的支持體(例如，汽車用座椅座面、座椅靠背，椅子等)上的載荷和加速度的裝置。載荷檢測裝置1具有傳感器元件10、驅(qū)動部20、振動檢測部30、和運算部40。(參照圖1)傳感器元件10設置在支持人體的支持體上，并且，將施加在該支持體上的載荷和加速度轉(zhuǎn)換為檢測信號的元件(參照圖1)。傳感器元件10在單個元件內(nèi)具備產(chǎn)生振動和檢測振動的功能。傳感器元件10為將在壓電體13的上下兩面上配置有第一電極12和第二電極14的一個或多個單元安裝在基板11上的結構。第一電極12與配線15a電連接，第二電極14與配線15b電連接(參照圖2)。如果向第一電極12與第二電極14兩個電極之間周期性地施加(來自驅(qū)動部20的)驅(qū)動電壓，則壓電體13發(fā)生伸縮，從而使基板11發(fā)生撓性變形。還有，如果反過來利用外部的載荷和加速度使基板11發(fā)生撓性變形，則壓電體13也會發(fā)生變形，從而在第一電極12與第二電極14兩個電極之間產(chǎn)生電位差(電荷)，輸出與載荷和加速度有關的檢測信號。
驅(qū)動部20通過向傳感器元件10周期性地施加驅(qū)動電壓(輸出驅(qū)動信號)，使傳感器元件10發(fā)生振動(發(fā)生撓性變形)(參照圖1、3)。驅(qū)動部20向傳感器元件10周期性地施加具有規(guī)定電壓的驅(qū)動電壓(輸出驅(qū)動信號)。驅(qū)動部20在輸出驅(qū)動電壓期間，與配線15電連接，在不輸出驅(qū)動電壓期間，則切斷與配線15的連接。這里，為了有效地使傳感器元件10發(fā)生振動，驅(qū)動電壓的周期可以采用傳感器元件10的共振頻率。
振動檢測部30是基于來自傳感器元件10的檢測信號轉(zhuǎn)換為電壓振幅值的部分(參照圖1)。振動檢測部30經(jīng)由配線15，與傳感器元件10電連接，從輸入的信號(包含來自驅(qū)動部20的驅(qū)動信號，參照圖4)中提取來自傳感器元件10的檢測信號(參照圖5)，并轉(zhuǎn)換為振動特性值(例如，電壓振幅值)。這里，檢測信號當載荷越小，電壓(檢測電壓)的向下峰值增大(參照圖5(a))，當載荷越大，電壓(檢測電壓)的向下峰值減小(參照圖5(b))。
運算部40是基于來自振動檢測部30的電壓振幅值，運算載荷(參照圖1)的部分。運算部40經(jīng)由配線，與振動檢測部30電連接，基于映射關系，運算與來自振動檢測部30的電壓振幅值對應的載荷(參照圖6)。這里，電壓振幅值當載荷為零時最大，隨著載荷的增加而減小。
接著，利用

本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的動作。圖7是說明本發(fā)明的第一實施方式的載荷檢測裝置的原理的示意圖。另外，各結構部均可參照圖1。
下面說明原理。在規(guī)定的驅(qū)動電壓下，傳感器元件10發(fā)生撓性變形，但其變形量與施加在傳感器元件10上的載荷有關。還有，當驅(qū)動電壓斷開時，傳感器元件10由于所施加的載荷而恢復到初始狀態(tài)，但此時從傳感器元件10輸出與之前傳感器元件10發(fā)生的撓性變形相對應的電荷(相當于檢測信號)。從而，通過測量驅(qū)動電壓斷開之后從傳感器元件10輸出的電荷量，可以得到傳感器元件10的變形量，最后可以求出施加在傳感器元件10上的載荷量。
下面說明根據(jù)上述原理測定載荷的傳感器元件10的驅(qū)動、檢測方法。從驅(qū)動部20經(jīng)由配線15向傳感器元件10施加“驅(qū)動電壓”，其“驅(qū)動期間”為由傳感器元件10的共振頻率規(guī)定的“1個周期”中的一定期間(參照圖7(a))。此時，傳感器元件10發(fā)生撓性變形，直至驅(qū)動電壓產(chǎn)生的撓曲力和施加在傳感器元件10上的載荷平衡。載荷越大，撓性變形越小(參照圖7(b))，載荷越小，撓性變形越大(參照圖7(a))。
“驅(qū)動期間”結束后，驅(qū)動部20與配線15斷開連接，傳感器元件10上的撓曲力消失。因此傳感器元件10恢復到初始狀態(tài)(初始位置)。此時，從傳感器元件10輸出與“驅(qū)動期間”產(chǎn)生的變形量相對應的“電荷Q”?！?個周期”中除了“驅(qū)動期間”以外的時間作為“檢測期間”，從傳感器元件10輸出作為檢測信號的所產(chǎn)生的“電荷Q”，經(jīng)由配線15傳送到振動檢測部30。然后，用振動檢測部30將檢測信號轉(zhuǎn)換為電壓振幅值，在運算部40由電壓振幅值運算出載荷。
還有，如果只檢測施加在傳感器元件10上的加速度，則停止驅(qū)動部20的功能，用振動檢測部30測定從傳感器元件10產(chǎn)生的電荷量，用運算部40轉(zhuǎn)換為加速度。
另外，在載荷和加速度同時施加于傳感器元件10的情況下，從振動檢測部30輸出合成了與載荷和加速度有關的電壓波形合成波形。利用運算部40對該合成波形進行分頻，從而能夠同時檢測載荷和加速度。
根據(jù)第一實施方式，通過將傳感器元件10的驅(qū)動信號和檢測信號疊加后進行傳遞，可以由單個傳感器元件10來構成以往需要將振動產(chǎn)生部和振動檢測部獨立構成的元件，從而能夠簡化傳感器元件10，簡化配線，進而降低成本。
(第二實施方式)接著，利用

本發(fā)明的第二實施方式的載荷檢測裝置。圖8是以示意性表示本發(fā)明第二實施方式的載荷檢測裝置的結構的方框圖。
與第二實施方式有關的載荷檢測裝置中，多個傳感器元件10設置在支持體2(例如，汽車用座椅座面等)上。還有，各傳感器元件10的每個傳感器元件10經(jīng)由第一配線15與連接切換部50電連接。另外，連接切換部50利用第二配線51與驅(qū)動部20和振動檢測部30電連接，并且，利用第三配線52與運算部40電連接。另外，第二實施方式的載荷檢測裝置的傳感器元件10、驅(qū)動部20和振動檢測部30與第一實施方式的傳感器元件10(圖1的10)、驅(qū)動部20(圖1的20)和振動檢測部30(圖1的30)相同。
與第一實施方式的運算部(圖1的40)一樣(參照圖6)，運算部40是基于來自振動檢測部30的電壓振幅值運算載荷部分，經(jīng)由配線與振動檢測部30電連接，基于映射關系，運算與來自振動檢測部30的電壓振幅值相對應的載荷。另外，運算部40輸出用于切換與所要檢測的特定的傳感器元件10的電連接狀態(tài)的切換信號。
連接切換部50基于來自運算部40的切換信號，切換與配線15的電連接狀態(tài)。連接切換部50經(jīng)由第二配線51，與驅(qū)動部20和振動檢測部30電連接，經(jīng)由第三配線52與運算部40電連接。
對第二實施方式的載荷檢測裝置的工作進行說明。利用運算部40的切換信號，使連接切換部50工作，從而使特定的傳感器元件10與驅(qū)動部20、振動檢測部30進行連接，振動檢測部30的電壓振幅值輸入到運算部40，由此，運算施加在該特定的傳感器元件10上的載荷。順次對各傳感器元件10執(zhí)行該工作，可以測定面內(nèi)的載荷分布。
根據(jù)第二實施方式，通過在希望的區(qū)域配置多個傳感器元件10，能夠?qū)崿F(xiàn)高分解度的載荷分布測定。
權利要求
1.一種載荷檢測裝置，其特征在于，配備傳感器元件，其配設在支持體上，并且，具有在單個元件內(nèi)產(chǎn)生振動和檢測振動的功能，且將施加在所述支持體上的載荷和加速度轉(zhuǎn)換為檢測信號；驅(qū)動部，其輸出使所述傳感器元件振動的驅(qū)動信號；振動檢測部，其提取來自所述傳感器元件的檢測信號，并且，基于所提取的檢測信號，檢測所述傳感器元件的振動特性值；配線，其將所述傳感器元件、所述驅(qū)動部、和所述振動檢測部電連接，并且，傳遞疊加信號，所述疊加信號由來自所述驅(qū)動部的驅(qū)動信號和來自所述傳感器元件的檢測信號疊加而成；和運算部，其基于來自所述振動檢測部的振動特性值，運算施加在所述傳感器元件的載荷和加速度中的其中一方或雙方。
2.根據(jù)權利要求1所述的載荷檢測裝置，其特征在于，具有多個所述傳感器元件，所述運算部輸出用于切換所要檢測的特定的所述傳感器元件、和該運算部之間的電連接狀態(tài)的切換信號，還具有連接切換部，其經(jīng)由第一配線，與多個所述傳感器元件電連接，并且，基于所述運算部的切換信號，切換與第一配線的電連接狀態(tài)；第二配線，其將所述驅(qū)動部和所述振動檢測部電連接，并且，傳遞疊加信號，所述疊加信號由來自所述驅(qū)動部的驅(qū)動信號和來自所述傳感器元件的檢測信號疊加而成；和第三配線，其將所述運算部和所述連接切換部電連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的載荷檢測裝置，其特征在于，所述傳感器元件為將在壓電體的規(guī)定方向的兩側(cè)配置有第一電極和第二電極的單元安裝在基板上的結構。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的載荷檢測裝置，其特征在于，所述疊加信號分為驅(qū)動信號的驅(qū)動期間、和檢測信號的檢測期間。
5.根據(jù)權利要求3所述的載荷檢測裝置，其特征在于，所述驅(qū)動部向所述傳感器元件的所述第一電極、和所述第二電極之間，周期性地施加作為所述驅(qū)動信號的具有規(guī)定電壓的驅(qū)動電壓。
6.根據(jù)權利要求5所述的載荷檢測裝置，其特征在于，所述振動檢測部將未向所述傳感器元件施加所述驅(qū)動電壓的期間的所述第一電極和所述第二電極之間的電壓作為所述檢測信號提取。
7.根據(jù)權利要求6所述的載荷檢測裝置，其特征在于，所述驅(qū)動電壓的頻率對應于所述傳感器元件的共振頻率。
全文摘要
一種載荷檢測裝置，配備傳感器元件(10)，其配設在支持體上，并且，在單個元件內(nèi)具有產(chǎn)生振動和檢測振動的功能，且將施加在所述支持體上的載荷和加速度轉(zhuǎn)換為檢測信號；驅(qū)動部(20)，其輸出使所述傳感器元件振動的驅(qū)動信號；振動檢測部(30)，其提取來自所述傳感器元件的檢測信號，并且，基于所提取的檢測信號，檢測所述傳感器元件的振動特性值；配線(15)，其將所述傳感器元件、所述驅(qū)動部、和所述振動檢測部電連接，并且，傳遞疊加信號，所述疊加信號疊加來自所述驅(qū)動部的驅(qū)動信號和來自所述傳感器的檢測信號；和運算部(40)，其基于來自所述振動檢測部的振動特性值，運算施加在所述傳感器元件的載荷和加速度中的其中一方或雙方。
文檔編號G01G19/52GK1834595SQ20061005967
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權日2005年3月18日
發(fā)明者安藤充宏, 小暮俊介, 白井克佳 申請人:愛信精機株式會社