专利名称：载荷检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测施加在支持体上的载荷和加速度的载荷检测装置。
背景技术：
在过去的载荷检测装置中，采用压电元件，不仅用来判断人体的存在和不存在，而且通过提取心脏跳动和呼吸等人体特有的振动成分来判断人体的异常。例如，已经公开的装置中，具有装备有振动产生部和与上述振动产生部相邻接配置的振动检测部，且设置在支持人体的支持体上的振动检测机构、由上述振动检测部的输出信号运算上述振动产生部的振动所传播的振动特性的振动特性运算机构、和基于上述振动特性运算机构的输出信号，运算施加在上述振动检测机构的载荷的载荷运算机构，振动产生部和振动检测部均由压电元件组成(参照专利文献1)。这样，只需较小的设置空间，且设置不需花费什么劳力。
专利文献1特开2000-230853号公报然而，在专利文献1中所记载的发明中，由于先产生振动，然后从该振动的传播方式的变化来推定所施加的载荷量，因此必须分别设置产生振动的压电部件、和检测该振动的压电部件。因此，为了测定施加在面上的载荷的分布等，需要多个振动·检测的压电部件组，从而有可能产生结构复杂化、以及成本升高等问题。
发明内容
本发明的目的在于防止检测载荷分布等时产生的结构复杂化、并降低成本。
本发明的第一方面在于，配备传感器元件，其配设在支持体上，并且，具有在单个元件内产生振动和检测振动的功能，且将施加在所述支持体上的载荷和加速度转换为检测信号；驱动部，其输出使所述传感器元件振动的驱动信号；振动检测部，其提取来自所述传感器元件的检测信号，并且，基于所提取的检测信号，检测所述传感器元件的振动特性值；配线，其将所述传感器元件、所述驱动部、和所述振动检测部电连接，并且，传递叠加信号，所述叠加信号由来自所述驱动部的驱动信号和来自所述传感器元件的检测信号叠加而成；和运算部，其基于来自所述振动检测部的振动特性值，运算施加在所述传感器元件的载荷和加速度中的其中一方或双方。
本发明的第二方面在于，具有多个所述传感器元件，所述运算部输出用于切换所要检测的特定的所述传感器元件、和该运算部之间的电连接状态的切换信号，还具有连接切换部，其经由第一配线，与多个所述传感器元件电连接，并且，基于所述运算部的切换信号，切换与第一配线的电连接状态；第二配线，其将所述驱动部和所述振动检测部电连接，并且，传递叠加信号，所述叠加信号由来自所述驱动部的驱动信号和来自所述传感器元件的检测信号叠加而成；和第三配线，其将所述运算部和所述连接切换部电连接。
本发明的上述载荷检测装置中，优选的是，所述传感器元件为将在压电体的规定方向的两侧配置有第一电极和第二电极的单元安装在基板上的结构。
本发明的上述载荷检测装置中，优选的是，所述叠加信号分为驱动信号的驱动期间、和检测信号的检测期间。
(发明的效果)根据本发明(本发明的第1～4方面)，通过将传感器元件的驱动信号和检测信号叠加后进行传递，可以利用单个传感器元件来构成以往需要独立构成振动产生部和振动检测部的元件，从而能够简化传感器元件、简化配线，进而降低成本。
根据本发明(本发明的第2方面)，由于能够在希望的区域配置多个传感器元件，从而能够实现高分解度的载荷分布测定。
图1是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的结构的方框图。
图2是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的传感器元件的结构的立体图。
图3是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的驱动信号的波形的图。
图4是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的配线上的电信号的波形的图。
图5是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的检测信号的波形的图。
图6是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的载荷-电压振幅值的特性的图。
图7是说明本发明的第一实施方式的载荷检测装置的原理的示意图。
图8是以示意性表示本发明的第二实施方式的载荷检测装置的结构的方框图。
图中，1-载荷检测装置、2-支持体、10-传感器元件、11-基板，12-第一电极、13-压电体、14-第二电极、15、15a、15b-配线(第一配线)、20-驱动部、30-振动检测部、40-运算部、5-连接切换部，51-第二配线、52-第三配线。
具体实施例方式
(第一实施方式)利用
与本发明的第一实施方式有关的载荷检测装置。图1是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的结构的方框图。图2是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的传感器元件的结构的立体图。图3是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的驱动信号的波形的图。图4是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的配线上的电信号的波形的图。图5是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的检测信号的波形图。图6是以示意性表示本发明的第一实施方式的载荷检测装置的载荷-电压振幅值的特性的图。
载荷检测装置1为检测施加在支持人体的支持体(例如，汽车用座椅座面、座椅靠背，椅子等)上的载荷和加速度的装置。载荷检测装置1具有传感器元件10、驱动部20、振动检测部30、和运算部40。(参照图1)传感器元件10设置在支持人体的支持体上，并且，将施加在该支持体上的载荷和加速度转换为检测信号的元件(参照图1)。传感器元件10在单个元件内具备产生振动和检测振动的功能。传感器元件10为将在压电体13的上下两面上配置有第一电极12和第二电极14的一个或多个单元安装在基板11上的结构。第一电极12与配线15a电连接，第二电极14与配线15b电连接(参照图2)。如果向第一电极12与第二电极14两个电极之间周期性地施加(来自驱动部20的)驱动电压，则压电体13发生伸缩，从而使基板11发生挠性变形。还有，如果反过来利用外部的载荷和加速度使基板11发生挠性变形，则压电体13也会发生变形，从而在第一电极12与第二电极14两个电极之间产生电位差(电荷)，输出与载荷和加速度有关的检测信号。
驱动部20通过向传感器元件10周期性地施加驱动电压(输出驱动信号)，使传感器元件10发生振动(发生挠性变形)(参照图1、3)。驱动部20向传感器元件10周期性地施加具有规定电压的驱动电压(输出驱动信号)。驱动部20在输出驱动电压期间，与配线15电连接，在不输出驱动电压期间，则切断与配线15的连接。这里，为了有效地使传感器元件10发生振动，驱动电压的周期可以采用传感器元件10的共振频率。
振动检测部30是基于来自传感器元件10的检测信号转换为电压振幅值的部分(参照图1)。振动检测部30经由配线15，与传感器元件10电连接，从输入的信号(包含来自驱动部20的驱动信号，参照图4)中提取来自传感器元件10的检测信号(参照图5)，并转换为振动特性值(例如，电压振幅值)。这里，检测信号当载荷越小，电压(检测电压)的向下峰值增大(参照图5(a))，当载荷越大，电压(检测电压)的向下峰值减小(参照图5(b))。
运算部40是基于来自振动检测部30的电压振幅值，运算载荷(参照图1)的部分。运算部40经由配线，与振动检测部30电连接，基于映射关系，运算与来自振动检测部30的电压振幅值对应的载荷(参照图6)。这里，电压振幅值当载荷为零时最大，随着载荷的增加而减小。
接着，利用
本发明的第一实施方式的载荷检测装置的动作。图7是说明本发明的第一实施方式的载荷检测装置的原理的示意图。另外，各结构部均可参照图1。
下面说明原理。在规定的驱动电压下，传感器元件10发生挠性变形，但其变形量与施加在传感器元件10上的载荷有关。还有，当驱动电压断开时，传感器元件10由于所施加的载荷而恢复到初始状态，但此时从传感器元件10输出与之前传感器元件10发生的挠性变形相对应的电荷(相当于检测信号)。从而，通过测量驱动电压断开之后从传感器元件10输出的电荷量，可以得到传感器元件10的变形量，最后可以求出施加在传感器元件10上的载荷量。
下面说明根据上述原理测定载荷的传感器元件10的驱动、检测方法。从驱动部20经由配线15向传感器元件10施加“驱动电压”，其“驱动期间”为由传感器元件10的共振频率规定的“1个周期”中的一定期间(参照图7(a))。此时，传感器元件10发生挠性变形，直至驱动电压产生的挠曲力和施加在传感器元件10上的载荷平衡。载荷越大，挠性变形越小(参照图7(b))，载荷越小，挠性变形越大(参照图7(a))。
“驱动期间”结束后，驱动部20与配线15断开连接，传感器元件10上的挠曲力消失。因此传感器元件10恢复到初始状态(初始位置)。此时，从传感器元件10输出与“驱动期间”产生的变形量相对应的“电荷Q”。“1个周期”中除了“驱动期间”以外的时间作为“检测期间”，从传感器元件10输出作为检测信号的所产生的“电荷Q”，经由配线15传送到振动检测部30。然后，用振动检测部30将检测信号转换为电压振幅值，在运算部40由电压振幅值运算出载荷。
还有，如果只检测施加在传感器元件10上的加速度，则停止驱动部20的功能，用振动检测部30测定从传感器元件10产生的电荷量，用运算部40转换为加速度。
另外，在载荷和加速度同时施加于传感器元件10的情况下，从振动检测部30输出合成了与载荷和加速度有关的电压波形合成波形。利用运算部40对该合成波形进行分频，从而能够同时检测载荷和加速度。
根据第一实施方式，通过将传感器元件10的驱动信号和检测信号叠加后进行传递，可以由单个传感器元件10来构成以往需要将振动产生部和振动检测部独立构成的元件，从而能够简化传感器元件10，简化配线，进而降低成本。
(第二实施方式)接着，利用
本发明的第二实施方式的载荷检测装置。图8是以示意性表示本发明第二实施方式的载荷检测装置的结构的方框图。
与第二实施方式有关的载荷检测装置中，多个传感器元件10设置在支持体2(例如，汽车用座椅座面等)上。还有，各传感器元件10的每个传感器元件10经由第一配线15与连接切换部50电连接。另外，连接切换部50利用第二配线51与驱动部20和振动检测部30电连接，并且，利用第三配线52与运算部40电连接。另外，第二实施方式的载荷检测装置的传感器元件10、驱动部20和振动检测部30与第一实施方式的传感器元件10(图1的10)、驱动部20(图1的20)和振动检测部30(图1的30)相同。
与第一实施方式的运算部(图1的40)一样(参照图6)，运算部40是基于来自振动检测部30的电压振幅值运算载荷部分，经由配线与振动检测部30电连接，基于映射关系，运算与来自振动检测部30的电压振幅值相对应的载荷。另外，运算部40输出用于切换与所要检测的特定的传感器元件10的电连接状态的切换信号。
连接切换部50基于来自运算部40的切换信号，切换与配线15的电连接状态。连接切换部50经由第二配线51，与驱动部20和振动检测部30电连接，经由第三配线52与运算部40电连接。
对第二实施方式的载荷检测装置的工作进行说明。利用运算部40的切换信号，使连接切换部50工作，从而使特定的传感器元件10与驱动部20、振动检测部30进行连接，振动检测部30的电压振幅值输入到运算部40，由此，运算施加在该特定的传感器元件10上的载荷。顺次对各传感器元件10执行该工作，可以测定面内的载荷分布。
根据第二实施方式，通过在希望的区域配置多个传感器元件10，能够实现高分解度的载荷分布测定。
权利要求
1.一种载荷检测装置，其特征在于，配备传感器元件，其配设在支持体上，并且，具有在单个元件内产生振动和检测振动的功能，且将施加在所述支持体上的载荷和加速度转换为检测信号；驱动部，其输出使所述传感器元件振动的驱动信号；振动检测部，其提取来自所述传感器元件的检测信号，并且，基于所提取的检测信号，检测所述传感器元件的振动特性值；配线，其将所述传感器元件、所述驱动部、和所述振动检测部电连接，并且，传递叠加信号，所述叠加信号由来自所述驱动部的驱动信号和来自所述传感器元件的检测信号叠加而成；和运算部，其基于来自所述振动检测部的振动特性值，运算施加在所述传感器元件的载荷和加速度中的其中一方或双方。
2.根据权利要求1所述的载荷检测装置，其特征在于，具有多个所述传感器元件，所述运算部输出用于切换所要检测的特定的所述传感器元件、和该运算部之间的电连接状态的切换信号，还具有连接切换部，其经由第一配线，与多个所述传感器元件电连接，并且，基于所述运算部的切换信号，切换与第一配线的电连接状态；第二配线，其将所述驱动部和所述振动检测部电连接，并且，传递叠加信号，所述叠加信号由来自所述驱动部的驱动信号和来自所述传感器元件的检测信号叠加而成；和第三配线，其将所述运算部和所述连接切换部电连接。
3.根据权利要求1或2所述的载荷检测装置，其特征在于，所述传感器元件为将在压电体的规定方向的两侧配置有第一电极和第二电极的单元安装在基板上的结构。
4.根据权利要求1或2所述的载荷检测装置，其特征在于，所述叠加信号分为驱动信号的驱动期间、和检测信号的检测期间。
5.根据权利要求3所述的载荷检测装置，其特征在于，所述驱动部向所述传感器元件的所述第一电极、和所述第二电极之间，周期性地施加作为所述驱动信号的具有规定电压的驱动电压。
6.根据权利要求5所述的载荷检测装置，其特征在于，所述振动检测部将未向所述传感器元件施加所述驱动电压的期间的所述第一电极和所述第二电极之间的电压作为所述检测信号提取。
7.根据权利要求6所述的载荷检测装置，其特征在于，所述驱动电压的频率对应于所述传感器元件的共振频率。
全文摘要
一种载荷检测装置，配备传感器元件(10)，其配设在支持体上，并且，在单个元件内具有产生振动和检测振动的功能，且将施加在所述支持体上的载荷和加速度转换为检测信号；驱动部(20)，其输出使所述传感器元件振动的驱动信号；振动检测部(30)，其提取来自所述传感器元件的检测信号，并且，基于所提取的检测信号，检测所述传感器元件的振动特性值；配线(15)，其将所述传感器元件、所述驱动部、和所述振动检测部电连接，并且，传递叠加信号，所述叠加信号叠加来自所述驱动部的驱动信号和来自所述传感器的检测信号；和运算部(40)，其基于来自所述振动检测部的振动特性值，运算施加在所述传感器元件的载荷和加速度中的其中一方或双方。
文档编号G01G19/52GK1834595SQ20061005967
公开日2006年9月20日 申请日期2006年3月17日 优先权日2005年3月18日
发明者安藤充宏, 小暮俊介, 白井克佳 申请人:爱信精机株式会社