落座传感器、座位和波形分析装置的制作方法

本发明涉及对脉搏等各种振动的波形进行测定的振动波形传感器的应用，更具体而言，涉及利用压电元件检测落座状态乃至脉搏波等生物信息的落座传感器、座位和波形分析装置。

背景技术：

以基于脉搏的连续测量的健康管理为目的的传感器设备中，提出了利用压电元件的振动波形传感器。例如，下述专利文献中，公开了以绕在指尖的方式进行使用，捕捉来自指尖的动脉血管壁的振动作为脉搏波应用到医疗的诊疗中的背景技术。

图1的(a)示出将振动波形传感器作为脉搏波传感器使用的情况，该图的(a)示出传感器组件10的剖面，该图的(b)示出分解了的样子，该图的(c)示出从底面侧观察到的样子。这些图中，传感器组件10为在基板20的主面上配置有压电元件30，用振动环40覆盖该压电元件30的结构。在本实施例中，上述压电元件30如图1的(c)所示为长方形，具有长边方向。

基板20是用于将压电元件30固定支承并且引出其电极和进行信号放大的部件，因此在该基板20的主面，在中央附近设置有一对电极焊盘22、23，在其周围形成有接地导体24。电极焊盘22、23通过通孔22a、23a被引出到基板20的背面侧。在电极焊盘22、23用导电性粘接剂等接合有压电元件30的端子(未图示)。这样，利用电极焊盘22、23和通孔22a、23a，能够将设置于基板20的背面侧的放大器(后述)等与压电元件30连接。

接着，对于上述压电元件30，以包围它的方式设置有振动环40，振动环40与接地导体24电接合。此外，接地导体24通过通孔24a、24b(仅图1的(a)图示)被引出到基板20的背面侧。振动环40具有导电性，与所接触的人体的皮肤之间共同为接地电位，并且作为将皮肤的振动导入进而传递到基板20的振动导入体发挥作用。皮肤的振动被传递到振动环40，并且从振动环40传递到基板20。基板20也作为振动体发挥作用，将从振动环40传递来的振动传递到压电元件30。由该振动环40形成腔体41。

以上这样的传感器组件10如图2的(a)所示，利用医用固定带12以振动环40与人体的皮肤bd接触的方式装戴在人体的指尖。从传感器组件10的压电元件30输出的脉搏波信号被仪表放大器26放大后输入到主板50。主板50中，信号被可编程增益放大器52进一步放大后，被a/d转换器53转换为数字信号，之后从发送模块54发送。被发送的脉搏波信号由usb适配器60的接收模块62接收，从usb接口64输入至波形分析装置100。

波形分析装置100中，将输入数据作为波形数据112存储在数据存储器110中。当由cpu102执行去噪程序122时，在波形数据112存在超过预先设定的阈值的干扰时，对波形进行峰值保持来去除噪声。当由cpu102执行波形分析程序124时，进行波形数据112的运算、分析，将运算结果作为运算数据114存储在数据存储器110，并且显示于显示器104。此外，由cpu102执行心律不齐检测程序126，检测心律不齐。并且，在上述运算结果超过阈值或者检测出心律不齐时，由警报程序128以光或声音的形式输出该含义的警报。以上的结构和动作如专利文献1中所公开的内容。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/167202号小册子

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

上述的脉搏波传感器在指尖以外也能够进行脉搏波的感测，例如当组装于椅子来测量腿部的大腿的脉搏波时，能够检测出人是否落座于椅子，能够作为落座传感器使用。

不过，在将振动波形传感器组装于椅子的情况下，与上述的手指的情况不同，如果不是正确地将腿部放置在传感器的正上方，则不能良好地测量脉搏波。这是因为，上述的振动波形传感器所感测的振动(脉搏波)非常小，如果传感器不位于动脉的正上方或正下方，则不能感测脉搏波。感测灵敏度随着距动脉的正上方或正下方的距离增大而大幅下降。此外，在椅子的情况下，根据人的体格和人的落座位置的不同，大腿和臀部与传感器的位置关系发生变动。因此，即使将上述的振动波形传感器原样组装于椅子，也难以进行稳定的脉搏波的测量。

本发明是着眼于上述问题的发明，其目的在于提供通过扩大可感测脉搏波的落座范围，从而能够降低体格和落座位置的影响以良好地检测是否落座和生物信息的落座传感器、座位以及波形分析装置。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的落座传感器的特征在于：利用传感器组件检测来自使用座位的对象的生物振动，其中，该传感器组件中，在基板设置有测量上述基板的振动而获得振动波形的压电元件和与对象物接触而将其振动传递到上述基板的振动导入体，在上述座位设置振动传递板，并且以上述振动导入体与该振动传递板接触的方式用固定件将上述传感器组件固定于上述座位。

主要方的式之一的特征在于：上述振动导入体是导电性的。进一步，特征在于：上述振动导入体是导电性环，用树脂填充了上述环内的空间。另一方式之一的特征在于：上述振动传递板与上述座位表面接触，将来自落座于上述座位的人的振动传递到上述振动导入体。进一步，特征在于：上述振动传递板的弹性模量为70～2500mpa。依照又一个方式，其特征在于：利用上述固定件将上述振动导入体推压于上述振动传递板。

本发明的座位的特征在于：具有上述任一落座传感器。此外，特征在于：上述座位包括椅子、车座、马桶座和其他的人能够落座的物件。本发明的波形分析装置的特征在于：根据上述任一落座传感器中的压电元件的检测信号，检测出使用座位的对象已落座于上述座位和其生物信息中的至少一者。本发明的上述及其他目的、特征、优点，通过以下的详细说明和附图而明了。

发明效果

依照本发明，在座位设置振动传递板，并且以传感器组件的振动导入体与该振动传递板接触的方式固定，因此能够扩大可感测脉搏波振动的落座范围，从而能够减小体格和落座位置的影响以良好地检测是否落座和生物信息。

附图说明

图1是表示背景技术中的振动波形传感器的图，(a)是剖面图，(b)是组装图，(c)是从基板的安装面侧观察到的俯视图。

图2是表示使用上述振动波形传感器的波形分析的系统结构的图，(a)表示整体的装置结构，(b)和(c)是表示电路结构的框图。

图3是表示本发明的一个实施例中的传感器组件和落座传感器的结构的图，(a)表示传感器组件，(b)和(c)表示落座传感器的剖面。

图4是表示上述落座传感器的设置例的图，(a)和(b)是对马桶座的设置例，(c)是对汽车的车座的设置例。

图5是表示对上述马桶座的设置例中的落座位置和检测出的脉搏波信号的例子的图。

图6是表示没有设置振动传递板的情况下的落座位置和检测出的脉搏波信号的例子的图。

具体实施方式

以下，基于实施例，详细地对用于实施本发明的最佳方式进行说明。

实施例1

以下，参照图3～图6，对本发明的实施例1进行说明。如图3的(a)所示，本实施例的振动波形传感器的传感器组件200为基本上与上述的图1所示的传感器组件相同的结构，为在基板20的主面上配置有压电元件30，用振动环40覆盖该压电元件30的结构。在基板20的主面，在中央附近设置有一对电极焊盘22、23，在其周围形成有接地导体24。电极焊盘22、23通过通孔22a、23a被引出到基板20的背面侧。在电极焊盘22、23用导电性粘接剂等接合有压电元件30的端子(未图示)。这样，利用电极焊盘22、23和通孔22a、23a，将设置于基板20的背面侧的放大器(后述)等与压电元件30连接。此外，对于上述压电元件30，以包围它的方式设置有振动环40，振动环40与接地导体24电接合。此外，接地导体24通过通孔24a、24b被引出到基板20的背面侧。振动环40具有导电性，与所接触的人体的皮肤之间共同为接地电位，并且作为将皮肤的振动导入进而传递到基板20的振动导入体发挥作用。皮肤的振动被传递到振动环40，并且从振动环40被传递到基板20。基板20也作为振动体发挥作用，将从振动环40传递来的振动传递到压电元件30(参照图3(a)的箭头)。

本实施例中，在由振动环40形成的腔体41中填充有绝缘性高的硅树脂46。其充填的程度只要是露出振动环40的前端面40a即为适宜的，但如后所述前端面40a与振动传递板接触，因此使其不从振动环40膨出。通过填充这样的硅树脂46，能够进行部件的保护和防止电极间的短路，并且也提高应对空气中的湿度和来自人体的出汗的耐湿性、耐水性。

以上的各部中，作为基板20例如使用12mm见方且厚度1mm的玻璃环氧树脂和陶瓷等的硬质基板。在该基板20的背面侧安装放大器等电子部件。作为压电元件30的压电体，一般使用pzt(锆钛酸铅)，但无论材质如何，只要具有适当的灵敏度(压电常数、电容)且形状根据用途为0.6×0.3mm～3.2×1.6mm的程度即可，可以为任何材料。作为振动环40，只要是硬质且具有导电性的材料即可，不需要限定于金属，例如也可以是在硬质塑料的表面实施了金属镀层而得到的材料。此外，其形状也不是必须为环形，可以为仅相对的两边粘接的棱柱。借助于振动环40，能够将来自其前端面40a的生物(脉搏波)振动可靠地传递到压电元件30，并且将电噪声释放到地面，因此能够获得品质更高的脉搏波信号。

例如如图4的(a)所示，这样的传感器组件200能够安装于马桶300的马桶座302。该图的(b)是从背面侧观察马桶座302的图，沿着该图的l3-l3线在箭头方向上观察到的图在图3的(b)中示出。如这些图所示，传感器组件200以振动环40的前端面40a侧隔着振动传递板210与马桶座302抵接的方式设置于马桶座302的背面侧。传感器组件200的基板20侧被固定板220广范围地覆盖，固定板220的两端通过螺丝222固定于马桶座302。由这些传感器组件200、振动传递板210和固定板220全部构成落座传感器280。

以上的各部中，马桶300是广为人知的，作为马桶座302，一般使用塑料。图示的例子中，马桶座302为借助正面、背面的塑料板在内部形成有空间的结构，在该空间内，在正侧的塑料的背面侧设置有落座传感器280。振动传递板210是用于与马桶座302表面接触从而收集来自马桶座302的生物振动并将其传递到振动环40的部件，使用容易传递振动(振动不容易衰减)的材料，例如具有一定程度的弹性的abs、聚乙烯树脂、聚碳酸酯等树脂材料。更具体而言，优选弹性模量为70～2500mpa，洛氏硬度为r20～r180的材料。如果弹性模量为70mpa以下，则存在吸收振动而不能良好地感测振动这样的问题，如果弹性模量为2500mpa以上，则存在振动在马桶座302与树脂部的边界面被吸收而感测灵敏度降低这样的问题。此外，如果洛氏硬度为r20以下，则仍然存在吸收振动而不能感测这样的问题，如果洛氏硬度为r180以上，则同样存在振动在马桶座302与树脂部的边界面被吸收而感测灵敏度降低这样的问题。

作为固定板220，可以使用塑料等，但也可以使用例如具有刚性的厚的粘扣带或胶带。当推压传感器组件200时，振动环40、振动传递板210、马桶座302的紧贴度提高，使得生物振动被良好地传递，灵敏度提高。作为螺丝222，使用例如底面积大的圆头螺丝等。也可以使用粘接剂等。图3的(c)是通过增加螺丝222，进一步提高传感器组件200对马桶座302的推压力的例子。

接着，说明落座传感器280的动作，如图5的(a)所示，当被测者400落座于马桶座302时，被测者400的大腿位于落座传感器280的正上方。因此，大腿的生物振动，例如血流的脉搏波振动经马桶座302传递到其背面侧。该生物振动被传递到振动传递板210，进而经振动环40传递到传感器组件200的压电元件30。

如图2所示，压电元件30的检测信号被输入到波形分析装置100来进行分析。即，检测出图5的(a)的曲线图所示那样的生物信号，由图2所示的波形分析装置100检测出被测者400已落座于马桶座302和被测者的生物信息(脉搏波信息)。例如，当信号水平为预先设定的检测水平以上时，判断为已落座。另外，关于生物信息的检测，如上述的背景技术所述的那样。图5的(b)示出使马桶座302中的落座传感器280的位置向前端偏移10cm，并且被测者400相对于马桶座302倾斜地落座的情况，落座传感器280没有位于被测者400的大腿之下。在这样的情况下，由落座传感器280检测的检测信号如该图中曲线图所示，也能够检测出已落座和被测者400的生物信息。可以认为这是因为存在振动传递板210，所以来自大腿的脉搏波被良好地传递到传感器组件200。

接着，参照图6，对没有设置振动传递板210的情况的测定例进行说明。本例的落座传感器282是图3中省略了振动传递板210的传感器。该图的(a)与上述的图5的(a)同样，是被测者400的大腿位于落座传感器282的正上方的状态的测定例。如该图的曲线图所示，当被测者400的大腿位于落座传感器282的正上方时，即使没有振动传递板210，也良好地检测出生物振动。

图6的(b)是将落座传感器282配置于马桶座302的前端侧的例子，落座传感器282位于与被测者400的大腿隔开间隔的位置。如该图的曲线图所示，检测出的信号非常弱，难以检测出已落座和被测者400的生物信息。将该图与上述的图5的(b)进行比较可明确看出，通过设置振动传递板210，信号的检测范围扩大。

另一方面，如该图的(c)所示，即使将落座传感器280配置在与上述的(b)同样的位置，当被测者400相对于马桶座302倾斜地落座，结果成为大腿位于落座传感器280的正上方的状态时，如该图中曲线图所示，获得了良好的信号。

如以上所述，依照本实施例，对马桶座302设置振动传递板210，并且使传感器组件200的振动环40与该振动传递板210接触以将落座的利用者的脉搏波传递到压电元件30，而且进一步使振动传递板210与马桶座302表面接触，因此能够减少被测者400的体格和落座位置的影响，从而良好地检测到已落座和被测者400的生物信息。

另外，本发明不限定于上述的实施例，能够在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变更。例如，也包含以下的方案。(1)上述实施例是将本发明应用于马桶座的实施例，但也可以应用于马桶座以外的各种座位或车座。例如，图4的(c)是将本发明应用于汽车的车座500的例子，为在座垫502的下侧设置丙烯酸树脂板(未图示)，落座传感器280的振动传递板210与丙烯酸树脂板接触的配置。(2)上述实施例中示出的传感器组件200中，在振动环40中填充了硅树脂46，但如果没有绝缘和耐水等的问题，则也可以省略硅树脂46。(3)上述实施例中示出的各部的材料和形状尺寸是一例，可以根据需要适当变更。例如，上述实施例中，使振动环40形成为圆筒形状，不过也可以为方筒形状等适宜的形状。振动传递板210和固定板220也同样。(4)作为由落座传感器280获取的振动，人的脉搏波振动是一例，不过也可以应用于动物等各种使用座位的对象的生物振动。(5)上述实施例中，通过落座传感器280检测出以下两者：a、被测者400已落座；b、被测者400的脉搏等生物信息，不过也可以仅检测出其中任意一者。

产业上的可利用性

依照本发明，在座位设置振动传递板，并且以传感器组件的振动导入体与该振动传递板接触的方式进行固定，因此能够扩大可感测振动的落座范围，从而能够减小体格和落座位置的影响以良好地检测是否落座和生物信息，适于用作马桶座、汽车的车座等各种座位的落座传感器。

附图标记说明

10：传感器组件

12：医用固定带

20：基板

22、23：电极焊盘

22a、23a：通孔

24：接地导体

24a、24b：通孔

26：仪表放大器

30：压电元件

40：振动环

40a：前端面

41：腔体

46：硅树脂

50：主板

52：可编程增益放大器

53：转换器

54：发送模块

60：usb适配器

62：接收模块

64：usb接口

100：波形分析装置

104：显示器

110：数据存储器

112：波形数据

114：运算数据

122：去噪程序

124：波形分析程序

126：心律不齐检测程序

128：警报程序

200：传感器组件

210：振动传递板

220、230：固定板

222、232：螺丝

280、282：落座传感器

300：马桶

302：马桶座

400：被测者

500：车座

502：座垫