专利名称：利用电磁耦合的检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及压力检测装置，特别涉及利用线圈的电磁耦合的压力检测装置。
背景技术：
已经开发了各种用于测量施加在传感器部上的物体的压力以及位移量的装置。例如，作为采用了差动变压器的传感器，可以列举特开平09-113203号公报。它是通过检测磁芯和差动线圈之间的相对变化量来测量物体的位移量的装置。由于磁芯以及差动线圈是具有厚度的，因此，很难将其构成为薄片状，因此，很难将它应用到压力分布检测装置中。
作为薄片状的用于检测压力分布的装置，可以列举采用感压橡胶的装置、利用静电耦合的装置等的各种方式。例如，作为采用感压橡胶的压力检测装置，可以列举特开昭57-100331号公报。它是例如在评价试验汽车的座位性能时，在座位上铺上由感压橡胶片构成的压力检测装置来测量压力分布的装置。此外，作为用于相同用途的采用静电耦合的装置，可以列举例如特开昭62-226030号公报。它也是采用片状的传感器来测量压力分布的装置。
专利文献1特开平09-113203号公报专利文献2特开昭57-100331号公报专利文献3特开昭62-226030号公报然而，如上所述采用差动变压器的装置中，即使能够检测一部分的压力，也不能够应用在广泛的区域中测量压力分布。此外，采用感压橡胶或者静电耦合的压力检测装置由于其阻抗较高，因此，不耐噪声，很难实现传感器的大型化。虽然对于汽车座位性能评价用程度的大小来说，影响很小，然而，例如在店铺的地板上全面铺上压力检测装置来调查顾客的动作或用于防犯的情况下，由于会很大程度地受到噪声影响，因此，很难测量压力分布。
发明内容
本发明鉴于上述情况，旨在通过采用电磁耦合来提供一种阻抗低、耐噪声且能够大型化的压力检测装置。
为了达成上述本发明的目的，本发明的利用电磁耦合的压力检测装置具备传感器部，所述传感器部具备第1线圈、以与所述第1线圈重叠的方式设置的第2线圈、设置在所述第1线圈和第2线圈之间的第1垫材；驱动电路，驱动所述第1线圈以及第2线圈中的一方；检测电路，根据来自所述第1线圈以及第2线圈中的另一方的基于电磁耦合的信号，检测施加在所述传感器部上的压力。
此外，传感器部也可以进一步具备第3线圈，在所述第2线圈的与所述第1线圈对置的位置上，以与所述第2线圈重叠的方式设置；第2垫材，设置在所述第2线圈与所述第3线圈之间，并且，弹性模量与所述第1垫材不同。
并且，也可以是，对所述第1线圈和所述第3线圈进行布线以抵消磁场，所述驱动电路驱动所述第1线圈以及第3线圈，所述检测电路从所述第2线圈检测基于电磁耦合的信号。
并且，也可以是，所述驱动电路驱动所述第2线圈，所述检测电路检测来自所述第1线圈以及第3线圈的基于电磁耦合的信号的差分。
这里，可以是所述检测电路具有差动放大器，将来自所述第1线圈以及所述第3线圈的基于电磁耦合的信号分别输入到所述差动放大器的输入端，由此，检测所述信号的差分。
并且，将多个所述传感器部配置成矩阵状，各第1线圈构成分别在X轴方向上串联连接的多个线圈列，各第2线圈构成分别在Y轴方向上串联连接的多个线圈列，各第3线圈构成分别在X轴方向上串联连接的多个线圈列，由此，能够检测压力分布。
此外，将多个所述传感器部配置成矩阵状，各第1线圈构成分别在X轴方向上串联连接的多个线圈列，各第2线圈构成分别在Y轴方向上串联连接的多个线圈列，由此，能够检测压力分布。
这里，使连接所述驱动电路或检测电路的线圈列以外的线圈列开放。
也可以是进一步具有将所述线圈列依次连接到驱动电路或检测电路上的开关单元。
此外，也可以是，所述多个线圈列的全部线圈列一端接地、另一端连接所述驱动电路或检测电路，所述驱动电路具有多个电流驱动器，其中，所述多个电流驱动器用不同的波形驱动被驱动的多个线圈列的每一个，所述检测电路具有分别接受来自多个线圈列的信号的多个电流放大器和用于分离各波形的多个同步检波部。
此外，所述线圈列的线圈是大致正方形、八角形等的多角形或者大致圆形的平面线圈，在大致中央向左右分开，并且，分别与相邻的线圈串联连接。
此外，优选检测电路具有使输入阻抗接近于0的电流放大器。
此外，优选驱动电路具有使输出阻抗为高阻抗的电流驱动器。
并且，也可以是线圈的中心部分以及/或者周边部分是空洞。
本发明的利用电磁耦合的压力检测装置由于耐噪声，因此，具有能够实现大型化的优点。此外，由于检测电路并不复杂，而且传感器部也是由线圈构成的，因此，即使是大型的，也能够以低价进行制造。并且，通过用柔性衬底等来形成线圈图案，由此，能够简单地制造薄片状的传感器部。
图1是用于说明本发明的第1实施例的压力检测装置的模式性的侧面剖视图。
图2是用于说明本发明的第1实施例的压力检测装置的模式性的俯视图。
图3是用于说明本发明的压力测量装置中采用的线圈的其它形状的图。
图4是用于说明本发明的压力测量装置中采用的线圈的又一其他形状的图。
图5是用于说明本发明的压力测量装置中采用的线圈的其它形状的图。
图6是用于说明本发明的第1实施例的压力检测装置的其它连接方式的模式性的俯视图。
图7是用于说明本发明的第2实施例的压力检测装置的模式性的侧面剖视图。
图8是用于说明本发明第2实施例的压力检测装置的连接方式的模式性的图。
图9是用于说明本发明的第2实施例的压力检测装置的其它连接方式的模式性的图。
符号说明1第1线圈2第2线圈3第1垫材4振荡器5电流驱动器6，10开关部7电流放大器8同步检波器9AD变换器20第2垫材21第3线圈22差动放大器23连动开关部具体实施方式
以下，参照附图示例说明实施本发明用的最佳方式。此外，在以下的实施例中，对于将线圈在X轴方向、Y轴方向上配置成矩阵状能够测量压力分布的压力检测装置进行说明，然而，本发明不限定于此，如果不需要测量压力分布而是单单测量压力，当然可以采用作为最小单位的1组传感器部来测量压力。
图1是用于说明本发明第1实施例的压力检测装置的模式性的侧面剖视图。此外，图2是压力检测装置的模式性的俯视图和驱动电路以及检测电路的框图。从图1可知，传感器部在上下方分别配置多个第1线圈1和第2线圈2，在其间设置第1垫材3。从图2可知，以重叠的方式将第1线圈和第2线圈配置成矩阵状，在X轴方向上串联连接多个第1线圈1、在Y轴方向上串联连接多个第2线圈2，由此，形成多个线圈列。
将如此构成的线圈列连接到控制部上。控制部由驱动电路或检测电路、MPU等构成。在第1线圈1的线圈列上连接检测电路，在第2线圈2的线圈列上连接驱动电路。检测电路例如由电流放大器7、同步检波部8以及AD变换部9构成，并且，利用开关部10顺次连接到第1线圈1的线圈列上。驱动电路例如由振荡器4和电流驱动器5构成，并且，利用开关部6将第2线圈2的线圈列顺次连接到驱动电路上，以驱动线圈列。
此外，开关部6、10上连接有用于控制它们的MPU11。MPU11接受由检测电路检测出的信号并进行压力测量等的处理。
通过将各线圈作成能够用单层制作的图案，由此，能够低价地进行制造。具体地说，如图2所示，使一卷的八角形的平面线圈在大致中央向左右分开，并且，使其与相邻的线圈串联连接，由此，形成线圈列。线圈列的一端通过开关部6或10与驱动电路或检测电路连接，另一端接地。当未与驱动电路或检测电路连接的情况下，线圈列为开放的状态，不会对其它的线圈列产生影响。并且，可以由多路调制器等构成开关部6或10。
线圈的形状不限于八角形，也可以是多角形例如六角形的、圆形、以及图3所示的大致正方形。此外，在增加卷数的情况下，各线圈为2层结构，然而，如图4所示，也可以将多卷的线圈串联连接。并且，如图5所示，进行布线以使得线圈列为双重，由此，也能够用单层来形成各线圈的部分。
此外，优选驱动电路的电流驱动器5使其输出阻抗为高阻抗。并且，检测电路的电流放大器7使输入阻抗接近于0，并且，电流放大器的一输入端接地、另一端直接输入来自第1线圈1的线圈列的输出，并且，在此连接反馈电阻。将由电流放大器7放大后的电流输入到同步检波部8。在同步检测部8上也连接来自振荡器4的输出。这样，在同步检波器8中，使来自振荡器的输出和基于电磁耦合的信号同步，并用AD变换部9变换成数字信号，输入到MPU11并进行压力分布检测所必要的处理。如此，由于对置的各线圈的电磁耦合的大小随其距离而发生变化，因此，进行根据其变化量来检测施加在线圈上的压力的处理。
在如此构成的压力检测装置中，以下对测量压力的步骤进行说明。假设第1线圈为检测面、第2线圈为驱动面，则利用开关部6将电流驱动器5连接到第2线圈2的线圈列的一个线圈上。另一方面，利用开关部10分别依次将第1线圈1的线圈列与电流放大器7相连接。若完成将所有的第1线圈1的线圈列依次与电流放大器7连接之后，将利用开关部6连接的电流驱动器5切换至连接的第2线圈2的线圈列的相邻的线圈列。这样，再次顺次连接第1线圈1的线圈列。通过重复上述动作，将所有的线圈列依次与驱动电路或检测电路连接。
若在第2线圈2的线圈列上施加交流电流，则由于线圈的电磁耦合的现象而在第1线圈1的线圈列上也感应出交流电动势。因电磁耦合产生的电动势的大小根据对置的各线圈间的距离而发生变化。当在多个第1线圈上的一部分上施加压力时，则由于第1垫材3位于与第2线圈之间，因此，第1线圈挠变。当上部的线圈挠变时，则与对置的线圈之间的电磁耦合的大小发生变化，因此，来自第2线圈的电流发生变化。通过从配置成矩阵状的线圈组检测出该变化，由此，能够测量基于哪个部分的线圈的电磁耦合产生的信号发生了变化。
此外，也可以是不采用开关部而是在所有的线圈列上连接驱动电路或检测电路的方式。在图6中示出在所有线圈列上分别连接驱动电路或检测电路的示例。在各第1线圈1的线圈列上连接电流放大器7和同步检波部8。另一方面，在各第2线圈2的线圈列上连接电流驱动器5。多个电流驱动器5以不同的波形同时驱动多个线圈列的每一个。而且，在检测电路侧，来自多个线圈列的信号分别由电流放大器7接受，并且，在同步检波部8中将各波形分离后进行检测，由此，根据配置成矩阵状的线圈组来测量压力分布。
并且，第1线圈以及第2线圈可通过在由聚酰亚胺等构成的柔性衬底上形成线圈图案来制造。由于利用上部的线圈的挠变来检测出压力，因此，也可以将线圈的中心部分以及/或者周边部分作成空洞以使得线圈图案更加容易挠变。例如，在柔性衬底上将形成有线圈图案的部分以外的部分开孔并作成空洞。
接着，对于本发明的压力检测装置的第2实施例进行说明。在第1实施例中，在上下形成2层线圈层，然而，在本实施例中，如图7所示，进一步增加1层线圈层，采用总共3层的线圈层。如图所示，在第2线圈2的下方，隔着第2垫材20设置第3线圈21。第2垫材20采用与第1垫材3弹性模量不同的材料。它也可以不是如第1垫材那样具有缓冲性的衬垫而是硬的衬垫。通过使弹性模量不同，在施加压力时，在第1线圈-第2线圈之间和第2线圈-第3线圈之间，各自间隔变得不同，因此，可以更容易地检测出差分。
图8是用于说明本发明的第2实施例的压力检测装置的连接方式的模式性的图。在图8中，将各层展开来表示，以明确各层的线圈列的连接方式。在采用3层线圈的情况下，例如，图8所示，对第1线圈1和第3线圈21进行布线以抵消磁场。在图8的示例中，第1线圈1和第3线圈21为反向卷绕的线圈。而且，在第1线圈1的线圈列和第3线圈21的线圈列上连接驱动电路。具体地说，驱动电路与第1线圈1的线圈列连接，第1线圈1的线圈列和第3线圈21的线圈列串联连接。此外，为了从第2线圈2的线圈列检测出基于电磁耦合的信号，在第2线圈2的线圈列上连接检测电路。若构成上述结构，则由于能够差动地检测出第1线圈和第3线圈相对于第2线圈的变化，因此，能够获得检测精度变得更高的效果或更耐噪声的效果。
图9是用于说明本发明第2实施例的压力检测装置的其它连接方式的模式性的图。在图9中，展开表示各层以明确各层的线圈列的连接方式。例如，如图9所示，通过将第2线圈2的线圈列连接到驱动电路上进行驱动，检测出来自第1线圈1和第3线圈21的线圈列的基于电磁耦合的信号的差分，由此，检测出压力。这种情况下，第1线圈1和第3线圈21的线圈的卷绕方向是相同方向。而且，为了检测第1线圈1和第3线圈21之间的信号的差分，采用差动放大器22，在差动放大器22的输入端上分别连接第1线圈1的线圈列和第3线圈21的线圈列。并且，对于第1线圈1和第3线圈21来说，采用连动开关部23使上下对应的列的线圈列与差动放大器22连动地连接。从差动放大器22输出如下信号，该信号与基于第1线圈1的线圈列与第2线圈2的线圈间的电磁耦合的信号和基于第2线圈2与第3线圈21的线圈间的电磁耦合的信号的差分对应。在同步检波部8中使该信号与驱动电路侧的振荡器的输出同步并进行检测，由此，能够检测出压力施加在配置成矩阵状的线圈的哪个位置上，即能够检测出“压力分布”。
并且，本发明的采用电磁耦合的压力检测装置并不限定于上述的图示例，当然，在不脱离本发明的精神的范围内，能够进行各种变更。例如，在上述的图示例中，虽然列举了多个第1线圈1在X轴方向上串联连接并与检测电路连接、多个第2线圈2在Y轴方向上串联连接并与驱动电路连接的示例、以及进一步在X轴方向上串联连接多个第3线圈21并使其与驱动电路或检测电路连接的示例，然而，本发明不限定于此，即使X轴、Y轴、驱动电路、检测电路分别相反，也是没有问题的。此外，包含差动地进行检测的方式，为了测量压力分布，将本发明的压力检测装置的传感器部配置成矩阵状，然而，若仅检测一部分的压力，也可以仅采用一组线圈。
产业上的可利用性作为有效利用本发明的示例，除了上述的汽车座位的性能评价试验或店铺中的顾客的动作调查之外，也可以应用于游戏机的输入垫片等。
权利要求
1.一种利用电磁耦合的压力检测装置，其特征在于，该压力检测装置具备传感器部，所述传感器部具备第1线圈、以与所述第1线圈重叠的方式设置的第2线圈、设置在所述第1线圈和第2线圈之间的第1垫材；驱动电路，驱动所述第1线圈以及第2线圈中的一方；检测电路，根据来自所述第1线圈以及第2线圈中的另一方的基于电磁耦合的信号，检测施加在所述传感器部上的压力。
2.如权利要求1所述的压力检测装置，其特征在于，所述传感器部还具备第3线圈，在所述第2线圈的与所述第1线圈对置的位置上，以与所述第2线圈重叠的方式设置；第2垫材，设置在所述第2线圈与所述第3线圈之间，并且，弹性模量与所述第1垫材不同。
3.如权利要求2所述的压力检测装置，其特征在于，对所述第1线圈和所述第3线圈进行布线以抵消磁场，所述驱动电路驱动所述第1线圈以及第3线圈，所述检测电路从所述第2线圈检测基于电磁耦合的信号。
4.如权利要求2所述的压力检测装置，其特征在于，所述驱动电路驱动所述第2线圈，所述检测电路检测来自所述第1线圈以及第3线圈的基于电磁耦合的信号的差分。
5.如权利要求4所述的压力检测装置，其特征在于，所述检测电路具有差动放大器，将来自所述第1线圈以及所述第3线圈的基于电磁耦合的信号分别输入到所述差动放大器的输入端，由此，检测所述信号的差分。
6.如权利要求2～5的任意一项所述的压力检测装置，其特征在于，将多个所述传感器部配置成矩阵状，各第1线圈构成分别在X轴方向上串联连接的多个线圈列，各第2线圈构成分别在Y轴方向上串联连接的多个线圈列，各第3线圈构成分别在X轴方向上串联连接的多个线圈列，由此，能够检测压力分布。
7.如权利要求1所述的压力检测装置，其特征在于，将多个所述传感器部配置成矩阵状，各第1线圈构成分别在X轴方向上串联连接的多个线圈列，各第2线圈构成分别在Y轴方向上串联连接的多个线圈列，由此，能够检测压力分布。
8.如权利要求6或7所述的压力检测装置，其特征在于，使连接所述驱动电路或检测电路的线圈列以外的线圈列开放。
9.如权利要求6～8所述的压力检测装置，其特征在于，进一步具有将所述线圈列依次连接到驱动电路或检测电路上的开关单元。
10.如权利要求6或7所述的压力检测装置，其特征在于，所述多个线圈列的全部线圈列一端接地、另一端连接所述驱动电路或检测电路，所述驱动电路具有多个电流驱动器，其中，所述多个电流驱动器用不同的波形驱动被驱动的多个线圈列的每一个，所述检测电路具有分别接受来自多个线圈列的信号的多个电流放大器和用于分离各波形的多个同步检波部。
11.如权利要求6～10的任意一项所述的压力检测装置，其特征在于，所述线圈列的线圈是大致正方形、八角形等的多角形或者大致圆形的平面线圈，在大致中央向左右分开，并且，分别与相邻的线圈串联连接。
12.如权利要求1～11的任意一项所述的压力检测装置，其特征在于，所述检测电路具有使输入阻抗接近于0的电流放大器。
13.如权利要求1～12的任意一项所述的压力检测装置，其特征在于，所述驱动电路具有使输出阻抗为高阻抗的电流驱动器。
14.如权利要求1～13的任意一项所述的压力检测装置，其特征在于，所述线圈的中心部分以及/或者周边部分是空洞。
全文摘要
本发明提供一种能够耐噪声并且能够大型化的压力检测装置。本发明的压力检测装置使用电磁耦合。传感器部由第1线圈(1)、以与第1线圈重叠的方式设置的第2线圈(2)、设置在第1线圈(1)和第2线圈(2)之间的第1垫材(3)构成。驱动第1线圈以及第2线圈中的一方的驱动电路以及根据来自第1线圈以及第2线圈中的另一方的基于电磁耦合的信号来检测施加在传感器部上的压力的检测电路，与传感器部连接。通过将传感器部配置成矩阵状，能够检测压力分布。
文档编号G01L5/00GK1906471SQ200480041039
公开日2007年1月31日 申请日期2004年11月5日 优先权日2003年11月28日
发明者小川保二 申请人:株式会社施乐库