JP2015206783A - Bending amount measuring device - Google Patents
Bending amount measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015206783A JP2015206783A JP2014261327A JP2014261327A JP2015206783A JP 2015206783 A JP2015206783 A JP 2015206783A JP 2014261327 A JP2014261327 A JP 2014261327A JP 2014261327 A JP2014261327 A JP 2014261327A JP 2015206783 A JP2015206783 A JP 2015206783A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sheet
- elastic body
- bending amount
- capacitor
- amount measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 title claims abstract description 120
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 2
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 2
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
【課題】簡便な構成である曲げ量計測装置を提供する。
【解決手段】この曲げ量計測装置1は、同材質の第1及び第2のシート状弾性体21、22を誘電体とし、これらの誘電体をサンドイッチ状に挟んだ第1乃至第3のシート状導電性弾性体23〜25を電極として、第1のコンデンサC1、第2のコンデンサC2、を形成してなるセンサ部2を備えており、センサ部2が第1のシート状導電性弾性体23側に曲げ変形すると、第2のコンデンサC3に流れる交流電流の値は大きくなり、第2のシート状導電性弾性体24の端子に交流電流が流れて電気回路部3から曲げ量計測電圧Voが出力される。
【選択図】図1A bending amount measuring apparatus having a simple configuration is provided.
The bending amount measuring apparatus 1 includes first and third sheets made of the same material, the first and second sheet-like elastic bodies 21 and 22 being dielectrics, and sandwiching these dielectrics in a sandwich shape. The sensor unit 2 is formed by forming the first capacitor C1 and the second capacitor C2 using the electrode-like conductive elastic bodies 23 to 25 as electrodes, and the sensor unit 2 is the first sheet-like conductive elastic body. When bending to 23, the value of the alternating current flowing through the second capacitor C3 increases, and the alternating current flows through the terminal of the second sheet-like conductive elastic body 24, and the bending amount measurement voltage Vo from the electric circuit section 3 is increased. Is output.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、人又は動物の体、或いは機械などにおいて曲げ変形する対象物の曲げ量を計測する曲げ量計測装置に関する。 The present invention relates to a bending amount measuring apparatus that measures a bending amount of an object that is bent and deformed in a human or animal body or machine.
従来より、曲げ変形する対象物の曲げ量(曲げの程度)を計測する幾つかの曲げ量計測装置が知られている。その中で、比較的簡易な構成のものとしては、例えば、特許文献1に、2枚の圧電フィルムを貼り合わせたセンサ部を対象物表面に密着させて曲げ量に応じて2枚の圧電フィルムの間に生じる起電力を測定することによって、曲げ量を計測する曲げ量計測装置が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, several bending amount measuring apparatuses that measure a bending amount (degree of bending) of an object to be bent and deformed are known. Among them, as a comparatively simple structure, for example, in
曲げ量計測装置は、肘や膝など人又は動物の体の一部においての曲げ量を計測する医療用又は運動用の機器やロボットなどの関節部にセットして曲げ量を計測する産業用の機器など様々な機器に用いることができるので、できるだけ簡便なものであるのが望ましい。 The bending amount measuring device is an industrial-use device that measures the amount of bending by setting it to a joint part of a medical or exercise device or robot that measures the amount of bending of a part of a human or animal body such as an elbow or knee. Since it can be used for various devices such as devices, it is desirable that it be as simple as possible.
しかし、比較的簡易な構成のものである特許文献1に開示される曲げ量計測装置にしても、柔軟でかつ圧電性を備え所望の特性を示す特別な圧電フィルムが必要である。
However, even the bending amount measuring device disclosed in
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡便な構成である曲げ量計測装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the reason which concerns, The objective is to provide the bending amount measuring apparatus which is a more simple structure.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の曲げ量計測装置は、第1及び第2のシート状弾性体を誘電体とし、これらの誘電体をサンドイッチ状に挟んだ第1乃至第3のシート状導電性弾性体を電極として、第1のシート状導電性弾性体と第2のシート状導電性弾性体の間に第1のコンデンサ、第2のシート状導電性弾性体と第3のシート状導電性弾性体の間に第2のコンデンサ、を形成してなるセンサ部と、第1のシート状導電性弾性体の端子に交流電圧を印加して第1のコンデンサに交流電流を流す第1の交流出力回路、第3のシート状導電性弾性体の端子に交流電圧を印加して第2のコンデンサに交流電流を流す第2の交流出力回路、第2のシート状導電性弾性体の端子に流れる交流電流を測定し曲げ量計測電圧に変換する電流測定回路、を有する電気回路部と、を備えており、前記センサ部が第1のシート状導電性弾性体側に曲げ変形すると、第2のシート状弾性体の第3のシート状導電性弾性体側が大きく延びるとともに第2のシート状弾性体の厚さが延びに応じて薄くなることにより、第2のコンデンサの容量値が大きくなってそれに流れる交流電流の値は大きくなり、第2のシート状導電性弾性体の前記端子に交流電流が流れて、この交流電流と第1のコンデンサに流れる交流電流が合わさった電流が第2のコンデンサに交流電流として流れることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the bending amount measuring apparatus according to
請求項2に記載の曲げ量計測装置は、請求項1に記載の曲げ量計測装置において、前記第1及び第2のシート状弾性体の両方は、空隙又は窪みが設けられていないものであることを特徴とする。
The bending amount measuring apparatus according to
請求項3に記載の曲げ量計測装置は、請求項1に記載の曲げ量計測装置において、前記第1及び第2のシート状弾性体の両方又はいずれか一方は、多数の空隙又は窪みが設けられていることを特徴とする。
The bending amount measuring apparatus according to
請求項4に記載の曲げ量計測装置は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の曲げ量計測装置において、前記第1及び第2のシート状弾性体は、同材質であることを特徴とする。
The bending amount measuring apparatus according to claim 4 is the bending amount measuring apparatus according to any one of
請求項5に記載の曲げ量計測装置は、請求項4に記載の曲げ量計測装置において、前記第1及び第2のシート状弾性体は、同じ厚さであることを特徴とする。
The bending amount measuring apparatus according to
請求項6に記載の曲げ量計測装置は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の曲げ量計測装置において、前記曲げ量は、前記センサ部の両端部の角度を足し合わせたものとすることを特徴とする。
The bending amount measuring device according to claim 6 is the bending amount measuring device according to any one of
本発明によれば、より簡便な構成である曲げ量計測装置を提供することができる。 According to the present invention, a bending amount measuring apparatus having a simpler configuration can be provided.
以下、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施形態に係る曲げ量計測装置1は、図1に示すように、センサ部2と電気回路部3と、を備えている。この曲げ量計測装置1は、例えば、図2に示すように、センサ部2がサポータ4に組み込まれて肘などに当てられ、ケーブル5の中の電気配線51〜53を通して、電気回路部3からセンサ部2へ又はセンサ部2から電気回路部3へ信号が送られる。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the bending
センサ部2は、第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22を誘電体とし、これらの誘電体21、22をサンドイッチ状に挟んだ第1のシート状導電性弾性体23、第2のシート状導電性弾性体24、第3のシート状導電性弾性体25を電極として、第1のシート状導電性弾性体23と第2のシート状導電性弾性体24の間に第1のコンデンサC1、第2のシート状導電性弾性体24と第3のシート状導電性弾性体25の間に第2のコンデンサC2、を形成してなる(図3参照)。つまり、センサ部2は、5層のシート状の弾性体23、21、24、22、25をこの順に積層して形成されている。各層間の接着は、例えば薄い接着剤などを用いることが可能である。また、第1及び第2のシート状弾性体21、22は、絶縁性のシリコンゴムなど、第1乃至第3のシート状導電性弾性体23、24、25は、導電性のシリコンゴムなどを用いることができる。
The
センサ部2が第1のシート状導電性弾性体23側に曲げ変形すると、第3のシート状導電性弾性体25が大きく延びる。また、このとき、第2のシート状弾性体22の第3のシート状導電性弾性体25側が大きく延びるとともに、第2のシート状弾性体22はその延びに応じて厚さが薄くなる。そうすると、第2のコンデンサC2は、電極面積が大きく拡大して電極間距離が短くなるのでその容量値が非常に大きくなる。一方、第1のシート状導電性弾性体23及び第1のシート状弾性体21の形状変化による電極面積及び電極間距離の変化が小さいので、第1のコンデンサC1は、その容量値の変化が第2のコンデンサC2の変化に比べて非常に小さい。
When the
また、センサ部2が第3のシート状導電性弾性体25側に曲げ変形すると、同様にして、第1のコンデンサC1は、その容量値が非常に大きくなる。一方、第2のコンデンサC2は、その容量値の変化が第1のコンデンサC1の変化に比べて非常に小さい。
Further, when the
第1のシート状導電性弾性体23の端子23a、第2のシート状導電性弾性体24の端子24a、第3のシート状導電性弾性体25の端子25aは、ケーブル5を構成する電気配線51、52、53が接続されており、これらの電気配線51、52、53は、電気回路部3に接続されている。なお、通常、上記の端子23a、24a、25aはそれぞれ、第1乃至第3のシート状導電性弾性体23、24、25の端部に形成されている。
The
電気回路部3は、第1のシート状導電性弾性体23の端子23aに交流電圧V1を印加して第1のコンデンサC1に交流電流I1を流す第1の交流出力回路31と、第3のシート状導電性弾性体25の端子25aに交流電圧V2を印加して第2のコンデンサC2に交流電流I2を流す第2の交流出力回路32と、第2のシート状導電性弾性体24の端子24aに流れる交流電流I3を測定し電圧(曲げ量計測電圧Vo)に変換する電流測定回路33と、を有している。曲げ量計測電圧Voは、曲げ量に応じた電圧である。曲げ量計測電圧Voは、交流のままであってもよいし、直流変換されたものであってもよい。本実施形態では、第1のシート状導電性弾性体23の端子23aに印加される交流電圧V1と第3のシート状導電性弾性体25の端子25aに印加される交流電圧V2は、接地電位を基準電位として設定され、第2のシート状導電性弾性体24の端子24aは接地電位と同電位に保持されるように設定されている。
第1の交流出力回路31と第2の交流出力回路32は、センサ部2が曲げ変形していないとき交流電流I1と交流電流I2が180度の位相差で振幅が等しくなるように、交流電圧V1と交流電圧V2のどちらか一方或いは両方が調整される。交流電圧V1と交流電圧V2は、例えば、周波数が約10KHz、振幅が約5Vである。よって、センサ部2が曲げ変形していないとき、第1のコンデンサC1に流れる交流電流I1は、第2のコンデンサに交流電流I2として流れるので、第2のシート状導電性弾性体24の端子24a、つまり電流測定回路33に交流電流I3は流れない。
The first
センサ部2が第1のシート状導電性弾性体23側に曲げ変形すると、第2のコンデンサC2の容量値が非常に大きくなるので、第2のコンデンサC2に流れる交流電流I2の値は非常に大きくなる。一方、第1のコンデンサC1の容量値の変化は小さいので、第1のコンデンサC1に流れる交流電流I1の値の変化は小さい。よって、第2のシート状導電性弾性体24の端子24aに交流電流I3が流れて、この交流電流I3と第1のコンデンサC1に流れる交流電流I1が合わさった電流が、第2のコンデンサC2に交流電流I2として流れる。
When the
センサ部2が第3のシート状導電性弾性体25側に曲げ変形すると、第1のコンデンサC1の容量値が非常に大きくなるので、第1のコンデンサC1に流れる交流電流I1の値は非常に大きくなる。一方、第2のコンデンサC2の容量値の変化は小さいので、第2のコンデンサC2に流れる交流電流I2の値の変化は小さい。よって、第2のシート状導電性弾性体24の端子24aに交流電流I3が、センサ部2が第1のシート状導電性弾性体23側に曲げ変形した場合と反対方向に流れて、この交流電流I3と第2のコンデンサC2に流れる交流電流I2が合さわった電流が、第1のコンデンサC1に交流電流I1として流れる。
When the
このようなセンサ部2と電気回路部3により曲げ量計測装置1が構成される。センサ部2は、第1及び第2のシート状弾性体21、22が弾性変形する誘電体であればよく、第1乃至第3のシート状導電性弾性体23、24、25が、弾性変形する導電性のものであればよいので、特別な材料を用いることはない。電気回路部3は、簡素な回路で構成される。よって、曲げ量計測装置1は、従来のものに比してより簡便な構成なものとなる。
The
第1及び第2のシート状弾性体21、22は、図3に示すように、空隙又は窪みが設けられていないものであるのが次の点で好ましい。第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22が空隙又は窪みが設けられていないものであると、センサ部2が第1のシート状導電性弾性体23側に曲げ変形する場合に、第2のシート状弾性体22の厚さの変化が大きくなって第2のコンデンサC2の容量値の変化が大きくなり、センサ部2が第3のシート状導電性弾性体25側に曲げ変形する場合に、第1のシート状弾性体21の厚さの変化が大きくなって第1のコンデンサC1の容量値の変化が大きくなり、その結果、感度(曲げ量に対する曲げ量計測電圧Voの特性曲線の傾き)が大きくなる。
As shown in FIG. 3, the first and second sheet-like
これに対し、第1及び第2のシート状弾性体21、22は、図4に示すように、多数の空隙21a、22a又は窪みが設けられているものを用いることも可能である。この場合の利点としては、それらが曲げ変形し易いことなどが挙げられる。なお、多数の空隙21a、22a又は窪みの配向は、第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22とで、同一の方向とは限らない。例えば、図5に示すように、第1のシート状弾性体21の多数の空隙21a又は窪みの配向と第2のシート状弾性体22の多数の空隙22a又は窪みの配向を互いに直交させることも可能である。また、図6に示すように、第1及び第2のシート状弾性体21、22の多数の空隙21a、22a又は窪みを、対角方向などの斜め方向の配向とすることも可能である。また、第1及び第2のシート状弾性体21、22のいずれか一方のみを多数の空隙21a、22a又は窪みが設けられているものとすることも可能である。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the first and second sheet-like
また、第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22は、同材質であるのが好ましい。こうすると、第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22が、曲げ量に対する曲げ量計測電圧Voの特性曲線についてほぼ同じ或いは非常に近くになるので、センサ部2全体について曲げ量に対する曲げ量計測電圧Voの特性曲線が安定したものとなる。また、この利点のためには、第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22は、同じ厚さであるのが更に好ましい。
Moreover, it is preferable that the 1st sheet-like
また、曲げ量計測装置1が適用される対象によっては、センサ部2が第1のシート状導電性弾性体23側にのみ曲げ変形される場合もあるが、センサ部2が第1のシート状導電性弾性体23側と第3のシート状導電性弾性体25側の両方に曲げ変形されるなどの場合には、第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22が、同材質で、同じ厚さで、ともに空隙又は窪みが設けられていないもの或いはともに多数の空隙21a、22a又は窪みが設けられているものならば、どちらに曲げ変形されても曲げ量に対する曲げ量計測電圧Voのほぼ同じ特性曲線を用いることができる。
In addition, depending on the object to which the bending
次に、本願発明者が行った実験とシミュレーションについて述べる。図7に示すのは、曲げ量に対する曲げ量計測電圧Voの実験による特性曲線である。曲げ量は、図8に示すように、センサ部2を第1のシート状導電性弾性体23側に曲げ変形したときの曲げ変形の角度θとし、実際には水平軸に対するセンサ部2の両端部の角度を足し合わせて、すなわち2倍にして求めた。曲げ変形する前の初期状態では、センサ部2は水平軸に沿って直線状に配置されたものである。また、センサ部2の曲げ変形方向の長さ(実験装置6への両方の固定位置の間の長さ)が50mm、その曲げ変形方向に直交する方向(幅方向)の長さが70mm、第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22がともに空隙又は窪みが設けられていないものであって厚さが2mm、第1のシート状導電性弾性体23、第2のシート状導電性弾性体24、第3のシート状導電性弾性体25の厚さがすべて0.7mm、の条件とした。図9に示すのは、同様の条件で第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22の厚さ方向の歪みの総和を非線形解析したシミュレーションの結果である。縦軸は、非線形解析の各要素の厚さ方向の歪みの総和である。
Next, experiments and simulations conducted by the present inventors will be described. FIG. 7 shows a characteristic curve obtained by experiment of the bending amount measurement voltage Vo with respect to the bending amount. As shown in FIG. 8, the bending amount is an angle θ of bending deformation when the
図7に示すように、曲げ量に応じて曲げ量計測電圧Voが出力されることが分かる。また、曲げ量に対する曲げ量計測電圧Voは、線形に(直線状に)変化していることが分かる。また、図9に示すように、第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22の厚さ方向に歪みが生じ、その総和は曲げ量に対して線形に(直線状に)変化していることが分かる。
As shown in FIG. 7, it can be seen that the bending amount measurement voltage Vo is output according to the bending amount. It can also be seen that the bending amount measurement voltage Vo with respect to the bending amount changes linearly (in a straight line). Further, as shown in FIG. 9, distortion occurs in the thickness direction of the first sheet-like
なお、図示しないが、本願発明者が行った実験において、センサ部2の幅方句の長さが長いほど、感度が高く、第1及び第2のシート状弾性体21、22の厚さが薄いほど感度が高いことを確認した。また、第1及び第2のシート状弾性体21、22に多数の空隙21a、22aが設けられたセンサ部2は、第1及び第2のシート状弾性体21、22に空隙又は窪みが設けられていないセンサ部2に比べて、感度が低いことを確認した。
Although not shown, in the experiment conducted by the inventor of the present application, the longer the width phrase of the
以上説明した曲げ量計測装置1は、図2に示したように肘や膝など人又は動物の体の一部においての曲げ量を計測する医療用又は運動用の機器に適用可能である。また、ロボットなどの関節部にセットして曲げ量を計測する産業用の機器にも適用可能である。
The bending
以上、本発明の実施形態に係る曲げ量計測装置について説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、センサ部2は、曲げ変形する前の初期状態を、図3等で示した平板状に限らず、曲げ量計測装置1が適用される対象によっては、図10に示すような断面略半円弧状などとすることも可能である。
The bending amount measuring device according to the embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the one described in the embodiment, and various designs within the scope of matters described in the claims. It can be changed. For example, the
曲げ量は、上述した実験で述べたように、センサ部2の両端部の角度を足し合わせたものとするのがよいことを以下に説明する。このように定義すると、センサ部2が曲げ変形したときに、図11に示すように多数の皺(屈曲部)が発生しても、皺によらず安定した曲げ量に対する曲げ量計測電圧Voの特性を得ることができる。
As described in the above-described experiment, it will be described below that the bending amount should be the sum of the angles of both ends of the
先ず、図11を用いて計算式によって説明する。センサ部2は、基準軸(例えば、水平軸)Sに対して端部Aでは角度φa、端部Bでは角度φbを成している。屈曲部C、D、F、Hでは、それぞれφc、φd、φf、φhの角度で第1のシート状導電性弾性体23側に曲げ変形し、屈曲部E、Gでは、それぞれφe、φgの角度で第3のシート状導電性弾性体25側に曲げ変形している。これらの角度の関係式は、次のようになる。
φa+φb=φc+φd−φe+φf−φg+φh
First, the calculation formula will be described with reference to FIG. The
φa + φb = φc + φd−φe + φf−φg + φh
φの角度で第1のシート状導電性弾性体23側に曲げ変形した屈曲部では、図12に示すパラメータを用いると、第2のコンデンサC2の容量値は、次のようになる。なお、第2のシート状導電性弾性体24の厚さは0として計算している。
C2=K(R+t)φ/(1−t/R)
ここで、Rは曲げ半径、tは第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22の曲げ変形していない状態の厚さ、Kは定数である。この式における分子は長さの変化によるもの、分母は厚さの変化によるものである。一方、第1のコンデンサC1の容量値は、次のようになる。
C1=K(R−t)φ/(1+t/R)
従って、第2のコンデンサC2の容量値と第1のコンデンサC1の容量値の差は、次のようになる。
C2−C1=4Ktφ
この結果、屈曲部における第2のコンデンサC2の容量値と第1のコンデンサC1の容量値の差は、曲げ半径Rには依存しないことになる。φの角度で第3のシート状導電性弾性体25側に曲げ変形した屈曲部においても同様である。
In the bent portion that is bent and deformed toward the first sheet-like conductive
C2 = K (R + t) φ / (1-t / R)
Here, R is a bending radius, t is the thickness of the first sheet-like
C1 = K (R−t) φ / (1 + t / R)
Accordingly, the difference between the capacitance value of the second capacitor C2 and the capacitance value of the first capacitor C1 is as follows.
C2-C1 = 4Ktφ
As a result, the difference between the capacitance value of the second capacitor C2 and the capacitance value of the first capacitor C1 at the bent portion does not depend on the bending radius R. The same applies to the bent portion bent and deformed toward the third sheet-like conductive
よって、屈曲部C、D、F、Hでは、それぞれ4Ktφc、4Ktφd、4Ktφf、4Ktφhだけ第2のコンデンサC2の容量値が第1のコンデンサC1の容量値よりも増え、屈曲部E、Gでは、それぞれ4Ktφe、4Ktφgだけ第2のコンデンサC2の容量値が第1のコンデンサC1の容量値よりも減る。これらを合算すると、第2のコンデンサC2の容量値と第1のコンデンサC1の容量値の差は次のようになる。
C2−C1=4Kt(φc+φd+φf+φh−φe−φg)
すなわち、次のようになる。
C2−C1=4Kt(φa+φb)
Therefore, in the bent portions C, D, F, and H, the capacitance value of the second capacitor C2 is larger than the capacitance value of the first capacitor C1 by 4Ktφc, 4Ktφd, 4Ktφf, and 4Ktφh, respectively, and in the bent portions E and G, The capacitance value of the second capacitor C2 is smaller than the capacitance value of the first capacitor C1 by 4Ktφe and 4Ktφg, respectively. When these are added together, the difference between the capacitance value of the second capacitor C2 and the capacitance value of the first capacitor C1 is as follows.
C2-C1 = 4Kt (φc + φd + φf + φh-φe-φg)
That is, it is as follows.
C2-C1 = 4Kt (φa + φb)
このように、曲げ量をセンサ部2の両端部の角度φa、φbを足し合わせたものと定義すると、多数の皺(屈曲部)が発生しても、曲げ量に対する第2のコンデンサC2の容量値と第1のコンデンサC1の容量値の差の値が安定し、その結果、曲げ量に対する曲げ量計測電圧Voの安定した特性を得ることができる。
As described above, if the bending amount is defined as the sum of the angles φa and φb at both ends of the
このことを確認した実験を以下に述べる。上述した実験の場合と同様の(図8で示した)実験装置6を用いた。曲げ変形する前の初期状態では、センサ部2は水平軸に沿って直線状に配置されたものである。センサ2の曲げ方向の長さ(実験装置6への両方の固定位置の間の長さ)が200mm、その曲げ方向に直交する方向(幅方向)の長さが30mm、第1のシート状弾性体21と第2のシート状弾性体22がともに空隙又は窪みが設けられていないものであって厚さが0.5mm、第1のシート状導電性弾性体23、第2のシート状導電性弾性体24、第3のシート状導電性弾性体25の厚さがすべて0.7mm、の条件とした。
An experiment confirming this will be described below. The same experimental apparatus 6 (shown in FIG. 8) as in the above-described experiment was used. In the initial state before bending deformation, the
図13中の●で示すのは、皺を発生させずに、端部Aの角度φaと端部Bの角度φbを等しくして、それらを足し合わせて曲げ量とし、曲げ量計測電圧Voを計測したデータである。図13中のaで示す範囲は、上記と同じ実験装置を用い、図14の(a)〜(c)のように端部Aの角度φaと端部Bの角度φbを足し合わして求めた曲げ量が0になるように皺を発生させて、計測して得た曲げ量計測電圧Voの範囲である。図13中のbで示す範囲は、上記と同じ実験装置を用い、図14の(d)のように端部Aの角度φaと端部Bの角度φbをともに30度にして皺を発生させて、計測して得た曲げ量計測電圧Voの範囲である。図14の(a)〜(d)で示すそれぞれの実験では、少しずつ曲げ方を変えて5回測定した。 The circles in FIG. 13 indicate that the angle φa of the end portion A is equal to the angle φb of the end portion B without generating wrinkles, and these are added to obtain the bending amount. It is the measured data. The range indicated by a in FIG. 13 was obtained by adding the angle φa of the end A and the angle φb of the end B as shown in FIGS. 14A to 14C using the same experimental apparatus as described above. This is the range of the bending amount measurement voltage Vo obtained by generating and measuring wrinkles so that the bending amount becomes zero. In the range indicated by b in FIG. 13, the same experimental apparatus as described above was used to generate wrinkles by setting both the angle φa of the end A and the angle φb of the end B to 30 degrees as shown in FIG. The bending amount measurement voltage Vo obtained by measurement. In each experiment shown by (a)-(d) of FIG. 14, the bending method was changed little by little and it measured 5 times.
図13中のaで示す範囲とbで示す範囲はともに、●から求めた直線の近傍に位置する。これにより、多数の皺(屈曲部)が発生しても、曲げ量に対する曲げ量計測電圧Voの安定した特性を得ることができることが分かる。 The range indicated by a and the range indicated by b in FIG. 13 are both located in the vicinity of the straight line obtained from ●. Thus, it can be seen that stable characteristics of the bending amount measurement voltage Vo with respect to the bending amount can be obtained even when a large number of wrinkles (bent portions) are generated.
1 曲げ量計測装置
2 センサ部
21 第1のシート状弾性体
22 第2のシート状弾性体
21a、22a 第1及び第2のシート状弾性体の空隙
23 第1のシート状導電性弾性体
23a 第1のシート状導電性弾性体の端子
24 第2のシート状導電性弾性体
24a 第2のシート状導電性弾性体の端子
25 第3のシート状導電性弾性体
25a 第3のシート状導電性弾性体の端子
3 電気回路部
31 第1の交流出力回路
32 第2の交流出力回路
33 電流測定回路
4 サポータ
5 ケーブル
51〜53 電気配線
C1 第1のコンデンサ
C2 第2のコンデンサ
I1 第1のコンデンサに流れる交流電流
I2 第2のコンデンサに流れる交流電流
I3 第2のシート状導電性弾性体の端子に流れる交流電流
V1 第1の交流出力回路が出力する交流電圧
V2 第2の交流出力回路が出力する交流電圧
Vo 曲げ量計測電圧
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第1のシート状導電性弾性体の端子に交流電圧を印加して第1のコンデンサに交流電流を流す第1の交流出力回路、第3のシート状導電性弾性体の端子に交流電圧を印加して第2のコンデンサに交流電流を流す第2の交流出力回路、第2のシート状導電性弾性体の端子に流れる交流電流を測定し曲げ量計測電圧に変換する電流測定回路、を有する電気回路部と、を備えており、
前記センサ部が第1のシート状導電性弾性体側に曲げ変形すると、第2のシート状弾性体の第3のシート状導電性弾性体側が大きく延びるとともに第2のシート状弾性体の厚さが延びに応じて薄くなることにより、第2のコンデンサの容量値が大きくなってそれに流れる交流電流の値は大きくなり、第2のシート状導電性弾性体の前記端子に交流電流が流れて、この交流電流と第1のコンデンサに流れる交流電流が合わさった電流が第2のコンデンサに交流電流として流れることを特徴とする曲げ量計測装置。 First and second sheet-like elastic bodies are used as dielectrics, and first to third sheet-like conductive elastic bodies sandwiching these dielectric bodies in sandwich form are used as electrodes. And a second sheet-like conductive elastic body, and a second capacitor is formed between the second sheet-like conductive elastic body and the second sheet-like conductive elastic body. A sensor unit;
A first AC output circuit that applies an AC voltage to the terminal of the first sheet-like conductive elastic body and causes an AC current to flow through the first capacitor, and an AC voltage is applied to the terminal of the third sheet-like conductive elastic body And a second AC output circuit for passing an AC current through the second capacitor, and a current measuring circuit for measuring the AC current flowing through the terminal of the second sheet-like conductive elastic body and converting it into a bending amount measurement voltage. A circuit portion, and
When the sensor portion is bent and deformed toward the first sheet-like elastic body, the third sheet-like elastic body side of the second sheet-like elastic body extends greatly and the thickness of the second sheet-like elastic body is increased. By reducing the thickness in accordance with the extension, the capacitance value of the second capacitor is increased and the value of the alternating current flowing therethrough is increased, and an alternating current flows through the terminal of the second sheet-like conductive elastic body. A bending amount measuring apparatus, wherein a current obtained by combining an alternating current and an alternating current flowing through a first capacitor flows as an alternating current through a second capacitor.
前記第1及び第2のシート状弾性体の両方は、空隙又は窪みが設けられていないものであることを特徴とする曲げ量計測装置。 The bending amount measuring apparatus according to claim 1,
Both the first and second sheet-like elastic bodies are not provided with voids or depressions.
前記第1及び第2のシート状弾性体の両方又はいずれか一方は、多数の空隙又は窪みが設けられていることを特徴とする曲げ量計測装置。 The bending amount measuring apparatus according to claim 1,
A bending amount measuring apparatus, wherein both or one of the first and second sheet-like elastic bodies is provided with a large number of voids or depressions.
前記第1及び第2のシート状弾性体は、同材質であることを特徴とする曲げ量計測装置。 In the bending amount measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The bending amount measuring device, wherein the first and second sheet-like elastic bodies are made of the same material.
前記第1及び第2のシート状弾性体は、同じ厚さであることを特徴とする曲げ量計測装置。 In the bending amount measuring apparatus according to claim 4,
The bending amount measuring apparatus according to claim 1, wherein the first and second sheet-like elastic bodies have the same thickness.
前記曲げ量は、前記センサ部の両端部の角度を足し合わせたものとすることを特徴とする曲げ量計測装置。 In the bending amount measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The bending amount measuring apparatus is characterized in that the bending amount is obtained by adding angles of both end portions of the sensor unit.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014261327A JP2015206783A (en) | 2014-04-08 | 2014-12-24 | Bending amount measuring device |
| PCT/JP2015/056913 WO2015156069A1 (en) | 2014-04-08 | 2015-03-10 | Bending amount measurement device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014079789 | 2014-04-08 | ||
| JP2014079789 | 2014-04-08 | ||
| JP2014261327A JP2015206783A (en) | 2014-04-08 | 2014-12-24 | Bending amount measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015206783A true JP2015206783A (en) | 2015-11-19 |
Family
ID=54287649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014261327A Pending JP2015206783A (en) | 2014-04-08 | 2014-12-24 | Bending amount measuring device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2015206783A (en) |
| WO (1) | WO2015156069A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017201324A (en) * | 2017-07-10 | 2017-11-09 | バンドー化学株式会社 | Capacitance type sensor sheet and sensor device |
| KR20180014928A (en) * | 2016-08-02 | 2018-02-12 | 연세대학교 산학협력단 | Apparatus and method for estimating deflection of artificial whisker |
| KR20190080494A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-08 | 주식회사 성우하이텍 | System and method for monitoring hanger |
| WO2021095345A1 (en) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | グンゼ株式会社 | Layered bending sensor and mechano-electrical transduction device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2020111073A1 (en) * | 2018-11-28 | 2021-10-14 | バンドー化学株式会社 | Sensor body and sensor device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01189515A (en) * | 1988-01-26 | 1989-07-28 | Mitsubishi Electric Corp | displacement detection device |
| JPH0278925A (en) * | 1988-09-16 | 1990-03-19 | Yokohama Syst Kenkyusho:Kk | Electrostatic capacity type pressure sensor |
| JP2008241717A (en) * | 2004-03-29 | 2008-10-09 | Sanyo Electric Co Ltd | Electrostatic capacitance-type pressure sensor, and heart rate/respiratory rate measuring device having the same |
| JP5496446B2 (en) * | 2007-07-12 | 2014-05-21 | 東海ゴム工業株式会社 | Capacitive sensor |
-
2014
- 2014-12-24 JP JP2014261327A patent/JP2015206783A/en active Pending
-
2015
- 2015-03-10 WO PCT/JP2015/056913 patent/WO2015156069A1/en active Application Filing
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180014928A (en) * | 2016-08-02 | 2018-02-12 | 연세대학교 산학협력단 | Apparatus and method for estimating deflection of artificial whisker |
| KR101865229B1 (en) | 2016-08-02 | 2018-06-08 | 연세대학교 산학협력단 | Apparatus and method for estimating deflection of artificial whisker |
| JP2017201324A (en) * | 2017-07-10 | 2017-11-09 | バンドー化学株式会社 | Capacitance type sensor sheet and sensor device |
| KR20190080494A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-08 | 주식회사 성우하이텍 | System and method for monitoring hanger |
| KR102499290B1 (en) | 2017-12-28 | 2023-02-13 | 주식회사 성우하이텍 | System and method for monitoring hanger |
| WO2021095345A1 (en) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | グンゼ株式会社 | Layered bending sensor and mechano-electrical transduction device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015156069A1 (en) | 2015-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2015156069A1 (en) | Bending amount measurement device | |
| US11301077B2 (en) | Piezoelectric sensing apparatus and applications thereof | |
| US8093784B2 (en) | Piezoelectric power generating element, and method of generating electric power using the piezoelectric power generating element | |
| JP4882077B2 (en) | Two-dimensional distributed load center position detection sensor and two-dimensional distributed load center position detection device | |
| JP2012225727A (en) | Electrostatic capacitance type sensor apparatus | |
| JP2011053020A (en) | Capacitance type physical quantity sensor and angular velocity sensor | |
| JP2013178241A (en) | Pressure-sensitive sensor mounting wiring board | |
| KR101818307B1 (en) | Tactile sensor possible to detect a proximity | |
| JP2015175654A (en) | Non-contact voltage measuring device | |
| Kim et al. | A theoretical and experimental comparison of 3-3 and 3-1 mode piezoelectric microelectromechanical systems (MEMS) | |
| JP5673998B2 (en) | Piezoelectric sensor | |
| JP5896353B2 (en) | Capacitive sensor device | |
| KR101780276B1 (en) | Non-contact voltage measuring apparatus | |
| CN103760378A (en) | Electrostatic rotation speed sensor based on electret | |
| JP2006226858A (en) | Fluctuating load sensor and tactile sensor using the same | |
| JP6330595B2 (en) | Load sensor | |
| KR101612456B1 (en) | Piezo-electric fiber composite structure and piezo-electric film speaker using thereof | |
| WO2016189864A1 (en) | Probe and voltage measuring device using same | |
| JP5134431B2 (en) | Pronunciation | |
| CN106771676A (en) | Based on the electric-field sensor probe that electrostriction material and electret are constructed | |
| JP6283812B2 (en) | Load measuring device and load measuring sensor | |
| US8479583B1 (en) | Quasi-static bend sensor using electro-active materials | |
| JP2016224020A5 (en) | ||
| JP2017083331A (en) | Capacitance detection device and sensor system | |
| JP2016201401A (en) | Structure and adhesive member |