JPS6264338A - 位置センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、検出対象に取付けられた発磁体の変位情報を
検出する位置センサに関する。

［発明の技術的背與とその問題点］ 従来、発磁体たる永久磁石を検出対象に固定して、それ
に対して所定間隔を保って設置した検出部によってその
磁気的変位を検出することによって位置を検出する位置
検出装置（以下位置センサという）が提案されており、
特に人体等の生体の動きを検出するのに好適とされてい
る。

しかしながら、検出対象たる生体等に固定した永久磁石
に対して検出部を浮かした状態、即ら、絶対空間に設置
することが好ましいが、完全に生体と離れた状態で検出
部を設置すると生体が不用意な動きをした場合には永久
磁石との対応がとれなくなり、検出精度を悪化させると
いう問題があり、発磁体や検出部の位置決めや取付けが
困難となり実用的価値が低かった。

［発明の目的］ 本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、取付け
が容易であり、検出対象が不用意な動きをしても発磁体
と検出部との間の対応関係を保つことができ、検出精度
を低下させることのない位置センサを提供することを目
的とするものである。

［発明の概要］ 前記目的を達成するために本発明は、１個もしくは２個
の高透磁率磁心に少なくとも２個のコイルを巻いた等価
２磁心もしくは２磁心から成る検出部と、この検出部か
ら得られる信号を処理する検出回路と、検出対象に設置
される固定部材と、この固定部材上に固定されかつ前記
検出部に信号を与える発磁体とからなる位置センサにお
いて、前記固定部材を直径８〜１３ｍｍの円板状とする
前 と共に〃記発磁体を直径２．５〜５．５ｍｍの円筒状と
したことを特徴とするものである。

［発明の実施例］ （エソ下余色〉 以下実施例により本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明装置の一実施例概略図である。

この装置は検出対象たる生体８の表面に固定された発磁
体たる永久磁石Ｍと、この永久磁石Ｍに対して所定間隔
を保って設置された検出部１と、この検出部１からの信
号を処理して出力Ｅｏｕｔを出力する検出回路２とを査
んでいる。前記検出部１は例えば４０ｔｍ長の高透磁率
磁心たるアモルファスワイヤＡＦ（組成’Ｃ０６１１Ｆ
ｅａＳ　ｉ＋３８＋ｓ原子％。

１１０ｕｍ径）の両鴎に２個のコイルＨＩｆ＋　　Ｈ２
Ｔを所要回数Ｎを巻き付けて成り、前記永久磁石Ｍは例
えばＺ、、ｔ、＆ぢ鰭径の円板状をなしており、３〜１
３鰭径の固定部材たる合成樹脂円板７を介して接着剤等
により生体８の表面に固定されている。そして、前記検
出部１は、位置決め部材３．４．５゜６を介して生体８
の表面に取付けられ、検出部先端が前記永久磁石Ｍと所
定間隔を保つ様に位置決めされている。該位置決め部材
は、前記検出部ｌを内部に固定したガラス管３と、この
ガラス管３に対して防振材たるゴム５を介して固定され
た椀型の合成樹脂フレーム４及びこの合成樹脂フレーム
４を生体８の表面に固定する防振材たるゴム６とによっ
て構成されている。

かかる構成であれば、永久磁石Ｍは合成樹脂板７を介し
て生体８表面に固定されているから固定が極めて容易で
あると共に、生体の動きに追随して動くのに対し、検出
部１は２個の防振材５．６を挿置した位置決め部材を介
して生体８に連結されているので生体の小さな動き（検
出すべき動き）はゴム５．６によって吸収されそし門い
伝達されず、生体の大きな動き（不用意な動き）のみに
追随して動くことになり、永久磁石の変位情報を正確に
検出できるものでありながら、生体の不用意な動きによ
る永久磁石との間の対応関係を保持できることになる。

これを第２図に示す実験データにより説明する。

第２図は被測定対象たる人体に位置センサを取付けて椅
子に座った状態で体を前後に揺らしたときの測定データ
であり、同図（ａ）は前記防振材６（及び５）を介さず
に設置した場合、同図（ｂ）は防振材を設けたものでお
る。

ここで前記発磁体たる磁石Ｍの大ぎざと、固定部材たる
合成樹脂円板７の大きさが検出波形や検出感度に大ぎく
影響するので、この点についての実験結果を第３図〜第
６図を用いて説明する。尚、いずれの場合も椅子に座っ
た被検体く人体）の心音図を測定したときのデータを示
している。

第３図は合成樹脂円板７を一定（直径１Ｑｍｍ、厚さ１
ｍｍ）として、その上に固定される磁石Ｍの直径を変化
させた場合の８値における測定データである。同図に示
すように２ｍｍ、２．５ｍｍの場合は波形の振幅が大ぎ
く、５ｍｍ、１０ｍｍでは振幅は小さい。

第４図は第３図とは逆に磁石Ｍの大きさを一定（直径５
ｍｍ、厚さ２ｍｍ）として、合成樹脂円板７（厚ざ１ｍ
ｍ）の直径を変化されたときの８値におけるデータを示
している。同図に示すように７．５ｍｍとｌＱｍｍのと
きは波形の振幅は大きいが、１２．５ｍｍ、１５ｍｍ、
１７．５ｍｍ。

２０ｍｍ、２２．５ｍｍと大きくなるに従って順次振幅
が小さくなっていく。

第５図は、第３図のＪ−うに磁石Ｍの直径を変化させた
ときのセンサの感度Ｇと線形範囲Ｗを測定し、その線形
出力ＧＸＷを求めたグラフである。

同図から明らかなように！ｉＥｉＭの直径が５ｍｍ近傍
のところが最も良い特性を示している。

第６図は、第４図のＪ：うに合成樹脂円板（プラスチッ
ク板）の直接を変化させたときの検出対象の変位はを測
定した特性図を示すものである。同図から明らかなよう
に１０ｍｍ近傍のところが最ら良好な結果を示している
。

以上のことから明らかなように磁石Ｍの直径は２．５ｍ
ｍ〜６．５ｍｍの範囲であって、好ましくは５ｍｍ１合
成樹脂円板の直径は６ｍｍ〜１３ｍｍの範囲でおって、
好ましくは１０ｍｍ２Ｆｉ：選択すると良好なセン−り
を得ることができる。

く以下余白〉 尚、本発明は前記構成に眼定されず、種々の変形実施が
可能である。

例えば前記検出部ｌは等価２１心に限らず、２本のアモ
ルファスワイヤを所定間隔を保って直線上に配置し、そ
れぞれに前記コイルを巻回したもの、即ち２磁心構成で
あってもよい。

又、前記永久磁石や固定部材、あるいは位置決め部材の
形状は円形状に限らず角形状等であってもよい。

更に前記防振材５．６は、いずれか１個のみでも良い。

次に前記装置を用いて生体たる人体の変位情報を検出す
る場合の適用例について第１図以降に説明する。尚、こ
こでは処理回路２の具体的構成としてマルチバイブレー
タ回路とアクティブフィルタとを組合せたものについて
示しているが、アクティブフィルタは必須の構成要件で
はない。

第Ｓ図において１は前記検出部であり、その両端から得
られる信号は信号線Ｎ、、ｊ！１を介してそれぞれトラ
ンジスタ’ｒｒ、、　Ｔｒ＝及び信号線！、。

１４を介してアクティブフィルタＡＣＦへ入力されるよ
うになっている。各トランジスタＴｒＩ。

Ｔ　ｒ　ｔのベースには各信号線ｇ、、ｇ、、に接続さ
れた転流回路（コンデンサＣＩ＋抵抗Ｒ１からなる）の
出力がクロスされて印加されるようになっている。また
、信号線１ｓ、ｌａ間には負荷抵抗ＲＬ＋ＲＬが直列接
続され、これと並列に可変抵抗ＶＲが接続され、この抵
抗ＶＲと前記抵抗ＲＬ、ＲＬの接続点は共通接地されて
いる。なお、前記コイルＨ１？＋　ＨｌＴとの間には電
源電圧Ｅが印加され、アクティブフィルタＡＣＦから出
力ＥｏｕＬが取り出せることとなる。卯ち、この回路は
等価２磁心を用いたマルチバイブレークブリフジとして
構成されている。尚、２磁心における各磁心は回転磁化
領域で動作するように選ばれている。

また、前記アクティブフィルタＡＣＦはフィルタ特性の
選択が可能で、例えば■５０Ｈｚ以上をカット、■２０
１１ｚ以上をカット、■２０Ｈｚ以下をカット、■ＤＣ
〜２０Ｈｚ帯域と２０　Ｈｚ〜５０　Ｈｚ帯域の双方を
通過等の各種モードが選択できる。

かかる構成の回路におけるコイルの近傍に微小磁石Ｍを
配置し、それをコイルＨＩＴに対して移動させたとき、
その移動距ＭＸ（ｍｓ）と出力Ｅｏｕｔ（ｍＶ）との関
係は第３図のようになった。同図においてＮ１〜Ｎ、は
コイルの巻数を変化させたものであり、Ｎｌ　＝　１５
０　（Ｔｕｒｎｓ）、Ｎ、−３００（Ｔｕｒｎｓ）、Ｎ
ｓ　＝　４５０　（Ｔｕｒｎｓ）を示し、コイルへの供
給電流１　＝　Ｉ　Ｑ　Ｏ（ｍ＾）としたものである。

また、微小磁石ＭはＳ−径高さ１．５　Ｍのものを使用
した。

同図から明らかなように、関数Ｎの増加と共に検出感度
が増大している。また、いずれの場合も６ｆｌの大きな
変位迄直線性（非直線性〈１％ＦＳ）を示し、磁石の変
位を正確に検出することができる。

前記装置を用いて生体情報を検出した結果について説明
する。

第２図は前記装置（以下センサーともいう）による永久
磁石Ｍの固定位置を示すものであり、人体Ｐの心臓を含
む周辺を縦方向６点（Ａ−Ｆ）、横方向６点（１〜６）
のマトリクス状に分割して３６点に関する心変位情報を
検出しようとするものである。尚、Ａ−３点が心基部に
対応し、Ｆ−２が心尖部に対応する。また、Ｅ−２点が
みぞ落ちに対応する。この場合前記各点全てに微小磁石
を取付けてもよいし、測定毎に単独の磁石を取付けても
よい。

その結果を第１δ図に示す、このデータはアクティブフ
ィルタＡＦを５〜５０Ｈｚ動作として得たものである。

同図において、Ｂ−６点の波形が種々の情報を含んでい
るものと思われるので、この位置の情報を基に種々の解
析を行ったところ、第１１図の如き結果が得られた。

第１Ｉ図（ａ）は、本発明装置とは別に心電計を用意し
、Ｂ−６点の位置における心電図を得た波形であり、同
図（ｂ）は前記第４図におけるＢ−６点の心変位図（つ
まり本発明になるセンサーの出力をそのまま示した図）
である、同図（ｃ）は前記の心変位図波形における２０
）ｌｘ以上の成分をカットするフィルタを通してＤＣ〜
２０１１ｚの情報を得た波形である。同図（ｄ）は同じ
（心変位図波形における２０Ｈｚ以下の成分をカントし
て得られた２０Ｈｚ〜５０１１ｚの波形である。

ここで、第１／図（ｃ）の波形を検討した結果、拍動図
とほぼ一敗していることが判明した。

同図（ｄ）の波形を検討した結果、心音図とほぼ一致し
ていることが判明した。即ち、最初のピークが第１音（
心室収縮に伴って生ずる音で心室の収縮音と房室弁の音
が重なったもの）であり、次のピークが第■音（心室の
弛緩に伴って生ずる音で大動脈弁の閉鎖音）である。

以上の結果を基にして前記心基部（Ａ−３点）及び心尖
部（Ｆ−２点）の波形の解析を行ったところ、第７２図
及び第１３図の如き結果を得た。

第ｔＺ図（ａ）及び第８図（ａ）は心電図を示し、第１
２図（ｂ）及び第７．３図（ｂ）は２０〜５０Ｈｚの帯
域通過フィルタをかけて得た心音図、第７２図（ｃ）及
び第１３図（ｅ）は２０〜３０Ｈｚの帯域通過フィルタ
をかけて得た心音図、第１２１１（ｄ）及び第８図（ｄ
）は３０〜４０Ｈｚの帯域通過フィルタをかけて得た図
、第１２図（ｅ）及び第７３図（ｅ）は４０〜５０１１
ｚの帯域通過フィルタをかけて得た図である。また、第
７２図（ｆ）及び第７ｊ図（ｆ）は０〜５１Ｚのフィル
タをかけることによって得られた拍動図である。

両図から明らかなように、得られた心変位図から２０〜
５０１Ｌｚの範囲に含まれる成分を抽出すると各図（ｂ
）　、　（ｃ）の如（明瞭な心音図を得ることができ、
かつ０〜５Ｈｚの範囲にある成分を抽出すると各図（ｆ
）に示すように明瞭な心基拍動図及び心尖拍動図を得る
ことができた。

以上のことから第１／図（ｂ）で示したセンサー出力は
約２０１１ｚ以下の拍動波に２（Ｈ１ｚ以上の心音波が
重畳されたものであることが分る。従って、生体情報（
例えば第７７図（ｂ））をそのまま見たとしても生きた
情ｆ！（あるいは利用価値のある情報）を得ることがで
きないが、このセンサー出力をアクティブフィルタを通
し、約２０１１２以上の心音図とＤＣ〜約２０８２の間
の拍動図に分離してデータを収集することが重要な意味
をもつことが分る。

以上のようにして本発明装置を使用して所望の位置から
得られる生体情報を以後、心機図と称する。所望の位置
から得られる心機図に対して所望の値のフィルタをかけ
ることにより、心拍動図、心音図を容易に得ることがで
きるわけである。しかも広範囲に亘ってマトリクス状の
各点の心機図を得ることにより、以下に述べるようなを
効な情報を得ることができる。

第１Ｉ１．図は、拍動による胸壁の変位分布の時間的推
移を等高線推移で表したものである。各測定値は同時測
定ではなく、各測定点での拍動波の瞬時値を心電図のＲ
波を基準にして読み取っている。

健康者の安静時の拍動波や心電図は規則的であり、各サ
イクルの再現性は高いので、図の等高線は各測定点の同
時測定の場合に近似される。同図（ａ）はＥＣＧのＲ波
と同時の場合であり、（ｂ）〜（ｄ）は順次０．２秒毎
経過の場合を示す。変位の基ｔ＄値（０値）は、各拍動
波の最小値とした。同図（ａ）では左心房寄りが１５〜
２０μｍ隆起し、（ｂ）で左心室寄りの３か所で１５μ
ｍ以上隆起し最高値は２５μｍである。（Ｃ）で再び（
ａ）に類似のパターンを示し、（ｄ）では隆起点が左心
室側まで広がり（ｅ）で再び（ａ）に類似のパターンに
戻っている。

従来のマイクロフォンによる拍動図は胸壁振動圧を測定
したものでありその圧力も直径５１の円面積全体の振動
の総和であるため、胸壁の局所的変位を検出するのが困
難であったが、本願の磁石センサでは局所変位が検出さ
れる。この場合、直径／口のセンサ磁心固定枠自身の振
動の可能性も考えられるが、拍動が局所的現象であるた
め、約１０１長リングの枠底部に伝達される拍動は平滑
化されるので、センサ出力には直流成分がバイアスとな
って現れると考えられる。従って、これらの拍動図はセ
ンサ出力の０．５〜５１１ｚ生分のみとした。

このように、本発明の検出装置を用いて第５図に示すよ
うなマトリクス状に生体情報を得ることにより、例えば
心臓の周囲で測定することにより、心臓欠陥の部位を特
定することもできる。また、当然であるが心機能の状態
をチェックすることもできる。

本発明は前記実施例に限定されず、種々の変形実施が可
能である。

前記実施例は心臓部の変位状態を検出するものであった
が、他の部位にも適用できることは言う迄もない。

第１５図（ａ）　、　（ｂ）は運動前の頚動脈波及び手
首の測定データであり、第１Ｄ図（ａ）　、　（ｂ）は
運動後の頚動脈波及び手首の測定データを示している。

いずれの場合も、既存の脈波計による検出結果とほとん
ど同一であり、忠実に脈波を再現していることが分る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明では発磁体をそれよりも広面
積の固定部材を介して検出対象に固定するため固定が容
易であり、また、検出部を発磁体から所定間隔離した状
態で防振部材を介した位置決め部材により検出対象に固
定しているため、取付けが容易であり、検出対象の不用
意な動きによる発磁体との相対位置を変化させずに保つ
ことができるものでありながら、検出すべき情報による
動きは検出部に直接伝達しないので精度の良い検出が行
える。待に発磁体と固定部材の大きさを所定鞘囲内で選
択することにより良好な特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例概略図、第２図（ａ）、
（ｂ）は本発明の詳細な説明するための測定データ、第
３図及び第４図はそれぞれ発磁体及び固定部材の直径を
変えたときの実験データ、第５図及び第６図はそれぞれ
第３図、第４図に示じたセンサの特性図、第７図は本発
明装置の一適用例を示す回路図、第８図はその特性図、
第９図は前記装置の検出点を説明するための正面図、第
１０図は前記装置によって得られた各点におＣプる変位
データ、第１１図は第１０図の特定点のデータを基に解
析を行う場合の心電図、心変位図、心電対応図、心音図
、第１２図及び第１３図は共に前記第１０図の特定点の
データを基に各種の解析を行う場合の図であり、各図に
おいて＜ａ＞は心電図、（ｂ）〜（ｅ）は各周波数成分
ごとの心音図、（Ｆ）は拍動図である。第１４図（ａ）
〜（ｅ）は拍動による胸壁変位分布の時間的推移図であ
る。第１５図（ａ）、、（ｂ）は運動前の頚動脈と手首
の検出データ、第１６図（ａ＞、（ｂ）は運動後の頚動
脈と手首の検出データを示すものである。 １・・・検出部、２・・・処理回路、 ３．４・・・位置決め部材、５，６・・・防振部材、７
・・・固定部材、８・・・検出対象、１−（ＩＴ、ト１
２　Ｔ・・・等価２磁心アモルファスに巻かれたコイル
、 Ｍ・・・発磁体、Ｔｒｌ　　、ｉ“ｒ２・・・トランジ
スタ、八ＣＦ・・・アクティブフィルタ。 代理人　弁理士　　三　　澤　　正　　義７．５ｍｍ １０ｍｍ ２．５　ｍ　ｍ ｍｍ １７．５ｍｍ ０ｍｍ η、５ｍｍ ５ｍｍ 第４図 →＋← フ　　　Φ　　　　　に

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １個もしくは２個の高透磁率磁心に少なくとも２個のコ
   イルを巻いた等価２磁心もしくは２磁心から成る検出部
   と、この検出部から得られる信号を処理する検出回路と
   、検出対象に設置される固定部材と、この固定部材上に
   固定されかつ前記検出部に信号を与える発磁体とからな
   る位置センサにおいて、前記固定部材を直径８〜１３ｍ
   ｍの円板状とすると共に前記発磁体を直径２．５〜６０
   ５ｍｍの円筒状としたことを特徴とする位置センサ。