JPH0678883B2 - Flexible strain gauge - Google Patents
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば人体のような不定形弾性体等における
各種の変形現象（膨張および収縮あるいは伸縮，屈曲，
圧迫，振動など）を測定する場合に特に好適に利用でき
るフレキシブルストレインゲージに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to various deformation phenomena (expansion and contraction or expansion / contraction, bending,
The present invention relates to a flexible strain gauge that can be particularly suitably used when measuring pressure, vibration, etc.).
従来のこの種のフレキシブルストレインゲージとして
は、やや特殊な医学的用途のものではあるが、例えば第
６図に示すような陰茎波測定用のストレインゲージが知
られている。As a conventional flexible strain gauge of this type, a strain gauge for penile wave measurement is known, for example, as shown in FIG. 6, though it is used for a slightly special medical use.
かかる従来のフレキシブルストレインゲージａは、図示
しているように、伸縮性および可撓性を有するゴム製で
比較的太いチューブｂ（長さが約5cmのもので、外径が
約4mm,内径が約2mm程度の円管）の内部に、導電材料と
しての粉末活性炭ｃを充填すると共に、その活性炭充填
チューブｂの伸縮に伴う抵抗変化信号の取り出し用リー
ド線d,dを、前記チューブｂの両端に設けて構成されて
いた。なお、図中、ｅは前記両信号取り出し用リード線
d,dの端部に設けられた対測定器接続用コネクターであ
り、また、ｆは前記両信号取り出し用リード線d,dにス
ライド移動可能に外嵌されたストッパーリングである。As shown in the figure, such a conventional flexible strain gauge a is a relatively thick tube b made of rubber having elasticity and flexibility (having a length of about 5 cm, an outer diameter of about 4 mm and an inner diameter of about 4 cm). A circular tube of about 2 mm) is filled with powdered activated carbon c as a conductive material, and lead wires d and d for taking out a resistance change signal due to expansion and contraction of the activated carbon filling tube b are attached to both ends of the tube b. It was configured in the. In the figure, e is a lead wire for extracting both signals.
A connector for connecting to the measuring device is provided at the end of d, d, and f is a stopper ring slidably fitted on the signal lead wires d, d.
即ち、上記のように構成されたフレキシブルストレイン
ゲージａは、前記活性炭充填チューブｂを人体局部に巻
回して、前記ストッパーリングｆをチューブｂ側へ限界
までスライドさせることにより、その活性炭充填チュー
ブｂを人体局部に巻回固定した上で、前記コネクターｅ
を介して、第７図に示すように、固定抵抗g,増幅器h,レ
コーダーｉ等から成る回路構成を備えた測定器ｊに接続
される。そして、人体局部の変形（膨張および収縮）に
よる前記活性炭充填チューブｂの伸縮に伴うその抵抗変
化が前記測定器ｊにより測定され、その結果、前記人体
局部の変形度が検出されるのである。That is, in the flexible strain gauge a configured as described above, the activated carbon-filled tube b is wound around the human body part and the stopper ring f is slid to the side of the tube b to the limit, so that the activated carbon-filled tube b is After being fixed to the human body by winding, the connector e
As shown in FIG. 7, it is connected to a measuring device j having a circuit configuration including a fixed resistor g, an amplifier h, a recorder i, and the like. The resistance change of the activated carbon-filled tube b due to the expansion (contraction and expansion) of the human body part is expanded by the measuring device j, and as a result, the degree of deformation of the human body part is detected.
しかしながら、上記した従来構成のフレキシブルストレ
インゲージにおいては、 （イ）チューブｂ内に充填する導電材料として粉末活性
炭ｃを用いているために、感度が悪い上に、その活性炭
充填チューブｂの伸縮度と抵抗変化との関係が一意的に
定まり難く、従って、単に測定対象の変形の有無を定性
的に測定する場合には殆ど問題は無いが、その変形量を
定量的に測定せんとする場合には、その感度の悪さなら
びに定量性および再現性の乏しさが問題となる、 （ロ）比較的太いチューブｂを用いている上に、そのチ
ューブｂ内に粉末（固体）の活性炭ｃを充填しているた
めに、その活性炭充填チューブｂは伸長性および柔軟性
には非常に乏しくなり、従って、測定対象の変形度が大
きい場合に適用することは困難（殆ど不可能）であると
共に、測定対象に対する密着度が悪く、また、測定対象
が人体局部であるような場合には、その人体局部に対し
て過度の圧迫感や不快な装着感を与える、 といった種々の欠点があった。However, in the above-described conventional flexible strain gauge, (a) the powdered activated carbon c is used as the conductive material to be filled in the tube b, so that the sensitivity is poor and the degree of expansion and contraction of the activated carbon filled tube b. It is difficult to uniquely determine the relationship with the resistance change.Therefore, there is almost no problem when simply qualitatively measuring the presence or absence of deformation of the measurement object, but when measuring the amount of deformation quantitatively. , Its poor sensitivity and poor quantification and reproducibility are problems. (B) In addition to using a relatively thick tube b, powder (solid) activated carbon c is filled in the tube b. Since the activated carbon-filled tube b is very poor in extensibility and flexibility, it is difficult (almost impossible) to apply it when the deformation degree of the measurement object is large. In both cases, there were various drawbacks such as poor adhesion to the object to be measured, and when the object to be measured is a human body part, it gives an excessive feeling of pressure or an uncomfortable feeling to the body part. .
そこで、前記チューブｂ内に充填する導電材料として、
粉末活性炭ｃの代わりに、常温で液体金属である水銀
（Hg）を用いることが考えられているが、その場合に
は、前記（イ）の欠点は解消できるが、前記（ロ）の欠
点については、ある程度改善できるものの、なお十分に
は解消することはできない。その上に、 （ハ）前記導電材料として用いる水銀（Hg）は比較的高
価であると共に極めて毒性が強く、従って、特に医学用
として人体に対して用いる場合において、他人への汚染
を避けるために使い捨て使用する場合などには、非常に
不経済であると共に環境汚染という重大な問題を引き起
こす虞れがある、 といった新たな欠点が生じてしまう。Therefore, as a conductive material to be filled in the tube b,
It is considered to use mercury (Hg), which is a liquid metal at room temperature, instead of the powdered activated carbon c. In that case, the drawback of the above (a) can be solved, but the drawback of the above (b) Can be improved to some extent, but cannot be completely eliminated. In addition, (c) Mercury (Hg) used as the conductive material is relatively expensive and extremely toxic, and therefore, in order to avoid contaminating others, especially when used for the human body for medical purposes. In the case of single use, new drawbacks such as being very uneconomical and possibly causing a serious problem of environmental pollution will occur.
本発明は、かかる実情に鑑みて鋭意研究の結果なされた
ものであって、その目的は、上記した各種の欠点
（イ），（ロ），（ハ）を全て解消できるフレキシブル
ストレインゲージを開発・提供せんとすることにある。The present invention has been made as a result of earnest research in view of such circumstances, and an object thereof is to develop a flexible strain gauge capable of solving all of the above-mentioned various drawbacks (a), (b) and (c). It's about offering.
かかる目的を達成するために、本発明に係るフレキシブ
ルストレインゲージは、柔軟で伸縮性および可撓性に富
んだ材料から成る微細管の内部に、使用温度領域におい
て液体金属となるガリウムまたはガリウム−インジウム
系合金を充填すると共に、その液体金属充填微細管の伸
縮に伴う抵抗変化信号の取り出し用リード線を、前記微
細管の両端に設けてある、という特徴を備えている。In order to achieve such an object, the flexible strain gauge according to the present invention includes gallium or gallium-indium, which is a liquid metal in a working temperature range, inside a microtube made of a flexible, stretchable and flexible material. It is characterized in that it is filled with a system alloy and that lead wires for extracting a resistance change signal due to expansion and contraction of the liquid metal-filled microtube are provided at both ends of the microtube.
上記特徴構成故に発揮される作用は下記の通りである。 The action exerted due to the above characteristic configuration is as follows.
即ち、導電材料を充填するための部材としては、従来の
ように比較的太いチューブを用いるのでは無く、柔軟で
伸縮性および可撓性に富んだ材料から成り、しかも、微
細な管を用いており、更にまた、その微細管の内部に充
填する導電材料としては、使用温度領域（例えば生体温
度領域）において液体金属となるガリウム（Ga）または
ガリウム（Ga）−インジウム（In）系合金を用いている
ので、 （Ｉ）測定感度が大幅に向上すると共に、その液体金属
充填微細管の伸縮度と抵抗変化との関係が一意的に定ま
るようになり、従って、測定対象の変形（膨張および収
縮あるいは伸縮，屈曲，圧迫，振動など）を、定量的に
精度良く、かつ、再現性良く測定することができ、ま
た、 （II）その液体金属充填微細管が、伸長性および柔軟性
に極めて優れたものとなり、従って、たとえ測定対象の
変形度が大きい場合であっても十分に使用可能で、適用
範囲が広い汎用性に富んだものにできると共に、測定対
象に対する密着度にも優れ、また、測定対象が人体局部
であるような場合にも、その人体局部に対して過度の圧
迫感や不快な装着感を与えることも無く、更に、 （III）前記微細管の内部に充填する導電材料として、
ガリウム（Ga）またはガリウム（Ga）−インジウム（I
n）系合金を用いているから、従来考えられていた水銀
（Hg）に比べて安価でかつ毒性も無く、従って、経済性
有利にかつ安全に製造できると共に、特に医学用として
人体に対して用いる場合において、他人への汚染を避け
るために使い捨て使用する場合などにも、非常に経済的
であると共に、環境汚染という問題を引き起こす虞れも
ない。That is, as a member for filling the conductive material, rather than using a comparatively thick tube as in the past, it is made of a flexible, stretchable and flexible material, and a fine tube is used. Further, as the conductive material filling the inside of the microtube, gallium (Ga) or gallium (Ga) -indium (In) alloy which becomes a liquid metal in the operating temperature range (for example, the living body temperature range) is used. Therefore, (I) the measurement sensitivity is significantly improved, and the relationship between the degree of expansion and contraction of the liquid metal-filled microtube and the resistance change is uniquely determined. Therefore, the deformation (expansion and contraction) of the measurement object is (Expansion, flexion, compression, vibration, etc.) can be quantitatively measured with high accuracy and reproducibility, and (II) the liquid metal-filled microtube has excellent extensibility and flexibility. Therefore, even if the deformation degree of the measurement object is large, it can be used sufficiently, has a wide application range and is versatile, and has excellent adhesion to the measurement object. Even when the measurement target is a human body part, it does not give an excessive feeling of pressure or an uncomfortable feeling to the human body part, and (III) a conductive material filled inside the microtube. As
Gallium (Ga) or gallium (Ga) -indium (I
Since it uses an n) type alloy, it is cheaper and less toxic than mercury (Hg), which has been considered in the past. Therefore, it can be manufactured economically and safely, and especially for the human body for medical use. When it is used, it is very economical even when it is used as a disposable item in order to avoid contamination to other people, and there is no fear of causing a problem of environmental pollution.
以下、本発明の実施例を図面（第１図ないし第５図）に
基いて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings (FIGS. 1 to 5).
第１図は、例えば人体局部等の測定対象に密着外嵌させ
て用いる型式の環状フレキシブルストレインゲージ（第
１実施例）を示している。FIG. 1 shows a ring-shaped flexible strain gauge (first embodiment) of the type used by being closely fitted onto a measurement target such as a human body local part.
図において、１は、基本的に伸縮性および可撓性に富ん
だ柔軟な材料（例えばシリコン系ゴムなどの軟質の高分
子弾性材料）から成り、しかも、より一層伸長性および
柔軟性に優れるように、非常に小さな径を有するものと
された微細管１（外径が略1mm以下であるのが望まし
く、この例では、その外径が略0.3mmで、内径が略0.1mm
の円管）であって、その微細管１の内部には、使用温度
範囲において液体金属となるガリウム（Ga）またはガリ
ウム（Ga）−インジウム（In）系合金２からなる導電材
料を充填してある。なお、かかるガリウム（Ga）または
ガリウム（Ga）−インジウム（In）系合金２の混合比−
相特性は、第２図に示す通りであるが、この例おいて
は、前記微細管１内に充填する液体金属として、生体温
度領域（36℃付近）において十分に使用できるように、
その使用可能温度の下限を可及的に低く（略16.5℃に）
設定すべく、略85重量％のガリウム（Ga）と略15重量％
のインジウム（In）とから成るガリウム−インジウム系
合金を用いている。In the figure, 1 is basically made of a flexible material rich in stretchability and flexibility (for example, a soft polymer elastic material such as silicon rubber), and further, it has excellent extensibility and flexibility. In addition, the micro tube 1 is assumed to have a very small diameter (the outer diameter is preferably about 1 mm or less. In this example, the outer diameter is about 0.3 mm and the inner diameter is about 0.1 mm.
Of the gallium (Ga) or gallium (Ga) -indium (In) alloy 2 which becomes a liquid metal in the operating temperature range. is there. In addition, the gallium (Ga) or the mixing ratio of gallium (Ga) -indium (In) -based alloy 2-
The phase characteristics are as shown in FIG. 2, but in this example, the liquid metal to be filled in the microtube 1 can be sufficiently used in the living body temperature range (around 36 ° C.),
The lower limit of its usable temperature is as low as possible (about 16.5 ℃)
Approximately 85 wt% gallium (Ga) and approximately 15 wt%
A gallium-indium alloy composed of Indium (In) is used.
そして、前記液体金属充填微細管１の伸縮に伴う抵抗変
化信号の取り出し用リード線3,3の端部を、前記微細管
１の両端部分に夫々挿入して、例えばシリコン系接着剤
4,4などで固定した上で、それら微細管１の両端部分同
士を、例えば接着剤５などにより互いに固定連結してあ
る。なお、図中、6,6は、前記両信号取り出し用リード
線3,3の被覆管であり、また、７は、前記両信号取り出
し用リード線3,3の他端部に設けられた対測定器接続用
コネクターである。ただし、このコネクター７を省略し
て、前記両信号取り出し用リード線3,3の他端部を露出
遊端部としても差し支え無い。Then, the ends of the lead wires 3, 3 for taking out the resistance change signal due to the expansion and contraction of the liquid metal-filled microtube 1 are inserted into both ends of the microtube 1, respectively, and, for example, a silicone adhesive is used.
After being fixed with 4, 4, etc., both end portions of the fine tubes 1 are fixedly connected to each other with, for example, an adhesive 5. In the figure, 6 and 6 are coating tubes for the lead wires 3 and 3 for taking out the signals, and 7 is a pair provided at the other end of the lead wires 3 and 3 for taking out the signals. It is a connector for measuring instruments. However, the connector 7 may be omitted, and the other ends of the lead wires 3 for extracting both signals may be exposed free ends.
上記のように構成されたフレキシブルストレインゲージ
は、人体局部等の測定対象に密着外嵌された上で、先の
第７図で説明したと同様の回路構成を備えた測定器に接
続されて、所定の測定が行われる。The flexible strain gauge configured as described above is externally fitted to a measurement target such as a human body local part, and then connected to a measuring instrument having the same circuit configuration as described in FIG. 7, Predetermined measurements are taken.
第３図は、測定対象の部分表面上に密着貼付して用いる
型式の帯状フレキシブルストレインゲージ（第２実施
例）を示している。この場合には、液体金属充填微細管
１の両端部分を、上記第１実施例のもののように固定連
結せずに、互いに分離させてある。また、その微細管１
の両端部分における外周面には、夫々、離型紙８付きの
粘着剤９を付設してある。その他の構成は、上記第１実
施例のものと同様であるので、同じ機能を有する部材に
は同じ参照符号を付すことにより、その説明は省略す
る。FIG. 3 shows a belt-shaped flexible strain gauge (second embodiment) of a type which is used by being adhered and adhered on a partial surface of a measurement target. In this case, both ends of the liquid metal-filled microtube 1 are separated from each other without being fixedly connected as in the first embodiment. Also, the fine tube 1
Adhesives 9 with release papers 8 are attached to the outer peripheral surfaces at both ends of each. Since other configurations are similar to those of the first embodiment, the members having the same functions are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
ところで、前記した各実施例のものにおいては、前記液
体金属充填微細管１として円管（図示せず）を用いた
が、例えば、第４図（イ）に示すような方形管とか、あ
るいは、第４図（ロ）に示すような矩形管などの他の形
状のものを用いてもよい。特に、第４図（ロ）に示すよ
うな偏平矩形管を用いれば、測定対象に対するより良好
な密着性が得られると共に、位置ずれも発生し難いとい
う利点がある。By the way, in each of the above-mentioned embodiments, a circular tube (not shown) is used as the liquid metal-filled fine tube 1, but, for example, a rectangular tube as shown in FIG. Other shapes such as a rectangular tube as shown in FIG. 4B may be used. In particular, the use of a flat rectangular tube as shown in FIG. 4 (B) has the advantages that better adhesion to the object to be measured can be obtained and displacement is less likely to occur.
また、液体金属充填微細管１の長手方向における少なく
とも一箇所において、第５図（イ）に示すように管径全
体を絞ることにより、または、第５図（ロ）に示すよう
に管内側に突出する厚肉部10を設けることにより、内径
絞り部11を形成するとか、あるいは、第５図（ハ）に示
すように管外側に突出する厚肉部12を形成しておけば、
その液体金属充填微細管１の伸長に伴う抵抗を急激（非
線型的）に増加させることができるので、より一層の感
度向上を図ることができる。Further, at least at one location in the longitudinal direction of the liquid metal-filled microtube 1, the entire tube diameter is narrowed as shown in FIG. 5 (a), or the inside of the tube is placed as shown in FIG. 5 (b). By providing the protruding thick portion 10, the inner diameter narrowing portion 11 is formed, or, as shown in FIG. 5C, the thick portion 12 protruding to the outside of the pipe is formed.
Since the resistance accompanying the extension of the liquid metal-filled microtube 1 can be rapidly (non-linearly) increased, it is possible to further improve the sensitivity.
以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
フレキシブルストレインゲージによれば、導電材料を充
填するための部材として、基本的に柔軟で伸縮性および
可撓性に富んだ材料から成り、しかも、より一層伸長性
および柔軟性に優れるように非常に小さい径を有する微
細管を用い、更には、その微細管の内部に充填する導電
材料として、使用温度領域において液体金属となるガリ
ウムまたはガリウム−インジウム系合金という安価で毒
性の無いものを用いているので、測定対象の変形（膨張
および収縮，屈曲，圧迫，振動など）を、感度良く、し
かも、定量的に精度良く、かつ、再現性良く測定でき、
また、たとえ測定対象の変形度が大きい場合であっても
十分に使用可能な適用範囲が広い汎用性に富んだものに
でき、更に、測定対象に対する密着度にも優れると共
に、測定対象が人体局部であるような場合にも、その人
体局部に対して過度の圧迫感や不快な装着感を与えるこ
とも無く、更にまた、安価にかつ安全に製造できると共
に、経済性有利にかつ環境汚染という問題を引き起こす
虞れ無く、使い捨て使用可能（ディスポーザブル）なも
のにできる、という種々の優れた効果が発揮されるに至
った。As is clear from the above detailed description, according to the flexible strain gauge of the present invention, the member for filling the conductive material is basically made of a flexible and stretchable and flexible material, Moreover, a fine tube having a very small diameter is used so as to have further excellent extensibility and flexibility, and further, gallium or gallium, which becomes a liquid metal in the operating temperature range, is used as a conductive material filling the inside of the fine tube. -Because an indium-based alloy, which is inexpensive and has no toxicity, is used, the deformation (expansion and contraction, bending, compression, vibration, etc.) of the measurement object is sensitive, quantitatively accurate, and reproducible. Can be measured well,
In addition, even if the degree of deformation of the measurement object is large, it can be used in a wide range of applications with a wide range of versatility, and it has excellent adhesion to the measurement object and the measurement object is a human body part. In such a case, it does not give an excessive feeling of pressure or an uncomfortable feeling to the body part of the human body, and furthermore, it can be manufactured inexpensively and safely, and it is economically advantageous and has a problem of environmental pollution. Therefore, various excellent effects of being able to be made disposable (disposable) have been exhibited without the possibility of causing the above.
第１図ないし第５図は本発明に係るフレキシブルストレ
インゲージの各種具体的実施例を説明するためのもので
あって、第１図は第１実施例の一部断面全体平面図（た
だし、一部を拡大して表している）、第２図はガリウム
（Ga）またはガリウム（Ga）−インジウム（In）系合金
２の混合比−相特性を表すグラフであり、第３図は第２
実施例の一部断面全体平面図（ただし、一部を拡大して
表している）であり、第４図（イ），（ロ）は夫々要部
の変形例を示す拡大横断面図であり、そして、第５図
（イ），（ロ），（ハ）は夫々要部の更に別の変形例を
示す拡大縦断面図である。 また、第６図および第７図は、本発明の技術的背景なら
びに従来技術の問題点を説明するためのものであって、
第６図は従来構成のフレキシブルストレインゲージの一
例を示す一部断面全体平面図であり、また、第７図はそ
れに対する測定器の概略回路構成図である。 １……微細管、 ２……ガリウムまたはガリウム−インジウム系合金（液
体金属）、 ３……リード線、 ４……リード線。1 to 5 are for explaining various specific embodiments of the flexible strain gauge according to the present invention, and FIG. 1 is a partial cross-sectional plan view of the first embodiment (however, 2 is a graph showing the mixing ratio-phase characteristics of gallium (Ga) or gallium (Ga) -indium (In) alloy 2 and FIG.
FIG. 4 is a plan view of a partial cross section of the embodiment (however, a part thereof is shown in an enlarged manner), and FIGS. 4 (a) and 4 (b) are enlarged cross-sectional views showing modified examples of main parts, respectively. Then, FIGS. 5 (a), (b), and (c) are enlarged vertical cross-sectional views showing still another modified example of the main part. Further, FIGS. 6 and 7 are for explaining the technical background of the present invention and the problems of the prior art,
FIG. 6 is an overall plan view of a partial cross section showing an example of a flexible strain gauge having a conventional configuration, and FIG. 7 is a schematic circuit configuration diagram of a measuring instrument therefor. 1 ... Micro tube, 2 ... Gallium or gallium-indium alloy (liquid metal), 3 ... Lead wire, 4 ... Lead wire.
Claims (2)
ら成る微細管の内部に、使用温度領域において液体金属
となるガリウムまたはガリウム−インジウム系合金を充
填すると共に、その液体金属充填微細管の伸縮に伴う抵
抗変化信号の取り出し用リード線を、前記微細管の両端
に設けてあることを特徴とするフレキシブルストレイン
ゲージ。1. A fine tube made of a flexible, stretchable and flexible material is filled with gallium or a gallium-indium-based alloy which becomes a liquid metal in a temperature range of use, and the liquid metal-filled fine particles are filled. A flexible strain gauge, wherein lead wires for extracting a resistance change signal due to expansion and contraction of the tube are provided at both ends of the fine tube.
略85重量％のガリウムと略15重量％のインジウムとから
成るガリウム−インジウム系合金である特許請求の範囲
第〔１〕項に記載のフレキシブルストレインゲージ。2. The liquid metal filling the inside of the fine tube is
The flexible strain gauge according to claim 1, which is a gallium-indium alloy composed of approximately 85% by weight of gallium and approximately 15% by weight of indium.
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| JP62059569A JPH0678883B2 (en) | 1987-03-14 | 1987-03-14 | Flexible strain gauge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62059569A JPH0678883B2 (en) | 1987-03-14 | 1987-03-14 | Flexible strain gauge |
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| JPS63225103A JPS63225103A (en) | 1988-09-20 |
| JPH0678883B2 true JPH0678883B2 (en) | 1994-10-05 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62059569A Expired - Lifetime JPH0678883B2 (en) | 1987-03-14 | 1987-03-14 | Flexible strain gauge |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1987
- 1987-03-14 JP JP62059569A patent/JPH0678883B2/en not_active Expired - Lifetime
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