DE102010031150A1

DE102010031150A1 - Sensing surface element for determining object lying on surface element by force or weight, comprises flexible layer material, and multiple touch-sensitive sensors, which have electrical measuring characteristic

Info

Publication number: DE102010031150A1
Application number: DE201010031150
Authority: DE
Inventors: Wilfried Ihl; Andre Zimmermann; Markus Thuersam; Istvan Denes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-12

Abstract

The sensing surface element (1) comprises a flexible layer material (2), multiple touch-sensitive sensors (4i), which have an electrical measuring characteristic and release a sensor-signal (X-i) by pressurization, and a control unit (20) for receiving the sensor-signals. The electrical measuring characteristic of the sensors do not change linearly proportional with the impinged surface by pressurization. The control unit detects a pressure signal or force signal from the individual sensor-signals. An independent claim is also included for a method for determining a surface element.

Description

Stand der TechnikState of the art

Sensierende Flächenelemente können insbesondere als Fußbodenbeläge oder auch als haptische Bedienelemente ausgebildet werden. Sie werden insbesondere zur Ermittlung von Kräften bzw. dem Gewicht (Masse) eines auf dem Flächenelement liegenden Objektes eingesetzt. So kann eine elastische Unterlegefolie eingesetzt werden, deren elektrische Eigenschaften sich in Abhängigkeit des anliegenden bzw. einwirkenden Drucks ändern. Somit können Berührungen qualitativ erfasst werden und die Anwesenheit eines Objektes festgestellt werden.Sensing surface elements can be designed in particular as floor coverings or as haptic control elements. They are used in particular for determining forces or the weight (mass) of an object lying on the surface element. Thus, an elastic underlay film can be used whose electrical properties change depending on the applied or acting pressure. Thus, touches can be detected qualitatively and the presence of an object can be determined.

Die für Kraft- oder Druckmessungen eingesetzten Sensoren weisen im Allgemeinen eine physikalische Mess-Eigenschaft auf, die sich in Abhängigkeit des einwirkenden Drucks linear ändert. Diese Mess-Eigenschaft kann z. B. der spezifische Widerstand des Materials sein, der sich proportional mit dem aufliegenden Flächendruck ändert, eine Kapazität oder eine ausgegebene Piezo-Spannung.The sensors used for force or pressure measurements generally have a physical measurement property that changes linearly as a function of the applied pressure. This measuring property can, for. For example, the resistivity of the material, which varies in proportion to the applied surface pressure, may be a capacitance or an output piezo voltage.

Die quantitative Ermittlung der Gewichtskraft eines mehrere Sensorelemente bedeckenden Objektes erfordert jedoch eine genauere Auswertung der Sensorsignale. So sollte z. B. das Gewicht eines aufliegenden Kastens (Box) hinreichend genau gemessen werden, so dass das Ergebnis unabhängig davon ist, ob der Kasten auf einer kleinen oder großen Seite liegt.However, the quantitative determination of the weight of an object covering a plurality of sensor elements requires a more accurate evaluation of the sensor signals. So should z. B. the weight of a resting box (box) are measured with sufficient accuracy, so that the result is independent of whether the box is on a small or large side.

Hierzu können z. B. große Aufnahmeflächen eingesetzt werden, die z. B. bei Achslastwaagen bekannt sind. Die Achslastwaage weist eine Metallplatte auf, die zu einer Homogenisierung der von oben einwirkenden Kraft führt. Somit können unterhalb der Waage mehrere Sensorelemente nebeneinander angeordnet werden, die durch die über ihnen angeordnete starre Platte gleichmäßig mit Kraft beaufschlagt werden, was einer gleichmäßigen Druckeinleitung entspricht. Nachteilhaft an einer derartigen Homogenisierung durch eine starre Platte ist jedoch, dass die Flächenauflösung entsprechend gering ist.For this purpose, z. B. large recording areas are used, the z. B. are known in axle load scales. The axle load scale has a metal plate, which leads to a homogenization of the force acting from above. Thus, a plurality of sensor elements can be arranged side by side below the scale, which are uniformly acted upon by the arranged above them rigid plate with force, which corresponds to a uniform pressure introduction. A disadvantage of such a homogenization by a rigid plate, however, is that the area resolution is correspondingly low.

Bei Einsatz eines großflächigen Sensormaterials ohne eine derartige Homogenisierung der Druckeinleitung ist eine Auswertung des Messergebnisses nur möglich, wenn die beiden folgenden Eigenschaften erfüllt sind:
Zum einen verhält sich die physikalische Mess-Eigenschaft des Materials linear proportional zu dem anliegenden Druck, und
zum anderen verhält sich die physikalische Mess-Eigenschaft linear proportional zu der beaufschlagten Fläche des Sensormaterials.When using a large-area sensor material without such a homogenization of the pressure introduction, an evaluation of the measurement result is only possible if the following two properties are met:
On the one hand, the physical property of the material is linearly proportional to the applied pressure, and
On the other hand, the physical measurement property is linearly proportional to the applied surface of the sensor material.

Somit reicht ein Erfüllen der ersten Bedingung alleine nicht aus; wenn z. B. eine Änderung des spezifischen elektrischen Widerstandswertes (in Ohm/m²) eines Materials proportional zu dem anliegenden Flächendruck ist, kann dennoch die anliegende Gesamt-Kraft bzw. Gewichtskraft nicht durch Messen der Änderung des gesamten Widerstandes (in vertikaler Richtung) auf einem hinreichend großen Sensor ermittelt werden, da der Widerstand umgekehrt proportional zu der beaufschlagten Querschnittsfläche des Sensormaterials ist. Somit kann eine Verdopplung einer auf eine gegebene Fläche einwirkenden Kraft zwar erkannt werden; hingegen führt eine Belastung durch ein doppeltes Gesamtgewicht bei einer Verteilung dieses Gewichtes auf zwei Flächenbereiche bei einem entsprechend großen Sensor jedoch dazu, dass die beiden Flächenbereiche des Sensors als elektrische Widerstände parallel geschaltet sind und sich somit der Gesamt-Widerstand nicht als Summe der einzelnen Widerstände der beiden Flächenbereiche ergibt, so dass ein falsches Messergebnis ermittelt wird.Thus, fulfilling the first condition alone is not enough; if z. For example, if a change in resistivity (in ohms / m ² ) of a material is proportional to the applied surface pressure, then the applied total force or weight can not be adequately measured by measuring the change in total resistance (in the vertical direction) large sensor, since the resistance is inversely proportional to the applied cross-sectional area of the sensor material. Thus, a doubling of a force acting on a given surface can be recognized; However, a load by a double total weight at a distribution of this weight on two surface areas in a correspondingly large sensor, however, that the two areas of the sensor are connected in parallel as electrical resistors and thus the total resistance is not the sum of the individual resistances results in two surface areas, so that a wrong measurement result is determined.

Gewichtsmessungen mit großflächigen Sensoren können somit nicht mit resistiven Materialien durchgeführt werden, es sind hingegen Materialien geeignet, deren physikalische Messeigenschaft ihre elektrische Kapazität oder eine erzeugte Ladung ist, insbesondere Folien mit linearen Kapazität-Druck-Abhängigkeiten und PVDF-Materialien mit linearen Ladungsdruck-Eigenschaften. Derartige Mate Sensoren weisen jedoch z. T. höhere Kosten auf oder erfordern komplexere Ansteuerungen.Thus, weight measurements with large area sensors can not be made with resistive materials, but materials whose physical property is their electrical capacitance or charge, in particular linear capacitance-pressure dependency films and PVDF materials with linear charge pressure characteristics, are suitable. However, such Mate sensors have z. T. higher costs or require more complex controls.

Die EP 0749565 B1 beschreibt ein Verfahren zur Messung von auf eine Struktur wirkenden Lasten. Hierzu werden an Lagerstrukturen, insbesondere an Rahmenteilen in der Nähe von Sützpunkten, Detektoren zur Messung von Verformungen eingesetzt. Diese Detektoren können insbesondere Dehnungsmessdetektoren sein. Die von den Detektoren ausgegebenen Messsignale werden mittels eines neuralen Netzwerks verarbeitet, indem sie durch eine Eingangsebene zugeführt und von einer Ausgangsebene entnommen werden. Das neurale Netzwerk wird hierbei im Voraus mit Teillasten eingelernt, um die Messsignale der Detektoren geeignet zu verarbeiten.The EP 0749565 B1 describes a method for measuring loads acting on a structure. For this purpose, detectors for measuring deformations are used on bearing structures, in particular on frame parts in the vicinity of supporting points. These detectors may in particular be strain gauges. The measurement signals output by the detectors are processed by a neural network by being fed through an input plane and taken from an output plane. The neural network is hereby taught in advance with partial loads in order to suitably process the measuring signals of the detectors.

Ein derartiges System ermöglicht zwar eine adaptive Anpasssung; es ist jedoch recht komplex, wobei insbesondere die Ausbildung eines großflächigen neuralen Netzwerkes mit hohen Kosten verbunden ist; weiterhin ist eine höhere Integration bzw. die Ausbildung kleiner Sensoren erschwert. Ein derartiges Flächenelement kann weiterhin auch nicht als großflächiges Ausgangsmaterial oder z. B. kostengünstig in einem Endlosverfahren ausgebildet werden, um nachfolgend jeweils geeignete Bereiche auszuschneiden, sondern es erfordert eine Herstellung in fest vorgegebener Dimensionierung.Although such a system allows an adaptive adaptation; However, it is quite complex, and in particular the formation of a large neural network is associated with high costs; Furthermore, a higher integration or the formation of small sensors is difficult. Such a surface element can not continue as a large-scale starting material or z. B. be formed inexpensively in a continuous process to cut each subsequent suitable areas, but it requires a production in fixed predetermined dimensions.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß sind Sensoren in, auf oder unter einem flexiblen Schichtmaterial angebracht, das somit – anders als z. B. eine großflächige, zur Homogenisierung dienende Metallplatte – eine Belastung einzelner Sensoren ermöglicht. Das Schichtmaterial kann eine oder mehrere Schichten aufweisen.According to the invention sensors are mounted in, on or under a flexible sheet material, which thus - unlike z. B. a large-scale, serving for homogenization metal plate - allows a load of individual sensors. The layer material may have one or more layers.

Erfindungsgemäß wird ein Sensormaterial verwendet, dessen elektrische Mess-Eigenschaft sich bei Druckbeaufschlagung nicht linear mit der beaufschlagten (lateralen) Fläche ändert, so dass die einwirkende Gesamt-Kraft nicht einfach durch z. B. Ausbildung eines einzigen großflächigen Sensors ermittelt werden kann.According to the invention, a sensor material is used whose electrical measurement property does not change linearly with the applied (lateral) surface when pressure is applied, so that the total force acting is not simply limited by z. B. training a single large-scale sensor can be determined.

Erfindungsgemäß wird für die Ermittlung der Gesamt-Kraft eine Vielzahl von Sensoren eingesetzt, insbesondere ein Sensor-Netzwerk, vorzugsweise als Matrix-Anordnung einzelner Sensoren. Die aufliegende Gesamt-Kraft, z. B. ein Gesamt-Gewicht eines aufliegenden Objektes, wird erfindungsgemäß durch Ermittlung der einzelnen Kraft-Beiträge bzw. Druck-Beiträge der einzelnen Sensoren und eine nachfolgende Aufsummierung bzw. Integration der einzelnen Sensorsignale über die gesamte Fläche des Flächenelementes oder die gesamte belastete Fläche des Flächenelementes erreicht.According to the invention, a multiplicity of sensors are used for determining the total force, in particular a sensor network, preferably as a matrix arrangement of individual sensors. The resting total force, z. B. a total weight of an overlying object, according to the invention by determining the individual force contributions or pressure contributions of the individual sensors and a subsequent summation or integration of the individual sensor signals over the entire surface of the surface element or the entire loaded surface of the surface element reached.

Somit kann die Gesamt-Fläche des sensierenden Flächenelementes in eine Vielzahl einzelner Sensoren bzw. Sensor-Elemente unterteilt werden, wobei jeder einzelne Sensor eine nicht lineare Eigenschaft aufweisen kann, wobei unterschiedliche Nichtlinearitäten möglich sind. Zum einen ändert sich die (elektrische) Mess-Eigenschaft bei Druckbeaufschlagung nicht linear proportional mit der beaufschlagten Fläche. Weiterhin kann sich diese Mess-Eigenschaft auch nicht linear proportional mit dem einwirkenden Druck ändern, so dass z. B. der Messwert des Sensor-Signals sich bei doppeltem Druck nicht für jeden Wert verdoppelt.Thus, the total area of the sensing surface element can be divided into a plurality of individual sensors or sensor elements, wherein each individual sensor can have a non-linear property, wherein different nonlinearities are possible. On the one hand, the (electrical) measuring property does not change linearly proportional to the applied area when pressurized. Furthermore, this measurement property can not change linearly proportional to the applied pressure, so that z. For example, the reading of the sensor signal does not double for each value at double pressure.

Erfindungsgemäß werden nicht die einzelnen Sensorsignale, d. h. die von den Sensoren ausgegebenen (elektrischen) Messsignale aufsummiert bzw. aufintegriert, sondern diese Sensor-Signale zunächst in entsprechende Druck-Beiträge bzw. Kraft-Beiträge (partielle Gewichtskräfte) umgerechnet, die in dem jeweiligen Sensorflächenbereich einwirken; nachfolgend können diese einzelnen Kraft-Beiträge bzw. Druck-Beiträge dann aufsummiert bzw. über die Gesamtfläche integriert werden.According to the invention, not the individual sensor signals, i. H. the accumulated (integrated) by the sensors (electrical) measurement signals or integrated, but these sensor signals first into corresponding pressure contributions or force contributions (partial weight forces) converted, which act in the respective sensor surface area; Subsequently, these individual power contributions or print contributions can then be summed or integrated over the total area.

Die zur Aufnahme der Sensor-Signale eingesetzte Steuereinrichtung weist vorteilhafterweise einen Speicher mit Daten über die Umkehr-Funktion bzw. die Abhängigkeit der Kraft bzw. des Drucks von dem Sensor-Signal auf. Bei gleicher Ausbildung der Sensoren ist somit nur die Speicherung einer einzigen derartigen Funktion erforderlich.The control device used for receiving the sensor signals advantageously has a memory with data on the reversal function or the dependence of the force or the pressure of the sensor signal. With the same design of the sensors thus only the storage of a single such function is required.

Die physikalische Messeigenschaft kann insbesondere der elektrische Widerstand sein, d. h. eine resistive Messung ermöglichen. Weiterhin kann aber z. B. auch eine kapazitive Messung oder Messung mit Piezo-Sensoren erfolgen.The physical measurement property may be, in particular, the electrical resistance, i. H. enable a resistive measurement. Furthermore, but z. B. also carried out a capacitive measurement or measurement with piezo sensors.

Erfindungsgemäß können somit kostengünstige Materialien, z. B. resistive Materialien, und einfache Aufbauten der Sensoren verwirklicht werden. Die Sensoren können z. B. als Schichtstapel bzw. Schichtfolge aus einer oder mehrerer Schichten des sensitiven Flächenmaterials und Leiterflächen zur Kontaktierung ausgebildet werden. Die einzelnen Sensoren können z. B. in einer Matrixanordnung angeordnet werden, so dass eine sehr kostengünstige Ausbildung möglich ist.According to the invention thus inexpensive materials, eg. As resistive materials, and simple structures of the sensors can be realized. The sensors can z. B. as a layer stack or layer sequence of one or more layers of the sensitive sheet material and conductor surfaces are formed for contacting. The individual sensors can z. B. are arranged in a matrix arrangement, so that a very cost-effective training is possible.

Die Herstellung des Flächenmaterials ist somit in einem Endlosverfahren möglich, z. B. durch Rollen bzw. Walzen eines Folienmaterials zur Strukturierung und insbesondere zum Auftragen von leitfähigem Material zur Ausbildung der Kontakte bzw. Sensor-Anschlüsse und der Zuleitungen. Seitliche Kontaktierleisten und/oder Multiplexer und gegebenenfalls die Steuereinrichtung können dann nach Zuschneiden der gewünschten Größe angebracht werden.The production of the sheet material is thus possible in a continuous process, for. B. by rolling or rolling a foil material for structuring and in particular for applying conductive material to form the contacts or sensor terminals and the leads. Lateral contact strips and / or multiplexers and optionally the control device can then be attached after cutting the desired size.

Das erfindungsgemäße Flächenelement kann insbesondere ein Fußbodenbelag sein, weiterhin auch eine Kraftmess-Folie zum Einsatz in einem Fahrzeug zur Messung aufliegender Kräfte, insbesondere von Achskräften.The surface element according to the invention may in particular be a floor covering, and also a force measuring foil for use in a vehicle for measuring overlying forces, in particular of axial forces.

Erfindungsgemäß können einzelne Objekte als aneinander angrenzende Flächenbereiche belasteter Sensoren erkannt werden. Somit können z. B. auch mehrere Objekte auf einem gemeinsamen Fußbodenbelag unterschieden werden.According to the invention, individual objects can be detected as adjoining surface areas of loaded sensors. Thus, z. B. a plurality of objects can be distinguished on a common floor covering.

Weiterhin wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung der Gesamt-Kraft geschaffen.Furthermore, an inventive method for determining the total force is created.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Flächenelement gemäß einer Ausführungsform als Sensor-Netzwerk bzw. Matrix-Anordnung aus Sensoren; 1 shows an inventive surface element according to one embodiment as a sensor network or matrix arrangement of sensors;

2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm der lateralen Verteilung des auf den Flächenbelag einwirkenden Drucks; 2 shows an exemplary diagram of the lateral distribution of the pressure acting on the surface covering pressure;

3 zeigt Diagramme a) der Funktion des Messwertes des Sensor-Signals von dem einwirkenden Druck und b) der Umkehrfunktion; 3 shows diagrams a) the function of the measured value of the sensor signal from the applied pressure and b) the inverse function;

4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ermittlung des einwirkenden Gesamtgewichts durch Auswertung der einzelnen Sensoren; und 4 shows an embodiment of the inventive determination of the total weight acting by evaluation of the individual sensors; and

5 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Flächenelement gemäß einer Ausführungsform. 5 shows a section through a surface element according to the invention according to an embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Ein erfindungsgemäßes sensierendes Flächenelement 1 dient als Fußbodenbelag bzw. Teil eines mehrschichtigen Fußbodenbelags und weist in oder auf einem flexiblen Schichtmaterial, hier einem Folienmaterial (Trägermaterial) 2, ein Sensor-Netzwerk 3 aus einer Vielzahl einzelner Sensoren 4i auf, wobei i = 1, 2, 3, ... ein fortlaufender Index ist. Bei dieser gezeigten Ausführungsform ist das Sensor-Netzwerk 3 eine Sensor-Matrix in Zeilen- und Spalten-Anordnung. Die einzelnen Sensoren 4i sind jeweils an Zeilenleitungen 5 und Spaltenleitungen 6 angeschlossen, wobei der Übersichtlichkeit die Zeilenleitungen 5 gestrichelt dargestellt sind. Die einzelnen Sensoren 4i des Sensor-Netzwerks 3 können somit durch Adressierung der einzelnen Zeilenleitungen 5 und Spaltenleitungen 6 jeweils einzeln ausgelesen werden. Die Zeilenleitungen 5 sind an eine erste Leiste 8 (Zeilen-Leiste) angeschlossen, die als erster Multiplexer zum Multiplexen der Zeilenleitungen 5 dient; entsprechend sind die Spaltenleitungen 6 an eine zweite Leiste 9 (Spalten-Leiste) angeschlossen, die als zweiter Multiplexer zum Multiplexen der Spaltenleitungen 6 dient.An inventive sensing surface element 1 serves as a floor covering or part of a multilayer floor covering and has in or on a flexible layer material, here a foil material (carrier material) 2 , a sensor network 3 from a variety of individual sensors 4i on, where i = 1, 2, 3, ... is a continuous index. In this illustrated embodiment, the sensor network is 3 a sensor matrix in row and column arrangement. The individual sensors 4i are each on row lines 5 and column lines 6 connected, with the clarity of the row lines 5 are shown in dashed lines. The individual sensors 4i of the sensor network 3 can thus by addressing the individual row lines 5 and column lines 6 be read out individually. The row lines 5 are at a first bar 8th (Line bar) connected as the first multiplexer for multiplexing the row lines 5 is used; Corresponding are the column lines 6 to a second bar 9 (Column bar) connected as a second multiplexer for multiplexing the column lines 6 serves.

Die Sensoren 4i bilden aneinander angrenzende Flächenelemente; sie messen jeweils einen einwirkenden Druck P und liefern ein analoges Sensor-Signal Xi mit einem Wertebereich von Xmin bis Xmax. Hierbei können die Sensoren 4i z. B. jeweils eine resistive Messung durchführen.The sensors 4i form adjacent surface elements; They each measure an acting pressure P and deliver an analog sensor signal Xi with a value range from Xmin to Xmax. Here, the sensors 4i z. B. each perform a resistive measurement.

5 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines Flächenelementes 1 im Schnitt, bei dem die Zeilenleitung 5 und Spaltenleitung 6 eine obere und untere Beschichtung bilden und durch z. B. eine Isolationsschicht 12 getrennt sind, wobei bereichsweise zwischen der Zeilenleitung 5 und Spaltenleitung 6 ein komprimierbares, resistives Material 10 angeordnet ist, das bei Druckbelastung seinen Widerstandswert ändert. 1 und 5 sind insbesondere auch dahingehend schematisiert, dass die Sensoren 4i vorteilhafterweise – wie in 4 gezeigt und somit anders als in 1 und 5 – direkt aneinander angrenzen und somit eine durchgehende Fläche ausbilden; die Darstellung der 1 dient insbesondere dazu, den Verlauf der Leitungen 5 und 6 zu verdeutlichen. Anders als in 5 dargestellt sollten die Bereiche des resistiven Materials 10 somit möglichst dicht aneinander grenzen. 5 shows an example of an embodiment of a surface element 1 on average, where the row line 5 and column line 6 form an upper and lower coating and by z. B. an insulation layer 12 are separated, with some area between the row line 5 and column line 6 a compressible, resistive material 10 is arranged, which changes its resistance value under pressure load. 1 and 5 In particular, they are also schematic in that the sensors 4i advantageously - as in 4 shown and thus different than in 1 and 5 - directly adjacent to each other and thus form a continuous surface; the representation of 1 serves in particular to the course of the lines 5 and 6 to clarify. Unlike in 5 Shown are the areas of the resistive material 10 thus bordering each other as close as possible.

Das Sensorsignal Xi weist vorzugsweise bei P = 0, d. h. im umbelasteten Zustand einen Ruhe-Signalwert Xmin = 0 auf. In 5 ist beispielhaft hierzu ein Freiraum 11 oberhalb des resistiven Materials 10 ausgebildet, damit ein nicht belasteter Sensor 4i im unbelasteten Zustand keinen Widerstandsbeitrag liefert. Bei Belastung durch einen geringen Druck P schließt zunächst der Freiraum 11, so dass das resistive Material 10 direkt zwischen der Zeilenleitung 5 und Spaltenleitung 6 kontaktiert ist, wobei bei zunehmendem Druck P sich die Dicke des Sensormaterials 10 sowie auch das elektrische Verhalten ändert.The sensor signal Xi preferably has a rest signal value Xmin = 0 at P = 0, ie in the loaded state. In 5 is an example of this a free space 11 above the resistive material 10 designed so that a non-loaded sensor 4i provides no resistance contribution in the unloaded state. When loaded by a low pressure P first closes the free space 11 so that the resistive material 10 directly between the row line 5 and column line 6 is contacted, with increasing pressure P, the thickness of the sensor material 10 as well as the electrical behavior changes.

3, Diagramm b) zeigt die entsprechende Umkehrfunktion P(X), die erfindungsgemäß zur Ermittlung der einzelnen Kraft-Beiträge, d. h. der Kraft-Signale Fi der einzelnen Sensoren 4i dient. 3 , Diagram b) shows the corresponding inverse function P (X) according to the invention for determining the individual force contributions, ie the force signals Fi of the individual sensors 4i serves.

Weiterhin können die Sensoren 4 auch kapazitiv oder z. B. als Piezo-Elemente ausgelegt sein, so dass sich entsprechend dem einwirkenden Druck P jeweils ihre Kapazität oder eine von ihnen ausgegebene Piezo-Spannung ändert.Furthermore, the sensors can 4 also capacitive or z. B. be designed as piezoelectric elements, so that changes according to the applied pressure P each have their capacity or a piezoelectric voltage output from them.

In 5 ist beispielhaft gezeigt, dass auf dem Flächenelement 1 eine obere Schicht 14 und unterhalb z. B. eine untere Schicht 15 ausgebildet sind. Diese Schichten 14 und 15 können Teil des Flächenelementes 1 oder zusätzliche Elemente sein. Die obere Schicht 14 kann z. B. ein Teppich oder eine obere Fußbodenschicht sein, die untere Schicht 15 kann auch entfallen. 2 zeigt eine ungleichmäßige Dichteverteilung über die Gesamtfläche A des Flächenelementes 1, wobei in 2 der Einfachheit halber auf der Abszisse eine eindimensionale Richtung A bzw. Erstreckung des Flächenelementes 1 eingezeichnet ist, die z. B. die Spalten-Richtung oder Zeilen-Richtung, aber z. B. auch eine hierzu diagonale Richtung des in 1 gezeigten Flächenelementes 1 sein kann. Es ergibt sich ein unregelmäßiger, z. B. wellenartiger Verlauf des einwirkenden Drucks P über die Gesamtfläche A, so dass die verschiedenen Sensoren 4i, 4(i + 1) jeweils unterschiedliche Drücke erfahren, und wobei auch innerhalb einer Fläche a4 der einzelnen Sensoren 4i, 4(i + 1) Inhomogenitäten auftreten. Jeder Sensor 4i, 4(i + 1) ermittelt den auf ihn einwirkenden Druck P und gibt ein Sensor-Signal Xi, X(i + 1), ... aus.In 5 is exemplified that on the surface element 1 an upper layer 14 and below z. B. a lower layer 15 are formed. These layers 14 and 15 can be part of the surface element 1 or additional elements. The upper layer 14 can z. B. a carpet or an upper floor layer, the lower layer 15 can also be omitted. 2 shows an uneven density distribution over the total area A of the surface element 1 , where in 2 for the sake of simplicity, on the abscissa a one-dimensional direction A or extension of the surface element 1 is located, the z. As the column direction or line direction, but z. B. also a diagonal direction of this in 1 shown surface element 1 can be. It results in an irregular, z. B. wave-like course of the applied pressure P over the total area A, so that the various sensors 4i . 4 (i + 1) each experiencing different pressures, and wherein also within an area a4 of the individual sensors 4i . 4 (i + 1) Inhomogeneities occur. Every sensor 4i . 4 (i + 1) determines the pressure P acting on it and outputs a sensor signal Xi, X (i + 1),.

Erfindungsgemäß wird bei einer Belastung des Flächenelementes 1 eine Gesamtbelastung, d. h. eine einwirkende Gesamt-Kraft F ermittelt als Summe der auf die einzelnen Sensoren 4i wirkenden Kräfte Fi. Somit wird erfindungsgemäß zunächst in Schritt 22 aus jedem Sensor-Signal Xi gemäß der Umkehrfunktion P(X) aus 3b) ein Druck-Signal Pi und mit der einheitlichen Sensor-Fläche a4 ein jeweiliger Kraft-Beitrag Fi = (Pi·a4) ermittelt, und nachfolgend werden die Kraft-Beiträge bzw. Kraft-Signale Fi über alle Sensoren 4i summiert, wie in 4 in Schritt 23 schematisiert gezeigt: die Sensoren 4i, 4i + 1 liefern hier jeweils ein Sensor-Signal Xi, X (i + 1), das in Schritt 22 in einen Kraft-Beitrag Fi umgerechnet wird, woraufhin in Schritt 23 die Kraftbeiträge Fi, F(i + 1) aussummiert werden, so dass nachfolgend in Schritt 24 die insgesamt einwirkende Kraft F ermittelt werden kann. 4 lässt sich auch derartig darstellen, dass in Schritt 23 zunächst die einzelnen Druck-Werte Pi aufsummiert werden, dann in einem nachfolgenden Schritt die Summe des gesamten Druck-Wertes mit der für alle Sensoren 4i einheitlichen Fläche a4 multipliziert wird, so dass sich das Gesamt-Gewicht F ergibt. Somit stellt 4 auch bereits das erfindungsgemäße Verfahren dar.According to the invention is at a load of the surface element 1 a total load, ie an acting total force F determined as the sum of the individual sensors 4i acting forces Fi. Thus, according to the invention first in step 22 from each sensor signal Xi according to the inverse function P (X) 3b ) a pressure signal Pi and with the unitary sensor surface a4 a respective force contribution Fi = (Pi · a4) is determined, and subsequently the force contributions or force signals Fi over all sensors 4i summed up as in 4 in step 23 shown schematically: the sensors 4i . 4i + 1 provide here in each case a sensor signal Xi, X (i + 1), which in step 22 is converted into a force contribution Fi, whereupon in step 23 the force contributions Fi, F (i + 1) are summed up, so that in step 24 the total acting force F can be determined. 4 can also be represented in such a way that in step 23 First, the individual pressure values Pi are summed, then in a subsequent step, the sum of the total pressure value with the for all sensors 4i is multiplied uniform area a4, so that the total weight F results. Thus presents 4 also already the inventive method.

Erfindungsgemäß können somit die Nicht-Linearitäten der Funktion X (P) berücksichtigt werden, d. h. sowohl die Nichtlinearität der 3a) als auch die Nichtlineariät bezüglich einer lateralen Verteilung einer einwirkenden Kraft auf mehrere Sensoren 4i, 4i + 1, ....Thus, according to the invention, the non-linearities of the function X (P) can be taken into account, ie both the nonlinearity of the function 3a ) as well as the nonlinearity with respect to a lateral distribution of an acting force on a plurality of sensors 4i . 4i + 1 , ....

Gemäß 1 ist eine Steuereinrichtung 20 vorgesehen, die die Sensor-Signale Xi der Sensoren 4i aufnimmt, z. B. durch Auslesen der Widerstandswerte der Sensoren 4i bzw. anderer Messwerte durch Adressierung der Zeilenleitungen 5 und Spaltenleitungen 6 über die als Multiplexer wirkenden Leisten 8 und 9. Die Steuereinrichtung 20 kann somit zu jedem Sensor-Signal Xi zunächst den jeweiligen Druckwert Pi oder Kraftwert Fi ermitteln, diese nachfolgend aussummieren und hieraus die Gesamtkraft F ermitteln.According to 1 is a control device 20 provided, which are the sensor signals Xi of the sensors 4i absorbs, for. B. by reading the resistance values of the sensors 4i or other measured values by addressing the row lines 5 and column lines 6 via the bars acting as multiplexers 8th and 9 , The control device 20 Thus, for each sensor signal Xi, it is first possible to determine the respective pressure value Pi or force value Fi, to sum it up subsequently and to determine the total force F from this.

Gemäß 5 kann das gesamte sensierende Flächenelement 1 somit als Folienmaterial 2 aus z. B. zwei oder drei Schichten 5, 6, 12, zusätzlich mit dem resistierenden Flächenmaterial 10, und ggf. der oberen Schicht 14 und unteren Schicht 15 als Flächenmaterial ausgebildet werden. Die leitfähigen Schichten 5 und 6 können z. B. auf die isolierende Schicht 12 aufgedruckt werden, was z. B. in einem Roll-Druckverfahren oder anderen Druckverfahren fortlaufend erfolgen kann, wobei sie mit Freiräumen 5-1 etc. strukturiert sein können. Somit kann das Flächenelement 1 als Material mit z. B. konstanter Breite und beliebiger Länge in einem Endlos-Verfahren hergestellt werden, so dass eine kostengünstige Ausbildung möglich ist. Bei der gezeigte Ausführungsform der 1 sind nachfolgend lediglich die als Multiplexer dienenden Leisten 8, 9 anzubringen.According to 5 can the entire sensational surface element 1 thus as a film material 2 from z. B. two or three layers 5 . 6 . 12 , in addition to the resistive sheet material 10 , and possibly the upper layer 14 and lower layer 15 be formed as a sheet material. The conductive layers 5 and 6 can z. B. on the insulating layer 12 be printed on what z. B. in a roll-printing process or other printing process can be carried out continuously, with free space 5-1 etc. can be structured. Thus, the surface element 1 as a material with z. B. constant width and any length can be produced in a continuous process, so that a cost-effective training is possible. In the embodiment shown the 1 Below are only serving as multiplexer bars 8th . 9 to install.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0749565 B1 [0008]

Claims

Sensing surface element ( 1 ) comprising at least: a flexible layer material ( 2 ), and a plurality of touch-sensitive sensors ( 4i ), which have an electrical measurement property (R, C) and in each case output a sensor signal (Xi) when pressurized, a control device ( 20 ) for receiving the sensor signals (Xi), characterized in that the electrical measuring property (R, C) of the sensors ( 4i ) does not change linearly with the applied area when pressurized, and the control device ( 20 ) from the individual sensor signals (Xi) in each case a pressure signal (Pi) or force signal (Fi) determined and the individual detected pressure signals (Pi) or force signals (Fi) via the plurality of sensors ( 4i ) and determines an acting total force (F).

Surface element ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the sensors ( 4i ) adjoin one another and the control device ( 20 ) the individual sensor signals (Xi) over the several adjacent, loaded sensors ( 4i ).

Surface element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is a floor covering or a force-measuring film for use in a vehicle for measuring overlying forces.

Surface element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring property (R, C) or the sensor signal (Xi) of the sensors ( 4i ) is not linearly proportional to the applied pressure (P) and data on the dependence of the force or pressure signal (Fi, Pi) on the measured value of the sensor signal (Xi) in an internal or external memory of the control device ( 20 ) are stored.

Surface element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 20 ) the pressure or force signals (Pi, Fi) of the individual sensors ( 4i ) from stored values via the functional dependence of the applied pressure (Pi) or the applied force (Fi) on the measured value of the sensor signal (Xi).

Surface element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor surfaces (a4) of the individual sensors ( 4i ) are substantially the same.

Surface element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the plurality of sensors ( 4i ) a sensor network ( 3 ) with a matrix arrangement of the individual sensors ( 4i ).

Surface element ( 1 ) according to claim 7, characterized in that contact surfaces and conductor tracks ( 5 . 6 ) of the sensor network onto the flexible layer material ( 2 ) are printed.

Surface element ( 1 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the sensors ( 4i ) are arranged in columns and rows and via at least one line multiplexer ( 8th ) and a column multiplexer ( 9 ) are readable by addressing their column number and row number, the multiplexers ( 8th . 9 ) with the control device ( 20 ) are connected.

Surface element ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the sensor network ( 3 ) as cut-to-length goods with laterally attachable multiplexers ( 8th . 9 ) is trained.

Method for determining a surface element ( 1 ) with individual sensors ( 4i ) acting total force (F), in which sensor signals (Xi) of the loaded sensors ( 4i ), whereby the sensors ( 4i ) have an electrical measurement property (R, C), which does not change linearly proportional to the applied area upon pressurization, from the individual sensor signals (Xi) in each case a pressure signal (Pi) or force signal (Fi) is determined ( 22 ), and subsequently the individual detected pressure signals (Pi) or force signals (Fi) via the plurality of sensors ( 4i ) are summed up ( 23 ), and an acting total force (F) is determined ( 24 ).

Method according to claim 11, characterized in that the measuring property (R, C) of the sensors ( 4i ) does not change linearly with the applied area when pressurized, and the pressure or force signals (Pi, Fi) of the individual sensors ( 4i ) from the sensor signals (Xi) and stored values on the functional dependence of the applied pressure (Pi) or the applied force (Fi) of the measured value of the sensor signal (Xi) is determined.

A method according to claim 11 or 12, characterized in that individual objects as adjoining surface areas of loaded sensors ( 4i ) be recognized.