CN103930026B - 传感垫结构 - Google Patents

Abstract

一种用于测量足底压力的传感器垫结构，其包括多个传感器被布置在其中的支撑基座。每个传感器包含具有截棱锥结构的可变形单元(20)，可变形单元(20)与支撑基座一起限定壳体(25)，该壳体(25)中容纳光源的至少一个发射器(12)和至少一个光敏检测器(14)，以测量每个单元在承受负荷P时的变形所造成的变化的光强度。分离元件(13)位于所述发射器和所述检测器之间。当单元承受负荷P时，分离元件与负荷P成比例地降低，并且侧壁(23)横向扩展，从而占据小于分离空间S的变形空间D。该传感器垫结构可以是被配置为适合鞋子的传感鞋垫。

Description

传感垫结构

技术领域

本发明涉及能够测量与用户的足部的足底接触的行为、确定该接触行为的强度和相同行为的应用位置的传感垫(sensorized mat)的结构。

背景技术

众所周知，为了分析患者的静止站立位置或者甚至为了评估步态的动态，传感垫(sensorized mat)被足部的许多区域中的足底压力、或者步态训练期间足底压力的变化和分布要被检测的情形中。一种用于评估足底压力的具体类型的这种垫子是已知的，并且被称为踏足板(footboard)或测力台(force plantform)。

测力台是一种包括多个传感器的垫子，该多个传感器在足部运动期间测量力、表面和时间。这三个因素允许分析下肢的运动的集合并允许确定患者所描述的症状的可能的姿势起源。

替换传感垫，使用所谓的传感鞋垫(sensorized insoles)，其允许分析鞋中的足部的压力，也基于一些步行步伐记录数据长达几个步行小时。患者可以根据自己的习惯以任何方向自由移动。

特别地，每个传感鞋垫被放入鞋中并被连接到由患者的鞋所承载的数据-收集计算单元。替换地，在不可能的情况下，可以将电子器件系到骨盆、足踝、腿上，或可以用电缆将其连接至鞋垫。

特别地，各种类型的远程传感器被用于鞋垫中，例如足部的压力改变容量的电容式传感器(例如参见WO2009089406)、足部的压力改变电阻的电阻传感器、利用油墨或聚合物的导电能力的油墨传感器或聚合物传感器。上述类型的传感器需要经常调整，以便获得精确的测量结果。

一种混合单元(hydrocell)技术也是已知的，其在足部的支撑表面上设置了包含液体或空气的承重，其与所用的压阻压力传感器相结合以便确定流体压力。

进一步使用包括光学传感器的传感器，光学传感器测量源朝敏感元件发射的光的变化。

可以针对所用的传感器的种类以及针对传感器的数目和分布将制造传感鞋垫的垫子进行分类，包括：分离分布的垫子或鞋垫，以及具有传感器的矩阵的垫子或鞋垫。

在第一类型中，传感器的数量没有覆盖垫子或鞋垫的全部区域，并且有可能仅确定相对于感兴趣的区域(即提供传感器的区域)中对地面的作用力的垂直分量的一个信息。

由于较少数量的传感器，上述类型在同一垫子或鞋垫内留下自由空间以实现对其操作所必需的所有电子器件，使得它们使用舒适并实际，但是不允许获得压力的检测。

在如WO2009089406描述的第二类型中，即具有传感器矩阵的垫子或鞋垫，存在基本上覆盖所有的接触区域的数量远远更高的传感器。这样，有可能获得足底压力的全部映射，特别是对地面的反应的总的力(总的地面反作用力)的垂直分量、压力的中心(CoP)和在整个的足部上(all the foot)的足底压力的分布。然而，在这种垫子或鞋垫中，会出现为了相邻效果的传感器的矩阵布置以及彼此靠近的布置涉及没有直接承受足底压力的相邻传感器受到影响。其后面的非精确测量是不可靠的，因为它涉及相对于实际承受足底压力的那些传感器不同的大量传感器。

此外，在上述类型的具有高密度的传感器的垫子和鞋垫中，必须提供分离的且外部的电子器件来分析和放大来自传感器的信号并将其传输到远程控制单元以及远程电池。因此，这些矩阵垫子或鞋垫仅仅用在专业化的中心中，由于它们需要必须由专业的操作人员组装和调节以获得可靠的测量的专用空间和装备。

这使得不可能在家庭治疗设备或定制设备的领域中使用。

感到需要提供一种传感垫或鞋垫，其不具有传感器的调节的问题，不需要外部控制装置或供应装置，并且其使之有可能获得精确和可靠的测量。

特别地，在鞋垫的情况下，希望的是其可以被完全集成在鞋中并且同时允许获得族地区与的全部映射。

发明内容

因此本发明的一个特征在于提供一种传感垫(sensorized mat)的结构，该传感垫具有高密度的传感器，并且于是具有良好的空间分辨率，并且同时不需要外部设备。

本发明的另一个特征为提供一种传感垫的结构，该传感垫使得有可能进行非常精确的测量，并且不需要调整操作。

本发明的进一步的特征为提供一种传感垫的结构，该传感垫可以被完全地插入鞋内，从而监测患者的每日步行条件。

本发明的还有一个特征为提供一种容易且廉价制造的传感垫的结构。

这些和其它目的通过传感垫的结构来实现，其包括：

支撑基座；

分布在所述支撑基座上多个传感器，所述多个传感器适于在它们遇到承载在其上的负荷时产生相应的测量信号；

与所述多个传感器相关联的控制单元，所述控制单元被配置成分析和/或传输所述测量信号；

被布置成提供所述多个传感器和所述控制单元的供给单元；

其中每个传感器均包括具有盒状形状的可变形单元，并且其中所述多个传感器被布置在所述支撑基座上使得所述单元关于彼此相邻，

所述单元中的每一个包括：

使用时在所述支撑基座对面并被布置成接纳所述负荷的支撑壁，以及位于所述支撑基座和所述支撑壁之间、限定壳体的多个可变形的侧壁；

所述壳体中的至少一个光发射器和至少一个光敏检测器，所述光敏检测器被配置为测量由所述发射器所发射的变化的光强度，所述变化的光强度是由于每个单元在遇到所述负荷时变形所造成的，

其中所述单元以预定的分离空间彼此隔开，使得当每个单元的所述支撑壁遭受所述负荷时，所述侧壁改变它们的形状并朝向所述支撑基座被压缩，同时横向扩展，占据小于所述分离空间的变形空间，从而使相邻的单元彼此不接触。

这样，每个单元在不存在相邻单元之间的串扰现象的情况下恢复响应于承载在其上的负荷的测量信号。实际上，只有承受负荷的单元产生相应的测量信号，且相邻的单元不受影响，因为每个单元的侧壁的变形小于在相同的单元之间所设置的变形空间。换句话说，不直接承受负荷的单元不承受负荷的单元的变形或“肿胀(swelling)”的影响，并且于是不提供相应的测量信号。即，就可保证行走期间或在静态站立位置的保持期间对足底上产生的压力的最精确的测量。

此外，具有盒状形状的这些单元被布置为弹性减震器的阵列，该弹性减震器阵列允许整体减震，于是不需要进一步的鞋垫减震层。

有利地，每个单元包括弹性材料的边界框架，以便限定所述发射器和所述光敏检测器位于其中的所述壳体，所述边界框架被布置成容纳电子部件如获取/调节组件。

边界框架围绕其中布置了发射器和检测器的壳体，提供可用于以分布式方式布置电子部件的自由区域。实际上，由于侧壁及其厚度的存在，在俯视平面图中看它们，传感器中的区域被由发射器和由检测器所占的区域所不感兴趣的边界框架包围。该框架提供了在其中有可能以分布式方式布置电子部件如获取/调节部件的可用区域。

特别地，每个单元包括“空”部分，它表示其中容纳所述光发射器和所述光敏检测器的所述壳体，以及连接至所述支撑基座的装满弹性材料(特别是硅橡胶)的“实”部分。在俯视平面图中看它们，实部分形成一种“框架的矩阵”。有利地，所有这些区域可以被用来以分布式方式容纳诸如用于调节或传输所获得的数据的有用的电子部件。

在示例性实施例中，发射器和检测器被直接连接到支撑基座，该支撑基座优选地可以是半导体层。这样，每个单元表示限定壳体并安装支撑基座的弹性钟形结构的外壳。

替换地，每个单元包括封闭的底部以形成封闭的容器，发射器和检测器存在于该封闭的容器中。即使在这种情况下，每个单元随后被布置在支撑基座上，以便形成传感支撑表面。

有利地，所述单元具有截棱锥结构，特别是截棱锥正方形或矩形基底。特别地，所述单元充满基座，并具有终止在所述支撑壁上的倾斜侧壁。

这样，截棱锥结构关于承载在侧壁上的切向负荷是刚硬的，并且关于承载在支撑壁上的法向负荷是可变形的。这样的结构于是允许最小化侧壁的扩展，并且使高数量的传感器的支撑基座上的布置能够彼此接近，显著提高了传感垫的分辨率。

此外，与光学传感器结合的截棱锥结构允许测量信号具有足够高以被控制单元直接传输和分析的范围/信号偏移。

有利地，所述单元具有截棱锥结构，特别是每个截棱锥单元具有阶梯状部分，使得在所述阶梯状部分处所述截棱锥单元基本上彼此相邻，并且在所述支撑壁处所述截棱锥单元间隔所述分离空间的距离。

此外，阶梯状部分在阶梯状部分处限定最小分离空间S_min并在支撑壁处限定最大分离空间S_max。

在这种情况下，相邻单元之间的预定分离空间S在高度上在最小值和最大值之间增加，使得在截棱锥底底部单元基本上彼此相邻，而在截棱锥顶部单元被间隔开。这样，由于截棱锥单元的扩展在棱锥的平截头体的中间区域执行，它在棱锥的平截头体的侧壁之间在任何情况下都不存在实质接触的情况下发生。

特别地，所述单元中的每个包括：

光发射器；

布置在关于所述发射器的相对侧的光敏检测器；

位于所述光发射器和所述光敏检测器之间的分离元件，所述分离元件被布置成从静止结构移动到承载结构，在所述静止结构中，所述单元是不承受所述负荷的单元并且所述发射器发射的基本上所有的发射光都被所述光敏检测器收集，在所述承载结构中，所述分离元件与所述负荷成比例地降低并在所述光发射器和所述光敏检测器之间部分地遮蔽由光敏检测器所收集的光。这样，分离器使传感器能够极其不受对齐到相同元件的切向变形影响。

此外，包括具有光敏检测器的光发射器的光学传感器和具有分离元件的单元的锥结构之间的组合允许获得输出测量信号，所述输出测量信号已经包含足够高以被直接传输和分析的范围/信号偏移。特别地，输出信号具有宽的动态范围(最大信号偏移)，因此简化了可以用来处理该信号的电子器件。这样，安装到垫子的电子器件被减小到最小，使得它可以被完全集成在传感垫中。

单元的结构和传感器的这种组合产生非常宽的输出，使得传感器对环境条件(温度、湿度、漂移时间)的灵敏度是最小的。这样，传感器不需要在第一次使用之后重新校准。

具体而言，以与大多数的切向作用力相同的方向定向所述分离；在分析步态的情况下，所述分离沿相同的方向被定向。这样，传感器沿在足部和鞋底之间所展开的步态的方向对切向力基本上是不敏感的。

可选择地，每个单元在所述壳体中包括N个发射机和配备有K个分离元件的M个接收机。在这种情况下，有可能在也存在切向力的情况下以最精确的方式确定法向力，并且还用于确定切向力。

在特定的示例性实施例中，所述的传感垫是传感鞋垫(sensorized insole)，所述传感鞋垫被配置以适合鞋子以便监测由用户的足部所产生的压力。

有利地，所述传感鞋垫包括被布置在足底弓处、用于所述控制单元和所述供给单元的壳体。这样，在足底弓处获得的壳体有利于利用没有承受足底压力的区域(在健康主题中)。在该区域中，于是有可能集成用于数据采集和信号处理的所有的电子器件，从而获得具有板上电子器件的鞋垫。

特别地，所述控制单元包括用于将所述传感器所测量的测量信号传送到远程单元的装置，例如蓝牙发射器。后者被放在足底弓内的壳体中，特别是关于鞋垫正交的位置中。

特别地，提供了一种涂覆层，其包括被布置以与在布置所述传感器(10)之处与所述支撑基座耦合的所述多个单元。优选地，所述涂覆层可由弹性材料制成。特别地，弹性材料可以选自由以下材料构成的群组：

粘弹性材料，特别是硅橡胶；

塑料材料；

合成橡胶；

天然橡胶；

或其组合。

这样，弹性材料具有柔软、符合人机工学以及具有缓冲效果的优点。此外，人体工学的优点不会被不需要被添加到传感器的进一步的外部层(如现有技术的鞋垫)所阻碍，但是被同样是人体工学的且柔软的传感器的相同单元结构所阻碍，以及被结合所使用的弹性材料的每个单元的盒状形状所阻碍。

有利地，所述单元的所述涂覆层是深色屏蔽，特别是黑色的，从而避免外部光影响设备或者光泄漏到环境中。

根据本发明的另一方面，一种用于测量作用在表面上的负荷的方法包括下列步骤：

预布置支撑基座；

以分布式方式将多个传感器预布置在所述支撑基座上，所述多个传感器适于在它们承受承载在其上的所述负荷时产生相应的测量信号，其中每个传感器包括具有盒状形状的可变形单元，所述单元中的每个包括：

在使用中与所述支撑基座相对并被布置以接收所述负荷的支撑壁，以及位于所述基座与所述支撑壁之间、限定壳体的多个可变形侧壁；

在所述壳体中的至少一个光发射器和至少一个光敏检测器；

并且其中所述多个传感器被布置在所述支撑基座上使得所述单元彼此相邻并以预定的分离空间相互分开，

通过每个单元的每个光敏检测器测量由于所述单元在承受所述负荷时的变形所引起的、从所述单元的相应发射器收集的光强度的变化，

其中在两个相邻单元之间的所述分离空间使得当每个单元的所述支撑壁承受所述负荷时，所述侧壁改变它们的形状并朝向所述支撑基座被压缩，同时横向扩展，占据小于所述分离空间的变形空间，从而使相邻的单元彼此不接触。

附图说明

现在将参照所附的附图以本发明的示例性但非限制性的示例实施例的下列描述示出本发明，在附图中：

图1根据本发明示出具有传感单元矩阵的传感垫的透视图；

图2示出具有光发射器和检测器以及分离元件的传感单元的示意横截面图，其中分离元件适用于响应于作用在该单元上的负荷遮挡所发射的光；

图3示出彼此相邻的具有平截头体形状的一对单元的示意横截面图，该单元以间隔空间分开，该间隔空间比较单元在承受负荷时的行为并强调侧壁的变形不会产生与相邻单元串扰的效果；

图4A示意性地示出垫或床垫的透视图，其中可以实现图1至3中所示的传感垫结构；

图4B示意性地示出根据本发明的传感垫可以被安装在座位或靠背上的椅子的透视图；

图4C示出包括图2的传感单元的传感鞋垫的透视示意图，该传感鞋垫包括用被布置以限定用户的足部的支撑表面的可变形单元的矩阵耦连到弹性材料的封面的支撑基座；

图5A示意性地示出包括多个区域并在足底弓处具有用于电子器件的壳体的半导体支撑基座；

图5B示意性地示出了图5的半导体支撑基座，其中多个发射器和接收器被布置在每个区域上并且其中提供了控制并供应传感器的电子板；

图6示出设置在鞋中的传感鞋垫的顶视平面图，其描绘覆盖整个足部支撑区域的彼此相邻的多个传感单元。

具体实施方式

在图1中，示意性地地示出传感垫的结构100，其包括支撑基座1，其中设置了多个传感器10，该支撑基座适于当传感器承受承载在其上的负荷P(图2)时产生相应的测量信号15。

垫的结构100还包括与多个传感器10相关联被配置成分析和/或发送测量信号15的控制单元30，以及被设置成供应多个传感器10和控制单元30的供给单元40。

特别地，如在图2的放大视图中所示的，每个传感器10包括具有盒状形状的可变形单元20，并且多个传感器10被设置在支撑底座1(特别是由普遍用于板电子器件的类型的树脂制成)上，使得单元20彼此相邻并以预定分离空间S隔开(图3)。存在于两个相邻单元20之间的预定分离空间(S)，特别是针对小的负荷，避免了被相邻布置的、能够彼此接触的传感器彼此接触。这样，避免了影响测量的风险。

更特别地，每个单元20包括在使用中与支撑基座1相对并被布置成接收负荷P的支撑壁22。此外，该单元包括多个侧壁23，其在使用中与支撑壁22以及支撑基座1一起限定腔室或空间或壳体25，在壳体25中存在至少一个光发射器12和至少一个光敏检测器14，后者被配置成测量由于每个单元20在承受负荷时的变形所造成的变化的光强度。

这样，如图3所示，当每个单元20的支撑壁22承受负荷P时，侧壁23改变其形状并朝向支撑基座1被压缩，同时横向延伸，占据小于分离空间S的变形空间D。

特别地，在图3中，示出承受负荷P的单元20’和没有承受该负荷的单元20之间的对比。单元20和20’的形状使得侧壁23相对于没有占据分离空间S的静止结构被扩展，用非连续线示出，从而避免使相邻单元变形，并避免造成影响测量的“串扰”。这样，保证了在行走时或在静止站立位置中足部所产生的压力的最精确的测量。实际上，只有承受负荷P的单元20’产生相应的测量信号15，而相邻单元不受影响，因为每个单元的侧壁23的变形D小于设置在单元20、20’之间的分离空间S。换句话说，没有直接承受负荷P的单元不涉及使处于负荷下的单元变形的相同动作，并且于是不产生相应的测量信号。此外，具有盒状形状的单元是弹性减震器的阵列，该弹性减震器允许减震作用，不需要鞋垫上的进一步的减震层。

特别地，每个单元20包括弹性材料的边界框架26，其限定其中布置发射器12与光敏检测器14的壳体25。边界框架26适于容纳电子组件，例如获取/调节组件。

更特别地，由于侧壁23及其厚度的存在，单元20的这种形状使得传感器10内的内部区域25在顶视平面图中被没有被发射器12和检测器14所占据的边界框架26(图2)所包围。特别地，每个单元20包括表示壳体的“空”部分25和粘合到支撑基座1的填满弹性材料(特别是硅氧烷橡胶)的“实”部分26。如果在顶视平面图中看，实部分26形成“框架的矩阵”。所有该剩余区域可以被有利地利用，如上所述，用于以分布式方式容纳有用的电子组件，例如用于处理或传输所测量的数据的电子组件。

更特别地，如在图2和3中所示，每个可变形单元20具有截棱锥结构，特别是是正方形底的截棱锥结构或矩形底的截棱锥结构。这样的形状使侧壁23的扩展最小化，并且使得高数量的传感器的支撑基座1上的布置能够使彼此接近，显著提高了传感垫的分辨率。此外，这样的截棱锥结构对于切向负荷非常刚硬，而对于法向负荷不会如此刚硬。因此，该鞋垫结构确定感兴趣的法向负荷的大量变形，以及切向负荷的弱变形。

垫100的结构借助于具有截棱锥结构的单元20被“填充”，每一个截棱锥结构都有阶梯状部分24，该阶梯状部分24使得有可能在每个单元20和支撑基座1所限定的每个腔室25的基底处获得最小的分隔空间S_min，从而使得下一个单元20的变形仅占据该空间而不涉及下一个单元。这样，相邻单元之间的预定分离空间S相对于高度在值S_min和值S_max之间增加，使得在棱锥的平截头体的阶梯状部分24处，这些单元基本上彼此相邻，并且在截棱锥顶部22处，这些单元明显地彼此远离(图3)。这样，在棱锥的平截头体的中间区域中进行截棱锥单元的扩展，在任何情况下都不存在截棱锥单元的侧壁23之间的实质接触。

特别地，每个单元20包括单个光发射器12和相对于彼此被布置在相对侧的相应的光敏检测器14。在它们(之间提供了从框架26中获得的分离元件13，该分离元件13被设置成从静止结构A移动到承载结构B(图3)，在静止结构A中，允许检测器14捕获源12所发射的所有的光辐射；在承载结构B中，分离元件13与复合P成比例地降低并被定位在源12和检测器14之间，从而允许获得与负荷P成比例的变化的光强度。这样，分离器13使传感器能够变得极不受对齐到相同元件的切向变形的影响。

包含光发射器12与光敏检测器14的光学传感器和具有分离元件13的单元20的椎体结构之间的组合允许获得已经包含足够高以被直接传送和分析的范围/信号偏移的输出测量信号。特别地，输出信号具有宽的动态范围(最大信号偏移)，因此简化了可以被用于处理该信号的电子器件。这样，安装到该垫的电子器件被减小到最小，从而使得其可以被完全集成到传感垫中。

此外，单元结构20和光学传感器的组合产生非常宽的输出，并且最小化传感器对环境条件(温度、湿度、漂移时间)的灵敏度。这样，传感器在第一次使用之后不需要重新校准。这允许在没有操作人员和特定机器的帮助的情况下，持续长时间地在生态场所(家庭使用，或其它)进行采集。

特别地，分离元件13的定向与大部分的切向力朝向的方向相一致。在步态分析的情况下，分离元件13沿相同的方向被定向。这样，相对于步态的方向，传感器对切向力基本不敏感，该切向力在足部和鞋垫之间产生。

替换地，每一单元在壳体25内包括N个发射器12和配备有K个分离元件13的M个接收机14。在这种情况下，有可能在存在切向力的情况下以最精确的方式确定法向力，以及也用于确定切向力。

如上所述并在图1至3中示出的传感垫100可以被用于具有测量压力(特别是施加到该传感垫上的分布式压力)的相同目的的各种类型的应用中。

例如，传感垫100可以被集成到用户可以躺在上面的垫子或床垫300中(见图4A)。特别地，可以提供在靠背300a处的第一传感垫100a和在躺椅300b处的第二垫100b。

在另一示例性实施例中并如图4B中示意性地示出的，传感垫100可以被放在座椅300’或扶手椅的靠背300’a和/或座位300’b处。通常，垫100可以被集成或实现在图中为示出的其它设备或产品中，对这些设备或产品而言，压力，特别是分布式压力，必须被测量。

在图4C的特定的示例性实施方式中，传感垫是传感鞋垫(sensorized insole)100’，该传感鞋垫被配置为适合鞋子150(图6)以便监测用户的足部所产生的压力。

从结构观点来看，如图5所示，传感鞋垫100’包括例如通过模制制成的半导体支撑基座1，该基座包括其中布置相应的发射器12和接收器14(图5A)的多个区域10’，多个区域10’被耦合到其中印制了多个单元20的涂覆层1a。于是，每个单元20限定被安装到支撑基座1的弹性钟形结构的外壳。在这种情况下，如图所示6，发射器12和检测器14被直接连接到支撑基座1。

替换地，每个单元20包括封闭的底部并形成封闭的容器，发射器12和检测器14存在于该封闭的容器中。即使在这种情况下，每个单元20接着被设置在支撑基座1上，从而形成填充支撑表面。

此外，支撑基座1和涂覆层1a在足底弓处包括用于控制单元30和电源单元40(图5)的壳体110。壳体可以被用来布置与控制单元30相关联的、能够向远程单元传输数据的收发装置，例如蓝牙发射器。这样，在足底弓处获得的壳体110有利于没有承受足底压力的区域在健康的个体中)。在该区域中，有可能集成用于用于数据采集和信号处理的所有电子器件，以便获得具有板上电子器件的鞋垫。传输元件50有利地位于关于鞋垫正交(图5A)，以便利用足底弓的内侧部分下的自由体积。

具体地，涂覆层1a是由弹性材料制成的。特别地，弹性材料可以选自由由以下物质组成的群组：粘弹性材料(特别是硅酮橡胶)、塑料材料、合成橡胶、天然橡胶或其组合。这样，弹性材料具有柔软、符合人体工学，以及具有减震作用的优点。此外，人体工学的优势不会被进一步的外部层阻碍，这些外部层不需要被添加到传感器，如现有技术的鞋垫，并且人体工学的优点来源于传感器的相同的单元结构，该单元结构同样是符合人体工学的和柔软的，并且来源于与所使用的弹性材料相结合的每个单元的盒状形状。

涂覆层1a是深色屏蔽，特别是黑色的，其被设置以便避免外部光影响光敏检测器14或者避免由源12所发射的光泄漏到环境中。

此外，图6示出位于壳体110上的刚硬覆盖物36被设置以覆盖电子控制装置30和收发装置50。

上述描述的各种具体实施例将根据概念的观点充分地揭示本发明，从而使其他人通过应用当前知识，将能够在没有进一步的研究并且不脱离本发明的情况下在各种应用中修改和/或改变这些具体的实施例，并且因此，这意味着这样的改变和修改将必须被认为是等同于这些具体实施例。实现本文所描述的不同功能的装置和材料可以具有不同的性质，并不因此原因而脱离本发明的范围。应理解的是，本文所采用的措词或术语是为了说明目的，而不是限制。

Claims (18)

1.一种传感垫的结构(100)，其包括：

支撑基座(1)；

分布在所述支撑基座(1)上的多个传感器(10)，所述多个传感器适于在受到承载在所述传感垫(100)上的负荷(P)时产生相应的测量信号(15)；

与所述多个传感器(10)相关联的控制装置(30)，所述控制装置(30)被配置成分析所述测量信号(15)和/或将所述测量信号(15)传输到远程单元；

供给装置(40)，其被布置成供应所述多个传感器(10)和所述控制装置(30)；

其中每个传感器(10)包括具有可变形的盒状形状的单元(20)，并且其中所述多个传感器(10)被布置在所述支撑基座(1)上以使得所述单元彼此相邻，

所述单元(20)中的每一个包括：

使用时与所述支撑基座(1)对立的支撑壁(22)，所述支撑壁(22)被布置成接收所述负荷(P)，

多个可变形的侧壁(23)，所述多个侧壁(23)和所述支撑壁(22)在使用时与所述支撑基座(1)一起限定壳体(25)；

在所述壳体(25)中的光源的至少一个发射器(12)和至少一个光敏检测器(14)，所述光敏检测器(14)被配置成利用分离元件测量由于每个单元(20)在承受所述负荷(P)时的变形所引起的由所述发射器(12)发射的变化光强度；

其中所述单元(20)以预定的分离空间(S)彼此隔开，从而当每个单元(20)的所述支撑壁(22)承受所述负荷(P)时，所述侧壁(23)改变它们的形状并朝向所述支撑基座(1)被压缩，同时横向扩展，占据小于所述分离空间(S)的变形空间(D)，从而使相邻单元彼此不接触。

2.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中每个单元(20)包括弹性材料的边界框架(26)，以限定所述发射器(12)和所述光敏检测器(14)位于其中的所述壳体(25)，所述边界框架(26)被布置成容纳用于采集/处理所述测量信号(15)的电子组件。

3.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中所述单元(20)具有截棱锥结构，通过这样的方式使得：

所述截棱锥结构相对于承载在所述侧壁(23)上的切向负荷是刚硬的，并且相对于承载在所述支撑壁(22)上的法向负荷是可变形的；

所述截棱锥结构与所述传感器(10)的组合允许所述测量信号(15)具有足够高以被所述控制装置(30)直接传输和分析的范围/信号偏移。

4.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中所述单元(20)具有正方形底的截棱锥结构或矩形底的截棱锥结构。

5.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中提供具有截棱锥结构的单元(20)的矩阵。

6.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中提供具有截棱锥结构的单元(20)的矩阵，每个截棱锥单元(20)具有阶梯状部分(24)，使得：

相邻的截棱锥单元(20)的阶梯状部分(24)是基本上彼此相邻的；

最小分离空间(S_min)被限定在所述阶梯状部分(24)处，并且最大分离空间(S_max)被限定在所述支撑壁(22)处。

7.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中所述单元(20)中的每一个都包括：

光源的所述发射器(12)；

相对于所述发射器(12)被布置在相反侧的所述光敏检测器(14)；

位于所述发射器(12)和所述光敏检测器(14)之间的分离元件(13)，所述分离元件(13)被布置成从静止构型(A)移动到承载构型(B)，其中在所述静止构型中，所述单元(20)不承受所述负荷(P)并且所述发射器(12)的所有发射光都由所述光敏检测器(14)收集，而在所述承载构型中，所述分离元件13与所述负荷(P)成比例地降低并被定位在所述发射器(12)和所述光敏检测器(14)之间以便与所述负荷(P)成比例地部分遮蔽朝向所述光敏检测器(14)的光。

8.根据权利要求7所述的传感垫的结构(100)，其中特别是在分析步态的情况下，所述分离元件(13)被定向在沿所述步态方向的切向力的应用方向。

9.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中每个单元(20)在所述壳体(25)中包括配备有K个分离元件(13)的N个发射器(12)和M个接收器(14)。

10.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中所述传感垫(100)是传感鞋垫(100’)，所述传感鞋垫被配置为适配鞋子(150)以便监测由用户的足部所产生的压力。

11.根据权利要求10所述的传感垫的结构(100)，其中所述传感鞋垫(100’)包括在足底弓处用于所述控制装置(30)和所述供给装置(40)的壳体(110)。

12.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中所述控制装置(30)包括朝向远程单元收发由所述传感器(10)测量的所述测量信号(15)的收发构件(50)。

13.根据权利要求11所述的传感垫的结构(100)，其中所述控制装置(30)包括被置于所述足底弓的所述壳体(110)中的蓝牙发射器。

14.根据权利要求13所述的传感垫的结构(100)，其中所述蓝牙发射器被置于所述足底弓的所述壳体(110)中相对于所述鞋垫(100’)正交的位置中。

15.根据权利要求1所述的传感垫的结构(100)，其中提供包括彼此集成的所述多个单元(20)的涂覆层(1a)，所述涂覆层(1a)被布置成与所述支撑基座(1)在布置所述传感器(10)之处耦合，所述涂覆层(1a)由弹性材料制成。

16.根据权利要求15所述的传感垫的结构(100)，其中所述弹性材料选自包括以下材料的群组：

粘弹性材料；

塑料材料；

合成橡胶；

天然橡胶；或者其组合。

17.根据权利要求16所述的传感垫的结构(100)，其中所述粘弹性材

料为硅橡胶。

18.一种用于测量作用在表面上的负荷(P)的方法，所述方法包括以下步骤：

预布置支撑基座(1)；

以分布式方式将多个传感器(10)预布置在所述支撑基座(1)上，所述多个传感器(10)适于在受到承载在所述传感器(10)上的所述负荷(P)时产生相应的测量信号(15)，其中每个传感器(10)包括具有盒状形状的可变形单元(20)，所述单元(20)中的每一个包括：

支撑壁(22)，其在使用中与所述支撑基座(1)对立并被布置成接收所述负荷(P)；

多个可变形的侧壁(23)，其在使用中被布置在所述支撑基座(1)与所述支撑壁(22)之间以便与所述支撑基座(1)一起限定壳体(25)；

在所述壳体(25)中的光源的至少一个发射器(12)和至少一个光敏检测器(14)，

并且其中所述多个传感器(10)被布置在所述支撑基座(1)上，以使得所述单元(20)彼此相邻并以预定的分离空间(S)相互分开，

通过每个单元(20)的每个光敏检测器(14)利用分离元件测量由于所述单元(20)在承受所述负荷(P)时变形所引起的从所述单元(20)的相应发射器(12)收集的光强度的变化，

其中在两个相邻单元(20)之间的所述分离空间(S)使得当每个单元(20)的所述支撑壁(22)承受所述负荷(P)时，所述侧壁(23)改变它们的形状并朝向所述支撑基座(1)被压缩，同时横向扩展，占据小于所述分离空间(S)的变形空间(D)，从而使相邻单元彼此不接触。