CN116438424A - 用于测量几何形状的传感器条带和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测量几何形状、如尤其弯曲半径等的柔性传感器条带以及相关的装置，该装置可处理和评估传感器条带的传感器信号。在此传感器条带包括基底，在基底上布置多个电阻对。其中每个电阻对具有在基底前侧上的电阻和在基底后侧上的另一电阻。其中两个电阻串联并且联接在供给电压的极之间，使得形成分压器。本发明的特别之处在于，为串联电路、即为两个电阻之间的连接设置镀通部和/或一对彼此电气连接的接触元件。在传感器条带的基底或敏感区域本身运动时，如尤其在弯曲和/或转动(扭转)时，在涉及的分压器中中间电压改变。这通过根据本发明的测量设备检测和评估。

Description

用于测量几何形状的传感器条带和装置
技术领域
本发明涉及用于测量几何形状、如尤其弯曲半径等的柔性传感器条带。在此也可借助合适的评估设备测量和评估该几何形状的相关时间走向曲线，并由此确定相应的运动，如尤其弯曲、转动(扭转)和/或伸长。
背景技术
这种类型的传感器条带原则上是已知的并且通常包括多个电气元件，这些电气元件可用作电阻器和/或电容器并且施加在柔性基底上。在这种传感器条带经受适当的机械变形如弯曲、转动(扭转)、伸长、镦粗等时，电气元件中的一些会被拉伸并且另一些被压缩。由此造成电阻值或电容值的改变，该改变可借助评估单元检测。通过合适的算法可确定其中一项上述机械载荷的发生地点和方式。
还已知的是，这种传感器条带安装在人类或动物的身体上。因此德国公开文献DE10 2008 052 406 A1涉及一种用于检测表征人类或动物的身体上的运动过程的功能参数的方法以及用于执行该方法的弯曲传感器。在这种实施方式中设有应变仪，应变仪用于检测伸长的变形，方式是应变仪即使在很小的变形下其阻抗、如尤其其电阻也改变。但是在此的问题是，可能出现的拉应力或压应力引起长度变化，该长度变化错误地表示为对研究对象的弯曲的度量。为了避免这种情况，在此优选地设置抗拉的、但是能弹性弯曲的基底，如例如弹簧钢。对于这种基底与施加在其上的应变仪的电绝缘使用粘结剂层，如例如环氧树脂。
国际公开文献WO 2011/032575 A1涉及一种用于检测表征人体上、尤其在腰脊柱的区域中的运动过程的功能参数的方法和系统以及用于分析这些功能参数的方法。为此使用弯曲传感器，其中应变仪固定、例如粘结在基底上。在此作为基底材料尤其建议电子电路板或弹簧带钢。此处在应变仪和电路板上的导体线路之间的电气接触的实现例如通过对铜箔条带的焊接完成。
在此处的实施例中弯曲传感器包括多个应变仪，其中的每两个应变仪固定在基底的彼此相对侧上，使得两个应变仪检测基底的同一弯曲，从而基底追随待检测对象、例如人背部的弯曲或屈弯。
同样描述了，由此可借助形成包括两个应变仪的信号的差分信号的桥式电路、例如惠斯登测量桥补偿干扰变量并且可加强实际的测量信号。由此可补偿误差影响、如拉应力或压应力，以及温度波动，该温度波动可能会引起基底的额外长度变化。
国际公开文献WO 2016/030752 A1涉及一种用于测量和处理关于运动、如例如关于人或动物的背部或四肢的运动的数据的可伸展且柔性的传感器以及对应的系统。在此在弹性的薄膜条带(2)上固定有多个条带(3)，例如通过缝合(stitching)、粘结、夹持等固定。在此还建议一种特殊的实施方式(图4)，其中两组平行的条带形成人字形花纹。这些条带可设计成电容器或具有与长度相关的电阻的弹性单线。
由上述文献得出，至今已知的所述类型的传感器条带的实现很复杂并且也易于出现误差。
发明内容
因此本发明的目的是提出一种传感器条带，该传感器条带能简单和价格低廉地制造并且具有长的寿命期。
根据本发明的传感器条带由独立权利要求确定。通过从属权利要求限定有利的改进方案。随后的装置权利要求涉及相关的测量和评估装置。
根据本发明的传感器条带具有柔性的基底，基底尤其可弯曲和/或扭转(扭曲)。为此尤其证实聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成的薄膜是有利的，其厚度可在10至1000μm的范围中、优选在100至400μm的范围中、特别优选为约300μm。自然也可想到其它的柔性材料，如例如聚氨酯(PU)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、其它塑料和/或其它合适的材料。
在基底上有至少一个第一电阻对。在此在随后也称为前侧的基底侧面之一上设有第一电阻。在随后也称为后侧的另一基底侧面上设有第二电阻。在此两个电阻设计并布置成，使得其基本上相对而置。但是在此涉及几何形状和/或位置的微小的偏差是可能的。尤其由于制造公差这尤其也是可以预期的。已经发现，直至特定值的位置偏差是完全有可能的并且还提供相当好的结果。相应的公差值尤其与基底的厚度和/或电阻的大小相关。已经发现，直至约1至2mm的位置偏差和/或直至约10％电阻大小是可容忍的。在此也可能的是，在随后的信号评估的范围中进行相应的电子校正。
第一电阻的第一端子与第一供给线电气连接，经由第一供给线将第一端子联接到供给电压的第一极上。第二电阻的第一端子与第二供给线电气连接，经由第二供给线将第二电阻的第一端子联接到供给电压的第二极上。第二极可与电单元的接地端子电气连接，传感器条带联接在该电单元上。
尤其在根据本发明的传感器条带上，电阻的第二端子彼此电气连接，使得电阻形成分压器。这例如可通过以下方式实现，即为两个电阻的第二端子之间的电气连接设置至少一个镀通部。在本发明中这种镀通部是任一类型的电气连接部，该电气连接部延伸穿过在基底中在前侧和后侧之间的孔并且还将基底前侧上的第一导体线路与基底后侧上的第二导体线路电气连接。在此第一导体线路还与第一电阻的第二端子电气接触。这些电气导体线路可为相同的或不同的，也可任意地设计。
根据本发明在电阻的第二端子之间的电气连接可通过以下方式实现，即，在基底前侧上的第一导体线路和/或在基底后侧上的第二导体线路延伸直至基底的边缘区域中并且在此设计和布置成，使得它们分别具有接触位，它们可经由接触位电联接。这种电联接优选通过以下方式实现，即第一接触元件在正常运行中、即在传感器条带准备好执行测量时与第一导体线路电气接触并且第二接触元件在正常运行中与第二导体线路电气接触。两个接触元件可为插接连接部、夹持连接部、双触点ZIF连接器(ZIF＝Zero Insertion Force零插入力)、焊接连接部的一部分等。上述接触元件彼此电气连接，这可在相关的插头之内或插头之外进行，例如在连接的线路或下游的控制器中进行。
这种根据本发明的传感器条带可非常紧凑且简单地制造。在准备好运行的正常运行中施加上述供给电压，由此实现分压器，其中在电阻的第二端子处施加中间电压。其值一方面与供给电压相关并且另一方面与电阻值彼此之间的比例相关(第一电阻、第二电阻)。优选地，在基底无机械应力的情况下位于一个平面中、如例如附图平面中时，两个电阻值此时大小相同。现在在基底运动时，如例如通过弯曲和/或转动(扭转)运动时，电阻值发生改变。该改变与不同的因素相关，如电阻的几何造型、电阻的运动类型和电阻关于运动位置的方位相关。
尽管在本发明的以下描述中基于电阻的底面、即基底的相应的面具有的长度明显大于其宽度，但本发明绝不限制于这种电阻。现在如果这种细长形的电阻伸长使得其长度增大，其电阻值变大。如果它被压缩，相关的长度相应减小，其电阻值变小。该效果在具有仅一个电阻对的根据本发明所述的传感器条带中例如用于测量主体的曲率、直径等。这种主体可为物体，例如棒、球等。但是也可测量人体或动物体的部分。为此也可包括主体部分的弯曲部，如背部、膝盖等的弯曲部。这种测量可一次地实施。但是也可依次地执行多次这种测量，由此可得到动态的走向曲线。该走向曲线尤其也可包括几何变化的速度和/或加速度走向曲线。为此借助合适的评估单元以预设的时间间隔和/或在预设的时间检测中间电压并且形成和评估相关的测量值。
在根据本发明的传感器条带的改进方案中设置至少一个第二电阻对。此外在其中第一电阻布置在基底前侧上并且第二电阻布置在基底后侧上。第一电阻的第一端子与供给电压的第一极电气连接并且第二电阻的第一端子与供给电压的第二极电气连接。两个电阻的第二端子彼此电气连接，由此形成分压器。在此可能的、但是不是强制地，对于第二电阻端子之间的电气连接存在至少一个镀通部或上述类型的电气接触部。第二电阻对与第一电阻对及其相似，由此补充性地也参见上面描述。
由上述实施方式得出，不同的电阻对是可能的，即第一电阻对中的一个或多个和第二电阻对中的一个或多个是不同的。它们尤其相对彼此布置。这在下面将详细描述。对此为位置和方向说明使用笛卡尔坐标系，其如例如图1中所示以及从下面得出：
-x-y平面相应于附图平面
-x轴从左向右指向
-y轴从下向上指向
-z轴从附图平面中向前指出。
下面在此基础上将基底布置成，使得基底沿着x-y平面延伸、即基本上处于附图平面中。下面也将这种状态称为静止状态。然后可为本发明区分以下情况。
a)一个第一电阻对和一个第二电阻对
在仅存在其中一个第一电阻对和仅其中一个第二电阻对时，此时它们并排布置。即，第一电阻对例如位于第二电阻对的左侧(x-方向)。在此两个电阻对处于相同的或不同的高度上(y-方向)。
b)多个第一电阻对和/或多个第二电阻对
在存在其中两个或多个第一电阻对时，其彼此叠置(y-方向)地布置。在此可能的是，其侧向地(x-方向)彼此偏移。在存在其中两个或多个第二电阻对时，其同样彼此叠置(y-方向)地布置并且也可侧向地(x-方向)偏移。
在分别存在其中两个或多个第一电阻对和其中两个或多个第二电阻对时，第一电阻对位于第二电阻对旁边(例如左边)，其中彼此叠置的电阻对可沿y方向偏移。
c)不同数量的电阻对
为了完整需要指出的是，第一电阻对的数量可与第二电阻对的数量不同。
对于其它的几何描述基于如下内容，即可限定垂线，该垂线在并排布置的电阻对之间并且沿着y轴延伸。该垂线例如可对应于传感器条带的纵轴线，如还将结合对优选实施例的描述设置。
优选地，至少单个的所述电阻具有细长形的底面。也就是说，底面具有的长度明显大于其宽度。从中可确定相关的电阻纵轴线。该电阻纵轴线在后续用于限定电阻对和所述的垂线之间的倾斜角。该角可具有在零度和90度(每种情况均包括)之间的值，其中，在20和40度之间的值、尤其约30度的值已经证实特别有利。在此可能的是，对于所有电阻对的倾斜角的值大小相同。但是也可使它们不同。
所述的倾斜角的值尤其确定利用相关的电阻对进行的可能的测量类型。对此将在下面在对实施例的描述中详细阐述。
对于特定数量的第一电阻对，关于垂线镜像对称地布置相同数量的第二电阻对时，传感器条带特别适用于测量扭转。
为了能够成本低廉地且可靠地制造根据本发明的传感器条带已经发现有利的是，通过丝网印刷工艺制造电阻或至少其中的单个电阻。为此在基底上施加高电阻的浆料，例如碳基的浆料、含CNT的浆料、导电的聚合物(例如PEDOT)等类似材料。在碳丝网印刷中优选地使用约5至20μm范围中的厚度。在其它材料中也可使用不同的厚度。
此外可能的是，通过丝网印刷工艺以低电阻的浆料例如银浆料、铜浆料等制造导体线路或至少其中的单个导体线路和/或至少其中的单个所述的镀通部，。
为了能够尽可能有效地且成本低廉地制造根据本发明的传感器条带也已经发现有利的是，使用单一的电阻层(碳层)和/或单一的线路层(银层)。这些层关于所述的y轴(纵轴线)近似对称并且可用于在基底前侧上印刷以及在基底后侧上印刷。
根据本发明的传感器条带可细分成布置有所述的电阻的传感器区域和接触区域，该接触区域中制造有用于评估单元的和/或用于在基底前侧上在第一导体线路之间和基底后侧上在第二导体线路之间的上述电气接触连接的电端子，例如借助插接连接部、夹紧连接部、钎焊连接部和/或通过电粘结剂。通常接触区域在正常运行中、即在需要测量对象(或主体)时比传感器区域更小程度地变形。这可以以不同方式进行，例如通过对基底造型、通过现有的与评估单元的电气连接(尤其通过插头)和/或通过将传感器条带相应地固定在待检测对象上进行。由此接触区域也比传感器区域受到更少的机械负荷。因此特别有利的是，至少其中单个的镀通部布置在接触区域中，以提高可靠性。
如所述地，根据本发明的传感器条带设置成测量设备的一部分，其可以测量和评估几何形状和/或物体、人体、动物身体的动态运动等。为此传感器条带经由合适的电气连接部与评估单元连接。该评估单元输出供给电压并且接收由用作分压器的电阻对产生的中间电压作为传感器信号，评估该传感器信号并且然后产生输出信号，该输出信号是在各个电阻对内的电阻变化，并因此也是传感器条带感知的变形和/或运动。
因为这些电阻变化以及相关的测量的电压变化相当小，评估单元也可产生参考电压，该参考电压的值基本上对应于分压器在静止状态中分别输出的电压。由参考电压和测量的相应电压形成差电压，该差电压被放大并且被评估。
在另一优选的实施方式中评估单元包括随时间受控的开关(多路复用器)，该开关将由各个分压器输出的中间电压输送给依次继续延伸的阶段，如放大阶段、模拟/数字转换器等。评估单元同样包括存储值的存储器，这些值是对各个电阻对在传感器条带内的位置或位置变化的度量。由各个中间电压和相关的位置数据产生输出信号，该输出信号是对传感器条带的几何形状和图形呈现的度量。
在另一优选的实施方式中评估单元也包括一个或多个时间阶段，该评估单元在预设时间和/或在预设的时间间隔之后触发多路复用开关和/或继续延伸的阶段，从而处理由各个分压器输出的中间电压。由此可创建待检测对象(主体)的动态运动或运动走向曲线，如尤其运动的走向曲线、速度和/或加速度。因此由评估单元产生的输出信号也可包含这些信息。
在另一优选的设计方案中，评估单元也包括发送阶段。该发送阶段被提供有信号，该信号是对产生的输出信号的度量。由此优选地可产生高频信号，如例如蓝牙或WLAN信号，其由合适的仪器如平板电脑、智能手机、PC等接收并且可继续处理。在此可能的是，在这种仪器上经由合适的算法(如应用程序等)进行评估、存储和/或显示输出信号。
附图说明
下面根据实施例和相关的附图解释本发明的其它细节和优点。在此示出：
图1示出了第一传感器条带，
图2示出了第一传感器条带的前侧的导体线路，
图3示出了第一传感器条带的前侧的传感器电阻，
图4示出了第一传感器条带的后侧的导体线路，
图5示出了第一传感器条带的后侧的传感器电阻，
图6示出了前侧的和后侧的导体线路之间的镀通部的象征性俯视图，
图7示出了前侧的和后侧的导体线路之间的镀通部的象征性横截面展示，
图8示出了电路图，
图9示出了第二传感器条带，
图10示出了第二传感器条带的上部区段B，
图11示出了第二传感器条带的下部区段C，
图12示出了前侧的和后侧的导体线路之间通过彼此连接的接触元件的连接部的象征性横截面展示。
具体实施方式
图1示出了笛卡尔坐标系(左上)、第一传感器条带9的俯视图以及用于区分传感器条带9的传感器区域S以及接触区域K的象征性标记的右侧俯视图。传感器条带在此位于x-y平面内，因此位于附图平面中。传感器条带包括基底10，基底由易弯曲、可扭转和/或可拉伸的材料构成以及在此处示出的实施例中是透明的。尤其已经证实PET薄膜(PET＝Polyethylenterephthalat聚对苯二甲酸乙二醇酯)是有利的，在优选的实施方式中其厚度处于100至180μm的范围中。基底10具有前侧12(参见图1和图7)以及后侧14(参见图7)。前侧12也可称为上侧。但是该术语在此被避免，因为位置说明“上”、“下”、“右”和“左”(等)用于附图平面内的位置描述。在前侧12上以及在后侧14上布置有多个传感器电阻和多个导体线路。导体线路在下面根据图1至图5更详细地描述。
图2示出了布置在基底10的前侧12上的导体线路，图3示出了前侧12的传感器电阻。在下部区域中有多个电气接触位16，这些电气接触位形成插入线路板并且设计和布置成使得其能与合适的薄膜插头(此处未示出)接触。其中的两个接触位16经由导体线路18与前侧的供给导体线路20连接，该供给导体线路在此基本上沿着纵轴线LA延伸。经由相关的连接部在供给导体线路20的右边接触点22r并且在供给导体线路的左边接触点22l与供给导体线路20电气连接。
每个接触点22r包括相关的接触点24r，接触点经由相关的导体线路26r分别与其中一个接触位16电气连接。在图1和图2中示出了其中的五个接触点对22r、24r，其中仅两个设有附图标记(参见图2)。在此具有细长的矩形形状的五个传感器电阻28r中的一个在每个接触点对22r、24r之间延伸。
在此在示出的实施例中最上部的传感器电阻28r如此延伸，使得其以及其纵轴线与供给导体线路20以及与纵轴线LA形成直角。最下面的传感器电阻28r基本上平行于供给导体线路20以及平行于纵轴线LA延伸。在图1中在中间的传感器电阻28r中绘出其纵轴线lar和倾斜角α，该倾斜角由两个纵轴线LA和lar限定并且大约为45度。
在上部的供给导体线路20以及纵轴线LA的左侧除了所述的接触点22l以外还有相关的接触点24l，接触点分别与导体线路件25l连接。每个导体线路件25l经由特殊的镀通部与位于基底后侧14上以及纵轴线LA左侧的导体线路126l连接。下面将描述此细节。
类似于右侧，在此也有五个接触点对22l、24l，在接触点对之间布置有相关的传感器电阻28l。在该实施例中左侧的传感器电阻28l与右侧的传感器电阻镜像对称地布置，由此上述解释也类似地适用于左侧。
图4示出了布置在基底10的后侧上的导体线路，图5示出了相关的传感器电阻。看向图4和图5中所示元件的观察方向是从上方、即从前侧12穿过基底10，其中存在于基底前侧12上的元件没有出现。因此也可以说，在此看见施加在基底后侧14上的元件的后侧。大多数后侧元件在图1中不可见，因为其被前侧的元件遮挡。除此之外是所述的导体线路126l。
如在图4中可见，基底后侧14具有下部的供给导体线路120。供给导体线路经由在基底前侧12上延伸的导体线路50(参见图1和图2)以及经由此处未示出的镀通部在区域52中与其中两个接触位16连接，接触位在该实施例中所有都位于前侧12上。后侧的供给导体线路120的设计和布置在区域52之上基本上与前侧的供给导体线路20的设计和布置相同。即尤其在后侧14上存在多个接触点122r、122l，除了联接在不同的供给导体线路上的事实之外，这些接触点对应于接触点22r、22l。此外在后侧的供给导体线路120的左侧存在五个接触点124l，这些接触点分别经由其中一个左侧的导体线路126l以及经由前侧12和后侧14之间的此处未示出的镀通部与其中一个前侧的接触位16连接(参见图1)。在供给导体线路120的右侧还有五个接触点124r，这些接触点分别与导体线路件125r连接。其中每个导体线路件125r经由特殊的镀通部与其中一个导体线路26r连接，该导体线路位于基底前侧12上以及纵轴线LA右侧。下面还将描述其细节。
在另一实施例中，在后侧14上也设有接触位。后侧的接触位可与前侧的接触位16相同大小并且也可与其几乎完全地相对。在两侧12、14都存在接触位时应使用相关的薄膜插头。在此多样的接触或接通变型方案是可能的。
图5中示出的传感器电阻128l、128r与基底前侧12上存在的传感器电阻28l和28r具有相同的或至少基本相同的造型和布置。因此其在图1中不可见。在此需要再次指出的是，图5中示出的示意图对应于穿过基底10看向基底前侧12的俯视图，其中存在于基底前侧12上的元件没有出现。
图6示出了图1中标记区域A的象征性的放大图。在此基本涉及其中一个前侧的导体线路件25l和相关的导体线路126l之间的镀通部，即基底后侧14上的相对的导体线路126l。图7示出了镀通部的象征性的横截面。
由图6和图7尤其可知，在左侧的传感器电阻28l的基底10的前侧12上以及其下方(根据图7)在基底后侧14上布置有相关的传感器电阻128l。此外前侧的传感器电阻28l与前侧的接触点24l连接并且其又与前侧的导体线路件25l连接。对此需要指出的是，接触点24l和导体线路件25l是公共的电气连接元件并且在此仅为了简单地描述附图而分开地标示。后侧的传感器电阻128l与后侧的接触点124l连接并且其又与后侧的导体线路126l连接，后侧的导体线路经由另一镀通部通至相关的接触位16(参见图1)。在前侧12和后侧14之间通过基底10内的相应的孔布置镀通导体200，该镀通导体在此由与前侧的导体线路件25l和后侧的导体线路126l相同的材料构成并且这两个元件25l、26l彼此电气连接。由此两个传感器电阻28l和128l串联连接。尽管在此为了清楚未示出，但是由前面的解释以及从图1至图5中还得出，
·传感器电阻28l的紧接的自由端部29l经由接触点22l与供给导体线路20电气连接以及
·传感器电阻128l的紧接的自由端部29l经由接触点122l与供给导体线路120电气连接。
其余的前侧的左侧的传感器电阻28l也以这种方式与其相关的后侧的传感器电阻128l连接。也同样适用于右侧的传感器电阻28r和128r。
传感器电阻28、128优选地通过丝网印刷工艺制造，其中在此将碳基的浆料以厚度约5至20μm的结构施加到基底10的两侧12、14上。在此传感器电阻28、128在所述实施例中具有约7mm的长度。其宽度可根据应用适当地不同并且在约100μm至800μm的范围中，以实现在10kΩ和80kΩ之间范围中的电阻值。基底侧面12、14上的其余元件、如尤其导体线路和接触点优选同样通过丝网印刷工艺制造，其中以约5至15μm的厚度施加银浆。
图8示出了电路图，其中考虑了一对左侧的传感器电阻28l、128l和一对右侧的传感器电阻28r、128r。电路图被分成以下三个块：
S：传感器区域
K：接触区域
A：评估单元。
传感器区域S基本上对应于传感器条带9的布置有传感器电阻28l、28r、128l、128r的部分。该部分设计成，其是柔性的并且尤其能够弯曲、转动和/或伸长。接触区域K基本上对应于传感器条带9的供给导体线路20、120以及导体线路26r、126l与接触位16连接的部分。在优选的实施方式中接触区域K(也参见图1)至少在运行模式(正常运行)中比传感器区域S明显具有更低的柔性或更低的可变形性。这例如可通过将薄膜插头联接到接触位16上、通过将区域K更少地接连到待检测的对象上和/或通过对基底10的相应造型(如其厚度、材料等)实现。
在此经由薄膜插头的触点300与接触位16连接的评估单元A包括电压供给部以及常见的电子元件，例如放大器、A/D转换器、存储器、发送设备、显示元件等。下面将对此进一步详细描述。
如由图8的电路图得出，在前侧的供应线路20上施加供给电压+u，其值+U例如为3伏特。后侧的供给线路120接地。传感器电阻28r和128r在供给电压+u和地之间串联，使得其形成分压器，其中导体线路26r实现中间抽头。传感器电阻28l和128l也形成这种分压器，其中导体线路126l实现中间抽头。两个导体线路26r、126l分别通至其中一个接触位16。经由相关的薄膜插头触点300将分配的在随后也称为传感器信号sr或sl的电压传导至放大阶段302a或302b。将其输出信号输送给评估阶段304，评估阶段基于放大的传感器信号产生输出信号sa并且将其经由信号线路308传导给显示阶段306。
为了清楚，在图8中仅示出了对来自一对左侧的电阻28、128l的传感器信号sl的处理以及对来自一对右侧的电阻28r、128r的传感器信号sr的处理。应理解的是，通过评估单元A也可接收和处理其余电阻对28l、128l或28r、128r的传感器信号。为此有不同的方案，如例如在评估单元A之内或之外使用此处未示出的切换阶段。这种切换阶段可接收其中多个或所有传感器信号sl、sr并且根据时分复路器的原理时间上受控地经由放大阶段302a、302b传导给评估阶段304。也可想到，为传感器信号sl、sr中的每一个设置自身的放大阶段302a或302b并且将放大的传感器信号借助相关的切换阶段传导给评估阶段304。同样可想到的是，将传感器信号sl、sr中的每一个(在该实施例中即为5×sl+5×sr)输送给自身的放大阶段302a、302b并且评估阶段304总共具有10个用于放大的传感器信号的输入部。此外所述的替代方案的混合形式也是可能的。
如所述地，各个电阻对28l、128l或28r、128r形成串联电路以及分压器。由此对于传感器信号sl、sr适用以下公式：
SL＝+U*R128l/(R28l+R128l)
SR＝+U*R128r/(R28r+R128r)
其中
SL：传感器信号sl相对于地的电压值
SR：传感器信号sr相对于地的电压值
+U：相对于地的电压值+u
R128l：传感器电阻128l的值
R28l：传感器电阻28l的值
R128r：电阻128r的值
R28r：电阻28r的值。
理想地，尤其在不考虑制造公差的情况下，将传感器电阻28l、28r、128l、128r设计成，传感器条带9在没有机械应力的情况下位于一个平面(例如图1的x-y平面)中时，传感器电阻的值此时大小相同。这种状态在此也称为静止状态。此时适用：
R28l＝R128l＝R28r＝R128r。
在这种情况下还适用：
SL＝1/2*+U和
SR＝1/2*+U。
在传感器区域S从x-y平面向后(沿z方向)拱曲时，前侧的电阻28l、28r伸长并且后侧的电阻128l、128r缩短。在此在各个电阻上的作用力与其倾斜角α以及与拱曲部的位置和方向相关。这简短地借助图1来阐述，其中在此基础上，传感器条带9均匀地垂直于纵轴线LA向下拱曲(即没有弯折而是具有半圆弧的形状)并且倾斜角α具有在零和90度之间的值。倾斜角α越小，在各个电阻上的作用力越大。而在平行于纵轴线LA均匀拱曲时，倾斜角α越大，在各个电阻上的作用力越大。
在传感器区域S不均匀地拱曲(极限情况是弯折)时，在各个电阻28、128上的作用力除了其倾斜角α以外，也与其是否位于拱曲部的区域中以及如何位于拱曲部的区域中非常相关。
在传感器区域S从x-y平面向前(沿z方向)拱曲时，前侧的传感器电阻28l、28r缩短并且后侧的传感器电阻128l、128r伸长。在传感器区域S进入波纹形状时，可能单个的前侧的传感器电阻28l、28r缩短并且其它的伸长。
在传感器条带9从其传感器区域S转动(扭转)时，同样出现电阻变化，电阻变化与各个传感器电阻28、128的位置及其倾斜角α相关。例如传感器条带9的下部、即接触位16方向的区域保持在附图平面中并且其上部根据扭转箭头TP(图1)顺时针地转动时，左前侧的电阻28l伸长并且左后侧的电阻128l缩短。而在右侧上，前侧的电阻28r缩短并且后侧的电阻128r伸长。在此这种伸长或缩短的程度与倾斜角α以及与基底的性质相关。在此显示出，在与薄膜基本相应的相对薄的基底中，在倾斜角α具有约45度的值时，电阻值大多发生改变。这种改变自然还与相应电阻的位置处的扭转强度相关。因此一般来说，经由倾斜角α可设定电阻对对扭转的敏感度与电阻对对横向于纵轴线LA的弯曲的敏感度的比例。因此，通过组合至少两个不同的成角的电阻对可测量不是横向于纵轴线LA延伸的弯曲方向或与横向于纵轴线LA延伸的弯曲叠加的扭矩。
在传感器区域S伸展时，这同样对各个传感器电阻起作用。在此该作用与各个电阻的位置和定向以及与伸展的方式和方向相关。在传感器区域S缩短时，出现相反效果。在优选的实施例中，相对置的电阻、如电阻对28l、128l或28r、128r设计成同类型的。这意味着，它们基本具有相同的几何形状和相同的材料特性。这引起传感器区域S的伸展对相对置的电阻的作用相同，因此相应的值SL、SR理想地也不改变。但是如果分别相对而置的电阻不同，在伸展时值SL、SR的改变也是可能的。
根据所述的示例明显的是，各个电阻值R28l、R128l、R28r、R128r与传感器条带9的机械影响或与其传感器区域S相关。由此相反地，在电阻值以及相关的传感器信号值SL、SR改变时对传感器条带9有相应的机械影响。在评估阶段304中对此根据合适的算法与相关的传感器电阻28l、128l、28r、128r的位置和定向相关地评估放大的传感器信号sl、sr。对此评估阶段304包括常见的并且技术人员已知的元件，如微处理器、模数(A/D)转换器、内存模块。
如上所述，传感器信号sl、sr分别是在具有两个电阻的分压器中的中间抽头的结果。也可以代替绝对电压分别测量电压差并继续处理。这种电压差例如可借助惠斯登桥产生，其中通常通过合适的第二分压器产生这种电压差所需的参考电压。此时由分压器28、128中的其中一个产生的第一电压的值在静止状态中等于参考电压的值，差为零。在紧接的测量运行中传感器区域S经历机械运动，使得两个电阻28、128中的其中一个改变，获取的电压的值也改变。但是该电压改变可能相对地、即与绝对电压值的比相当小。在评估阶段304未处理获取的电压、而是处理借助参考电压产生的电压差时，这种电压改变可显著更好地评估。因为其相对改变明显大于获取的电压。
在根据本发明的实施例中评估阶段A设计成，产生参考电压，参考电压的值刚好或至少基本上相当于通过相应的分压器28、128得出的电压值，如优选1/2*+U(参见上面)。在放大阶段302a、302b内、但是在实际放大之前生成传感器信号sl和参考电压之间的差以及传感器信号sr和参考电压之间的差。为了避免负电压，在放大之后分别加上值为优选1/2*+U(1.5V)的电压。该电压的值在紧接的数字化期间再次被减去，由此也可产生负的数字传感器信号并且可通过符号判断弯曲方向。
借助输出信号sa来输出传感器信号sl、sr的评估结果。该输出信号可设计为各种方式。优选地该输出信号包括必要的信息，由此设计有相关的显示器的显示阶段306可以图表呈现传感器条带9、确切地说其传感器区域S。在此这种呈现也可为动态的，即具有与测量的时间点相关的时间走向曲线。为此评估阶段306可具有合适的内存模块(未单独地示出)，从而绘出这种动态的示意图并且稍后能够对其进行调用。
也可想到的是，输出信号sa和/或显示阶段306设计成，传感器区域S运动--例如拱曲、转动和/或拉伸--以致超过预设的极限值时，则额外地或代替图表显示输出光学的、声学的和/或触觉的(振动等)报警信号。这种极限值的标准可以非常不同。在此也可考虑，超过或低于对于特定时间的预设的几何值、其走向曲线、其速度和/或其加速度。
如所述地，显示阶段306可以非常多样化地设计。在此也可想到的是，显示阶段设置在评估单元A之外，并且例如如PC、平板电脑、智能手机等那样设计。在此也可部分地或完全地在这种仪器上运行用于评估传感器信号sl、sr的算法。
信号线路308可作为线缆和/或实现为无线的。即，评估单元A在需要时具有发送阶段。发送阶段可设计成，其可发出高频信号(例如蓝牙、WLAN等)、光学信号、声学信号等。这尤其在显示阶段306实现为智能手机或平板电脑时非常有利。
根据本发明的传感器条带可多样化地使用，如例如用于
·矫形外科领域
·医疗诊断
·智能手表和其它可穿戴设备
·生命科学。
矫形外科领域中的优选应用涉及测量人类的脊柱。为此传感器条带9借助合适的介质，如橡皮膏、粘结剂等施加在相关人的背部上。也可想到的是，为此使用一种衣服，如T恤、紧身衣、背心等，传感器条带9布置或集成到衣服中和/或衣服上。通过单独的测量或更好地通过在特定时间段内持续测量可得出背部如何运动以及必要时背部如何负载。为此已经发现根据本发明的传感器条带的特殊实施方式特别有利，下面根据图9至图11作为传感器条带900来描述根据本发明的传感器条带。在此图9示出了看向整个传感器条带900的俯视图，图10和图11示出了其中的在图9中标出的局部B和C。传感器条带900也由包括前侧和后侧的基底(此处未示出)构成。基于俯视图基本上示出了位于基底前侧上的元件。位于基底后侧上并且被基底前侧的元件遮挡的元件在此不可见。
与先前描述的传感器条带9中相同或同类的元件具有相同的附图标记并且对其仅讨论例如理解本发明所需的内容。补充性地参考前面关于传感器条带9的实施方式。
图9示出的传感器条带900具有传感器区域S，该传感器区域约60cm长。由此，沿着纵轴线LA在基底前侧12上有前侧的导体线路18，在左侧部分28上电联接传感器电阻28l并且在右侧部分28上电联接传感器电阻28r。在此传感器电阻也设计成细长形，其具有近似矩形的形状，并且在此均具有相同的倾斜角α、其值约为30度。左侧的传感器电阻28l分别与其中一个左侧的导体线路26l连接并且右侧的传感器电阻28r分别与其中一个右侧的导体线路26r连接。
布置在基底后侧14上的传感器电阻128l、128r刚好(或基本上)位于前侧的传感器电阻28l、28r之下，因此在此不可见。该传感器电阻类似于前侧的传感器电阻28l、28r一方面与在此仅可看见区域52之上的小部分(参见图11)的后侧的供给导体线路120连接并且另一方面与在基底后侧14上与左侧的导体线路26l或26r相对或位于其下方的后侧的导体线路126l和126r连接。
这意味着，在传感器条带900中对于每个传感器电阻28、128设有自身的导体线路26、126。这不同于在传感器条带9中，在该传感器条带9中对于每对电阻28、128首先设置其中一个镀通部200，然后设置仅其中一个导体线路26r、126l。在该传感器条带900中，实现由两个上下叠置的电阻28、128构成的分压器所需的镀通部200所有都位于区域902中(参见图11)，该区域位于接触位16的区域中并且进而处于接触区域K内、因此处于传感器区域S之外(参见图9)。通过将镀通部200布置在传感器区域S之外实现了传感器条带900非常牢固，该传感器区域在正常的测量运行中通常弯曲、转动和/或拉伸。
在图9至图11中示出的传感器条带可被缩短，方式是从上部割成期望的长度。由此虽然电阻对的数量减小，但是传感器条带长度可匹配不同的对象。
在此处未通过附图示出的其它实施例中设置成，
·所述的镀通部200布置在各个电阻对(分压器)28、128附近(类似于在传感器条带9中)，由此每个电阻对仅需其中一个导体线路26、126，并且
·第一数量的电阻对28、128经由前侧的导体线路26并且其余的电阻对经由后侧的导体线路126与接触位16连接。
这具有的优点是，这种传感器条带可以比传感器条带900设计得更狭长。但是在此需要考虑，在一侧的接触位16(薄膜插头)中需要额外的镀通部。
在部分地类似于图7的图12中示出了另一实施例。与前述实施方式的主要区别是，在此前侧的导体线路25l通过第一接触元件252、第二接触元件254以及接触元件252和254之间的连接线路256与后侧的导体线路126l连接。为了简单且运行可靠的接触，前侧的导体线路25l延伸直至第一接触位251，第一接触位位于基底10的前侧12的边缘区域中。相应地，后侧的导体线路126l延伸直至第二接触位253，第二接触位位于基底10的后侧14的边缘区域中。优选地，两个接触位251、253布置成，使得其相对而置。在正常运行中(如在此也示出地)，第一接触元件252与第一接触位251并且因此与导体线路25l电气接触，第二接触元件254与第二接触位253并且因此与导体线路126l电气接触。此外，连接线路256与评估单元A连接，将相应的传感器信号sl(也参见图8)输出给评估单元。
应理解的是，此处示出的在前侧的导体线路25l和后侧的导体线路126l之间借助电气接触元件252、254的电气连接仅是示例性的。通过这种和/或类似的接触部也可使其它的或所有的前侧的导体线路与相关的后侧的导体线路连接，使得镀通部200的数量可相应地减少或可完全地取消。
所述实施例仅是示例性的并且是本发明的优选实现方案。应理解的是，上面仅与各个实施例相关描述的特定特征也可应用在其它的实施例中，只要没有明显限制。
此外所述实施方式的多种变型方案和替代方案是可能的，例如：
-供给电压+u可为直流电压和/或交流电压；
-此处称为电阻28、128的元件也可用作电容器。对此这些元件可相应地联接到评估元件上并且可施加合适的交流电压。
附图标记列表
9 第一传感器条带
10 基底
12 10的前侧
14 10的后侧
16 接触位
18 12的导体线路
20 前侧的供给导体线路
22l、22r 12上的左侧或右侧的接触点
24l、24r 12上的左侧或右侧的接触点
25l 12上的导体线路件
26l、26r 12上的左侧或右侧的导体线路
28l、28r 12上的左侧或右侧的传感器电阻
29l 28l的端部
50 12上的导体线路
52 从50至120的镀通部的区域
120 后侧的供给电路
122l、122r 14上的左侧或右侧的接触点
124l、124r 14上的左侧或右侧的接触点
125r 14上的导体线路件
126l 14上的左侧的导体线路
128l、128r 14上的左侧或右侧的传感器电阻
129l 128l的端部
200 25l和126l之间的镀通导体
251 第一接触位
252 251的电气接触元件
253 第二接触位
254 253的电气接触元件
256 252和254之间的连接线路
300 电路板插头触点
302a、b 放大阶段
304 评估阶段
306 显示阶段
308 信号线路
900 第二传感器条带
902 镀通部区域
LA 9或900的纵轴线
TP 扭转箭头
S 传感器区域
K 接触区域
A 评估单元
lal、lar 左侧或右侧的传感器电阻的纵轴线
sl、sr 左侧或右侧的传感器信号
sa 输出信号
α 倾斜角

Claims (15)

1.用于测量几何形状的传感器条带(9；900)，其中
-存在基底(10)，
-设有至少一个第一对的两个电阻(28l、128l)，其中，其中的第一电阻(28l)布置在所述基底(10)的前侧(12)上并且另一电阻(128l)布置在所述基底(10)的后侧(14)上，使得该另一电阻与第一电阻(28l)基本相对而置，
-所述第一电阻(28l)的第一端子经由第一供给线(20)与供给电压的第一极(+u)电气连接并且所述第二电阻(128l)的第一端子经由第二供给线(120)与供给电压的第二极(地)电气连接，
-两个电阻(28l、128l)的第二端子彼此电气连接，使得所述电阻形成分压器，
其特征在于，
为两个电阻(28l、128l)的第二端子之间的电气连接设置至少一个镀通部(200)，所述镀通部将在前侧(12)上的至所述第一电阻(28l)的第二端子的导体线路(25l)与在后侧(14)上的至所述第二电阻(128l)的第二端子的导体线路(126l)电气连接和/或两个导体线路(25l、126l)分别引至接触位(251、253)，所述接触位(251、253)设计和布置成，使得它们能经由接触元件(252、254)彼此电气连接。
2.根据权利要求1所述的传感器条带，其特征在于，
-设有至少一个第二对的两个电阻(28r、128r)，其中，其中的第一电阻(28r)布置在所述基底(10)的前侧(12)上并且另一电阻(128l)布置在所述基底(10)的后侧(14)上，使得该另一电阻与第一电阻(28r)基本相对而置，
-所述第一电阻(28r)的第一端子经由第一供给线(20)与供给电压的第一极(+u)电气连接并且所述第二电阻(128r)的第一端子经由第二供给线(120)与供给电压的第二极(地)电气连接，
-两个电阻(28r、128r)的第二端子彼此电气连接，使得所述电阻形成分压器，
-第一电阻对(28l、128l)中的至少一个和第二电阻对(28r、128r)中的至少一个并排地布置。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器条带，其特征在于，第一电阻对(28l、128l)和/或第二电阻对(28r、128r)相对于垂线(LA)具有倾斜角(α)，该倾斜角的值在零和90度之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器条带，其特征在于，第一电阻对(28l、128l)的数量等于第二电阻对(28r、128r)的数量，并且它们关于垂线(LA)彼此镜像对称地布置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器条带，其特征在于，所述第一供给线(20)布置在所述基底(10)的前侧(12)上并且在第一电阻对(28l、128l)和第二电阻对(28r、128r)之间、优选沿着所述垂线(LA)延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器条带，其特征在于，所述第二供给线(120)布置在所述基底(10)的后侧(14)上并且在第一电阻对(28l、128l)和第二电阻对(28r、128r)之间、优选沿着所述垂线(LA)延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器条带，其特征在于，至少单个的电阻(28、128)通过印刷工艺、如例如丝网印刷被施加到所述基底(10)上并且为此优选地使用高电阻的浆料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器条带，其特征在于，用于电阻(28、128)的端子所需的至少单个联接线路和/或其中至少一个镀通部(200)通过印刷工艺、如例如丝网印刷施加到所述基底(10)上并且为此优选地使用低电阻的浆料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器条带，其特征在于，所述传感器条带具有第一区域(S)和第二区域(K)，所述第一区域能在正常运行中变形并且电阻(28、128)布置在所述第一区域中，所述第二区域与所述第一区域(S)相比在正常运行中能更小程度地变形并且至少单个的镀通部(200)布置在所述第二区域中。
10.一种用于测量几何形状的装置，其特征在于，使用根据前述权利要求中任一项所述的传感器条带(9；900)并且电阻(28、128)经由合适的电气连接部与评估单元(A)连接，所述评估单元输出供给电压(+u、地)并且接收由分压器(28l、128l、28r、128r)产生的电压作为传感器信号(sl、sr)并且生成输出信号(sa)，所述输出信号是对各个电阻对内的电阻变化的度量。
11.根据前一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述评估单元(A)产生参考电压，所述参考电压的值与在所述传感器条带(9、900)的静止状态中传感器信号(sl、sr)具有的值基本相当，并且由所述参考电压的值和测量的传感器信号(sl、sr)的值形成差。
12.根据前述装置权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，依次地评估所述电阻对(28l、128l、28r、128r)中的至少单个电阻对的传感器信号(sl、sr)，使得在考虑其在传感器条带(9；900)内的位置的情况下生成输出信号(sa)，输出信号的值是对传感器条带(9；900)的几何形状的度量。
13.根据前述装置权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在时间上依次地评估电阻对(28、128)中的至少单个电阻对的传感器信号(sl、sr)，使得在考虑到其在传感器条带(9；900)内的位置的情况下生成输出信号(sa)，输出信号的值是对相关电阻对(28、128)的运行过程的度量。
14.根据前述装置权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有发送单元，所述发送单元根据所述输出信号(sa)发出发送信号。
15.根据前述装置权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有至少一对接触元件(252、254)，其中，其中的一个接触元件(252)设计和布置成，所述接触元件在正常运行中与前侧的导体线路(25l)之一电气接触并且所述接触元件中的另一个(254)设计和布置成，使得其在正常运行中与后侧的导体线路(126l)之一电气接触，其中，两个接触元件(252、254)彼此电气连接。
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