DE10125176A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Körpergewichtsmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Körpergewichts einer Person. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch mindestens einen in eine Sohle integrierten Sensor und durch eine sensorische Sohlenfläche (6a, 8b) der Sohle (6), deren Erstreckung einer Boden-Kontaktfläche der Fußsohle (4) der Person in einer Standposition im Wesentlichen entspricht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung des Körpergewichts einer Person mittels mindestens eines in eine Sohle integrierten Sensors. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Sensor (8a) den Druck in einem Fluid oder Gel misst, das eine Kammer (6a) in der Sohle ausfüllt, oder der Sensor eine piezoelektrische Messung vornimmt, indem von einem piezoelektrischen Element eine der Körpergewichtskraft entsprechende elektrische Spannung generiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung des Körpergewichts einer Person.

Zu wissenschaftlich experimentellen Zwecken ist es bekannt, Kraft-Sensoren unter der Fußsohle eines Menschen anzuordnen mit dem Ziel, Informationen zu gewinnen über die Kraftverteilung in verschiedenen Phasen von Stand, Gang oder sportlicher Aktivität. Um in diesem Zusammenhang möglichst nuancierte Aussagen treffen zu können, werden üblicherweise Messvorrichtungen mit mehreren unter der Sohle eines Probanden verteilten Messstellen verwendet, welche jeweils mit Dehnungs­ messstreifen ausgestattet sind. Derartige Sensoren arbeiten besonders genau und sind in Einzelfertigung besonders einfach an die jeweiligen experimentellen Vor­ gaben anpassbar - insbesondere, weil Dehnungsmessstreifen für die Einzelfertigung des Sensoraufbaus in kaum übersehbarer Vielfalt bezüglich Gestalt und Mess­ bereich zur Verfügung stehen. Der mit der Einzelfertigung verbundene Fertigungs­ aufwand wird im wissenschaftlich experimentellen Bereich gewöhnlich in Kauf genommen, weil die experimentelle Messsituation in aller Regel höchst individuell ist und weil im Dienste der Wissenschaft eine möglichst genaue und differenzierte Messung als besonders wesentlich erachtet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung und ein -verfahren zu liefern, welches die Bestimmung des Körpergewichts einer Person einfach und genau ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß weist eine Vorrichtung zur Messung des Körpergewichts einer Person eine Sohle auf, die sich unter einem Fuß der Person anordnen lässt. In der Sohle erstreckt sich eine sensorische Fläche, deren Erstreckung einer Boden- Kontaktfläche der Fußsohle in einer Standposition der Person im Wesentlichen entspricht.

Für die einfache Bestimmung des Körpergewichts einer Person wäre diese bekannte Sensorik jedoch nachteilig und ist nicht in Betracht gezogen worden, nicht nur wegen des erwähnten konstruktiven und daher auch finanziellen Aufwands, sondern auch, weil mit diesen bekannten Mitteln die Bestimmung des Gesamt­ gewichts der Person - also die Messung der Summe oder des Integrals aller durch die Sohle fließenden Kräfte - nicht möglich ist, ohne die Messwerte von den mehreren über die Sohlenfläche verteilten Einzelsensoren rechnerisch zu integrieren und dabei folglich rechnerische sowie auf konstruktiver Toleranz beruhende Fehler in Kauf zu nehmen. Vorzugsweise ist die sensorische Fläche von einer mit einem Fluid oder einem Gel gefüllten Kammer gebildet und mindestens im Bereich des Ballens und Hackens der Sohle angeordnet, und ein Sensor misst den Druck in dem Fluid oder dem Gel.

Wenn die so ausgestaltete erfindungsgemäße Sohle unter dem Fuß einer Person, deren Gewicht gemessen werden soll, angeordnet ist und die Person auf der Sohle steht, erzeugt die Gewichtskraft der Person eine Druckerhöhung in der Fluid- oder Gel gefüllten Kammer. Weil nach strömungsmechanischen Gesetzen, der Fluiddruck in der Kammer überall gleich groß ist, genügt die Anordnung nur eines Sensors zur Bestimmung der zu der Gewichtskraft proportionalen Druckdifferenz. Indem sich die Kammer erfindungsgemäß in dem Bereich der Sohle erstreckt, über deren Oberfläche das Gewicht der Person übertragen wird, wenn der Patient mit seinem Fuß auf der Sohle steht - also vorzugsweise mindestens in dem Bereich wo der Ballen und der Hacken des Fußes der Person auf der Sohle stehen -, ist sicherge­ stellt, dass die erfindungsgemäß mit dem Sensor in der Kammer gemessene Druckdifferenz sämtliche Kraftanteile des Körpergewichts der Person erfasst und so das Körpergewicht möglichst genau bestimmt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise zusätzlich mindestens einen Sensor zum Messen der Beschleunigung des Fußes auf. Dies ermöglicht es, dyna­ mische Kräfte aus der Messung auszuschließen, die von der Sohle z. B. während des Ganges oder sportlicher Aktivität ebenfalls übertragen werden. Denn mittels des Beschleunigungssensors lässt sich feststellen, wann die Beschleunigung der Sohle einen bestimmten Grenzwert unterschreitet - also möglichst gering oder sogar nahezu null ist. Dann nämlich sind dynamische Kräfte, die sich bekanntlich aus dem Faktor von Masse und Beschleunigung ergeben, gerade nicht wirksam, und die über die Sohle übertragene Gewichtskraft ist im Wesentlichen ausschließ­ lich die Körpergewichtskraft der Person, die ausschließlich gemessen werden soll.

Dementsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen der Körper­ gewichtskraft einer Person in einer bevorzugten Ausgestaltung vor, dass eine Steuerung des Messverfahrens die Auswertung nur von Druckwerten zulässt, die während einer Beschleunigung unterhalb einem bestimmten Grenzwert gemessen werden.

Um die erfindungsgemäße Messvorrichtung ohne aufwendigen Eingriff in die Gewohnheiten des Probanden insbesondere bezüglich seiner Bekleidung installieren zu können, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise in eine Einlegesohle integriert, die sich in gewöhnliche Schuhe - je nach Verwendungszweck z. B. Sport- oder Alltagsschuhe - einlegen lässt. Aber auch eine Ausbildung der erfindungs­ gemäßen Sohle als fester Bestandteil eines Schuhs ist erfindungsgemäß.

Zum vorgenannten Zweck können die an der erfindungsgemäßen Sensorik gemes­ senen Daten mittels einer telemetrischen Einrichtung von der Sohle zu einer Aus­ werte- und oder Speicherstation übertragen werden. Eine solche Station kann der Proband z. B. am Gürtel (oder einer sonstigen für ihn bequemen Stelle) tragen, und nach gewisser Messzeit lassen sich dann z. B. Ergebnisdaten zur Auswertung auslesen. Hier hat die telemetrische Datenübertragung den Vorteil, auf Kabelver­ bindungen zwischen der Sensorik und der Station entlang von Körperteilen ver­ zichten zu können - aber auch die insbesondere finanziell weniger aufwendige Ausgestaltung mit Kabelverbindung ist erfindungsgemäß. Oder die Station kann erfindungsgemäß auch ortsfest abseits des Probanden angeordnet sein, was wiederum z. B. eine Ergebnisdatenüberwachung online ermöglicht, z. B. durch andere Personen als dem Probanden selbst. Etwa aus Gründen des Datenschutzes kann die telemetrische Datenübertragung codiert erfolgen. Als Element der erfin­ dungsgemäßen Einrichtung ist zur telemetrischen Datenübertragung ein Mobiltele­ fon denkbar und als Element der Auswerte- und/oder Speicherstation eine Arm­ banduhr für den Probanden mit einem Speicher und/oder entsprechend program­ mierten Prozessor.

Alternativ zu der Ausgestaltung der sensorischen Sohlenfläche als Fluid- oder Gel­ gefüllte Kammer mit mindestens einem Sensor zur Bestimmung des Kammerdrucks - der z. B. als handelsüblicher Membran-DMS-Sensor ausgebildet sein kann - ist eine Ausbildung der sensorischen Sohlenfläche auch als eine piezoelektrische Folie möglich, deren Messsignal proportional einem Flächenintegral der über die Folie übertragenen Kraft ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Messsystem bilden z. B. aus zwei Sohlen jeweils unter einem Fuß des Probanden und vorzugsweise mit den be­ schriebenen Datenübertragungs-, Speicherungs- und/oder Auswertemitteln.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeich­ nungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Mess­ vorrichtung mit einer Gel gefüllten Druckkammer;

Fig. 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer alternativen Ausgestal­ tung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer piezoelektrischen Folie und

Fig. 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung mit einer mit Gel gefüllten Kammer.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch jeweils eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zur Messung des Körpergewichts einer Person (in den Figuren angedeutet durch deren Fußsohlen 4). Bei der Vorrichtung 2a gemäß Fig. 1 ist die gesamte Sohle 6, die unter dem Fuß 4 der Person angeordnet ist, als eine Kammer 6a ausgebildet, die mit einem Gel gefüllt ist. Somit bildet die gesamte Sohle 6a während des darge­ stellten Standes der Person eine horizontal orientierte sensorische Fläche 6a, die sich unter der gesamten Fläche der Fußsohle des Fußes 4 in dem Stand erstreckt. Ein Drucksensor 8a misst den Flüssigkeitsdruck in der Kammer 6a und registriert so auch die Druckdifferenz, die sich einstellt, wenn die Person mit ihrem Fuß 4 die Sohle 6a belastet. Außerdem misst ein Beschleunigungssensor 10 in jeder der Sohlen 6 die Beschleunigung der Sohle 6. Die Messwerte sowohl der Sensoren 8 in jeder der Sohlen 6 als auch der Beschleunigungssensoren 10 werden mittels je eines Senders 12 in jeder der Sohlen 6 über eine Datenverbindung 14 zu einer Speicher- und Auswertestation 16 geschickt. Die Datenverbindung 14 kann als Kabelleitung oder als telemetrische Funkübertragung ausgebildet sein. Dies gilt gleichermaßen für die Vorrichtung 2a gemäß Fig. 1 wie auch für die Vorrichtung 2b gemäß Fig. 2. Letztere unterscheidet sich von der Vorrichtung 2a gemäß Fig. 1 dadurch, dass die sensorische Fläche als piezoelektrische Folie 8b ausgebildet ist, welche die gesamte Oberfläche des Fußbettes der Sohle 6b überdeckt. Auch gemäß Fig. 2 wird der von der piezoelektrischen Folie 8b in jeder der Sohlen 6b ermittelte Messwert, der proportional ist zu der von den Füßen 4 ausgeübten Belastung, ebenso wie der von dem Beschleunigungssensor 10 in jeder der Sohlen 6b ermittelte Beschleunigungswert mittels eines Senders 12 in jeder der Sohlen 6b über eine Datenverbindung 14 an die Station 16 übermittelt.

Mittels eines Auswerteprogramms in der Station 16 kann die Messvorrichtung 2 das Körpergewicht der Person 4 bestimmen, indem dann, wenn z. B. in einer gewissen Bewegungsphase die Person nur auf einem Fuß steht (erkennbar ent­ sprechend an einem Messwert Null des Belastungssensors 8 des unbelasteten Fußes) und wenn gleichzeitig der Beschleunigungssensor 10 unter dem anderen Fuß 4 einen Wert unterhalb eines bestimmten Grenzwerts misst (also (nahezu) keine Beschleunigung anzeigt, und folglich in dem belasteten Fuß momentan keine dynamischen Kräfte wirken), nun der in dem belasteten Fuß gemessene Wert das Körpergewicht der Person repräsentiert.

Eine andere Messsituation, in der sich das Körpergewicht mit der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung 2 ermitteln lässt, ist die, in der unter beiden Füßen 4 die Beschleu­ nigungssensoren 10 wie beschrieben anzeigen, dass gegenwärtig in beiden Füßen 4 keine dynamischen Kräfte wirken. In einer solchen Situation setzt sich das Körpergewicht zusammen aus der Summe der Messwerte der Belastungssensoren 8 unter den beiden Füßen 4, die dann z. B. in einem "Standbein-Spielbein-Stand" auch unterschiedlich belastet sein können.

Das in Fig. 3 dargestellte alternative Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung des Körpergewichts einer Person weist ein unterhalb eines Fußes 19 platziertes Sohlenelement 18, eine darunter angeordnete und an dem Sohlenele­ ment 18 befestigte, beispielsweise verklebte mit einem Gel oder anderem Fluid gefüllte Gel-Kammer 6c und eine an der Gel-Kammer 6c befestigte herkömmliche Schuh-Sohle 22 auf, welche in einen Schuh integriert bzw. als Teil eines Schuhs ausgebildet sind.

Innerhalb eines ersten Sohlenelementes 18 ist einer in diesem ausgebildeten Aus­ nehmung 20 eine Einrichtung 12 zur telemetrischen Übertragung von gemessenen Daten angeordnet. Die Einrichtung 12 entspricht einer zuvor anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Einrichtung. In der Ausnehmung 20 ist ferner der Beschleuni­ gungs-Sensor 10 sowie eine Prozessoreinheit angeorndet ist.

Unterhalb des Sohlenelementes 18 ist eine mit einem Gel gefüllte Kammer 6c angeordnet. Der Druck des Gels in der Kammer 6c ist mittels eines Sensors 8a meßbar. Um die von dem Sensor 8a aufgenommenen Messwerte übertragen zu können, ist der Sensor 8a mit der innerhalb des Sohlenelementes 18 angeordneten Einrichtung 12 verbunden, so dass die aufgenommenen Meßwerte telemetrisch zu einer Datenauswerte- und/oder Speicherstation 16 gemäß Fig. 1 oder 2 über­ tragen werden können.

Unterhalb der mit Gel befüllten Kammer 6c ist eine Schuhsohle 22 befestigt, so dass das Sohlenelement 18, die Gel-Kammer 6c und die Schuhsohle 22 eine sandwich-artige Anordnung bilden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Messung des Körpergewichts einer Person, gekennzeichnet durch mindestens einen in eine Sohle integrierten Sensor, und durch eine sensorische Sohlenfläche (6a, 8b) der Sohle (6), deren Erstreckung einer Boden-Kontaktfläche der Fußsohle (4) der Person in einer Standposition im Wesent­ lichen entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorische Sohlenfläche (6a, 8b) sich minde­ stens im Bereich des Ballens und Hackens der Sohle (6) erstreckt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorische Sohlenfläche (6a) aus einer mit einem Fluid oder einem Gel gefüllten Kammer (6a) in der Sohle (6a) gebildet ist und dass mindestens ein Sensor (8a) den Druck in dem Fluid oder Gel misst.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen zusätzlichen Sensor (10), der die Be­ schleunigung des Fußes misst.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorische Sohlenfläche (8b) von einer piezo­ elektrischen Folie gebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12) zur telemetrischen Übertragung von gemessenen Daten von der Sohle (6) zu einer Datenauswerte- und/oder Speicher­ station (16).

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sohle als Einlegesohle für Schuhe ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines ersten Sohlenelementes (18) in einer in diesem ausgebildeten Ausnehmung (20) die Einrichtung (12) zur telemetrischen Übertragung von gemessenen Daten und/oder der Beschleunigungs-Sensor (10) und/oder eine Prozessoreinheit angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine unterhalb des Sohlenelementes (18) angeordnete mit einem Gel gefüllte Kammer (6c) angeordnet ist und dass der Druck des Gels in der Kammer (6c) mittels eines Sensors (8a) gemessen werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8a) mit der innerhalb des Sohlenelemen­ tes (18) angeordneten Einrichtung (12) verbunden ist, um die von dem Sensor (8a) aufgenommenen Messwerte übertragen zu können.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der mit Gel befüllten Kammer (6c) eine Schuhsohle (22) befestigt ist, so dass das Sohlenelement (18), die Gelkammer (6c) und die Schuhsohle (22) eine Sandwich-artige Anordnung bilden.

12. Verfahren zur Messung des Körpergewichts einer Person mittels mindestens eines in eine Sohle integrierten Sensors, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8a) den Druck in einem Fluid oder Gel misst, das eine Kammer (6a) in der Sohle ausfüllt, oder der Sensor eine piezoelek­ trische Messung vornimmt, indem von einem piezoelektrischen Element eine der Körpergewichtskraft sprechende elektrische Spannung generiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Sensor (10) die Beschleuni­ gung der Sohle (6) misst, sowie durch eine Steuerung (16), die die Auswertung nur von Druck-Werten zulässt, die während einer Beschleunigung unterhalb eines bestimmten Grenzwertes gemessen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Daten von der Sohle (6) zu einer Datenauswerte- und/oder Speicherstation (16) telemetrisch übertragen werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten codiert übertragen werden.