DE102008049112A1

DE102008049112A1 - Textilelektrode

Info

Publication number: DE102008049112A1
Application number: DE102008049112A
Authority: DE
Inventors: Bhavin Chamadiya; Manfred Dipl.-Phys. Wagner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Chamadiya Bhavin Kanji De; Wagner Manfred Dipl - Phys De
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Textilelektrode (1) zum Messen von Körperfunktionen und/oder Vitalparametern von Personen für Fahrzeuganwendungen, insbesondere in einem Sitz (9) oder einer Liege (10), mit einem mehrschichtigen Aufbau, wobei mindestens eine Textilschicht (S2, S4) mindestens einen elektrisch leitfähigen Elektrodenbereich (2, 3) aufweist, wobei mindestens eine Textilschicht (S3) zum Herstellen eines Abstands zwischen zwei anderen Textilschichten (S2, S4) vorgesehen ist.
Die Nutzbarkeit der Textilelektrode (1) lässt sich verbessern, wenn die Textilelektrode (1) zur kapazitiven Kopplung mit der jeweiligen Person ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Textilelektrode zum Messen von Körperfunktionen einer Person für Fahrzeuganwendungen, insbesondere in einem Sitz oder einer Liege, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Fahrzeugsitz bzw. eine Fahrzeugliege.
Aus der DE 20 2006 007 226 U1 ist eine Textilelektrode bekannt, die einen mehrschichtigen Aufbau besitzt, wobei eine außenliegende, zum Hautkontakt mit der Person vorgesehene Textilschicht mehrere elektrisch leitfähige Elektrodenbereiche aufweist und wobei eine weitere außenliegende, von der Haut der Person abgewandte Textilschicht mit Hilfe einer Abstandshalter-Textilschicht mit der Elektrodentextilschicht verbunden und gleichzeitig davon beabstandet ist. Derartige bekannte Textilelektroden werden für die Durchführung medizinischer Untersuchungen sowie für therapeutische und sportliche Maßnahmen genutzt. Hierbei werden diese Textilelektroden mit der Haut der zu untersuchenden Person kontaktiert. Für derartige Anwendungen müssen die Textilelektroden neben einem niedrigen Übergangswiderstand zur Haut auch eine sichere Positionierung an der Haut dieser Person selbst bei starken Bewegungen der Person gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine derartige Textilelektrode eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie neue Anwendungsgebiete eröffnet.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Textilelektrode so auszugestalten, dass sie eine kapazitive Kopplung mit der jeweiligen Person ermöglicht. Bei einer ka pazitiven Kopplung ist eine unmittelbare Kontaktierung mit der Haut der Person nicht erforderlich, was neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. So ist die kapazitiv arbeitende Textilelektrode bspw. in einen Fahrzeugsitz oder in eine Fahrzeugliege integrierbar, so dass Körperfunktionen und Vitalparameter einer auf der Liege bzw. im Sitz befindlichen Person untersucht werden können, ohne den Sitzkomfort bzw. den Liegekomfort zu beeinträchtigen. Die Untersuchung von Körperfunktionen bzw. Vitalparametern bei Personen in Kraftfahrzeugen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Denkbar sind insbesondere EKG-Messungen, um den Gesundheitszustand der jeweiligen Person überwachen zu können. Insbesondere ist auch eine Überwachung hinsichtlich Müdigkeit und Erschöpfung denkbar, wodurch es insbesondere möglich ist, ein Einschlafen eines Fahrzeugführers während der Fahrt rechtzeitig zu vermeiden.
Die kapazitiv arbeitende Textilelektrode kann insbesondere nach der Guard-Technik arbeiten und einen dementsprechenden Aufbau aufweisen. Folglich kann die Textilelektrode entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform zumindest zwei Textilschichten aufweisen, die jeweils mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Elektrodenbereich ausgestattet sind und die durch eine elektrisch nicht leitfähige Textilschicht voneinander beabstandet sind. Dabei sind die Elektrodenbereiche der beiden Textilschichten so aufeinander abgestimmt, dass der Elektrodenbereich der einen Textilschicht den Elektrodenbereich der anderen Textilschicht randseitig überlappt, um so eine Guard-Elektrode zu bilden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Textilelektrode,
2 eine geschnittene Draufsicht auf die Textilelektrode,
3 einen Längsschnitt wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
4 einen Längsschnitt wie in den 1 und 3 im Bereich von Kontaktstellen,
5 eine Draufsicht wie in 2, jedoch mit eingearbeiteten Kontaktstellen,
6 eine Seitenansicht der Textilelektrode mit Auswerteeinheit,
7 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugsitzes,
8 eine perspektivische Ansicht einer Fahrzeugliege.
Entsprechend 1 besitzt eine Textilelektrode 1 einen mehrschichtigen Aufbau, dass heißt, sie weist mehrere Textilschichten S auf. Im Beispiel sind fünf Textilschichten S1 bis S5 dargestellt. Dieser fünfschichtige Aufbau ist dabei rein exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit, so dass auch mehr oder weniger Schichten S vorgesehen sein können.
Im Beispiel ist eine erste Textilschicht S1 elektrisch isolierend ausgestaltet. Sie ist außenliegend und in der Darstellung der 1 oben angeordnet. Eine zur ersten Textilschicht S1 benachbarte zweite Textilschicht S2 weist zumindest einen elektrisch leitfähigen Elektrodenbereich 2 auf, der sich jedoch nicht über die gesamte zweite Textilschicht 2 erstreckt. Eine zur zweiten Textilschicht S2 benachbarte dritte Textilschicht S3 ist wieder elektrisch isolierend ausgestaltet. Zur dritten Textilschicht S3 ist eine vierte Textilschicht S4 benachbart angeordnet. Die vierte Textilschicht S4 weist wie die zweite Textilschicht S2 zumindest einen elektrisch leitfähigen Elektrodenbereich 3 auf, der sich nicht über die gesamte Erstreckung der vierten Textilschicht S4 erstrecken muss. Zur vierten Textilschicht S4 ist eine fünfte Textilschicht S5 benachbart, die wieder elektrisch isolierend ausgestaltet ist. Bevorzugt ist die dritte Textilschicht S3 in Dickenrichtung, also quer zur Schichtebene größer dimensioniert als die erste und fünfte Textilschicht S1, S5. Sie dient somit zum Herstellen eines Abstands zwischen der zweiten und vierten Textilschicht S2, S4.
Die erste, dritte und fünfte Textilschicht S1, S3, S5 sind zweckmäßig aus einem nicht leitfähigen textilen Material hergestellt. Die Elektrodenbereiche 2, 3 der zweiten und vierten Textilschicht S2, S4 können bspw. mittels metallisierter textiler Materialien hergestellt sein. Außerhalb der Elektrodenbereiche 2, 3 können die zweite und vierte Textilschicht S2, S4 ebenfalls wie die erste und fünfte Textilschicht S1, S5 aus entsprechendem elektrisch nicht leitfähigem textilen Material hergestellt sein. Die dritte Textilschicht S3 ist ebenfalls aus einem elektrisch nicht leitfähigen textilem Material hergestellt, wobei hier zweckmäßig ein Abstandsgewirke oder dgl. zur Realisierung des gewünschten Abstands zwischen der zweiten und vierten Textilschicht S2, S4 verwendet wird. Besagter Abstand zwischen der zweiten und vierten Textilschicht S2, S4 ist dabei größer als die Schichtdicke der zweiten und vierten Textilschicht S2, S4.
Wie aus den Schnittdarstellungen der 1 und 2 hervorgeht, ist der Elektrodenbereich 3 der vierten Textilschicht S4 innerhalb der Schichtebene größer dimensioniert als der Elektrodenbereich 2 der zweiten Textilschicht S2, so dass er diesen Elektrodenbereich 2 randseitig überlappt. Gemäß 2 können die Elektrodenbereiche 2, 3 kreisförmig ausgestaltet sein. Auch die ganze Textilelektrode 1 kann kreisförmig ausgestaltet sein. Es ist klar, dass grundsätzlich auch andere Geometrien für die Textilelektrode 1 bzw. für die Elektrodenbereiche 2, 3 denkbar sind, wie z. B. elliptisch, rechteckig, quadratisch und dergleichen. Der größere Elektrodenbereich 3 bildet für den kleineren Elektrodenbereich 2 eine Guard-Elektrode und ermöglicht die Anwendung der Guard-Technologie, um die Textilelektrode 1 so auszugestalten, dass damit eine kapazitive Kopplung mit einer Person bzw. mit der Haut einer Person herstellbar ist, deren Körperfunktionen bzw. deren Vitalparameter gemessen werden sollen. Auf diese Weise ist eine direkte Kontaktierung der Haut der Person nicht erforderlich.
Entsprechend 3 kann zur Verbesserung der Abschirmungsfunktion einer Guard-Elektrode, also des größeren Elektrodenbereichs 3 innerhalb der Textilelektrode 1 ein elektrisch leitfähiger Ringbereich 4 ausgebildet werden, der elektrisch leitend mit dem größeren Elektrodenbereich 3 verbunden ist und der den kleineren Elektrodenbereich 2 randseitig, insbesondere geschlossen, umgibt, und zwar unter Einhaltung eines elektrisch isolierenden Abstands 5. Der Ringbereich 4 wird dabei wieder aus entsprechenden, elektrisch leitfähigen textilen Materialien hergestellt. Er kann bspw. nachträglich z. Bsp. bei fertiger erster und fünfter Textilschicht S1, S5 in die bereits aufeinander liegenden zweiten, dritten, vierten Textilschichten S2, S3, S4 eingewebt oder eingenäht werden. Dabei erstreckt sich der Ringbereich 4 so, dass er in der vierten Textilschicht S4 beginnt, dort mit dem größeren Elektrodenbereich 3 elektrisch kontaktiert ist, sich durch die dritte Textilschicht S3 hindurch erstreckt und bis in die zweite Textilschicht S2 hinein erstreckt. Die Positionierung des Ringbereichs 4 innerhalb der zweiten Textilschicht S2 ist dabei so gewählt, dass der Abstand 5 aus elektrisch isolierendem Material der zweiten Textilschicht S2 besteht.
Um die jeweilige Textilelektrode 1 mit einer in 6 dargestellten Auswerteeinheit 6 elektrisch kontaktieren zu können, weist die Textilelektrode 1 entsprechend den 4 bis 6 mehrere Kontaktstellen B1 bzw. B2 auf. Im dargestellten Beispiel sind vier außenliegende Kontaktstellen B1 und eine zentrale Kontaktstelle B2 vorgesehen. Es ist klar, dass auch dies wieder exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit erfolgt. Die Kontaktstellen B1, B2 sind dabei jeweils an der ersten Textilschicht S1 ausgebildet, so dass die Auswerteeinheit 6 so an die Textilelektrode 1 angebaut wird, dass die erste Textilschicht S1 der Auswerteeinheit 6 zugewandt ist. Die äußeren Kontaktstellen B1 stellen elektrisch leitfähige Kontakte zum größeren Elektrodenbereich 3 her. Insbesondere können die außenliegenden Kontaktstellen B1 mit dem Ringbereich 4 elektrisch leitend verbunden sein. Die außenliegenden Kontaktstellen B1 sind dabei in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Bevorzugt ist eine symmetrische Verteilung. Im Beispiel sind die vier äußeren Kontaktstellen B1 jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnet. Im Unterschied dazu ist die zentrale Kontaktstelle B2 mittig, also zentral angeordnet. Sie ist mit dem kleineren Elektrodenbereich 2 elektrisch leitfähig verbunden. Die Kontaktstellen B1, B2 können bspw. durch einen verlöteten Druckknopf oder dgl. realisiert werden.
Die Auswerteeinheit 6 besitzt komplementär angeordnete Kontakte 7, die mit den Kontaktstellen B1, B2 elektrisch verbindbar sind, um die Auswerteeinheit 6 an die Textilelektrode 1 anzuschließen. Die Auswerteeinheit 6 umfasst bspw. eine nicht näher dargestellte Auswerteschaltung, die insbesondere einen Verstärker realisieren kann. Beispielsweise realisiert die Auswerteschaltung einen Ultra-High-Impedanz-Verstärker. Die Auswerteein heit 6 kann auf geeignete Weise drahtgebunden oder drahtlos mit einer hier nicht gezeigten zentralen Auswertung verbunden sein.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit 6 auf ein flexibles Trägermaterial 8 aufgebaut, wie z. Bsp. ein so genanntes PC-Board oder PCB. Auf diese Weise kann die große Flexibilität der Textilelektrode 1 auch bei montierter Auswerteeinheit 6 im Wesentlichen erhalten bleiben.
Entsprechend 7 können in einem Sitz 9, z. Bsp. einen Fahrersitz, eines Fahrzeugs mehrere Elektroden 1 integriert sein, um Körperfunktionen und/oder Vitalparameter einer auf dem Sitz 9 sitzenden Person zu messen. Bevorzugt handelt es sich hierbei um Textilelektroden 1 der vorbeschriebenen Art. Grundsätzlich sind hier jedoch auch andere Elektroden 1 denkbar. Die Elektroden 1 sind dabei bevorzugt zur Realisierung einer kapazitiven Kopplung mit der jeweiligen Person ausgestaltet. Die Elektroden 1 sind am Sitz bspw. in einen Bezug des Sitzes 9 eingearbeitet, wobei sie zweckmäßig an einer von der Person abgewandten Seite angeordnet sind. Im Beispiel sind rein exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit vier derartige Elektroden 1 in den Sitz 9 integriert.
Entsprechend 8 kann eine Liege 10, die z. Bsp. in einem Cockpit eines Nutzfahrzeugs angeordnet ist, mehrere Elektroden 1 aufweisen, bei denen es sich vorzugsweise um die Textilelektroden 1 der vorbeschriebenen Art handelt. Die Elektroden 1 arbeiten vorzugsweise kapazitiv. Sie können in einen Bezug der Liege 10 eingearbeitet sein und zwar vorzugsweise an einer von der darauf liegenden Person abgewandten Seite. Im Beispiel sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit genau vier derartige Elektroden 1 dargestellt. Mit Hilfe der Elektroden 1 lassen sich auch bei der Liege 10 Vitalparameter und/oder Körperfunktionen einer auf der Liege 10 liegenden Person messen.
Ebenso ist eine Kombination aus Sitz 9 und Liege 10 denkbar, wie z. B. ein Liegesitz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202006007226 U1 [0002]

Claims

Textilelektrode zum Messen von Körperfunktionen und/oder Vitalparametern von Personen für Fahrzeuganwendungen, insbesondere in einem Sitz (9) oder einer Liege (10), – mit einem mehrschichtigen Aufbau, – wobei mindestens eine Textilschicht (S2, S4) mindestens einen elektrisch leitfähigen Elektrodenbereich (2, 3) aufweist, – wobei mindestens eine Textilschicht (S3) zum Herstellen eines Abstands zwischen zwei anderen Textilschichten (S2, S4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilelektrode (1) zur kapazitiven Kopplung mit der jeweiligen Person ausgestaltet ist.
Textilelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Textilschichten (S2, S4) vorgesehen sind, die jeweils mindestens einen elektrisch leitfähigen Elektrodenbereich (2, 3) aufweisen, die durch eine elektrisch nicht leitfähige Textilschicht (S3) voneinander beabstandet sind, wobei der Elektrodenbereich (3) der einen Textilschicht (S4) den Elektrodenbereich (2) der anderen Textilschicht (S2) randseitig überlappt.
Sitz und/oder Liege in einem Kraftfahrzeug mit mindestens einer Elektrode (1), insbesondere Textilelektrode (1), vorzugsweise nach Anspruch 1 oder 2, zum Messen von Körperfunktionen und/oder Vitalparametern einer auf dem Sitz (9) und/oder der Liege (10) befindlichen Person.