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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Matratze, eine Matratzenauflage sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Person.
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Stand der Technik
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Aus der
DE69808293T2 ist ein Drucksensor bekannt, der ein Schaumstoffmaterial, eine Lichtquelle und einen Lichtsensor umfasst. Bei dem Drucksensor handelt es sich um einen Schaumstoffsensor. Das Schaumstoffmaterial umfasst Streuzentren und leitet durch die in ihm befindliche Lichtquelle eingespeistes Licht, sodass der ebenfalls im Schaumstoffmaterial befindliche Lichtsensor das eingeleitete Licht empfangen kann. Der Sensor ist so angeordnet, dass er das Licht der Lichtquelle nicht auf direktem Weg empfangen kann, sondern das Licht nach Streuung am Schaumstoffmaterial empfängt. Bei Deformation des Schaumstoffmaterial verändert sich dessen Lichtleitfähigkeit bzw. die Dichte der Streuzentren, sodass eine Auswertung der durch den Lichtsensor empfangenen Lichtintensität ein Maß für den auf das Schaumstoffmaterial wirkenden Druck darstellt. Somit kann aus dem Schaumstoffmaterial ein Drucksensor gebildet werden.
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Aus der
EP1605240A1 ist ein textiler Sensor bekannt, der aus einer flächigen, gewebten Elektrode und gegenüberliegenden durch leitende Fäden gebildete Elektroden gebildet wird. Die flächige Elektrode und die leitenden Fäden sind durch eine nichtleitende Schicht beabstandet und bilden je einen Kondensator. Der Abstand ändert sich bei Druckeinwirkung, sodass sich in Folge dessen auch die Kapazität der Kondensatoren Ändert. Die Kapazitätsänderung kann gemessen werden, um so ein Maß für den einwirkenden Druck zu erhalten.
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Vom Markt her sind Sensormatten bekannt, die Piezokristalle umfassen und so einen Druck erfassen können. Diese Sensormatten können unter die Matratzen von Babybetten geschoben werden und dienen dazu, die Atembewegungen der in den Babybetten schlafenden Babys zu überwachen. Da sich die Sensormatten unterhalb der dicken und polsternden Matratze befinden, ist das Drucksignal und damit die Überwachung der Atembewegung entsprechend ungenau.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Matratze hat demgegenüber den Vorteil, dass die Matratze einen Schaumstoffsensor umfasst, wobei der Schaumstoffsensor eine Lichtquelle und einen Lichtsensor umfasst, wobei die Lichtquelle und der Lichtsensor derart innerhalb des Schaumstoffsensors angeordnet sind, dass der Lichtsensor durch die Lichtquelle ausgesendetes Licht empfängt, wobei der Schaumstoffsensor derart ausgebildet ist, dass sich die von dem Lichtsensor empfangene Lichtintensität in Abhängigkeit eines auf den Schaumstoffsensor wirkenden Drucks ändert. Auf diese Weise kann ein Druck, der durch eine auf der Matratze liegenden Person verursacht wird, nahe an der verursachenden Person erfasst werden, was eine genaue Erfassung des Drucks ermöglicht. Die genaue Erfassung des Drucks wiederum ermöglicht, auch Variationen des Drucks, beispielsweise verursacht durch eine Atmung der auf der Matratze liegenden Person, zu erfassen.
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Vorteilhaft ist, wenn der Schaumstoffsensor derart innerhalb der Matratze angeordnet ist, dass eine Projektion des Schaumstoffsensors auf eine Liegefläche der Matratze mindestens die Hälfte der der Fläche der Liegefläche der Matratze beträgt. Unter Liegefläche der Matratze ist dabei die Oberfläche der Matratze zu verstehen, die bei normalem Gebrauch für das Liegen einer Person vorgesehen ist. Unter Projektion ist dabei die entsprechende mathematische Operation zu verstehen. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, wenn der Schaumstoffsensor so angeordnet ist, dass er auf Druckeinwirkung auf mindestens der Hälfte der Liegefläche sensitiv ist. Beispielsweise kann der Schaumstoffsensor hierfür eine obere Schicht der Matratze bilden.
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Vorteilhaft ist, wenn der Schaumstoffsensor ein Volumen der Matratze zu mindestens 80 Prozent ausfüllt. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Schaumstoffsensor die Matratze bildet und somit 100 Prozent des Volumens der Matratze ausfüllt. Somit entfällt der Arbeitsschritt einer Integration des Matratzensensors in die Matratze.
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Die erfindungsgemäße Matratzenauflage hat den Vorteil, dass die Matratzenauflage einen kapazitiven Sensor umfasst. Besonders vorteilhaft ist, wenn der kapazitive Sensor zum Erfassen einer Druckeinwirkung auf die Matratzenauflage eingerichtet ist. Unter Matratzenauflagen können dabei alle Objekte verstanden werden, die bei bestimmungsgemäßen Gebrauch auf eine Matratze aufgelegt werden. Bei der Matratzenauflage kann es sich insbesondere um einen Matratzenbezug oder einen Matratzenschoner handeln.
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Vorteilhaft ist, wenn eine Liegefläche der Matratzenauflage eine flächige Elektrode des kapazitiven Sensors umfasst. Unter Liegefläche ist dabei eine Fläche der Matratzenauflage zu verstehen, auf der bei bestimmungsgemäßer Verwendung eine Person mittelbar oder unmittelbar liegt.
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Vorteilhaft ist, dass die Matratzenauflage eine kompressible Schicht umfasst, die sich unterhalb der Liegefläche befindet, wobei innerhalb oder unterhalb der kompressiblen Schicht mindestens eine weitere Elektrode des kapazitiven Sensors angeordnet ist.
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Vorteilhaft ist, dass innerhalb oder unterhalb der kompressiblen Schicht eine Vielzahl von Elektroden angeordnet ist, wobei jede der Elektroden mit der flächigen Elektrode einen Kondensator bildet, wobei die Vielzahl der Elektroden derart angeordnet ist, dass mittels der Kondensatoren eine zweidimensionale Auflösung in Bezug auf das Erkennen einer Druckeinwirkung auf die Matratzenauflage möglich ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen einer Person, hat den Vorteil, dass mittels der erfindungsgemäßen Matratze und/oder mittels der erfindungsgemäßen Matratzenauflage eine zeitliche Entwicklung eines durch die Person auf die Matratze oder Matratzenauflage ausgeübten Drucks erfasst wird und aus der erfassten zeitlichen Entwicklung des Drucks auf den Zustand der Person geschlossen wird. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Matratze oder der erfindungsgemäßen Matratzenauflage kann die zeitliche Entwicklung des Drucks mit hoher Präzision gemessen werden, sodass sich dieses Verfahren für eine zuverlässige Überwachung der Person eignet. Beispielsweise kann so überwacht werden, ob die Person gleichmäßig atmet, da Atembewegungen als Variation des Drucks auf die Matratze bzw. Matratzenauflage erfasst werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Überwachung von Säuglingen.
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Bei dem Schaumstoffsensor kann es sich um einen aus dem Stand der Technik bekannten Schaumstoffsensor handeln, oder um einen der nachstehend näher beschriebenen Schaumstoffsensoren.
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Der Schaumstoffsensor kann vorteilhafterweise ein Schaumstoffelement umfassen, wobei sich innerhalb des Schaumstoffelements Lichtquellen und Lichtsensoren befinden, sodass die Lichtsensoren durch die Lichtquellen ausgesendetes Licht empfangen, wobei das Schaumstoffelement derart ausgebildet ist, dass sich die von den Lichtsensoren empfangene Lichtintensität in Abhängigkeit eines auf das Schaumstoffelement wirkenden Drucks ändert, wobei der Schaumstoffsensor außerdem Elektroden umfasst, die einen Kondensator bilden, dessen Kapazität anhängig von dem auf das Schaumstoffelement einwirkenden Drucks ist.
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Das Schaumstoffelement umfasst Streuzentren, ist ansonsten aber lichtleitend ausgebildet. In das Schaumstoffelement eingekoppeltes Licht wird an den Streuzentren gestreut, sodass die im Schaumstoffelement befindlichen Lichtsensoren das durch die Streuzentren gestreute Licht empfangen. Bei Kompression des Schaumstoffelements in Folge von Druckeinwirkung wird die lokale Dichte der Streuzentren im Bereich der Druckeinwirkung erhöht, sodass die Lichtsensoren eine erhöhte Lichtintensität erfassen. Die Lichtintensität ist dabei ein eindeutiges Maß für die Intensität der Druckeinwirkung. Zusätzlich kann der Schaumstoffsensor Elektroden umfassen, die einen Kondensator bilden. Der Kondensator ist, beispielsweise durch die Verwendung des kompressiblen Schaumstoffmaterials als Isolierschicht, ebenfalls kompressibel, sodass sich die Kapazität des Kondensators bei lokaler Druckeinwirkung ändert. Eine Messung der Kapazität des Kondensators liefert daher ein eindeutiges Maß für den auf den Kondensator einwirkenden Druck, sodass diese Ausgestaltung des Schaumstoffsensors vorteilhafterweise zwei unabhängige Messverfahren ermöglicht, die verwendet werden können, um einen Druck redundant zu erfassen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen in denen der Schaumstoffsensor über eine lange Produktlebensdauer nicht getauscht oder gewartet werden kann, da die beiden voneinander unabhängigen Messverfahren auch verwendet werden können um langfristige Sensordriften zu erkennen und im Rahmen einer elektronischen Auswertung zu kompensieren. Somit bietet diese Ausgestaltung des Schaumstoffsensors eine kostengünstige, flexible und langlebige Möglichkeit einen Druck zu messen.
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Vorteilhafter Weise wird eine Elektrode des Sensorsystems durch ein flächiges Gewebe gebildet, das beispielsweise aus einer miteinander verwobenen Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten oder Fasern gebildet sein kann. Alternativ kann das flächige Gewebe auch nicht elektrisch leitende Komponenten, wie z.B. handelsübliche Textilfasern, enthalten. Somit kann vorteilhafterweise eine mechanische oder haptische Eigenschaft des flächigen Gewebes in einer gewünschten Art und Weise bereitgestellt werden.
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Vorteilhaft ist, wenn das Schaumstoffelement eine Oberfläche aufweist, wobei sich eine Elektrode auf der Oberfläche des Schaumstoffelements befindet. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung befindet sich die Elektrode, die das flächige Gewebe bildet, auf der Oberfläche des Schaumstoffelements. Somit kann eine gewünschte Oberflächeneigenschaft bzw. -haptik bereitgestellt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich mindestens eine zweite Elektrode innerhalb des Schaumstoffelements.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, in der das Schaumstoffelement zwei gegenüberliegende Oberflächen aufweist, befinden sich die Elektroden auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Schaumstoffelements. Besonders vorteilhaft ist, wenn beide Oberflächen durch Elektroden bedeckt sind, die flächige Gewebe bilden.
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Vorteilhaft ist, wenn die Elektroden eine elektrische Leitung bilden, die mit den Lichtquellen oder den Lichtsensoren verbunden sind. Durch die Verwendung der Elektroden als elektrischen Leitungen lässt sich vorteilhafterweise ein Schaumstoffsensor realisieren, dass keine gesonderten elektrischen Leitungen zum Versorgen der Lichtquellen mit elektrischer Energie oder zum Übermitteln von durch die Lichtsensoren bereitgestellten elektrischen Signalen benötigt. Mit anderen Worten kann so vorteilhafterweise ein Schaumstoffsensor bereitgestellt werden, dessen Signalleitungen bzw. Versorgungsleitungen verwendet werden können, um kapazitive Drucksensoren zu realisieren.
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Vorteilhafter Weise bildet das Schaumstoffelement eine Matte. Der Schaumstoffsensor umfasst mehrere Lichtsensoren, sodass aus einer Verteilung der durch die Lichtsensoren empfangenen Lichtintensität eine Lokalisierung des auf das Schaumstoffelement einwirkenden Drucks ermittelt werden kann. Die Mattenform des Schaumstoffelements bietet den Vorteil, dass der derart gebildete Schaumstoffsensor flexibel eingesetzt werden kann. Somit kann der Druck nicht nur dem Betrag nach gemessen, sondern auch räumlich zugeordnet werden. Durch entsprechende Anordnung der Lichtsensoren kann ein Schaumstoffsensor mit einer räumlichen Auflösung bereitgestellt werden, die eine Bestimmung einer Einwirkfläche des Drucks oder einer zweidimensionalen Druckverteilung ermöglicht. Der Schaumstoffsensor kann auch eine Vielzahl von Elektroden umfassen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Schaumstoffsensors, ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Matratze, ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Matratzenauflage sowie ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den nachfolgenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
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Figurenliste
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- 1 einen schematischen Querschnitt durch einen beispielhaften Schaumstoffsensor;
- 2 eine schematische Draufsicht auf einen beispielhaften Schaumstoffsensor;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Matratze;
- 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaumstoffsensor (10). Ein Schaumstoffelement (11) ist näherungsweise quaderförmig ausgebildet, sodass der Schaumstoffsensor (10) insgesamt eine Matte bildet. Das Schaumstoffelement (11) ist lichtleitend und umfasst Streuzentren. Auf der Oberseite des Schaumstoffelements (11) befindet sich ein flächiges Gewebe (12), das zumindest teilweise aus elektrisch leitendem Material besteht und daher eine Elektrode bildet. Das flächige Gewebe (12) ist dünn im Vergleich zur Dicke des Schaumstoffelements (11).
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Der Schaumstoffsensor (10) umfasst mehrere Lichtquellen (14), bei denen es sich beispielsweise um LEDs handeln kann, sowie mehrere Lichtsensoren (16) wie z.B. Photozellen. Die Lichtquellen (14) und die Lichtsensoren (16) sind in das Schaumstoffelement (11) eingebettet und derart angeordnet, dass die durch die Lichtsensoren (16) empfangene Lichtintensität einen erheblichen Anteil an Streulicht, das an den Streuzentren gestreut wurde, aufweist. Die Lichtquellen (14) und die Lichtsensoren (16) sind jeweils mit elektrischen Leitungen (17) verbunden, wobei es sich bei den elektrischen Leitungen (17) sowohl um Leitungen zur Spannungsversorgung, als auch um Signalleitungen handeln kann. Vorteilhafterweise können Signale von den Lichtsensoren (16) als digitale Signale über die elektrischen Leitungen (17) übermittelt werden. Die elektrischen Leitungen (17) bilden gemeinsam mit dem flächigen Gewebe (12) jeweils einen kompressiblen Kondensator, dessen Kapazität von einer Druckeinwirkung auf das Schaumstoffelement (11) abhängt. Mittels einer Auswerteelektronik kann die Kapazität der Kondensatoren gemessen und daraus die Druckeinwirkung bestimmt werden.
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Der in 1 gezeigte Querschnitt durch den Schaumstoffsensor (10) illustriert gleichzeitig einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Matratzenauflage.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Schaumstoffsensor (10), wobei die bereits im Rahmen der Beschreibung von 1 erläuterten Elemente nicht erneut beschrieben werden. Der Schaumstoffsensor (10) kann einen weiteren Sensor (18) umfassen, bei dem es sich um einen Beschleunigungssensor, einen Temperatursensor und/oder einen Feuchtesensor handeln kann.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Matratze (30). Die Matratze (30) umfasst einen Schaumstoffsensor (32), der insbesondere wie in den 1 und 2 beschrieben, ausgebildet sein kann. Der Schaumstoffsensor (32) füllt die Matratze (30) zu mindestens 80 Prozent aus. Der in 3 gezeigte Pfeil zeigt von unten nach oben, sodass die Liegefläche der Matratze der Oberfläche der Matratze entspricht, die in Richtung der Pfeilspitze liegt.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 40 startet das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 40 werden zweidimensional aufgelöste Druckwerte mittels des Schaumstoffsensors (10, 32) ausgelesen, mit einem Zeitstempel versehen und abgespeichert. Anschließend wird Schritt 42 ausgeführt. In Schritt 42 wird aus mehreren kürzlich gespeicherten Druckwerten eine zeitliche Entwicklung abgeleitet. Anschließend wird Schritt 44 ausgeführt.
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In Schritt 44, wird die in Schritt 42 abgeleitete zeitliche Entwicklung mit einer hinterlegten Referenzentwicklung verglichen. Die Referenzentwicklung kann entweder fest vorgegeben sein, oder aus vergangenen Druckmessungen, beispielsweise im Rahmen einer Referenzmessung, gelernt worden sein. Entspricht die in Schritt 42 abgeleitete zeitliche Entwicklung der Referenzentwicklung, wird im Anschluss erneut Schritt 40 durchgeführt. Entspricht die in Schritt 42 abgeleitete zeitliche Entwicklung nicht der Referenzentwicklung, wird im Anschluss an Schritt 44 Schritt 46 durchgeführt. In Schritt 46 wird ein Alarm ausgelöst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69808293 T2 [0002]
- EP 1605240 A1 [0003]
