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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Abstands zu einer weiteren Vorrichtung.
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Dem Fachmann sind bereits Armbänder bekannt, welche ein Funksignal aussenden, wobei dieses Funksignal von einem weiteren Armband erfasst werden kann. Anhand der Signalstärke des erfassten Funksignals kann das weitere Armband den Abstand zum anderen Armband bestimmen. Hierbei wird typischerweise die RSSI (Received Signal Strength Indication) genutzt, um auf den Abstand zwischen den Armbändern schließen zu können.
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Ein Problem, welches jedoch bei einer derartigen Bestimmung des Abstands zwischen den zwei Armbändern auftritt, ist, dass sich je nach Ausrichtung des Trägers des Armbands beispielsweise sein eigener Torso oder auch der Torso des Trägers des weiteren Armbands zwischen den beiden Armbändern befinden kann. Ein solcher Torso kann allerdings das Funksignal dämpfen oder auch das Signal entsprechend abschirmen, was folglich zu einem falschen Messergebnis führen kann. Dies liegt an der Absorptionsfähigkeit von Energie der Funksignale beispielsweise durch Wasser, welches bekanntlich einen Großteil des menschlichen Körpers ausmacht. Dieses Phänomen ist beispielsweise bei Funksignalen im Bluetooth-Frequenzband besonders stark ausgeprägt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Abstands zu einer weiteren Vorrichtung. Die Vorrichtung weist eine Verarbeitungseinheit und einen Funk-Transceiver auf, wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, mittels des Funk-Transceiver ein Signal mit einer vorbestimmten Signalstärke auszusenden und ein weiteres Signal von einer weiteren, identischen Vorrichtung zu empfangen und in Abhängigkeit von einer Signalstärke des weiteren Signals einen Abstand der Vorrichtung zu der weiteren Vorrichtung zu bestimmen, und wobei die Vorrichtung dazu vorgesehen ist, in einem Bereich eines Beines einer Person angebracht zu werden, insbesondere unmittelbar am Bein oder an einem Kleidungstück der Person.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass ein Abstand zwischen den Vorrichtungen genauer bestimmt werden kann und die Bestimmung des Abstands beispielsweise nicht mehr derartig stark durch die Ausrichtung des Trägers beeinflusst wird, da das Bein einen geringeren Querschnitt aufweist als der Torso einer Person und man beispielsweise mit den Beinen leicht versetzt zueinander steht, wodurch nahezu keine Dämpfung des Signals aufgrund eines entsprechenden Körperteils auftritt. Eine Anbringung im Bereich des Beines bietet zudem den Vorteil, dass die Vorrichtung unauffällig am Träger platziert werden kann. Dies hat wiederum den Vorteil, dass es bei alltäglichen Abläufen oder bei arbeitstechnischen Abläufen, wie beispielsweise beim Bedienen einer technischen Anlage, eine Störung beziehungsweise Gefährdung des Trägers ausgehend von der Vorrichtung möglichst gering gehalten oder gar ganz ausgeschlossen werden kann.
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Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgestaltet sein.
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Unter Funk-Transceiver ist eine elektronische Schaltung zu verstehen, welche Funksignale empfangen oder auch versenden kann. Insbesondere kann der Funk-Transceiver hierfür ein WLAN- und/oder Mobilfunk- und/oder Bluetooth-Modul aufweisen. Das Signal und das weitere Signal sind entsprechende Funksignale, welche drahtlos übermittelt werden können. Der Funk-Transceiver weist hierfür typischerweise eine entsprechend ausgestaltete Antenneneinheit auf.
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Als Signalstärke ist hierbei die Energie des entsprechenden Signals zu verstehen. So wird das Signal mit einer vorbestimmten Signalstärke, das heißt einer definierten Energie, ausgesendet. Die Signalstärke des weiteren Signals, welches empfangenen wird, kann entsprechend anhand seiner Energie bestimmt werden. Hierbei wird berücksichtigt, dass ein Signal über die Entfernung an Energie verliert, weshalb basierend auf der Signalstärke des empfangenen Signals auf den Abstand zur Quelle dieses Signals geschlossen werden kann.
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Als Abstand ist hierbei die räumliche Entfernung zwischen der Vorrichtung und der weiteren Vorrichtung zu verstehen, sprich die Distanz von der Vorrichtung zur weiteren Vorrichtung.
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Vor der Bestimmung des Abstands in Abhängigkeit des weiteren Signals kann das weitere Signal beispielsweise gefiltert werden, um die Erkennungsgenauigkeit und Robustheit der Abstandsbestimmung zu erhöhen.
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Zudem ist es denkbar, dass das ausgesendete Signal mit einer Kodierung versehen wird. Dies hat den Vorteil, dass ein empfangenes, weiteres Signal auf diese Kodierung hin überprüft werden kann. Weist das empfangene Signal eine solche Kodierung nicht auf, kann darauf geschlossen werden, dass dieses Signal lediglich ein Störsignal ist und nicht von einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgesendet wurde.
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Des Weiteren kann die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet sein, weitere Funktionen umzusetzen. Solche Funktionen können beispielsweise das Aussenden einer hinterlegten Identifikation sein, um dem Träger der Vorrichtung Zutritt zu einem gewissen Ort zu ermöglichen oder aber um den Träger gegenüber einer anderen Person oder elektronischen Maschine authentifizieren zu können. Eine solche Identifikationsnummer kann in einer Speichereinheit der Vorrichtung hinterlegt sein.
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Unter Bein ist ein Teil des menschlichen Körpers zu verstehen, welches sich aus dem Fuß, dem Unterschenkel und dem Oberschenkel zusammensetzt.
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Als Kleidungsstücke im Bereich des Beines sind beispielsweise Schuhe, Socken oder auch Hosen zu verstehen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung ein insbesondere verschließbares Band zur Anbringung der Vorrichtung im Bereich des Beines der Person und/oder eine Federklemme zur Anbringung der Vorrichtung im Bereich des Beines der Person aufweist.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache und kostengünstige Möglichkeit darstellt, die Vorrichtung am Bein oder einem Kleidungstück der Person zu befestigen.
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Das Band kann beispielsweise einen Schnallenverschluss, einen Druckknopf oder auch einen Klettverschluss aufweisen. Hierdurch kann das Anlegen und Abnehmen des Bands besonders komfortabel umgesetzt und trotzdem ein guter Sitz der Vorrichtung im Bereich des Beines ermöglicht werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung dazu vorgesehen ist, in einem Bereich eines Unterschenkels oder eines Fußes der Person angebracht zu werden, insbesondere in einem Bereich eines Sprunggelenks der Person.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass in diesem Bereich des Körpers der Person ein besonders geringer Körperdurchschnitt in horizontaler Ebene vorhanden ist, wobei dies typischerweise unabhängig vom Körperbau der Person ist. Folglich wird in diesem Bereich ein entsprechendes Funksignal besonders wenig gedämpft beziehungsweise abgeschirmt, was wiederum eine verbesserte Abstandsbestimmung ermöglicht.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Funk-Transceiver ausgestaltet ist, im Bereich zwischen 0,3 GHz und 30 GHz zu senden und zu empfangen, insbesondere im Wesentlichen bei 2,4Ghz, und besonders bevorzugt ein Bluetooth-Modul aufweist.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass diese Frequenzbereiche unkritisch gegenüber anderen Funksignale sind und zudem nur eine geringe Energie benötigt wird, um entsprechende Signale auszusenden. Hierdurch erhöht sich beispielsweise die Anwendungsdauer der Vorrichtung.
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Das Bluetooth-Modul kann beispielsweise die klassische Bluetooth-Technologie nutzen oder auch bevorzugt kompatibel zu Bluetooth-Low-Energy (BLE) ausgestaltet sein.
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Unter im Wesentlichen bei 2,4GHz ist hierbei zu verstehen, dass sich die eigentliche Frequenz der Funksignale leicht von der angegebenen Frequenz von 2,4GHz unterscheiden kann, beispielsweise um einige Prozent, wobei diese Abweichung durch Messungenauigkeiten, Rauschen oder durch unterschiedliche Umgebungsparameter verursacht werden kann.
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Zur Energieversorgung kann die Vorrichtung beispielsweise einen insbesondere wiederaufladbaren Energiespeicher aufweisen, beispielsweise eine Batterie oder einen Akku. Falls der Energiespeicher wiederaufladbar ist, ist dieser insbesondere dazu eingerichtet, drahtlos geladen zu werden. Alternativ oder zusätzlich wäre jedoch auch eine Aufladung des Energiespeichers mittels eines Stromkabels denkbar. Zudem ist es auch denkbar, dass der Energiespeicher austauschbar ausgestaltet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die Signalstärke des weiteren Signals mit wenigstens einem vorgegebenen Signalstärke-Schwellenwert zu vergleichen, wobei der Signalstärke-Schwellenwert eine zu erwartende Signalstärke eines weiteren Signals bei einem vorgegebenen Abstand der Vorrichtung zu der weiteren Vorrichtung definiert, und falls die Signalstärke des empfangenen Signals größer als der Signalstärke-Schwellenwert ist, zu bestimmen, dass der Abstand kleiner als der vorgegebene Abstand ist.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Möglichkeit darstellt, den Abstand zwischen der Vorrichtung und weiteren Vorrichtung zu bestimmen.
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Als Signalstärke-Schwellenwert kann beispielsweise eine typische Signalstärke abgespeichert werden, welche bei einem vorgegebenen Abstand unter normalen Bedingungen erfasst werden kann. Als normale Bedingungen werden hierbei eine vordefinierte Sendestärke und keine das Signal störenden oder dämpfenden Einflüsse zwischen der Signalquelle und der empfangenden Vorrichtung angesehen. Ein sinnvoller vorgegebener Abstand kann beispielsweise der aktuell aufgrund von Covid-19 empfohlenen Abstand von 1,5m sein.
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Insbesondere ist es jedoch auch denkbar, dass eine Vielzahl von Signalstärke-Schwellenwerten mit unterschiedlich vorgegebenen Abständen in einer Speichereinheit hinterlegt sind, um diese entsprechend mit der Signalstärke des empfangenen Signals vergleichen zu können und um wiederum den Abstand entsprechend eingrenzen zu können. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise vorab eine gewisse Abhängigkeit von Signalstärke im Verhältnis zum Abstand ermittelt und diese Abhängigkeit, beispielsweise eine gewisse Linearität, in der Vorrichtung hinterlegt sein, um auf Basis der Signalstärke des empfangenen Signals auf den Abstand zwischen den jeweiligen Vorrichtungen schließen zu können.
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Die Vorrichtung kann hierfür eine entsprechende Speichereinheit aufweisen, auf welche die Verarbeitungseinheit Zugriff hat. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Speichereinheit bereits in der Verarbeitungseinheit integriert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem bestimmten Abstand ein Alarmsignal auszugeben.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass je nach Abstand ein Alarmsignal ausgegeben wird, auf welches dann entsprechend reagiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, den bestimmten Abstand mit wenigstens einem vorgegebenen Abstands-Schwellenwert zu vergleichen und, falls der bestimmte Abstand kleiner als der vorgegebenen Abstands-Schwellenwert ist, das Alarmsignal auszugeben.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass als Abstands-Schwellenwert beispielsweise der für Covid-19 kritische Abstand von 1,5m herangezogen werden kann. Ist der bestimmte Abstand zwischen den Vorrichtungen und folglich auch zwischen den die Vorrichtungen tragenden Personen geringer als dieser Abstands-Schwellenwert, kann das Alarmsignal entsprechend ausgegeben werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass mehrere Abstands-Schwellenwerte definiert werden, welche beispielsweise je nach Unterschreitung eines entsprechenden Abstands-Schwellenwertes unterschiedliche Alarmsignale generieren.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Alarmeinheit aufweist, wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, das Alarmsignal mittels der Alarmeinheit auszugeben, wobei die Alarmeinheit insbesondere als Vibrationseinheit und/oder optischer Signalgeber und/oder akustischer Signalgeber und/oder drahtlose Kommunikationseinheit ausgestaltet ist, und wobei die drahtlose Kommunikationseinheit besonders bevorzugt den Funk-Transceiver aufweist.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass mittels der Alarmeinheit insbesondere der Träger der Vorrichtung auf den zu geringen Abstand zur anderen Person hingewiesen werden kann. Der Träger kann auf diesen Hinweis entsprechend reagieren und beispielsweise einen Mund-Nase-Schutz anziehen oder aber sich von der zu nahen Person entfernen.
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Zudem ist es auch denkbar, dass das Alarmsignal mittels der Alarmeinheit an einen Server geschickt wird, um den unterschrittenen Abstand entsprechend zu dokumentieren. Hierbei kann zudem beispielsweise eine eindeutige Identifikation der Vorrichtung im Alarmsignal integriert werden.
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Als optischer Signalgeber ist beispielsweise eine LED oder ein Bildschirm zu verstehen.
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Unter akustischem Signalgeber ist beispielsweise ein Lautsprecher zu verstehen.
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Die Erfindung betrifft zudem ein System mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer weiteren, identischen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung und die weitere Vorrichtung jeweils im Bereich eines Beines einer jeweiligen Person angebracht sind.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Abstands zu einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 2 zeigt ein System mit Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik in verschiedenen Situationen.
- 3 zeigt ein erfindungsgemäßes System mit zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Abstands zu einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dargestellt ist eine Vorrichtung 10. Die Vorrichtung 10 weist eine Verarbeitungseinheit 20 und einen Funk-Transceiver 30 auf. Die Verarbeitungseinheit 20 ist mit dem Funk-Transceiver 30 verbunden und dazu eingerichtet, mittels des Funk-Transceivers 30 ein Signal 32 mit einer vorbestimmten Signalstärke auszusenden und zudem ein weiteres Signal 34 von einer weiteren, identischen Vorrichtung 11 zu empfangen. Hierbei kann der Funk-Transceiver 30 ausgestaltet sein, im Bereich zwischen 0,3 GHz und 30 GHz zu senden und zu empfangen, insbesondere im Wesentlichen bei 2,4Ghz. Besonders bevorzugt weist der Funk-Transceiver 30 hierfür ein Bluetooth-Modul auf, welches eine entsprechende Bluetooth-Technologie zum Senden und Empfangen der entsprechenden Signale 32, 34 nutzt.
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Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von einer Signalstärke des Weiteren Signals 34 einen Abstand zwischen der Vorrichtung 10 und der weiteren Vorrichtung 11 zu bestimmen.
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Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet sein, die Signalstärke des weiteren Signals 34 mit wenigstens einem vorgegebenen Signalstärke-Schwellenwert zu vergleichen, wobei der Signalstärke-Schwellenwert eine zu erwartende Signalstärke des weiteren Signals 34 bei einem vorgegebenen Abstand der Vorrichtung 10 zu der weiteren Vorrichtung 11 definiert, und falls die Signalstärke des weiteren Signals 34 größer als der Signalstärke-Schwellenwert ist, zu bestimmen, dass der Abstand X kleiner als der vorgegebene Abstand ist. Je mehr Signalstärke-Schwellenwerte hierbei zum Vergleich herangezogen werden, umso genauer kann der Abstand X bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Signalstärke auch mit einer Tabelle abgeglichen werden, in welcher entsprechende Signalstärke-Schwellenwerte hinterlegt sind, um den Abstand X zu bestimmen.
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Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem bestimmten Abstand X ein Alarmsignal 42 auszugeben.
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Insbesondere kann die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet sein, den bestimmten Abstand X mit wenigstens einem vorgegebenen Abstands-Schwellenwert zu vergleichen und, falls der bestimmte Abstand X kleiner als der vorgegebenen Abstands-Schwellenwert ist, das Alarmsignal 42 auszugeben.
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Hierfür kann die Vorrichtung 10 beispielsweise eine Alarmeinheit 40 aufweisen, wobei die Verarbeitungseinheit 20 entsprechend dazu eingerichtet sein kann, das Alarmsignal 42 mittels der Alarmeinheit 40 auszugeben. Insbesondere ist die Alarmeinheit 40 als Vibrationseinheit und/oder optischer Signalgeber und/oder akustischer Signalgeber und/oder drahtlose Kommunikationseinheit ausgestaltet ist. Bildlich nicht dargestellt kann die Alarmeinheit 40, welche als drahtlose Kommunikationseinheit ausgestaltet ist, besonders bevorzugt den Funk-Transceiver 30 aufweisen.
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Die elektronischen Bauteile, wie beispielsweise die Verarbeitungseinheit 20, der Funk-Transceiver 30 und die Alarmeinheit 40 sind hierbei in einem Gehäuse 13 der Vorrichtung 10 angeordnet. Dieses Gehäuse 13 kann insbesondere wasserdicht ausgestaltet sein.
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Die Vorrichtung 10 ist des Weiteren dazu vorgesehen, in einem Bereich eines Beines 105 einer Person 100 angebracht zu werden, insbesondere unmittelbar am Bein 105 oder an einem Kleidungstück der Person 100.
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Insbesondere ist die Vorrichtung 10 dazu vorgesehen, in einem Bereich eines Unterschenkels oder eines Fußes der Person 100 angebracht zu werden, bevorzugt in einem Bereich eines Sprunggelenks der Person 100.
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Hierfür kann die Vorrichtung 10 beispielsweise ein insbesondere verschließbares Band 15 zur Anbringung der Vorrichtung 10 im Bereich des Beines 105 der Person 100 aufweisen. Das Band 15 kann wiederum einen Schnallenverschluss 16 aufweisen und ist mit seinen beiden Enden mit dem Gehäuse 13 der Vorrichtung 10 verbunden.
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In einem bildlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Band 15 alternativ oder zusätzlich zum Schnallenverschluss 16 beispielsweise einen Druckknopfverschluss oder auch einen Klettverschluss auf.
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In einem weiteren, bildlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnte die Vorrichtung 10 zusätzlich oder alternativ zu dem Band 15 eine Federklemme zur Anbringung der Vorrichtung im Bereich des Beines 105 der Person 100 aufweisen. Die Federklemme kann hierbei am Gehäuse 13 der Vorrichtung 10 angeordnet sein.
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2 zeigt ein System mit Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik in verschiedenen Situationen.
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Dargestellt sind drei mögliche Situationen, in welcher zwei Personen 100 jeweils Armbänder 200 zur Abstandsbestimmung tragen, welche hierfür entsprechende Funksignale miteinander austauschen.
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In der ersten Situation stehen die zwei Personen 100 mit einem Abstand X1 voneinander entfernt. Die Armbänder 200 befinden sich hierbei jeweils auf einer zur anderen Person zugewandten Seite.
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In der zweiten Situation stehen die Personen 100 mit einem Abstand X2 voneinander entfernt, wobei der Abstand X2 in etwa mit dem Abstand X1 übereinstimmt. Nun befindet sich eines der Armbänder 200 jedoch auf einer von der anderen Person abgewandten Seite, wodurch das vom anderen Armband empfangene Signal durch den Torso der entsprechenden Person gedämpft wird und folglich eine schwächere Signalstärke aufweist, als das empfangene Signal in der ersten Situation.
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In einer dritten Situation stehen die beiden Personen 100 mit einem Abstand X3 voneinander entfernt, welcher größer als der Abstand X1 und der Abstand X2 ist. In dieser Situation befinden sich die Armbänder 200 jeweils ähnlich wie in der ersten Situation auf der zur anderen Person zugewandten Seite. Aufgrund der Entfernung ist die Signalstärke eines empfangenen Signals vom anderen Armband 200 im Vergleich zur ersten Situation jedoch geringer und gleicht eher der Signalstärke der zweiten Situation.
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Folglich würde in den jeweiligen Situationen ein System mit entsprechenden Armbändern 200, welche die Abstandsbestimmung auf Basis der Signalstärke umsetzt, den Abstand X1 als deutlich geringer im Vergleich zum Abstand X2 bestimmen, obwohl die beiden Abstände X1 und X2 in Wirklichkeit nahezu gleich sind. Des Weiteren würde ein solches System den Abstand X2 als nahezu identisch zum Abstand X3 bestimmen, obwohl sich die Abstände X2 und X3 in Wirklichkeit deutlich voneinander unterscheiden. Hierdurch ist die Problematik eines Systems gemäß dem Stand der Technik ersichtlich.
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes System mit zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
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Hierbei ist die Vorrichtungen 10 am Bein 105 einer Person 100 angebracht. Des Weiteren ist eine weitere, identische Vorrichtung 11 an einem Bein 105 der anderen Person 100 angebracht. Die Vorrichtung 10 und die weitere Vorrichtung 11 sind hierbei zum Beispiel gemäß der Ausführungsform nach 1 ausgestaltet.
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Die Vorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, den Abstand X zwischen der Vorrichtung 10 und der weiteren Vorrichtung 11 zu bestimmen, was im Wesentlichen dem Abstand zwischen den beiden Personen 100 entspricht. Aufgrund der Anbringung der Vorrichtung 10 und der weiteren Vorrichtung 11 am Bein 105 der jeweiligen Person 100 ist es nun jedoch nicht mehr relevant, in welche Richtung die eine Person 100 gegenüber der anderen Person 100 ausgerichtet ist, da die Signale 32, 34 zwischen den Vorrichtungen 10, 11 durch die Beine 105 im Vergleich zum Torso wie nach 2 deutlich weniger gedämpft werden, wodurch lediglich eine sehr geringe Ungenauigkeit in der Abstandsbestimmung auftritt.
