DE3011266A1

DE3011266A1 - Druckmessaufnehmer fuer flaechenhafte druckverteilungen

Info

Publication number: DE3011266A1
Application number: DE19803011266
Authority: DE
Inventors: Hans-Josef 6382 Friedrichsdorf Sturm
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1980-03-24
Publication date: 1981-10-01

Description

Druckmeßaufnehmer
für flächenhafte Druckverteilungen Die Erfindung betrifft einen Druckmeßaufnehmer für flächenhafte Druckverteilungen, der im wesentlichen aus einem elastischen Material, dessen elektrische Leitfähigkeit durch Druckeinwirkung größer wird, und aus Elektroden, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des elastischen Materials aufgebracht sind, besteht.
Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen Druckverteilungen mit Hilfe von Gummimatten auf kapazitivem Wege gemessen werden (Klaus Nicol, "Druckverteilung über den Fuß bei sportlichen Absprüngen und Landungen im Hinblick auf eine Reduzierung von Sportverletzungen", leistungssport, Nr. 3 1977). Solche Verfahren bringen jedoch eine Reihe von Problemen bei der Anwendung mit sich. Bei geometrisch kleinen Kondensatorplatten sind die zu messenden Kapazitäten klein im Verhältnis zu den Schaltkapazitäten einer äußeren Meßelektronik (Multiplexer usw.). Die Messung solch kleiner Kapazitätswerte verlangt Abschirmungen aus elektrisch leitender Folie, um die Kondensatoren gegen äußere Kapazitätseinflüsse abzuschirmen. Durch die benötigte Folie wird die Meßmasse unflexibel. Die Verbindungsdrähte zwischen Meßmatte und Elektronik dürfen nur kurz sein, da die Gefahr des kapazitiven übersprechens zwischen den einzelnen Drähten besteht.
Ferner sind Drucksensoren aus unabhängig leitenden Silikonkautschuk-Folien beschrieben, deren beide Oberflächen mit jeweils einer Elektrode versehen sind (Markt und Technik, 37, 14. Sept. 1979, S. 84). Eine solche Anordnung ist zur Messung von Druckverteilungen auf großen Flächen nicht geeignet. Bei Verwendung mehrerer solcher Elemente an einzelnen Meßpunkten müssen diese voneinander isoliert werden. Ferner müssen getrennte Anschlußdrähte vorgesehen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druckmeßaufnehmer zu schaffen, der einen einfachen Aufbau besitzt und Druckverteilungen auf großen Flächen ohne besonderen Aufwand erlaubt. Insbesondere sollte die Zahl der benötigten Anschlußverbindungen möglichst gering sein.
Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe lösen läßt, wenn bei einem Druckmeßaufnehmer der eingangs genannten Art das elastische Material in Form einer Matte ausgebildet ist, deren Dimensionen der Meßfläche angepaßt sind und wenn auf beide Oberflächen der Matte für jeden Meßpunkt zwei gegenüberliegende Elektroden vorgesehen sind. Vorzugsweise entstehen die Elektroden jedes Meßpunktes durch Kreuzungspunkte von Leiterbahnen, welche auf der einen Seite der Matte in Längsrichtung und auf der anderen Seite in Querrichtung angebracht sind. Die Meßmatte besitzt eine Dicke von 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm. Ferner kann auf jedem Meßpunkt auf der Matte eine Metallplatte aufgebracht sein, deren Größe der Größe der Kreuzungsfläche der Leiterbahnen entspricht. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte über den einzelnen Meßpunkt ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung gestattet mit einfachen Mitteln, flächenhafte Druckverteilungen in elektrische Meßwerte umzuwandeln. Sie zeichnet sich durch geringen Platzbedarf und eine flexible Anpassung an vorgegebene Formen der zu messenden Fläche aus. Sie ist insbesondere innerhalb künstlicher Prothesen, in Schuhen, in Reitsätteln, in Auto- und Flugzeugsitzen, d.h. insbesondere dort, wo herkömmliche Aufnehmer aus Platz- und Kostengründen nicht anwendbar sind, geeignet.
Ferner kann sie bei der Mustererkennung, Erkennung von Hand- schriften und dergleichen eingesetzt werden. Obwohl die einzelnen Drucksensoren sich innerhalb einer mechanisch zusammenhängenden, homogenen Meßmatte befinden, findet keine meßbare Beeinflussung der einzelnen Sensoren gegeneinander statt. Die Eigenschaft der Meßmatte, ihren Widerstand nur im Verformungsbereich zu verändern, wird dadurch unterstützt, daß die Foliendicke klein im Verhältnis zum gegenseitigen Abstand der benachbarten Meßelektroden ist. Dadurch überwiegt der Widerstandsanteil senkrecht zur Folienfläche.
Die Erfindung wird anhand von beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Vereinfachung Figur 1 a und b eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Figur 2 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Aus Figur 1 a geht hervor, daß eine Meßmatten vorzugsweise eine Silikonfolie' auf beiden Oberflächen mit Leiterbahnen 1 und 2 versehen wird. Dabei laufen die Leiterbahnen auf einer Seite quer zu den Leiterbahnen auf der gegenüberliegenden Seite, so daß im Kreuzungspunkt der Elektroden ein veränderlicher Meßwiderstand entsteht, der seinen Wert bei Komprimierung des Materials sehr stark verändert. In der Praxis sind Widerstandsveränderungen von einigen M Ohm im Ruhezustand bis auf einige Ohm im vollständig komprimierten Zustand erreichbar. Das Funktionsschema wird in Figur 1 b dargestellt. Die Leiterbahnen werden auf die Meßmatte nach bekannten Techniken aufgebracht. Wesentlich ist, daß eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Meßmatte und Meßelektrode besteht.
Aus Figur 2 geht hervor, daß die Leiterbahnen zu elektronischen Schaltern II und 5 geführt werden, die wiederum mit einer Meßeinrichtung 6, Mikrocomputer 7 und Anzeigesystem 8 verbunden sind. Die dargestellte Form der Schaltung erlaubt die separate Abfrage jedes einzelnen Drucksensors bzw. Meßpunktes (9).
Abgesehen von der bevorzugten Anordnung der Leiterbahnen sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Leitungsführung nicht gradlinig, sondern in anderen, beliebigen Formen erfolgt.
Die Bauform bleibt insofern gleich, daß an beliebigen Stellen innerhalb der Folie zwischen zwei Elektroden Drucksensoren entstehen, die sich gegenseitig nicht beeinflussen.

Claims

Patentansprüche Druckmeßaufnehmer für flächenhafte Druckverteilungen, bestehend im wesentlichen aus einem elastischen Material, dessen elektrische Leitfähigkeit durch Druckeinwirkung größer wird, und aus Elektroden, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des elastischen Materials aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material in Form einer Matte (3) ausgebildet ist, deren Dimensionen der Meßfläche angepaßt sind, und daß auf beide Oberflächen der Matte (3) für jeden Meßpunkt (9) zwei gegenüberliegende Elektroden vorgesehen sind.
2. Druckmeßaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden jedes Meßpunktes (9) durch Kreuzungspunkte von Leiterbahnen (1,2) entstehen, welche auf der einen Seite der Matte (3) in Längsrichtung und auf der anderen Seite in Querrichtung angebracht sind.
3. Druckmeßaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (3) eine Dicke von ca. 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm, besitzt.
4. Druckmeßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Meßpunkt () eine Metallplatte auf der Seite der Druckeinwirkung oder auf beiden Seiten aufgebracht ist, wobei die Größe der Metallplatte der Größe der Kreuzungsfläche der Leiterbahnen (1,2) entspricht.