DE4429035A1 - Bewegungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bewegungssensor für die Überwachung und Anzeige von Bewegungen eines Gegenstands, Lebewesens, eines Fluids oder von Fluiddruckänderungen, wobei der Bewegungssensor mit dem Fluid, dem Gegenstand oder dem Körper in direkter oder indirekter Berührung ist oder in dessen Nähe angeordnet ist, mit zwei aneinander­ liegenden Sensorkomponenten, die durch den Einfluß der zu überwa­ chenden Bewegungen relativ zueinander beweglich sind und bei einer solchen Relativbewegung Reibungselektrizität erzeugen, und mit einer elektrisch leitenden Einrichtung, in der die Reibungselektrizität elek­ trische Potentialänderungen hervorruft, die gegenüber einem Referenzpo­ tential, z. B. Masse, als Maß für die zu überwachenden Bewegungen meßbar sind.

Solche Bewegungssensoren können für vielfältige Bewegungsmessungen eingesetzt werden, die berührend oder berührungslos sein können, z. B. in der industriellen Fertigung, in der Meßtechnik oder zu Überwa­ chungszwecken.

Es sind Bewegungssensoren bekannt, mittels welcher Bewegungen von Patienten oder anderen ruhenden Personen, wie Atem- oder Herzschlag­ bewegungen solcher Personen, überwacht werden können. Zu diesem Zweck kann der Bewegungssensor als flächige Matte ausgebildet sein, die zwischen der zu überwachenden Person und einer Liege oder einem Bett, auf welchem sich diese Person befindet, angeordnet werden kann.

Aus der US-PS 3 760 796 ist ein kapazitiv wirkender Bewegungssensor bekannt, der übereinander mehrere flexible Schichten aufweist, wobei sich leitende Schichten und nichtleitende Schichten abwechseln, wodurch ein kapazitives Gebilde geschaffen ist. Wird Druck auf diesen Bewe­ gungssensor ausgeübt, ändert sich dessen geometrische Struktur, was eine Änderung der kapazitiven Verhältnisse dieses Bewegungssensors hervorruft. Diese Änderungen der kapazitiven Verhältnisse werden gemessen und ausgewertet. Um eine ausreichende Empfindlichkeit zu erhalten, muß ein derartiger kapazitiver Bewegungssensor mit relativ hohen Spannungen betrieben werden. Außerdem werden mit einem solchen kapazitiven Bewegungssensor nur Bewegungen senkrecht zur Erstreckungsebene des Bewegungssensors erfaßt, da nur solche Bewe­ gungen eine Kapazitätsänderung hervorrufen, die senkrecht zu den Er­ streckungsebenen der einzelnen Lagen dieses Bewegungssensors erfol­ gen.

Aus der DE 30 09 216 C2 ist ein Bewegungssensor zur Überwachung von Personen bekannt, der als eine Unterlage ausgebildet ist, die zwi­ schen die Oberseite einer Liege und die Unterseite einer darauf befindli­ chen Matratze gelegt ist. Auf der Matratze ruht die zu überwachende Person. Die Unterlage besteht aus einer zweischichtigen Aktivlage und einer dreischichtigen Antennenlage. Die beiden Schichten der Aktivlage bestehen aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstan­ ten, wobei die beiden Kunststoffschichten relativ zueinander beweglich sind und dabei in Kontakt miteinander bleiben. Körperbewegungen der zu überwachenden Person werden durch die Matratze hindurch auf die Aktivlage übertragen und versetzen die beiden Schichten der Aktivlage in Bewegung zueinander. Dies führt zur Erzeugung von elektrischen Oberflächenladungen auf den beiden Schichten der Aktivlage. Von den Oberflächenladungen gehen elektrische Felder aus, die auf die unterhalb der Aktivlage befindliche Antennenlage übertragen werden. Diese enthält zwei als Antennenelemente dienende metallische Lagen, die durch einen Isolator voneinander getrennt sind. Mittels eines Differenzverstärkers, dessen beide Eingänge an die Enden der beiden Antennenelemente ange­ schlossen sind, kann die Auswirkung der elektrischen Felder solcher in den beiden Schichten der Aktivlage entstehender Oberflächenladungen gemessen werden. Zum Schutz vor Störfeldern kann die gesamte Einheit aus Aktivlage und Antennenlage in einer Schutzhülle untergebracht sein, die auf der Innenseite isolierendes und auf der Außenseite metallisches Material aufweist. Ein derartiger Bewegungssensor weist einen aufwen­ digen und daher relativ kostspieligen Aufbau auf und besitzt eine häufig nicht ausreichende Empfindlichkeit.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Bewegungssensor verfügbar gemacht, der bei einem vergleichsweise einfachen und daher kosten­ günstigen Aufbau eine verhältnismäßig hohe Empfindlichkeit aufweist.

Dies wird bei einem Bewegungssensor der eingangs angegebenen Art dadurch erreicht, daß die beiden Sensorelemente, die relativ zueinander beweglich sind und durch deren Relativbewegung die Entstehung von Oberflächenladungen oder Reibungselektrizität bewirkt wird, ein Isolator und ein elektrischer Leiter sind, wobei der elektrische Leiter gleichzeitig die Antennenfunktion übernimmt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Bewegungssensor der die Antennen­ funktion übernehmende elektrische Leiter gleichzeitig an dem die Rei­ bungselektrizität hervorrufenden Reibungsvorgang beteiligt ist, wird die Reibungselektrizität unmittelbar am Ort ihres Entstehens erfaßt, dort abgegriffen und dann weiterverarbeitet. Dies führt zu einer vergleichs­ weise hohen Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Bewegungssensors. Da der die Antennenfunktion übernehmende elektrische Leiter gleich­ zeitig am Reibungsvorgang beteiligt ist, reichen für den erfindungsge­ mäßen Bewegungssensor im Prinzip zwei Komponenten aus, nämlich der Isolator und der elektrische Leiter. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Bewegungssensors kann daher sehr viel einfacher sein als bei den zuvor erwähnten bekannten Bewegungssensoren, was sich bei den Herstel­ lungskosten sehr günstig bemerkbar macht.

Je nach der speziellen Anwendung kann der erfindungsgemäße Bewe­ gungssensor faden- oder drahtförmig ausgebildet sein oder einen flä­ chigen Aufbau mit Band- oder Mattenform haben. Im Fall eines faden- oder drahtförmigen Aufbaus kann der Bewegungssensor in eine faden-, seil- oder wulstartige oder auch in eine flächige Hülle, beispielsweise aus textilem Material, eingelegt sein, zum Beispiel in Mäanderform. Bei faden- oder drahtförmigem Aufbau kann der Bewegungssensor auch in Webmaterial, beispielsweise in Form eines Kleidungsstücks, eingebracht werden, beispielsweise mit eingewebt werden. Ein derartiges textiles Material, beispielsweise in Form eines Kleidungsstücks, kann dann am Körper einer zu überwachenden Person getragen werden. Da der erfin­ dungsgemäße Bewegungssensor keinerlei elektrische Vorspannung be­ nötigt, er also nicht mit Betriebsspannungen beaufschlagt werden muß, wie ein rein kapazitiv wirkender Bewegungssensor, ist dies völlig un­ kritisch.

Weist der erfindungsgemäße Bewegungssensor Band- oder Mattenform auf, kann er großflächig unter oder über den zu überwachenden Gegen­ stand oder Körper gelegt oder manschettenförmig um einen zu über­ wachenden Bereich des Gegenstandes oder Körpers geschlungen werden.

Sowohl bei faden- oder drahtförmigem Aufbau als auch bei flächigem Aufbau können der elektrische Leiter und der Isolator des erfindungs­ gemäßen Bewegungssensors koaxial zueinander angeordnet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den elektrischen Leiter und den Isolator in zueinander parallelen Ebenen anzuordnen.

Da der erfindungsgemäße Bewegungssensor eine sehr hohe Empfind­ lichkeit aufweist, ist es von Vorteil, den elektrischen Leiter und den Isolator von einem beide umgebenden elektrisch leitenden Schirm zu umschließen. Durch diesen Schirm werden Störsignale abgehalten, die sich ansonsten dem auszuwertenden Signal überlagern und die Auswer­ tung verfälschen oder unmöglich machen könnten. Dieser Schirm kann auch gleich die Funktion einer Masseelektrode übernehmen, gegenüber deren Referenzpotential das Potential gemessen werden kann, welches Reibungselektrizität in dem elektrischen Leiter hervorruft, die bei einer Reibbewegung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Isolator ent­ steht.

Aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit kann insbesondere ein erfin­ dungsgemäßer Bewegungssensor mit flächigem Aufbau zur berührungs­ losen Bewegungsmessung eingesetzt werden. Bei einer Ausführungsform setzt der zu überwachende Gegenstand oder Körper dann, wenn er be­ wegt wird oder sich selbst bewegt, Fluid in Bewegung, dessen Bewe­ gung von dem Bewegungssensor erfaßt wird, so daß eine Relativbewe­ gung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Isolator des Bewe­ gungssensors auftritt. Es besteht auch die Möglichkeit, mit dem Bewe­ gungssensor ein Fluid auf Bewegung oder Druckänderungen zu über­ wachen, beispielsweise Luftdruckänderungen. Dabei kann der Bewe­ gungssensor direkt in dem zu überwachenden Fluid oder an einem in das Fluid eingebrachten Körper angeordnet sein.

Als Material des elektrischen Leiters eignen sich alle elektrisch leitenden Metalle und durch Füllen mit elektrisch leitenden Partikeln elektrisch leitfähig gemachte Kunststoffe, wie insbesondere leitfähiges expandiertes Polytetrafluorethylen (PTFE), leitfähiges Polyimid und leitfähige Fluor­ thermoplaste, wie zum Beispiel Perfluoralkoxy (PFA) und Fluor­ ethylenpropylen (FEP). Als elektrisch leitfähige Kunststoff-Folie eignet sich besonders gut eine Folie aus mit Graphit gefülltem expandiertem PTFE.

Als Material des Isolators eignen sich beispielsweise Kapton (Handelsbezeichnung für Poly-(diphenyloxid-pyromellith-imid)), expan­ diertes PFE, Polyimid und Fluorthermoplaste, wie zum Beispiel PFA und FEP.

Zu einer besonders hohen Empfindlichkeit führt ein erfindungsgemäßer Bewegungssensor mit der Materialpaarung graphitgefülltes expandiertes PTFE einerseits für den die Antennenfunktion übernehmenden elektri­ schen Leiter und andererseits für den elektrischen Schirm und Kapton als dazwischen befindlicher Isolator.

Wenn der Bewegungssensor einen elektrischen Schirm aufweist, kann dieser von einer Isolation umgeben sein, die keine elektrische Funktions­ bedeutung hat, sondern den elektrischen Schirm schützen soll. Geeignete Materialien für diese äußere Isolation sind PTFE, expandiertes PTFE, Polyvenylchlorid (PVC), Polyurethan (PU) und ähnliche Werkstoffe.

Charakteristisch für den erfindungsgemäßen Bewegungssensor ist, daß keine "makroskopischen" Bewegungen sondern "mikroskopische" Bewe­ gungen von Sensorkomponenten ausgenutzt werden. Es ist somit keine starke Bewegung nötig. Wirksam sind winzige Relativbewegungen zwischen dem elektrischen Leiter und dem Isolator. Deshalb lassen sich auch sehr geringe und schwache Bewegungen mit diesem Bewegungs­ sensor mit hoher Empfindlichkeit erfassen. Makroskopisch gesehen kann dieser Bewegungssensor quasi-statisch oder ruhend sein.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen je in Querschnittdarstellung:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines faden- oder drahtförmigen Bewegungssensors gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines faden- oder drahtförmigen Bewegungssensors gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines band- oder mattenförmigen Bewegungssensors gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines band- oder mattenförmigen Bewegungssensors gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines faden- oder drahtförmigen Bewegungssensors gemäß Erfindung zusammen mit einer Masseplatte;

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform eines band- oder mattenförmigen Bewegungssensors der Erfindung zusammen mit einer Masseplatte;

Fig. 7 eine Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Bewegungs­ sensors; und

Fig. 8 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bewegungssensors mit einer dessen Ausgangssignal auswertenden Aus­ wertungsschaltung.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Darstellungen von Bewegungssenso­ ren in den Fig. 1 bis 6 schematisch und nicht unbedingt maßstabs­ getreu sind.

Fig. 1 zeigt in schematischer Querschnittdarstellung eine erste Ausfüh­ rungsform eines faden- oder drahtförmigen Bewegungssensors 11 gemäß der Erfindung, der in einer Koaxial-Anordnung von innen nach außen einen elektrischen Leiter 13, einen Isolator 15 und einen elektrischen Schirm 17 aufweist. Der elektrische Leiter 13 und der Isolator 15 sind relativ zueinander beweglich, damit eine auf den Bewegungssensor 11 ausgeübte Bewegung eine Reibbewegung zwischen dem elektrischen Leiter 13 und dem Isolator 15 verursachen kann, die zum Auftreten von Reibungselektrizität in dem Isolator 15 führt, die mit Hilfe des als An­ tenne fungierenden elektrischen Leiters 13 gemessen werden kann. Hier­ für wird eine Referenzelektrode mit Referenzpotential verwendet, der gegenüber das jeweilige Potential des elektrischen Leiters 13 gemessen werden kann. Als Referenzelektrode kann eine separate Masseelektrode oder der elektrische Schirm 17 dienen.

Fig. 2 zeigt in schematischer Querschnittdarstellung eine zweite Ausfüh­ rungsform eines faden- oder drahtförmigen Bewegungssensors 19 gemäß der Erfindung. Der Bewegungssensor 19 stimmt mit dem Bewegungs­ sensor 11 gemäß Fig. 1 überein mit der Ausnahme, daß der elektrische Schirm 17 noch von einem Außenisolator 21 aus einem isolierenden Kunststoff umgeben ist, mit welchem der elektrische Schirm 17 ge­ schützt wird, und zwar mindestens mechanisch, möglicherweise auch gegen den Einfluß chemischer Substanzen.

Während die Fig. 1 und 2 Bewegungssensoren mit einem runden Koaxialaufbau zeigen, sind in den Fig. 3 und 4 Bewegungssensoren mit einem flächigen Koaxialaufbau dargestellt.

Fig. 3 zeigt in schematischer Querschnittsansicht eine erste Ausführungs­ form eines band- oder mattenförmigen Bewegungssensors 23 gemäß der Erfindung, der einen band- oder mattenförmigen, innerliegenden elek­ trischen Leiter 25, einen diesen vollständig umgebenden Isolator 27 und einen den Isolator 27 vollständig umgebenden elektrischen Schirm 29 aufweist. Der Bewegungssensor 23 kann insgesamt bandförmig sein, in welchem Fall er beispielsweise nach Art einer Manschette an einem zu überwachenden Gegenstand oder Körper einer zu überwachenden Person angebracht wird. Er kann aber auch mattenförmig sein, in welchem Fall er beispielsweise als Unterlage zwischen den zu überwachenden Gegen­ stand oder Körper gelegt wird.

Fig. 4 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung eine zweite Aus­ führungsform eines band- oder mattenförmigen Bewegungssensors 31, der den Aufbau des in Fig. 3 gezeigten Bewegungssensors 23 hat, jedoch zusätzlich einen den elektrischen Schirm 29 vollständig um­ schließenden Außenisolator 33 aufweist. Dieser dient dem gleichen Zweck wie bei dem in Fig. 2 gezeigten Bewegungssensor 19.

Bei den Bewegungssensoren 23 und 31 gemäß Fig. 3 bzw. 4 sind der Innenleiter 25 und der Isolator 27 relativ zueinander bewegbar, um bei auf den Bewegungssensor einwirkenden Bewegungen eine Reibung zwi­ schen beiden und daraus resultierend Reibungselektrizität entstehen zu lassen, die mittels des elektrischen Leiters 25 gemessen werden kann. Zu diesem Zweck kann der elektrische Schirm 29 auch in diesem Fall als Referenzelektrode, die beispielsweise auf Massepotential gelegt ist, dienen.

Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Bewegungssensoren, bei denen der Isolator nicht von einem elektrischen Schirm eingeschlossen ist. Vielmehr ist der Bewegungssensor in beiden Fällen gegenüber einer Masseplatte angeordnet, die gleichzeitig Ab­ schirmwirkung besitzt.

Fig. 5 zeigt in schematischer Querschnittdarstellung eine dritte Ausfüh­ rungsform eines faden- oder drahtförmigen Bewegungssensors 35 mit einem elektrischen Leiter 37 und einem diesen koaxial umgebenden Isolator 39, der sich auf einer Seite einer Masseplatte 41 befindet. Diese liegt auf einem Referenzpotential, beispielsweise Massepotential, wel­ chem gegenüber das jeweilige elektrische Potential des elektrischen Leiters 37 gemessen werden kann. Die Masseplatte 41 bildet für den Bewegungssensor 35 gleichzeitig eine Abschirmung gegenüber Stör­ feldern, die jenseits der Masseplatte 41 - von dem Bewegungssensor 35 aus gesehen - auftreten.

Fig. 6 zeigt in schematischer Querschnittdarstellung eine dritte Ausfüh­ rungsform eines band- oder mattenförmigen Bewegungssensors 43 mit einem flächigen elektrischen Leiter 45 und einem flächigen Isolator 47, die unter gegenseitiger Berührung und relativ zueinander bewegbar parallel aneinander liegen. Auf der vom elektrischen Leiter 45 ablie­ genden Seite des Isolators 47 befindet sich eine Masseplatte 49, die dem gleichen Zweck dient wie die Masseplatte 41 in Fig. 5.

Die elektrischen Leiter 37 und 45 und die Isolatoren 39 bzw. 47 in Fig. 5 bzw. Fig. 6 sind relativ zueinander beweglich, um die Erzeu­ gung von Reibungselektrizität bei von außen auf den Bewegungssensor 35 bzw. 43 einwirkenden Bewegungen zu ermöglichen.

Die elektrischen Leiter 13, 25, 37 und 45 können aus einem faden- oder folienartigen elektrisch leitenden Material wie zum Beispiel Kupfer oder aus einem elektrischen leitenden Kunststoff bestehen. Im letzteren Fall können sie aus mit Graphit gefülltem, expandierten PTFE, leitfähigem Polyimid, einem leitfähigen Fluorthermoplast wie zum Beispiel PFA bestehen oder aus allen anderen leitfähigen Materialien und leitfähig beschichteten Materialien.

Die elektrischen Schirme 17 und 29 können aus den gleichen Materialien bestehen.

Die Isolatoren 15, 27, 39 und 47 können aus expandiertem PTFE, nicht leitendem Polyimid, einem nicht leitenden Fluorthermoplast, wie zum Beispiel PFA oder FEP, oder aus allen anderen hochohmigen isolieren­ den Materialien bestehen.

Die Außenisolatoren 21 und 33 können aus PTFE, expandiertem PTFE, PVC, PU und ähnlichen isolierenden Kunststoffen bestehen.

Bei einer Ausführungsform, die wegen ihrer besonders hohen Empfind­ lichkeit bevorzugt wird, bestehen der elektrische Leiter 13, 25, 37 bzw. 45 und der elektrische Schirm 17 und 29 aus einer Folie aus mit Graphit gefülltem expandierten PTFE und besteht der Isolator 15, 27, 39 bzw. 47 aus Kapton.

Zur elektrischen Kontaktierung eines flächigen, folienförmigen elektri­ schen Leiters 25 bzw. 45 und eines flächigen, folienförmigen elektri­ schen Schirms 29 eignet sich besonders gut ein Faltflächenkontakt, wie er in der eigenen, gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P . . . (Anwaltsaktenzeichen: K 39 988/6) mit dem Titel "Faltflächenkon­ takt" beschrieben ist, deren Inhalt hiermit in die Offenbarung der vor­ liegenden Anmeldung mit einbezogen wird.

Fig. 7 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Bewegungssensors. Dabei bedeuten die Bezeichnungen in diesem Er­ satzschaltbild:
U_e = Abtastspannung für die Auswerteschaltung
U_S = durch elektromagnetische Störfelder induzierte Störspannung
U_G = durch mechanische Bewegung induzierte Spannung
R_e = Eingangswiderstand der Auswerteschaltung
R_i = Widerstand der Isolation 15, 27, 39 bzw. 47
R_K = Kopplungswiderstand des elektrischen Schirms 17 bzw. 29
R_L = Widerstand des als Signalträger wirkenden elektrischen Lei­ ters 13, 25, 37 bzw. 45.

Um bei dem erfindungsgemäßen Bewegungssensor eine möglichst hohe Empfindlichkeit zu erreichen, sollte die Abtastspannung U_e, die bei einer bestimmten mechanisch induzierten Spannung U_G auftritt, möglichst groß sein. Zu diesem Zweck sollten R_e und R_i möglichst groß und R_L und R_K möglichst klein sein. D. h., der spezifische Widerstand des elektrischen Leiters 13, 25, 37 bzw. 47 einerseits und des elektrischen Schirms 17 bzw. 29 andererseits sollte möglichst niedrig und der spezifische Wider­ stand des Isolators 15, 27, 39 bzw. 47 sollte möglichst hoch sein. Außerdem sollte die Auswerteschaltung einen möglichst hohen Eingangs­ widerstand haben.

Eine Ausführungsform einer Auswerteschaltung wird in Fig. 8 in Form eines Blockschaltbildes gezeigt. Diese Auswerteschaltung leitet das von einem schematisch dargestellten Bewegungssensor 51 gelieferte Aus­ gangssignal an den Eingang eines Verstärkers 53, an dessen Ausgang ein invertierender Schmitt-Trigger 55 angeschlossen ist. Der Schmitt-Trigger 55 wird deshalb als invertierend bezeichnet, weil er ein Ausgangssignal nur liefert, wenn das ihm vom Verstärker 53 zugeführte, verstärkte Ausgangssignal des Bewegungssensors 51 unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 55 wird einem ersten Eingang eines Zählers 59 zugeführt, dem über einen zwei­ ten Eingang ein Ausgangssignal eines Taktgebers 57 geliefert wird. Der Zähler 59 zählt die Anzahl der vom Taktgeber 57 gezählten Taktimpulse von dem Zeitpunkt ab, zu welchem der Schmitt-Trigger 55 an den Zäh­ ler 59 ein Ausgangssignal liefert. Das Ausgangssignal des Zählers 59 wird auf ein einstellbares Zeitglied 61 gegeben. Dessen Ausgang ist mit dem Setzeingang S eines RS-Flipflop 63 verbunden. Dessen Rücksetz­ eingang R ist über einen Tastschalter 65 mit Masse verbunden. Das Ausgangssignal des Flipflop 63 wird nach Verstärkung durch einen zweiten Verstärker 67 auf einen Signalgeber 69 gegeben, der vorzugs­ weise ein akustischer Signalgeber ist.

Die Auswerteschaltung gemäß Fig. 8 funktioniert folgendermaßen:

Solange der Bewegungssensor 51 eine Bewegung feststellt, gelangt auf den Eingang des Schmitt-Triggers 55 ein Eingangssignal, das einen derartigen Signalwert aufweist, daß der Ausgang des Schmitt-Triggers 55 im AUS-Zustand bleibt. Unter dieser Bedingung wird vom Zähler 59 keine Zählung durchgeführt, so daß das Flipflop 63, das zuvor mittels des Tastschalters 65 zurückgesetzt worden ist, sich im Rücksetzzustand befindet und an seinem Ausgang kein Ausgangssignal liefert, das den Signalgeber 69 aktiviert.

Wenn das Bewegungssignal vom Bewegungssensor 51 ausbleibt, gibt der Schmitt-Trigger 55 ein Ausgangssignal ab, das den Zähler 59 veranlaßt, die vom Taktgeber 57 gelieferten Taktimpulse zu zählen. Auf diese Weise mißt der Zähler 59 die Zeit seit dem Zeitpunkt, seit welchem der Bewegungssensor 51 keine Bewegung mehr festgestellt hat. Damit nun nicht sofort, wenn der Bewegungssensor 51 keine Bewegung mehr fest­ stellt, das Flipflop 63 gesetzt und damit der Signalgeber 69 aktiviert wird, ist zwischen den Zähler 59 und das Flipflop 63 das einstellbare Zeitglied 61 geschaltet. Mit diesem läßt sich eine gewünschte Zeitdauer einstellen, während welcher das Ausbleiben von vom Bewegungssensor 51 registrierten Bewegungen keine Aktivierung des Signalgebers 69 be­ wirkt. Erst wenn das Ausbleiben von Bewegungen die mit dem Zeit­ glied 61 eingestellte Zeitdauer überschreitet, wird das Flipflop 63 ge­ setzt und somit der Signalgeber 69 aktiviert. Sinn des einstellbaren Zeitgliedes 61 und der damit erreichten Verzögerung der Aktivierung des Signalgebers 69 ist es, daß nicht jede vom Bewegungssensor 51 registrierte Bewegungspause das Signal des Signalgebers 69 auslöst, sondern nur eine Bewegungspause, welche die mit dem Zeitglied 61 eingestellte Zeitdauer überschreitet. Ein solches Signal soll erst ausgelöst werden, wenn über eine vorbestimmte Zeitdauer die überwachte Bewe­ gung ausbleibt.

Mit dem Flipflop 63 wird erreicht, daß ein Aussetzen der vom Bewe­ gungssensor 51 registrierten Bewegung, die länger ist als die mit Hilfe des Zeitgliedes 61 vorbestimmte Zeitdauer, ein Alarmsignal auslöst, das auf jeden Fall festgestellt werden kann, auch dann, wenn kurze Zeit nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer vom Bewegungssensor 51 wieder eine Bewegung registriert wird. Das vom Signalgeber 69 über diesen Zeitpunkt hinaus abgegebene Signal soll warnend darauf hinwei­ sen, daß ein Bewegungsaussetzer stattgefunden hat, auch wenn dieser inzwischen vorbei ist.

Während bei der zuvor erläuterten Auswertungsschaltung das Auftreten des Aussetzens einer überwachten Bewegung festgestellt werden soll, kann man diese Auswertungsschaltung leicht derart modifizieren, daß sie das Auftreten einer Bewegung erfaßt, möglicherweise erst dann, wenn die Bewegung länger als eine vorbestimmte Zeitdauer anhält. In diesem Fall verwendet man einen nicht-invertierenden Schmitt-Trigger, so daß alle Bewegungen mit einer über einem vorbestimmten Schwellenwert liegenden Bewegungsstärke erfaßt werden.

Claims (12)

1. Bewegungssensor für die Überwachung und Anzeige von Bewegungen eines Gegenstands, eines Lebewesens, eines Fluids oder von Fluid­ druckänderungen, wobei der Bewegungssensor mit dem Fluid, Gegen­ stand oder dem Körper des Lebewesens in direkter oder indirekter Be­ rührung ist oder in dessen Nähe angeordnet ist,

• a) mit zwei aneinanderliegenden Sensorkomponenten, die durch den Einfluß der zu überwachenden Bewegungen relativ zueinander beweglich sind und bei einer solchen Relativbewegung Reibungselektrizität erzeu­ gen, und
• b) mit einer elektrisch leitenden Einrichtung, in der die Reibungselek­ trizität elektrische Potentialänderungen hervorruft, die gegenüber einem Referenzpotential, z. B. Masse, als Maß für die zu überwachenden Bewegungen meßbar sind,

dadurch gekennzeichnet,

• c) daß von den beiden Sensorkomponenten eine ein elektrischer Leiter (13; 25; 37; 45) und die andere ein Isolator (15; 27; 39; 47) ist
• d) und daß die elektrisch leitende Einrichtung durch den elektrischen Leiter (13; 25; 37; 45) gebildet ist.

2. Bewegungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungssensor (11; 19; 35) faden- oder drahtförmig ausgebildet ist und der elektrische Leiter (13; 37) und der Isolator (15; 39) koaxial zueinander angeordnet sind.

3. Bewegungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungssensor (23; 31) flächig mit Band- oder Mattenform ausgebil­ det ist und der elektrische Leiter (25) und der Isolator (27) koaxial zueinander angeordnet sind.

4. Bewegungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungssensor (43) flächig mit Band- oder Mattenform ausgebildet ist und daß der elektrische Leiter (45) und der Isolator (47) in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind.

5. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der elektrische Leiter (13; 25) und der Isolator (15; 27) von einem beide umgebenden elektrisch leitenden Schirm (17; 29) umschlossen sind.

6. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Bewegungssensor (11; 19; 23; 31; 35; 43) eine Masseelektrode (17; 29; 41; 49) als Träger des Referenzpotentials zuge­ ordnet ist.

7. Bewegungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Schirm (17; 29) als Masseelektrode fungiert.

8. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Material des elektrischen Leiters (13; 25; 37; 45) ausgewählt ist aus der Materialgruppe elektrisch leitende Metalle und elektrisch leitfähige Kunststoffe, wie insbesondere leitfähiges expandiertes Polytetrafluorethylen (PTFE), leitfähiges Polyimid und leitfähige Fluorthermoplaste wie z. B. PFA und FEP.

9. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Material des Isolators (15; 27; 39; 47) ausgewählt ist aus den Materialgruppen Kapton, expandiertes PTFE, Polyimid und Fluorthermoplaste, wie z. B. PFA und FEP.

10. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Material des elektrischen Schirms (17; 29) aus­ gewählt ist aus der Materialgruppe Kupferfolie und leitfähiges expandier­ tes PTFE.

11. Bewegungssensor nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der elektrische Leiter (13; 25; 37; 45) und, falls vorhan­ den, der elektrische Schirm (17; 29) aus mit Graphit gefülltem expan­ dierten PTFE und der Isolator (15; 27; 39; 47) aus Kapton bestehen.