DE60111510T2

DE60111510T2 - Mit elektrischem, leitfähigem gewebe gebildeter detektor

Info

Publication number: DE60111510T2
Application number: DE60111510T
Authority: DE
Inventors: David Lee Sandbach
Original assignee: Eleksen Ltd
Current assignee: Eleksen Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2021-03-31
Also published as: AU2001242641A1; EP1269502B1; US20020134116A1; HK1048192B; DE60111510D1; GB2365134A; US7161084B2; EP1269502A1; WO2001075924A1; GB0107978D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Detektor, der aus elektrisch leitendem Gewebe aufgebaut und so gestaltet ist, dass er eine variierende elektrische Kennlinie im Ansprechen auf eine mechanische Wechselwirkung aufweist.
Ein Berührungssensor aus Gewebe zur Bereitstellung von Positionsinformation ist in der DE 89 01 047U oder im US-Patent Nr. 4,659,873 von Gibson beschrieben. Der Sensor von Gibson ist unter Verwendung zweier Gewebeschichten mit leitenden Fäden hergestellt, wobei die leitenden Schichten durch eine Widerstandsschicht getrennt sind, um unbeabsichtigten Kontakt zu vermeiden. Die Vorrichtung von Gibson ist in erster Linie ein Überzug für eine optische Anzeigeeinheit, wobei die Position von Fingerkontakten im Ansprechen auf die Anzeige von darstellenden Symbolen oder Piktogrammen (icons) wie Tasten usw. erkannt werden kann. Ein elektrisches Potential wird an mindestens eine der Schichten angelegt, und eine an einer Kontaktposition erfasste Spannung ermöglicht es, dass eine Position auf dem Berührungsbildschirm erkannt werden kann.
Ein Problem bei dieser Konfiguration besteht darin, dass nur eine einzelne Berühxung erfasst werden kann und nicht zwei oder mehr separate Berührungen erkannt werden können.
Unter solchen Umständen ist es wünschenswert, einen flexiblen Detektor bereitzustellen, der aus einem elektrisch leitenden Gewebe aufgebaut ist, bei dem zwei oder mehr Kontaktstellen erfasst werden können.
Ein Vorschlag, um dies zu erzielen, ist in der britischen Patentanmeldung Nr. 2 341 932 und der gleichzeitig anhängigen australischen Patentanmeldung Nr. 48770/99, der europäischen Patentanmeldung Nr. 99307539, der japanischen Patentanmeldung Nr. 11-272513, der koreanischen Patentanmeldung Nr. 99-40363 und der US-amerikanischen Patentanmeldung Nr. 09/298,172 der vorliegenden Anmelder offenbart. In diesen gleichzeitig anhängigen Patentanmeldungen ist eine der leitenden Ebenen in eine Vielzahl kleinerer Ebenen unterteilt, deren Betätigung dann zeitmultiplexiert wird, um die Erfassung einer Vielzahl von mechanischen Wechselwirkungen zu erleichtern, vorausgesetzt, dass diese Wechselwirkungen in unterschiedlichen multiplexierten Bereichen stattfinden.
Eine untere ebenflächige Schicht ist an jeder ihrer Ecken mit Anschlüssen versehen, um eine zweidimensionale Koordinatenlage innerhalb der Schichtfläche bereitzustellen. Eine obere Schicht wird dann in eine Vielzahl von Teilbereichen unterteilt, und eine mechanische Wechselwirkung führt dazu, dass leitende Ebenen mindestens eines dieser Teilbereiche aktiviert werden.
Um eine Raumaufteilungsmultiplexierung der Bereiche zu erzielen, werden die elektrischen Signale so zeitmultiplexiert, dass Betätigungsvorgänge an jedem Bereich während eines jeweiligen Zeitschlitzes bereitgestellt werden. Jeder einzelne Bereich ist mit seinem alleinigen Anschlusselement versehen, das in der Struktur dieser Schicht hergestellt ist.
Jede Ausgangsleitung, die mit einem Bereich verbunden ist, ist mit einem jeweiligen Pufferungsverstärker versehen, und ein kompletter Abtastzyklus umfasst das Anlegen einer Spannung zwischen Eingangsanschlüssen, wonach ein Ausgang aus jedem der einzelnen Ausgangsanschlüsse berücksichtigt wird.
Ein Problem bei diesem Lösungsansatz, eine multiplexierte Schicht vorzusehen, besteht darin, dass der Aufbau einer solchen Schicht relativ schwierig ist und dadurch zu erheblichen Baukosten führt, wodurch ihr Anwendungsbereich eingeschränkt wird. Außerdem erfordert dieser Lösungsansatz im Gegensatz zum bevorzugten 4-drähtigen System die Verwendung eines 5-drähtigen Systems, was zu ungleichmäßigen elektrischen Feldern und der Erfordernis führt, dass ein Ausgleich vorgesehen werden muss. Dies bringt weitere, die Kalibrierung und auch den Auflösungsverlust betreffende Probleme mit sich.
Ein elektrischer Schalter; der Gewebeelemente verwendet, ist in der britischen Patentanmeldung Nr. 1,308,575 offenbart, bei dem leitende Reihen hergestellt werden, indem Teile des Gewebes mit einem elektrisch leitenden Metall wie Silber oder Chrom beschichtet werden. Ein manueller Druck, der an bestimmte Bereiche angelegt wird, kann dadurch erfasst werden, dass eine bestimmte Reihe und Spalte in Kontakt gebracht werden, aber das Vorhandensein einer durchgehenden Metallschicht schränkt die Flexibilität der Vorrichtung als Ganzes signifikant ein. Dies wird durch die Tatsache noch verstärkt, dass die Vorrichtung auf einer steifen Leiterplatte aufgebaut werden muss und somit viele der Vorteile, die sich aus der Verwendung eines Gewebematerials ergeben, effektiv verloren gehen.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Detektor bereitgestellt, der aus elektrisch leitendem Gewebe aufgebaut und so gestaltet ist, dass er eine variierende elektrische Kennlinie im Ansprechen auf eine mechanische Wechselwirkung aufweist, wobei eine erste leitende Schicht von einer zweiten leitenden Schicht derart versetzt ist, dass sich der leitende Zustand zwischen den Schichten ergibt, wenn die Schichten zwangsweise mechanisch zusammengeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die erste der Schichten mehrere Längen leitfähigen Garns und mehrere Längen nicht leitfähigen Garns in sie eingearbeitet aufweist, derart, dass mindestens eine Länge leitfähigen Garns elektrisch von einer anderen der Längen leitfähigen Garns isoliert ist, wobei die leitenden Garne in der ersten der Schichten elektrisch zu Gruppen zusammengefasst sind, um mehrere feststellbare Reihen zu bilden; wobei jede feststellbare Reihe einen jeweiligen elektrischen Leiter hat; und die feststellbaren Reihen spezifische Bereiche des Detektors festlegen.
Ein Vorteil dieser Auslegung ist, dass jede der leitenden Schichten als homogene Schicht unter Verwendung herkömmlicher Textilherstellungsverfahren hergestellt werden kann. Darüber hinaus bleibt, wenn er in Form eines Detektors zusammengebaut ist, der Detektor selbst flexibel, und es können alle Vorteile seines textilen Aufbaus genutzt weiden.
Die Erfindung wird nun rein beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt ein gewebtes Gewebe von der Art, die sich zur Anwendung in einem Detektor eignet;
1A zeigt eine Alternative zum Gewebe von 1, das durch einen Wirkprozess hergestellt wurde;
2 zeigt eine Vielzahl von Kettfäden, die durch eine Leiterbahn zu Gruppen zusammengefasst sind;
3 stellt ein Beispiel einer Schicht dar, die unter Verwendung des in 2 gezeigten Verfahrens hergestellt wurde;
4 zeigt die Verwendung des in 3 ausgewiesenen Materials zur Herstellung einer fünfschichtigen Vorrichtung;
5 zeigt eine zusammengesetzte Vorrichtung der in 4 gezeigten Art;
6 stellt detailliert eine Schnittstellenschaltung zum Anschluss an die in 5 gezeigte Erfassungsvorrichtung dar;
7 stellt detailliert ein Beispiel einer Druck-/Stellenerfassungsschaltung dar, die in die Schnittstellenschaltung von 6 eingebaut ist;
die 8A und 8B stellen detailliert und schematisch die Druckmessungen dar, die von der in 7 ausgewiesenen Druck-/Stellenerfassungsschaltung durchgeführt werden können;
9 ist ein Ablaufschema, das eine Betriebsweise darstellt, die von dem in 7 gezeigten Prozessor PIC16C711 durchgeführt wird;
10 ist ein Ablaufschema, das den Initialisierungsvorgang detailliert darstellt, der von dem in 7 gezeigten Prozessor PIC16C711 durchgeführt wird;
11 ist ein weiteres Ablaufschema, das die Konfigurationen des Prozessors PIC16C711 zum Sammeln der Daten des Z-Werts detailliert darstellt, wie in Schritt 902 von 9 angegeben ist;
die 12A und 12B stellen detailliert und schematisch die Koordinatenmessungen für die X- und Y-Positionen dar, die von der in 7 ausgewiesenen Druck-/Stellenerfassungsschaltung durchgeführt werden können;
13 ist ein Ablaufschema, das eine weitere Betriebsweise des Prozessors PIC16C711 detailliert darstellt;
14 ist ein Ablaufschema, das die Konfiguration des Prozessors PIC16C711 zum Sammeln der Positionsdaten der X-/Y-Koordinate und der Daten der Z-Achse detailliert aufführt, wie in Schritt 1301 von 13 angegeben ist;
15 zeigt eine Erfassungsvorrichtung der in 5 gezeigten Art, die an einem Krankenhausbett im Einsatz ist;
16 zeigt eine in ihre Einzelteile zerlegte Ansicht der leitfähigen Gewebeschichten des in 15 gezeigten Krankenhausbettdetektors;
die 17A und 17B zeigen einen Computerbildschirm mit einer Grafikanzeige von Daten, die von der Vorrichtung von 15 erfasst wurden;
18 zeigt eine alternative Ausführungsform des in 5 gezeigten Detektors, der an einem Krankenhausbett in Einsatz ist;
19 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte Ansicht, die die Gewebeschichten der in 18 gezeigten Ausführungsform zeigt;
20 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Detektors in Form einer Gewebetastatur, die von einer Bedienperson verwendet wird;
21 ist eine perspektivische Ansicht der in 20 gezeigten Gewebetastatur;
22 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte Ansicht des Gewebetastaturdetektors, die die einzelnen Gewebeschichten zeigt;
23 ist eine Draufsicht auf die in 22 gezeigte elektrisch leitfähige Gewebeschicht 2201;
24 ist eine Draufsicht auf die in 22 gezeigte elektrisch leitfähige Gewebeschicht 2202;
25 ist eine Plandarstellung der Stelle der Tasten der Gewebetastatur im Verhältnis zu den Bereichen, in die der Tastaturdetektor aufgeteilt ist.
Figur 1
In 1 ist ein gewebtes Gewebe einer Art gezeigt, die sich zur Anwendung in einem Detektor eignet, der nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Das gewebte Gewebe hat eine Kette, die aus Einzelfäden aus kohlenstoffbeschichtetem Nylon-6 hergestellt ist, das von BASF unter der Handelsmarke „RESISTAT" bezogen werden kann und durch die Bezeichnung F901 ausgewiesen ist. F901 ist eine Faser, die primär zur Verwendung bei Anwendungen zur Vermeidung von Spannungsverschleppung in Geweben hergestellt wird. Es können je nach den Erfordernissen einer Anwendung viele unterschiedliche Fadengrößen verwendet werden, und in diesem Beispiel beträgt die Größe der Fäden vierundzwanzig Dezitex (vierundzwanzig Gramm pro 10.000 m) und sie weisen einen Durchmesser von zweiundfünfzig Mikrometer auf.
Schussfasern 102 sind aus einem Polyestergarn mit ähnlichen Abmessungen wie die Kette hergestellt. Diese Polyestexschussgarne sind nicht leitfähig, so dass das sich ergebende Gewebe entlang der Kette in der Richtung 103 leitfähig ist, aber in der orthogonalen Schussrichtung, wie durch den Pfeil 104 dargestellt, nicht leitfähig ist. Somit ist aufgrund der Beschaffenheit der Webart des Materials jedes leitfähige Kettgarn 101 von angrenzenden leitfähigen Garnen auch beim Durchbiegen aufgrund der wellenförmigen Beschaffenheit des Schussgarns 102 getrennt. Auf diese Weise setzt sich das Gewebe aus einer Vielzahl von Längen oder Bahnen leitfähigen Garns und einer Vielzahl von Längen oder Bahnen isolierenden Garns so zusammen, dass jede Länge leitfähigen Garns elektrisch von angrenzenden Längen leitfähigen Garns isoliert ist.
So wie der Begriff hier verwendet wird, sollte Garn als einen gesponnenen Faden umfassend verstanden werden, der viele Fasern oder eine durchgehende, möglicherweise aus Kunststoff usw. extrudierte Faser aufweist. Somit ist in diesem Beispiel jede Länge der Kettfäden ein durchgehender Faden, wohingegen die Schussfäden 102 aus einer Vielzahl von Fäden gesponnen sind.
Eine Alternative zum Gewebe von 1 ist in 1A gezeigt. 1A stellt eine detaillierte Ansicht eines Gewebes 111 bereit, das durch einen Wirkprozess hergestellt wurde. Solch ein Aufbau kann erzielt werden, indem entweder ein Kettenwixk- oder ein Schusswirkprozess verwendet wird. Das Wirkgewebe 111 wird hergestellt, indem Längen leitfähigen Garns 112, 113, 114 und Längen nicht leitenden Garns 115, 116, 117 in einem maschinellen Prozess maschenbildend miteinander verbunden werden. Deshalb enthält das Gewebe von 2 ähnlich wie das Gewebe von 1 Längen leitenden Garns (z.B. 113), die elektrisch durch nicht leitendes Garn (z.B. 116 und 117) vom angrenzenden leitenden Garn (z.B. 112 und 114) isoliert sind.
Das Wirkgewebe stellt somit eine Schicht bereit, die in einer durch den Pfeil 118 angegebenen Richtung entlang der Schicht, welche durch das abwechselnde leitfähige und nicht leitfähige Garn gebildet ist, elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Figur 2
Beim Aufbau eines Detektors werden mehrere Längen leitfähigen Garns ausgewählt, um an eine Leiterbahn angeschlossen zu werden. Deshalb ist eine Vielzahl von Kettgarnen des Gewebes von 1 elektrisch an eine Leiterbahn angeschlossen, wie in 2 gezeigt ist. Beim Weben des Gewebes der in 1 gezeigten Art werden die Kettfäden nicht physikalisch zu Gruppen zusammengefasst, und es müssen zum allgemeinen Webprozess keine zusätzlichen Prozesse durchgeführt werden. Das gruppenweise Zusammenfassen geschieht nur durch die elektrische Verbindung. In der in 2 gezeigten Ausführungsform sind alle Kettfäden in einer Gruppe elektrisch so verbunden, dass an einer Grenze ein Kettfaden an ein bestimmtes elektrisches Anschlusselement angeschlossen wird, wobei der angrenzende Faden an ein anderes Anschlusselement angeschlossen wird; wobei festzuhalten ist, dass angrenzende Kettfäden durch die nicht leitenden Schussfäden elektrisch voneinander isoliert sind. In einer alternativen Ausführungsform könnten jedoch nicht leitfähige Kettfäden an Gruppengrenzen eingefügt werden, oder es könnten offene Stellen eingefügt werden, so dass einige der Kettfäden unangeschlossen an ein elektrisches Anschlusselement bleiben. Dennoch bestehen Vorteile bezüglich der Kontinuität bzw. des unterbrechungslosen Stromverlaufs, wenn alle Fäden elektrisch angeschlossen sind, insbesondere wenn die Vorrichtung als einzelne leitfähige Schicht verwendet werden soll (wobei die einzelnen Anschlusselemente elektrisch zusammengeschaltet sind), um das Einschleppen von Unterbrechungen auf ein Minimum zu begrenzen.
Die Leiterbahn 201 hat einen Leitungsabschnitt 202 und einen Anschlussabschnitt 203. Der Anschlussabschnitt 203 stellt einen physikalischen und elektrischen Kontakt mit einer Gruppe von leitenden Kettfäden 101 her. Der Leitungsabschnitt 202 erleichtert einen elektrischen Anschluss an externe Vorrichtungen. Die Leiterbahnen 201 werden auf das leitfähige Material und ein Isoliersubstrat 204 durch einen Druckprozess unter Verwendung einer leitfähigen Druckfarbe aufgetragen, wie sie normalerweise bei der Herstellung flexibler gedruckter Schaltungen verwendet wird. Alternativ können die Leiterbahnen aus einem stark leitfähigen Material hergestellt werden, das möglicherweise ausschließlich aus leitfähigen Fäden hergestellt ist, und dann am Substratmaterial und dem leitenden Material mittels eines leitfähigen Klebstoffs wie eines leitfähigen Acrylklebers befestigt werden, der metallbedampfte Partikel enthält. Alternativ können die Leiterbahnen aus einem Gewebe hergestellt werden, das mit leitfähigen Metallen wie Silber oder Nickel beschichtet ist. Ein Material dieser Art ist problemlos erhältlich und wird in umfangreichem Maße zur Abschirmung von Geräten vor elektromagnetischer Störung eingesetzt. Auch dieses kann in Verbindung mit einem leitfähigen Klebstoff verwendet werden.
Figur 3
Die Leiterbahn 201 stellt eine von vielen Leiterbahnen dar, die in einer hergestellten Schicht von der in 3 dargestellten Art vorhanden sind. In dem in 3 gezeigten Beispiel sind sieben Anschlussabschnitte 203 und 301 bis 306 vorhanden, die jeweilige auf ein Substrat 204 aufgedruckte oder geklebte Leiterbahnen aufweisen. Auf diese Weise sind sieben leitende Bänder 311 bis 317 vorgesehen, wobei das Material eine ähnliche Anordnung von Anschlussabschnitten 321 bis 327 an seinem entgegengesetzten Ende aufweist. Somit kann auf diese Weise ein elektrischer Strom durch jedes der leitenden Bänder 311 bis 317 fließen, ohne dass eine Leitung zwischen den Bändern ermöglicht wird, weil ja das Material in der orthogonalen Richtung, d.h. in der Richtung der Schussfäden, nicht leitend ist. Je nach angestrebter Art von Erfassungsvorrichtung kann die genaue Anzahl elektrischer Anschlüsse, die in der Gewebeschicht ausgebildet werden, von der in 3 gezeigten abgeändert werden.
Bei einigen Anwendungen müssen nur die leitfähigen Kettfäden an einem Ende aufgrund dessen angeschlossen werden, dass ein bestimmter Bereich durch eine Durchleitung zu einer ähnlichen Schicht gekennzeichnet sein kann, wodurch eine bestimmte Reihen-/Spaltenposition gekennzeichnet wird. Ein Vorteil, elektrische Verbindungen an beiden Enden vorzusehen, besteht jedoch darin, dass ein Spannungsgefälle an die Schicht angelegt und eine genaue Position innerhalb eines bestimmten Bereichs durch Messen spezifischer Spannungen erfasst werden kann. Darüber hinaus ist es auch möglich, andere Eigenschaften einer mechanischen Wechselwirkung durch Messen anderer elektrischer Eigenschaften wie den Grad an Stromfluss zu erfassen.
Figur 4
Die hergestellte Materialschicht, die in 3 gezeigt ist, bildet einen Teil der fünfschichtigen Vorrichtung der in 4 gezeigten Art. Die in 3 dargestellte Schicht stellt eine oberste Schicht 401 der in 4 dargestellten fünfschichtigen Vorrichtung dar. Eine ähnliche Schicht wird für eine unterste Schicht 402 verwendet, wobei der Aufbau um neunzig Grad gedreht ist. Somit weisen die leitfähigen Bereiche 311 bis 317 in der obersten Schicht 401 eine Vielzahl von leitfähigen Reihen auf, wobei die entsprechende Schicht 402 eine Vielzahl von leitenden Spalten aufweist. Auf diese Weise können spezifische Bereiche (neunundvierzig in diesem Beispiel) in der Vorrichtung als in einer bestimmten Reihe in der Schicht 401 und in einer bestimmten Spalte in Schicht 402 befindlich ausgemacht werden. Darüber hinaus kann eine mechanische Wechselwirkung wie ein Fingerdruck oder eine andere Druckbeaufschlagung zu einem Stromfluss in einem bestimmten Bereich zwischen den leitfähigen Schichten 401 und 402 führen.
Die fünfschichtige Vorrichtung wird durch eine mittlere leitfähige Schicht 403 und isolierende Zwischenschichten 404, 405 vervollständigt. Die mittlere leitfähige Schicht 402 wird aufgebaut, indem ein Polyestergarn mit Fäden mit vierundzwanzig Dezitex mit einem eingezwirnten einzelnen leitfähigen Faden maschenbildend derart verbunden wird, dass der leitfähige Faden relativ zufällig in dem fertigen Wirkprodukt auftaucht. Zusätzlich weist die mittlere leitfähige Schicht 403 eine Leitfähigkeit senkrecht zur Ebene der Vorrichtung (in der Z-Achse) auf, die zunimmt, wenn sie mit Druck beaufschlagt wird, wodurch die Leitung zwischen den Schichten während einer mechanischen Wechselwirkung gefördert wird.
Die Isolierschichten 404 und 405 werden mit relativ breiten Zwischenräumen gewebt oder gewirkt, um sicherzustellen, dass die leitfähigen Schichten getrennt sind, während gleichzeitig eine Leitung zugelassen wird, wenn ein mechanischer Druck angelegt wird. Das Vorhandensein dieser Isolierschichten gewährleistet, dass der Gesamtaufbau gefaltet und gebogen oder um Gegenstände gewickelt werden kann, ohne dass dabei die beiden leitfähigen Schichten in Kontakt gebracht werden und dadurch eine irrtümliche Kontakterkennung hervorgerufen wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann eine Vorrichtung unter Verwendung von drei Schichten hergestellt werden, indem die Schichten 404 und 405 effektiv ausgelassen werden. Um dies zu erzielen, werden die leitenden Schichten 401 und 402 oder die mittlere leitfähige Schicht 403 auf eine Weise hergestellt, dass Teile der nicht leitenden Fasern über die leitenden Fasern hinausragen, wodurch effektiv ein Grad an Isolierung in der Z-Richtung eingeführt wird. Dies kann dadurch erzielt werden, dass Schussfäden mit einer größeren Abmessung als die Kettfäden verwendet werden, oder alternativ durch Einbringen anderer Mittel und Wege, um die Schussfäden hinausragen zu lassen.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Vorrichtung mit nur zwei Schichten 401 und 402 hergestellt. Ähnlich wie die dreischichtige Vorrichtung werden die Schichten 401 und 402 unter Verwendung leitender und nicht leitender Fasern so hergestellt, dass die nicht leitenden Fasern über die leitenden Fasern hinausragen. Die leitenden Fasern sind somit in den Schichten eingesenkt. Die sich ergebende Einheit hat insofern Gebrauchsnachteile, als sie mehr dazu neigt, falsche Signale abzugeben, wenn sie gebogen oder gefaltet wird. Dieser Nachteil wird dadurch minimiert, dass die Tiefe der Einsenkung der leitfähigen Fasern in jeder Schicht vergrößert wird. Dies macht es allerdings wiederum schwieriger, die Vorrichtung mit schwachen Druckvorgängen zu betätigen.
Der Vorteil einer solchen Einheit liegt in der Einfachheit ihres Aufbaus. Solch eine Einheit kann nämlich in einem einzigen Arbeitsdurchgang auf einem Webstuhl in der als „Doppelgewebe" bekannten Form hergestellt werden, wobei isolierende Schuss- und leitende Kettfäden einen oberen Teil des Gewebes bilden, und ein leitender Schuss- und ein isolierender Kettfaden eine untere Hälfte des Gewebes bilden. Die beiden Teile werden regelmäßig durch Einschluss eines der isolierenden Garne von einem Teil im anderen Teil befestigt. Ein isolierendes Substratmaterial und Leiterbahnen werden dann auf die Außenseite des sich ergebenden Gewebes aufgebracht, um die Einheit zu vervollständigen.
Figur 5
Leiterbahnen wie die Bahn 201 werden mit einem isolierenden Klebeband oder alternativ mit einem gedruckten Isoliermaterial abgedeckt. Die in 4 gezeigten Schichten werden dann durch einen Nähvorgang oder alternativ durch Schichtpressen zusammengefügt, um eine wie in 5 gezeigte fertige Erfassungsvorrichtung 501 zu bilden. Es werden Drähte an den Enden der elektrischen Bahn befestigt und dann in Form eines Kabels 502, das die Gewebevorrichtung 501 an eine Schnittstellenvorrichtung 503 anschließt, zusammengefügt. Die Schnittstellenvorrichtung 503 umfasst einen Leistungsschalter 504 und einen Betriebsartwahlschalter 506. Zusätzlich umfasst die Schnittstellenvorrichtung 503 eine Ausgangsbuchse 507, durch die von der Schnittstellenvorrichtung erzeugte Ausgänge zu einem weiteren Prozessor und/oder einer optischen Anzeige einheit übertragen werden. Im Ansprechen auf eine durch den Betriebsartwahlschalter 506 gewählte Betriebsart stellt die Ausgangsbuchse 507 einen Ausgang bereit, der für mechanische Wechselwirkungen steht, die am Detektor 501 stattfinden.
Physikalisch erscheint der Detektor 501 als eine durchgehende Schicht ohne Unterbrechungen. Aufgrund der Anordnung der elektrischen Anschlusselemente ist die Schicht jedoch tatsächlich in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt, insgesamt neunundvierzig in diesem Beispiel, die tatsächliche Anzahl bei jeder Ausführung ist jedoch durch die endgültige Aufgabe bestimmt, die der Detektor erfüllen soll.
In einer ersten, durch den Schalter 506 gewählten Betriebsart arbeitet der Detektor im Wesentlichen digital und stellt eine Angabe darüber bereit, ob eine Wechselwirkung in irgendeinem bestimmten Bereich stattgefunden hat. Eine solche Betriebsart erleichtert beispielsweise eine Anwendung, bei der das Drücken von Tasten erfasst werden soll.
In einer zweiten, durch den Schalter 506 gewählten Betriebsart ist es möglich, zu erkennen, welcher Bereich gerade eine mechanische Wechselwirkung erfährt, und es ist auch möglich, eine Zusatzinformation über diese Wechselwirkung bereitzustellen, wie etwa den Druck, mit dem die Wechselwirkung erfolgte.
In einer dritten Betriebsart ist es möglich, zu erkennen, welcher Bereich gerade eine mechanische Wechselwirkung erfährt, und Zusatzinformation über diese Wechselwirkung bereitzustellen, wie etwa den Druck, mit dem die Wechselwirkung erfolgte, aber es ist auch möglich, die Position der Wechselwirkung einer Stelle in einem erkannten Bereich zuzuordnen.
In einer vierten Betriebsart sind die elektrischen Anschlusselemente effektiv so miteinander verschaltet, dass sich der Detektor wie eine einzelne drucksensitive Schicht verhält, die analoge Spannungsveränderungen verwendet, um Positionen innerhalb des Detektors zu bestimmen, und Stromveränderungen, um das Ausmaß der Wechselwirkung zu bestimmen. Bei dieser Betriebsart bilden die einzelnen Bereiche keinen Teil der Betriebskennlinie.
Die Schnittstellenvorrichtung 503 kann die vorstehenden Betriebsarten entweder durch manuelle Wahl unter Verwendung des Betriebsartwahlschalters 506 oder durch Vorprogrammieren und automatisches Wählen einer Betriebsart durchführen.
Figur 6
Die Schnittstellenvorrichtung 503 ist in 6 im Detail dargestellt. Zusätzlich zu einer Ausgangsbuchse 507 umfasst die Schnittstellenvorrichtung einen Erfassungsprozes sor 601, eine Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602, einen Koppelschaltkreis 603, einen Multiplexschalter 604 mit elektrischen Anschlusseingangselementen 605, und eine Eingangsbuchse 606. Jede der sieben leitfähigen Spalten in der Schicht 402 und jede der sieben leitfähigen Reihen in der Schicht 401 besitzt zwei damit verbundene Drähte, und deshalb gibt es in dieser Ausführungsform mit neunundvierzig Bereichen insgesamt achtundzwanzig Einzeldrähte, die im Kabel 502 untergebracht sind. Diese Drähte werden von der Eingangsbuchse 606 aufgenommen und dann einzeln zu den elektrischen Anschlusseingangselementen 605 des Multiplexschalters 604 geführt. Der Multiplexschalter 604 wählt dann unter der Steuerung des Erfassungsprozessors 601 zyklisch Gruppen von vier Eingängen während des Betriebs der Betriebsart eins, zwei oder drei aus, was effektiv eine periodische Abtastung der neunundvierzig Detektorbereiche ergibt. Die vier Eingänge, die vom Multiplexschalter 604 ausgewählt werden, werden der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 zugeführt, die in Abhängigkeit von der Position des Wahlschalters 506 arbeitet, um Ablesewerte vom Detektor 501 zu erhalten. Beim Betrieb der Betriebsart vier schaltet der Multiplexschalter 604 alle entsprechenden Leitungen parallel, um der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 vier Leitungen zu bieten, die sich auf die ganze Vorrichtung beziehen, wobei kein zyklischer Betrieb zwischen den Bereichen stattfindet.
Wenn die Stellenerfassung durchgeführt wird (Betriebsart eins), muss der Multiplexschalter 604 nur einen einzelnen Anschluss von der oberen Schicht 401 und einen einzelnen Anschluss von der unteren Schicht 402 auf einmal an die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 anschließen. Wenn beim Betrachten dieser beiden Anschlüsse ein offener Schaltkreis vorhanden ist (was anzeigt, dass kein Strom von der oberen Schicht 401 zur unteren Schicht 402 fließt), hat keine mechanische Wechselwirkung im betreffenden Bereich stattgefunden. Wenn alternativ ein geschlossener Schaltkreis festgestellt wird und Strom von der oberen Schicht 401 zur unteren Schicht 402 fließt, kann dies als eine mechanische Wechselwirkung dargestellt werden, und dazu wird ein Ausgang dem Koppelschaltkreis 603 bereitgestellt, der wiederum dem Erfassungsprozessor 601 und der Ausgangsbuchse 507 diese Information weiterleitet. Der Erfassungsprozessor 601 steuert dazu den Multiplexbetrieb und ist dann in der Lage, die Konfiguration der am Detektor ausgebildeten elektrischen Anschlüsse mit dem sich ergebenden Ausgang aus einem bestimmten Bereich zu vergleichen. In der Folge wird durch den Erfassungsprozessor 601 ein Ausgang aufgebaut, der eine Darstellung des Detektors mit Angaben darüber aufzeigt, wo eine erfasste mechanische Wechselwirkung stattgefunden hat.
In den Betriebsarten zwei, drei und vier wird von der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 auch Information bezüglich der Druckerfassung an Einzelbereichen (Betriebsart zwei und drei) oder Druckerfassungswerte für den ganzen Detektor (Betriebsart vier) gewonnen und an den Koppelschaltkreis 603 geschickt, der diese Information wiederum an den Erfassungsprozessor 601 und schließlich an die Ausgangsbuchse 507 weiterleitet. Die Ausgangsinformation wird an einen weiteren Prozessor und/oder eine Anzeigevorrichtung weitergeleitet, die eine optische Darstellung im Ansprechen auf die aus der Schnittstellenvorrichtung 503 erhaltenen Ausgänge herstellt. Die Beschaffenheit der optischen Darstellung wird für die Betriebsart zwei, drei und vier im Vergleich zu derjenigen, die zur Darstellung der Betriebsart eins erforderlich ist, komplexer.
Bei der Betriebsart zwei und drei wählt der Multiplexschalter 604 unter Steuerung des Erfassungsprozessors 601 zyklisch Gruppen aus vier Eingängen aus, was effektiv eine periodische Abtastung der neunundvierzig Detektorbereiche ergibt. Die vier Eingänge entsprechen zwei Paaren von Anschlussabschnitten, so dass jedes Paar einem der leitfähigen Bänder entspricht. Die vier vom Multiplexschalter 604 ausgewählten Eingänge werden an die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 geschickt.
In der Betriebsart zwei stellt die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 dem Erfassungsprozessor 601 über den Koppelschaltkreis 603 einen Druckerfassungswert bereit. In der Betriebsart drei stellt die Druckerfassungsschaltung dem Anzeigeprozessor 601 einen Druckerfassungswert und auch X- und Y-Positionskoordinatendaten bereit, die sich auf die Position der mechanischen Wechselwirkung innerhalb des Bereichs beziehen, mit dem man gerade befasst ist.
Bei der Betriebsart vier werden die leitfähigen Abschnitte an jedem der Ränder der Schicht 401 und 402 elektrisch angeschlossen. Beispielsweise werden die leitfähigen Abschnitte 321 bis 327 (wie in 3 gezeigt) durch den Multiplexschalter 604 elektrisch angeschlossen und stellen der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 einen der vier Eingänge bereit. Die anderen drei Eingänge werden an die leitfähigen Abschnitte angeschlossen, die den anderen dreien dieser Ränder entsprechen. Die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 erfasst den Druck, der durch eine mechanische Wechselwirkung an die Vorrichtung 501 angelegt wird, und auch die X- und Y-Position der mechanischen Wechselwirkung. Von der Druckerfassungsschaltung werden entsprechende Druck- und Positionswerte an den Koppelschaltkreis 603 und somit an den Erfassungsprozessor 601 geschickt.
In der Betriebsart eins, zwei und drei erlaubt es das Vorsehen einer Vielzahl von Bereichen, wovon jeder unabhängig Information bezüglich einer jeweiligen mechanischen Wechselwirkung über die Schaltung 602 bereitstellen kann, dass die Vorrichtung in vielen Anwendungen eingesetzt werden kann, für die sich ein einzelner Wechselwirkungsdetektor nicht eignen würde. Zuerst wäre es möglich, einen Detektor mit darauf aufgedruckten grafischen Symbolen oder Tasten bereitzustellen, die dann in einer Situation, bei der mehr als ein Fingerdruckvorgang erfolgen kann, auf manuelle Fingerdruckvorgänge ansprechen; dies nutzt das Vorsehen des Stellenerfassungsvorgangs von Betriebsart eins, der von der Stellenerfassungsschaltung 602 durchgeführt wird.
In einer anderen, die Druckerfassungsfähigkeit ausnutzenden Anwendung ist es möglich, Druckstärken, mit denen jeder der spezifischen Bereiche beaufschlagt wird, abzubilden. Diese Anwendung ist besonders nützlich im Hinblick auf Personenauflagevorrichtungen wie etwa Betten. In einem Beispiel wird eine Vorrichtung als Matratzenbezug für Patienten verwendet, die anfällig für Druckgeschwüre sind. Eine an die Vorrichtung angeschlossene Anzeigevorrichtung stellt eine Angabe darüber bereit, wo übermäßiger Druck an die Matratze angelegt wird und kann auch die Bewegung des Bettlägerigen über die Zeit überwachen, so dass das Pflegepersonal die geeigneten Maßnahmen ergreifen und weitere Komplikationen mindern kann.
Figur 7
In 7 ist die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 im Detail gezeigt. Die Stellenerfassungsschaltung umfasst ein peripheres Schnittstellensteuergerät 701, welches an einen seriellen Kommunikationsausgang 702 angeschlossen ist, und elektrische Anschlüsse 703, 704, 705 und 706, die so ausgelegt sind, dass sie die notwendigen Spannungen über den Multiplexschalter 604 liefern und empfangen.
Das periphere Schnittstellensteuergerät (PIC – peripheral interface controller) 701 ist ein programmierbares Steuergerät des Typs PIC16C711. Das PIC 701 arbeitet unter der Steuerung eines Programms, das die Parameter des Detektors, zu dessen Messung oder Erfassung die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 ausgelegt ist, steuert. Die zu ermittelnden Parameter hängen davon ab, welche Betriebsart ausgewählt wird, und werden mit Bezug auf die 8 bis 12 eingehender erläutert.
Unter Steuerung des PIC 701 und je nach der Betriebsart können die notwendigen Ausgangsspannungen über die Pins eins, zwei, zehn, elf, zwölf und dreizehn des PIC den elektrischen Anschlüssen 703, 704, 705 und 706 zugeführt werden. Das PIC umfasst einen A/D-Wandler, welcher dazu verwendet wird, analoge Spannungen zu verarbeiten, die an den Pins siebzehn und achtzehn eingehen. Die Eingangspins siebzehn und achtzehn erhalten Ausgänge von hochohmigen Puffern 709 bzw. 710. Die Puffer 709 und 710 sind jeweils Operationsverstärker des Typs TL062 mit 0,5-facher Einheitsversträkung und stellen einen hochohmigen Puffer zwischen den Sensorausgangsspannungen und den Eingangsanschlüssen oder -ports des PIC 701 bereit.
Der Anschluss an die Pins eins und zwei findet über Widerstände 708 bzw. 707 statt. Die Widerstände 708 und 707 sind entsprechend dem Widerstandswert des Detektors ausgewählt, wie er von einem an einer Gewebeschicht 401 angeschlossenen Anschlusselement zu einem an der zweiten Gewebeschicht 402 angeschlossenen Anschlusselement gemessen wird, während ein typischer mechanischer Wechselwirkungsdruck an den entsprechenden Bereich des in Untersuchung befindlichen Detektors angelegt wird. Ein Wert von 10 kOhm ist typisch für die Widerstände 708 und 707.
Das PIC 701 besitzt einen externen Quarzoszillator (nicht gezeigt), der mit 4 MHz arbeitet und an die Pins fünfzehn und sechzehn angeschlossen ist. Eine positive Spannung von fünf Volt wird dem Pin vierzehn zugeführt, und Pin fünf ist an Masse gelegt. Pin vier (der interne Rückstelleingang) wird über einen 100 Ohm-Reihenwiderstand auf plus fünf Volt gehalten.
Das auf dem PIC 701 ablaufende Programm bestimmt die Betriebsart der Schnittstellenvorrichtung 503 und den Ausgang, der von der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 innerhalb eines vom Multiplexschaltex 604 ausgewählten Bereichs des Detektors gemessen wird.
Es wurde bereits auf die vier Betriebsarten der Schnittstellenvorrichtung 503 verwiesen. Eine mechanische Wechselwirkung führt dazu, dass Strom aus der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 401 zur zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 402 zu fließen beginnt. Dementsprechend erfordern alle vier Betriebsarten die Erfassung eines Drucks innerhalb eines ausgewählten Bereichs des Detektors. In der Betriebsart eins stellt die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 einen Ausgang bereit, der angibt, ob ein Druck in einem ausgewählten Bereich des Detektors erfasst wurde. In den Betriebsarten zwei, drei und vier stellt die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 einen Ausgang bereit, der einen quantitativen Messwert des Drucks umfasst, der in einem ausgewählten Bereich des Detektors erfasst wurde.
Figuren 8A und 8B
Ein Arbeitsablauf zum Messen des Drucks und/oder Bereichs einer mechanischen Wechselwirkung ist in den 8A und 8B im Detail dargestellt. Ein Bereich der leitfähigen Gewebeschichten 401 und 402, dem über den Multiplexschalter 604 Spannungen zugeführt werden, ist schematisch durch die Potentiometer 801 und 802 dargestellt, und der Widerstand der Leiterbahn zwischen den äußeren Schichten an der Stelle der angelegten Kraft ist durch einen Stellwiderstand 803 dargestellt.
Eine erste Messung des Drucks einer mechanischen Wechselwirkung ist in 8A gezeigt. Fünf Volt werden an das Anschlusselement 706 angelegt, während das Anschlusselement 705 abgeschaltet bleibt. Das Anschlusselement 703 wird über einen Widerstand 707 mit bekanntem Wert an Masse gelegt. Somit fließt Strom vom Anschlusselement 706 zu einem Teil der Schicht 402, was durch einen ersten Teil 804 des Potentiometers 802 dargestellt ist, durch die Leiterbahn, was durch den Stellwiderstand 803 mit dem Widerstandswert Rv angegeben ist, durch einen ersten Teil der Schicht 401, was durch einen ersten Teil 805 des Potentiometers 801 angegeben ist, und durch den bekannten Widerstand 707. Die Spannung V1, die am Anschlusselement 703 erscheint, wird gemessen, und da sie gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 707 ist, ist V1 direkt proportional zum Strom, der vom Anschlusselement 706 fließt.
Da die Widerstandswerte der Teile 804 und 805 in Bezug auf die mechanische Wechselwirkung schwanken, ist es wünschenswert, ein zweite Messung von Rv durchzuführen. Eine zweite Messung von Rv kann wie in 8B gezeigt durchgeführt werden. Fünf Volt werden an das Anschlusselement 704 angelegt, während das Anschlusselement 703 abgeschaltet bleibt. Das Anschlusselement 705 wird über einen Widerstand 708 mit bekanntem Widerstandwert an Masse gelegt. Die Spannung V2, die am Widerstand 708 abgefallen ist, wird gemessen. Die Spannung V2 ist direkt proportional zum Strom, der durch einen zweiten Teil der Schicht 401 fließt, was durch einen zweiten Teil 806 des Potentiometers 801 angegeben ist, durch die Leiterbahn, was durch den Stellwiderstand 803 mit dem Widerstandswert Rv angegeben ist, durch einen zweiten Teil der Schicht 402, was durch einen zweiten Teil 807 des Potentiometers 802 angegeben ist, und durch einen Widerstand 708.
Die Summe des Widerstandswerts des ersten Teils 805 und zweiten Teils 806 des Potentiometers 801 ist ungefähr gleich dem Widerstandswert zwischen dem Anschlusselement 704 und 703 auf der Schicht 801 und ist deshalb während der Messungen im Wesentlichen konstant, da sie in schneller Aufeinanderfolge auftreten. Ähnlich ist die Summe des Widerstandswerts des ersten Teils 804 und zweiten Teils 807 des Potentiome ters 802 ungefähr gleich dem Widerstand zwischen dem Anschlusselement 706 und 707 auf der Schicht 802 und ist während der Messungen auch im Wesentlichen konstant. Im Ergebnis besteht ein Verhältnis 810 zwischen dem Widerstandswert Rv der Leiterbahn zwischen den äußeren Schichten und den gemessenen Spannungen V1 und V2, d.h. der Widerstandswert Rv zwischen den äußeren Schichten ist proportional zu
Die Spannungen werden dazu verwendet, einen Z-Wert zu berechnen, der den Druck angibt, der in der Z-Achse der Gewebeebene angelegt wurde.
Je nach der verwendeten Sensorart hängt der Widerstandswert Rv vom Bereich des angelegten Drucks oder einer Funktion des Bereichs und der Kraft ab, wie durch das Verhältnis 811 dargestellt ist. Somit kann aus den Spannungsmesswerten V1 und V2 eine Angabe über den Druck, mit dem die mechanische Wechselwirkung angelegt wird, oder eine Angabe über den Bereich und die angelegte Kraft bestimmt werden.
Figur 9
Ein Beispiel für das auf dem PIC 701 der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 während der Betriebsart eins und zwei (wobei nur der Druck bestimmt wird) ablaufende Programm ist im Detail in 9 dargestellt. Beim Schritt 901 wird die Hardware initialisiert, und dieser Prozess wird später noch mit Bezug auf 10 ausführlicher dargestellt. Beim Schritt 902 misst die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 Werte der Spannungen V1 und V2 (wie mit Bezug auf 8 beschrieben) und berechnet einen Z-Wert der Wechselwirkung. Die Einzelheiten von Schritt 902 werden später mit Bezug auf 11 noch beschrieben. Beim Schritt 903 wird die Frage gestellt, ob die Z-Daten größer sind als ein vorbestimmter Wert. Ist die Antwort auf diese Frage nein, kehrt das Programm zu Schritt 902 zurück. Auf diese Weise misst die Schaltung Z-Werte, bis ein Z-Wert erfasst wird, der größer ist als ein vorbestimmter Wert. Ist die Antwort auf die Frage bei Schritt 903 ja, dann wird in der Betriebsart eins beim Schritt 904 ein Ausgang hergestellt, der eine mechanische Wechselwirkung anzeigt. In der Betriebsart zwei misst die Schaltung die notwendigen Spannungen und berechnet beim Schritt 904 einen Z-Wert und stellt einen quantitativen Ausgang bereit, der die Größenordnung des angelegten Drucks anzeigt.
Sobald ein Ausgang bereitgestellt wurde, kehrt das Programm zu Schritt 902 zurück und sucht nach einer Anzeige einer weiteren mechanischen Wechselwirkung. Beispielsweise konfiguriert in Betriebsart zwei der Multiplexschalter 604 unter der Steue rung des Erfassungsdetektors 601 die Verbindungen, die zum Detektor hergestellt wurden, so dass anschließend ein weiterer Bereich des Detektors ausgewählt wird und die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 diesen weiteren Bereich auf eine Anzeige einer mechanischen Wechselwirkung hin überwacht.
Figur 10
Schritt 901 von 9 ist in 10 ausführlicher dargestellt. Im Zuge des Initialisierungsschritts 901 werden beim Schritt 1001 die Abschaltungen aufgehoben und dann beim Schritt 1002 die Pins siebzehn und achtzehn als A/D-Wandlereingänge eingestellt. Die Mikroanschlüsse oder Mikroports eines PIC16C711 können als niedrigohmige Ausgänge oder hochohmige Eingänge konfiguriert werden. Wenn sie sich in der hochohmigen Eingangsbetriebsart befinden, können die Pins siebzehn und achtzehn so programmiert werden, dass sie über einen internen Multiplexer an den A/D-Wandler angeschlossen werden. Beim Schritt 1003 werden die Anschlüsse, welche als Ein- oder Ausgänge verwendet werden sollen, in ihrem Anfangszustand konfiguriert. Beim Schritt 1004 werden alle Systemvariablen gelöscht und alle Unterbrechungen aufgehoben.
Figur 11
Schritt 902 von 9 ist in 11 ausführlicher gezeigt. Im Zuge von Schritt 902 werden beim Schritt 1101 die Anschlüsse, die den Pins zwei und zehn entsprechen, zu Ausgangsanschlüssen umkonfiguriert, und beim Schritt 1102 wird der Pin zwei auf Null gesetzt, während Pin zehn auf plus fünf Volt eingestellt wird. Auf diese Weise wird das Anschlusselement 703 über den Widerstand 707 an Masse gelegt und fünf Volt werden an das Anschlusselement 706 angelegt. Beim Schritt 1103 wird eine Zeitverzögerung (typischerweise von zweihundertfünfzig Mikrosekunden bei einem Sensor, der einhundert Millimeter auf einen Millimeter mit einem Außenschichtwiderstand von 3,5 kOhm misst) vorgesehen, damit sich die Spannungen setzen können, bevor die Spannung an Pin siebzehn, wie im Schritt 1104 im Detail dargestellt, gemessen und gespeichert wird. Somit wird die Spannung V1, die an Pin 703 anliegt, gemessen und gespeichert.
Beim Schritt 1105 werden die Pins zwei und zehn zu hochohmigen Eingängen umkonfiguriert, während die Pins eins und zwölf zu niedrigohmigen Ausgängen umkonfiguriert werden. Beim Schritt 1106 werden die Spannungen an den Pins eins und zwölf auf Null bzw. plus fünf Volt gesetzt. Somit wird das Anschlusselement 705 über den Widerstand 708 an Masse gelegt, während dem Anschlusselement 704 plus fünf Volt zugeführt werden. Eine geeignete Zeitverzögerung, die äquivalent zu derjenigen von Schritt 1103 ist, wird beim Schritt 1107 vorgesehen, bevor die Spannung an Pin achtzehn beim Schritt 1108 gemessen und gespeichert wird. Somit wird die am Anschlusselement 705 anliegende Spannung gemessen und als Spannung V2 gespeichert. Beim Schritt 1109 wird ein Z-Wert aus den gespeicherten Spannungen V1 und V2 berechnet und dann gespeichert. Beim Schritt 1110 werden die Pins eins und zwölf wieder auf ihren Anfangszustand als hochohmige Eingänge rückkonfiguriert.
Während der Betriebsart drei ist die Schaltung so ausgelegt, dass sie erfasst, ob eine mechanische Wechselwirkung in einem Bereich stattgefunden hat und eine Berechnung bezüglich der Position der mechanischen Wechselwirkung (d.h. die X- und Y-Positionskoordinaten einer Wechselwirkung) in einem in Untersuchung befindlichen Bereich des Detektors zusätzlich zur Berechnung einer weiteren Eigenschaft der Wechselwirkung wie etwa Druck und/oder Bereich bereitstellt. Auf ähnliche Weise werden in der Betriebsart vier alle Anschlüsse der Gewebeebenen 401 und 402 so angeschlossen, dass der Detektor als eine einzelne drucksensitive Schicht arbeitet. Die X- und Y-Koordinaten der auf den Detektor wirkenden mechanischen Wechselwirkung werden von der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 zusätzlich zur Bestimmung eines Z-Koordinatenwerts bestimmt, wie es bei den Betriebsarten eins und zwei notwendig ist.
Figuren 12A und 12B
Eine Vorgehensweise zum Messen des Drucks und/oder Bereichs einer mechanischen Wechselwirkung (oder Z-Achsendaten) wird mit Bezug auf die 8A und 8B beschrieben. Eine Vorgehensweise zum Bestimmen der Position einer mechanischen Wechselwirkung innerhalb eines Bereichs des in Untersuchung befindlichen Detektors ist in den 12A und 12B dargestellt.
12A zeigt detailliert das Anlegen einer Spannung an einen Bereich der Gewebeschicht 402, welche als Potentiometer 802 dargestellt ist. Der entsprechende Bereich der Gewebeschicht 401, der zur Erfassung einer Ausgangsspannung oder zum Anlegen einer Spannung ausgewählt ist, ist durch das Potentiometer 801 dargestellt. Eine erste Positionsmessung erfolgt durch Anlegen einer Spannung von fünf Volt an das Anschlusselement 705, während 706 an Masse gelegt ist. Im Ergebnis entsteht ein Spannungsgefälle über die Schicht 402. Eine Spannungsmessung erfolgt am Anschlusselement 703 unter Verwendung einer hochohmigen Vorrichtung, und so wird die an der Schicht 401 erscheinende Spannung an der Stelle der angelegten Kraft 1201 bestimmt. Diese Spannung V3 ist direkt proportional zum Abstand der Mitte der angelegten Kraft vom elektrischen Kontakt, der an den Spannungseingang 706 angeschlossen ist und zeigt seine X-Achsenposition an.
Eine weitere Messung ist in 12B gezeigt. Fünf Volt werden an das Anschlusselement 703 angelegt und das Anschlusselement 704 wird an Masse gelegt. Es erfolgt eine Spannungsmessung der Spannung V4, die am Anschlusselement 705 erscheint. Die Spannung V4 ist direkt proportional zum Abstand der Mitte der angelegten Kraft vom elektrischen Kontakt, der an den Spannungseingang 704 angeschlossen ist und zeigt seine bei 1202 gezeigte Y-Achsenposition an. Deshalb stellen die Spannung V3 und V4 Information bezüglich der beiden Dimensionspositionen der an den Sensor innerhalb des Bereichs der in Untersuchung befindlichen Gewebeschichten 401 und 402 angelegten Kraft bereit, d.h. die Spannungen V3 und V4 stellen X- und Y-Werte für das Zentrum der Position der angelegten Kraft dar.
Figur 13
Ein Beispiel für ein Programm, das auf dem PIC 701 abläuft, ist in 13 gezeigt. Die Schritte 901, 902 und 903 wurden bereits mit Bezug auf die 9, 10, und 11 beschrieben, weil diese Schritte allen vier Betriebsarten der Schnittstellenvorrichtung 503 gemeinsam sind. Dementsprechend ist das PIC darauf programmiert, Z-Daten zu sammeln (Schritt 902) und zu bestimmen, ob die gesammelten Z-Daten größer sind als der voreingestellte niedrigste annehmbare Schwellenwert (Schritt 903). In der Betriebsart drei misst die Schaltung, wenn die Antwort auf die Frage von Schritt 903 ja lautet, bei Schritt 1301 die Spannungen V1, V2, V3 und V4 (wie mit Bezug auf die 8 und 12 beschrieben). Schritt 1301 wird später noch mit Bezug auf 14 ausführlicher beschrieben. Beim Schritt 1302 wird abgefragt, ob der berechnete Z-Wert immer noch über dem vorbestimmten Wert liegt. Wird die Frage bejaht, wird beim Schritt 1303 abgefragt, ob genug Proben gewonnen wurden. Typischerweise werden zwischen drei und zehn Probensätze genommen, wobei niedrigere Anzahlen von Probensätzen genommen werden, wenn ein schnelles Ansprechen erforderlich ist. Ist die Antwort auf die Frage bei Schritt 1303 nein, kehrt das Programm zum Schritt 1301 zurück und es wird ein weiterer Messwertsatz hergestellt. Ist die Antwort auf die Frage bei Schritt 1303 ja bzw. die Antwort auf die Frage bei Schritt 1302 nein, berechnet das Programm Durchschnittswerte der Proben der Spannungen V3 und V4 und der Werte von Z, die zusammengetragen wurden. Auf diese Weise misst das Programm eine vorbestimmte Anzahl von Spannun gen, bevor die Durchschnittswerte ermittelt werden, bzw. werden die Durchschnittswerte sofort berechnet, wenn der Z-Wert unter einen vorbestimmten Wert fällt. Indem der Durchschnitt einer Anzahl von Proben hergenommen wird, kann die Auswirkung von elektromagnetischen Netzstromstörungen oder einem anderen solchen Umweltrauschen auf ein Minimum reduziert werden.
Eine einfache Berechnung zur Ermittlung des „durchschnittlichen" Werts für etwa den X-Wert besteht darin, den Mittelwert der Höchst- und Mindestwerte der gespeicherten Werte V3 zu finden, d.h., ein „geglätteter" Wert für X wird ermittelt, indem der gespeicherte Höchstwert von V3 zum gespeicherten Mindestwert von V3 addiert und dann das Ergebnis durch zwei geteilt wird.
Um die Genauigkeit noch weiter zu verbessern, werden die Werte von X, Y und Z, die sich um einen großen Betrag von ihrem unmittelbar vorhergehenden und unmittelbar nachfolgenden Werten unterscheiden, von der Berechnung des Durchschnitts ausgeschlossen. Zusätzlich können bekannte Verfahren zum Ausschalten von Hauptstromversorgungsinterferenz auf die vom Sensor eingehenden Signale angewandt werden.
Beim Schritt 1305 werden die gemittelten Werte für V3 und V4, welche die X-/Y-Positionskoordinaten darstellen, und die gemittelten Werte der Z-Daten am seriellen Kommunikationsausgang 702 ausgegeben. Das Programm kehrt dann zum Schritt 902 zurück und sucht nach einer Anzeige für weitere mechanische Wechselwirkungen.
Figur 14
Schritt 1301 von 13 ist in 14 ausführlicher dargestellt. Im Zuge von Schritt 1301 wird beim Schritt 1401 ein Z-Wert auf dieselbe Weise gesammelt wie bei Schritt 902. Beim Schritt 1402 werden die Pins eins und zwei zu hochohmigen Eingängen umkonfiguriert und die Pins zehn und elf zu niedrigohmigen Ausgängen. Beim Schritt 1403 wird Pin zehn auf null Volt und Pin elf auf plus fünf Volt gesetzt. Somit werden dem Anschlusselement 705 fünf Volt zugeführt, während das Anschlusselement 706 an Masse gelegt wird. Dann wird beim Schritt 1404 eine Verzögerung (von typischerweise einer Millisekunde für eine Vorrichtung, die 100 mm auf 100 mm misst) vorgesehen, damit sich die Spannungen im Sensor setzen können, bevor beim Schritt 1405 die Spannung am Pin siebzehn gemessen wird. Deshalb wird eine am Anschlusselement 703 anliegende Spannung V3 gemessen, welche eine Angabe über die X-Position der angelegten Kraft bereitstellt.
Beim Schritt 1406 werden die Pins zehn und elf dann zu hochohmigen Eingängen und die Pins zwölf und dreizehn zu niedrigohmigen Ausgängen umkonfiguriert. Beim Schritt 1407 wird dann die Spannung am Pin zwölf auf Null gesetzt, während die Spannung am Pin dreizehn auf fünf Volt eingestellt wird. Somit werden dem Anschlusselement 703 fünf Volt zugeführt, während das Anschlusselement 704 an Masse gelegt wird. Beim Schritt 1408 wird eine Zeitverzögerung ähnlich derjenigen von Schritt 1404 vorgesehen, bevor beim Schritt 1409 die am Pin achtzehn erscheinende Spannung gemessen wird. Auf diese Weise wird eine am Anschlusselement 705 anliegende Spannung V4 gemessen, die eine Angabe über die Y-Position der angelegten Kraft bereitstellt. Die Pins zwölf und dreizehn werden dann zurück zu ihrem Anfangszustand als hochohmige Eingänge umkonfiguriert.
Deshalb ist durch das mit Bezug auf die 8 bis 14 beschriebene Verfahren die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 in der Betriebsart drei und vier in der Lage, Spannungsmessungen V3 und V4 vorzunehmen, welche eine Angabe über die X- und Y-Koordinatenposition der in einem Bereich an den Gewebesensor angelegten Kraft bereitstellen, und Spannungen V1 und V2 zu messen, die proportional zu durch den Sensor fließenden Strömen sind, und Information bezüglich einer zweiten Eigenschaft der angelegten Kraft bereitzustellen. Die zweite Eigenschaft kann der Druck sein, mit dem die Kraft angelegt wird, oder eine Kombination aus der Größe der Kraft und des Bereichs. Darüber hinaus kombiniert die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 die Spannungen V1 und V2, um einen Z-Wert zu bestimmen, der für die zweite Eigenschaft repräsentativ ist.
Folglich stellt sowohl in Betriebsart drei als auch vier die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 Ausgangsdaten bereit, die für die X- und Y-Position der angelegten Kraft und den Z-Wert repräsentativ sind. In einer alternativen Ausführungsform stellt die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 jedoch Ausgangsdaten bereit, die den gemessenen Spannungen V1, V2, V3 und V4 entsprechen.
Figur 15
Eine Erfassungsvorrichtung der in 5 gezeigten Art wird in 15 an einem Krankenhausbett 1501 eingesetzt. Die Erfassungsvorrichtung 1502 ist über der Matratze des Betts angebracht und bildet einen Teil des Matratzenbezugs. Die Vorrichtung kann mit einem herkömmlichen Krankenhausbettleintuch bedeckt sein, obwohl zu Zwecken der Darstellung kein Leintuch, sondern nur der Matratzenbezug und ein Kissen in 15 gezeigt sind. Folglich würde beim normalen Gebrauch des Detektors 1502 der Patient nicht direkt auf dem Detektor liegen und wäre von der oberen leitfähigen Gewebeschicht elektrisch isoliert. Die Erfassungsvorrichtung 1502 ist an die Schnittstellenvorrichtung 503 (nicht gezeigt in 15) angeschlossen, deren Ausgang 507 an einen Computer 1503 angeschlossen ist. Ein an den Computer angeschlossener Monitor 1504 liefert eine grafische Anzeige der von der Erfassungsvorrichtung bereitgestellten Information. In einer alternativen Ausführungsform werden die Daten aus dem Ausgang 507 über Modem an einen Fernüberwachungspunkt gesendet.
Ein bettlägeriger Patient 1505 ist in einer auf dem Detektor 1502 sitzenden Position gezeigt. Ein Problem solcher Patienten, insbesondere derjenigen mit eingeschränkter oder keiner Eigenbeweglichkeit, ist die Bildung von Druckgeschwüren, die durch länger dauernden Druck verursacht werden, mit dem ein Teil des Körpers beaufschlagt wird. Die Patienten müssen vom Pflegepersonal ständig überwacht und ihre Lage muss verändert werden, um zu verhindern, dass solche Geschwüre auftreten. Information bezüglich der Größenordnung des an den Körper angelegten Drucks, die Stelle am Körper, an die der Druck angelegt wird, und die Dauer dieses Drucks könnten das Pflegepersonal dabei unterstützen, den Patienten zu überwachen und seine Bewegungen zu veranlassen.
Die Erfassungsvorrichtung 1502 unterscheidet sich insofern von der von 5, als sie eine unterste Schicht hat, die nur vier und nicht sieben leitfähige Bänder umfasst. Deshalb besitzt die Erfassungsvorrichtung effektiv achtundzwanzig Einzelbereiche. Nur zu Zwecken der Darstellung sind in 15 unterbrochene Linien über die Erfassungsvorrichtung 1502 enthalten, die die tatsächliche Aufteilung des Detektors in achtundzwanzig Bereiche anzeigen.
Der Zeitraum, über den Daten gesammelt werden, kann in dieser Anwendung lang sein, weil die Zeit, während der vom Bett ein Druck auf den Patienten ausgeht, im Vergleich zur Zykluszeit der Schnittstellenvorrichtung sehr lang ist. Deshalb versorgt die Schnittstellenvorrichtung in der Betriebsart zwei oder drei den Computer periodisch mit Information bezüglich des Drucks, der vom Patienten über jeden der achtundzwanzig Bereiche der Vorrichtung 1502 auf das Bett ausgeht. Vorzugsweise wird die Vorrichtung in dieser Anwendung in Betriebsart drei betrieben und stellt somit auch eine Information darüber bereit, wo sich der Druck innerhalb jedes Bereichs zentriert.
Figur 16
In 16 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte Ansicht des Gewebesensors 1502 gezeigt. Der in 16 gezeigte Aufbau entspricht dem in 4 gezeigten. Der Detektor besitzt eine obere, elektrisch leitfähige Gewebeschicht 1601 und eine untere elektrisch leitfähige Gewebeschicht 1602, die von der oberen Gewebeschicht 1601 durch eine mittlere leitfähige Schicht 1603 und isolierende Zwischenschichten 1604 und 1605 getrennt sind. Die Schichten 1603, 1604 uns 1605 entsprechen in ihrer Funktion den Schichten 403, 404 und 405, die mit Bezug auf 4 aufgezeigt und beschrieben wurden.
Die obere Gewebeschicht 1601 weist eine erste Reihe von Leiterbahnen 1606 auf, die entlang eines Rands der Gewebeschicht angeschlossen sind, und eine zweite Reihe von Leiterbahnen 1607, die entlang des entgegengesetzten Rands der oberen Gewebeschicht angeschlossen sind. Ein elektrischer Kontakt mit der ersten und zweiten Reihe der Leiterbahnen wird über ein Kabel 1608 bzw. 1609 hergestellt, die zusammengeführt sind und eine Verbindung mit der Schnittstellenvorrichtung 503 bilden. Die erste und zweite Reihe der Leiterbahnen 1606 und 1607 haben sieben entsprechende Leitungsabschnitte (nicht gezeigt), die einen elektrischen Kontakt mit der Gewebeschicht herstellen, um sieben leitfähige Spalten zu bilden, wie durch die unterbrochenen Linien dargestellt ist, die die obere Gewebeschicht 1601 durchqueren. An jede leitfähige Spalte können während des Betriebs des Detektors unabhängig Spannungen angelegt werden.
Die untere Gewebeschicht 1602 weist eine dritte Reihe von Leiterbahnen 1609 entlang eines Rands der Gewebeschicht auf, und eine vierte Reihe von Leiterbahnen 1610 entlang des entgegengesetzten Rands der Gewebeschicht. Elektrische Kontakte zur dritten und vierten Reihe der Leiterbahnen werden über ein Kabel 1611 bzw. 1612 hergestellt. Die dritte und vierte Leiterbahn 1609 und 1610 bilden vier entsprechende Leitungsabschnitte (nicht gezeigt), die einen elektrischen Kontakt mit der Gewebeschicht herstellen, um vier leitfähige Reihen zu bilden, wie durch die unterbrochenen Linien dargestellt ist, die die untere Gewebeschicht 1602 durchqueren. Die elektrisch leitfähigen Reihen der unteren Gewebeschicht 1602 sind senkrecht zu den Spalten angeordnet, die von der oberen Gewebeschicht 1601 gebildet sind, wie vorstehend beschrieben wurde. Dementsprechend sind die leitfähigen Kettfasern der Schicht 1601 so angeordnet, dass sie entlang der Länge der Spalten leiten, was durch die unterbrochenen Linien dargestellt ist, und die leitfähigen Fasern der Gewebeschicht 1602 sind so angeordnet, dass sie entlang der Länge der Reihen leiten, wie durch die unterbrochenen Linien dargestellt ist.
In der Betriebsart zwei arbeitet der Detektor so, dass er eine Angabe über den Druck innerhalb jedes Bereichs des Detektors bereitstellt. Ein Beispiel für einen Ausgang im Ansprechen auf eine mechanische Wechselwirkung wie sie auf dem Monitor 1504 von 15 angezeigt wird, ist in 17A gezeigt. Der Monitor stellt eine grafische Anzeige der vom Computer 1503 gespeicherten Daten bereit. Die Anzeige zeigt eine grafische Wiedergabe der Erfassungsvorrichtung 1502, die in die achtundzwanzig Einzelbereiche unterteilt ist. Der bettlägerige Patient 1505, der im Bett 1501 von 15 sitzend gezeigt ist, stellt mit dem Detektor an der Stelle des Gesäßes und den Fersen der Füße einen Kontakt her.
Figur 17
Die so zwischen dem Patienten und dem Detektor entstehenden mechanischen Wechselwirkungen sind grafisch auf der Rasteranzeige 1701 dargestellt. Die mechanischen Wechselwirkungen sind als in den Bereichen 1702 und 1703 auftretend gezeigt, was den Kontakten entspricht, die von der rechten bzw. linken Gesäßbacke und 1704 und 1705 hergestellt werden, was den Kontakten entspricht, die von der rechten bzw. linken Ferse des Patienten hergestellt werden. Eine mechanische Wechselwirkung innerhalb eines Bereichs wird (in Betriebsart zwei) auf der Rasteranzeige als ein Punkt im Zentrum des Bereichs, wie dem bei 1706 gezeigten, angezeigt. Der innerhalb dieses Bereichs gemessene Druck wird durch einen wie dem bei 1707 gezeigten Kreis dargestellt, dessen Durchmesser direkt proportional zum Ausmaß des angelegten Drucks ist. Aus 17A ist deshalb ersichtlich, dass der im Bett 1505 Liegende in diesem Beispiel im Vergleich zu dem von der linken Gesäßbacke und Ferse in den Bereichen 1703 und 1705 ausgeübten Druck mehr Druck an der rechten Gesäßbacke und Ferse ausübt, wie durch die Kreise mit größerem Durchmesser angegeben wird, die in den Bereichen 1702 und 1704 vorhanden sind. Solch eine Situation würde beispielsweise dann auftreten, wenn sich der im Bett Liegende nach rechts lehnen würde. Weitergehende Information wie das Diagramm 1708 kann angezeigt werden, welches die Druckveränderung über die Zeit in einem bestimmten Bereich, in diesem Fall dem Bereich 1704, zeigt.
Ein Beispiel für eine grafische Anzeige eines Ausgangs, der während der Betriebsart drei erhalten wird, ist in 17B gezeigt. Der Monitor 1504 zeigt eine Rasteranzeige 1701, die den achtundzwanzig Bereichen des Detektors 1502 entspricht. Zusätzlich zur Darstellung des Drucks einer mechanischen Wechselwirkung innerhalb eines Bereichs, wie bereits mit Bezug auf 17A erläutert wurde, wird während der Betriebsart drei auch die Position des Zentrums der mechanischen Wechselwirkung innerhalb eines Bereichs bestimmt. Der Patient 1505 übt, wie vorstehend beschrieben, einen Druck innerhalb der Bereiche 1702 bis 1705 aus. Die Position des Zentrums der von der rechten Ferse des Patienten innerhalb des Bereichs 1704 ausgeübten Kraft ist bei einem Quadrat 1706 gezeigt, welches in dieser Anzeige für diesen Bereich nicht zentral ist. Entsprechend ist auch die Position der rechten und lenken Gesäßbacke und der lenken Ferse in den jeweiligen Bereichen 1702, 1703 und 1705 gezeigt. Was 17A anbelangt, ist der Druck durch den Durchmesser des Kreises 1707 dargestellt, der um die zentrale Position der Wechselwirkung angezeigt ist. Zusätzlich kann zeitbezogene Druckinformation angezeigt werden, wie im Diagramm 1708 gezeigt ist, das sich auf den Druck bezieht, der über die Zeit innerhalb des ausgewählten Bereichs 1704 aufgezeichnet wurde.
Figur 18
Eine alternative Ausführungsform eines Detektors nach der vorliegenden Erfindung, der in einen Matratzenbezug eingebracht ist, ist in 18 gezeigt. Wie zuvor weist das Krankenhausbett 1501 einen in den Matratzenbezug eingebrachten Detektor 1801 auf, und der Detektor ist über eine (nicht gezeigte) Schnittstellenvorrichtung und ein Kabel 1802 an den Computer 1503 angeschlossen. Ein Monitor 1504 zeigt Daten an, die vom Computer 1503 gesammelt und gespeichert wurden. Die Erfassungsvorrichtung ist in nur sieben Bereiche 1803 bis 1809 in Form von sieben leitfähigen Bändern unterteilt, wie durch die auf dem Detektor 1801 gezeigten unterbrochenen Linien dargestellt ist. Dies stellt eine alternative Auslegung der Vorrichtung dar, die in dieser Anwendung speziellen Bereichen des Körpers eines Patienten entspricht. Beispielsweise würde bei einem typischen Erwachsenen, der auf dem Bett 1501 liegt, der Bereich 1803 dem Druck entsprechen, der vom Kopfbereich des Patienten ausgehend über das Kissen ausgeübt wird, und der Bereich 1804 würde dem Nacken und den oberen Schultern des Patienten entsprechen. Ähnlich kann der Bereich 1806 dem unteren Rücken entsprechen, und der Bereich 1808 oder 1809 würde den Füßen des Patienten entsprechen. In dieser Hinsicht wird der Körper des Patienten effektiv in Bereiche aufgeteilt, die den durch den Detektor festgelegten Bereichen entsprechen, in denen Druck aufgezeichnet und überwacht werden kann, um die Aufmerksamkeit des Krankenhauspersonals auf irgendwelche Bereiche des Körpers zu lenken, die einem länger anhaltenden Kontaktdruck ausgesetzt sind, der eine Druckwunde entstehen lassen könnte. Es ist klar, dass die Anzahl und Abmessungen der einzelnen Bereiche verändert werden können, um den Körper des Patienten wie gewünscht effektiv aufzuteilen.
Figur 19
19 zeigt eine in ihre Einzelteile zerlegte Ansicht des in 18 dargestellten Detektors 1801. Die obere Gewebeschicht 1601, die mittlere leitfähige Gewebeschicht 1603 und die isolierenden Zwischenschichten 1604 und 1605 sind identisch mit den in 16 gezeigten. Der Unterschied zwischen den Detektoren ist in der unteren elektrisch leitfähigen Gewebeschicht 1901 zu suchen. Die untere Gewebeschicht umfasst nur ein leitfähiges Band anstelle der vier leitfähigen Bänder, die die Gewebeschicht 1602 von 16 umfasste. Die untere leitfähige Schicht kann sowohl in der Kett- als auch Schussrichtung leitfähig sein. In solch einem Fall wäre deshalb die untere Gewebeschicht in allen Richtungen leitfähig.
Information hinsichtlich des Drucks innerhalb eines Bereichs wird vorzugsweise wieder während der Betriebsart zwei oder drei gesammelt und kann auf ähnliche Weise wie in den 17A und 17B gezeigt angezeigt werden, wobei die Rasteranzeige 1701 passend abgeändert ist, um nur sieben horizontale Spalten darzustellen. Alle anderen Merkmale der in den 17A und 17B gezeigten und in der entsprechenden Beschreibung beschriebenen Merkmale lassen sich gleichermaßen auf die Ausgänge aus dem Detektor 1801 anwenden.
Figur 20
Ein weiterer Detektor nach der vorliegenden Erfindung ist in 20 im Gebrauch gezeigt, der die Form einer Gewebetastatur angenommen hat. In 20 ist ein Bediener 2001 gezeigt, der in einem begrenzten Raum eines Laptops 2002 arbeitet, der auf einer Tischplatte 2003 steht. Solch ein Umstand tritt wahrscheinlich im Falle eines Arbeiters auf, der mit dem Zug fährt oder an einer Stelle außerhalb des Büros arbeitet. Der Bediener 2001 interagiert mit dem Gewebetastaturdetektor 2004, welcher über eine Schnittstellenvorrichtung 503 an einen Handprozessor 2005 angeschlossen ist. Ein Beispiel eines geeigneten Handprozessors wäre ein von Palm Inc. hergestellter Prozessor Palm^RTM Vx. Indem Tastendarstellungen auf der Gewebetastatur 2004 gedrückt werden, kann der Bediener 2001 Datenelemente in den Handprozessor 2005 eingeben, die auf dem Bildschirm 2006 angezeigt werden. Es ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Gewebetastatur 2004 flexibel ist, um ein bequemes Bedienen der Gewebetastatur an verschiedenartigen Örtlichkeiten und ein bequemes Verstauen der Tastatur zu ermöglichen.
Figur 21
In 21 ist der Gewebetastaturdetektor 2004 gezeigt. Die Gewebetastatur 2004 weist Tastenkennungssymbole 2101 auf, die auf die Oberfläche 2102 des Detektors aufgedruckt sind. Die Tastenkennungssymbole ermöglichen es dem Bediener, eine spezifische Auswahl zu treffen, die der gewünschten erforderlichen alphanumerischen Dateneingabe entspricht. Die Gewebeoberfläche 2102 ist eine Isolierschicht, die so ausgelegt ist, dass sie einen direkten Kontakt zwischen dem Bediener und den elektrisch leitfähigen Gewebeschichten des Detektors verhindert.
Es werden Spannungen an den Detektor angelegt und Spannungsausgänge werden von der Schnittstellenvorrichtung 503 über das Kabel 2103 erfasst, das die Gewebetastatur 2004 über den Verbindungsanschluss 2104 anschließt. Ein Ausgangskabel (nicht gezeigt) liefert Ausgänge aus der Schnittstellenvorrichtung zum Handprozessor 2005 von 20 (in 21 nicht gezeigt).
Figur 22
In 22 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte Ansicht gezeigt, die die Gewebeschichten darstellen, aus denen der Gewebetastaturdetektor 2004 besteht. Die Vorrichtung weist eine erste elektrisch leitfähige Gewebeschicht 2201 und eine zweite elektrisch leitfähige Gewebeschicht 2202 auf. Der Aufbau dieser Gewebeschichten wird mit Bezug auf 23 ausführlicher beschrieben, und gegenwärtig genügt es, zu erwähnen, dass die elektrisch leitfähige Schicht 2201 Leiterbahngruppen 2203 und 2204 aufweist, die entlang der entgegengesetzten Ränder der Gewebeschicht so positioniert sind, dass sie die Gewebeschicht effektiv in eine Reihe leitender Spalten zwischen den Leiterbahngruppen 2203 und 2204 unterteilen. Auf ähnliche Weise weist die elektrisch leitfähige Schicht 2202 Leiterbahngruppen 2205 und 2206 entlang der entgegengesetzten Ränder der Gewebeschicht auf, die senkrecht zu den leitfähigen Leiterbahngruppen von Schicht 2201 so angeordnet sind, dass die Gewebeschicht 2202 effektiv in eine Reihe von leitenden Reihen über die Gewebeschicht von der Leiterbahn 2205 bis 2206 unterteilt wird, wobei die leitenden Reihen senkrecht zu den leitfähigen Spalten der oberen Schicht 2201 sind. Die jeweiligen Leiterbahnen der Schichten 2201 und 2202 werden in den Verbindungsanschluss 2104 eingeführt.
Die siebenschichtige Detektorvorrichtung umfasst auch eine mittlere leitfähige Schicht 403 und isolierende Zwischenschichten 404 und 405, die vorstehend bereits mit Bezug auf 4 beschrieben wurden.
Eine oberste Isolierschicht 2102 ist auch in der Vorrichtung enthalten. Diese ist eine gewebte Schicht aus Isoliergewebe, auf das ein „QWERTY"-Tastaturprofil 2101 auf die Oberfläche aufgedruckt wurde. Eine unterste Isolierschicht 2209 aus Textilgewebe vervollständigt die Vorrichtung. Die Schicht 2209 trägt ein Matrixfeld von Tastenregistrierungsvorrichtungen 2210 in Form erhöhter Abschnitte, die so angeordnet sind, dass jede Vorrichtung 2210 mit der Mitte des QWERTY-Tastenprofils 2101 auf der Schicht 2102 ausgerichtet ist. Der Zweck der Tastenregistrierungsvorrichtungen 2210 besteht darin, es dem Bediener zu ermöglichen, das Drücken einer Taste unfehlbar zu erkennen, indem eine fühlbare Rückmeldung bereitgestellt wird.
Figur 23
In 23 ist die erste elektrisch leitfähige Schicht 2201 schematisch dargestellt. Die Gewebeschicht umfasst einen Tastenerfassungsbereich 2301, der dem Bereich des Tastaturdetektors entspricht, innerhalb dessen die Tastenbetätigungen erfasst werden sollen. Die übrigen Teile der Gewebeschicht umfassen die Leiterbahnen, die elektrische Verbindungen zwischen dem Erfassungsbereich 2301 und der Schnittstellenvorrichtung 503 bilden. Die in 22 gezeigte Leiterbahngruppe 2204 ist in 24 als einzelne Leiterbahnen mit jeweiligen Anschlussabschnitten 2302 bis 2317 entlang eines Rands des Erfassungsbereichs 2301 gezeigt. Die Leitungsabschnitte jeder Leiterbahn sind zu Gruppen zusammengefasst und in dem in den 21 und 22 gezeigten Verbindungsanschluss 2104 aufgenommen. Zusätzlich ist die in 22 gezeigte Leiterbahngruppe 2203 auch in 24 als einzelne Leiterbahnen mit jeweiligen Anschlussabschnitten 2318 bis 2333 entlang des entgegengesetzten Rands des Erfassungsbereichs 2301 gezeigt. Die Leitungsabschnitte jeder Leiterbahn sind auch zu Gruppen zusammengefasst und in dem in den 21 und 22 gezeigten Verbindungsanschluss 2104 aufgenommen. Die Leitungsabschnitte sind über ein Kabel elektrisch an die in 21 gezeigte Schnittstellenvorrichtung 503 angeschlossen.
Die leitfähigen Kettfäden erstrecken sich senkrecht über den Erfassungsbereich 2301 von den Anschlussabschnitten 2302 bis 2317 und 2318 bis 2333, wodurch sechzehn schmale leitfähige Spalten gebildet werden. Die Spalten 2340, 2341 und 2342 zum Beispiel sind durch die unterbrochenen Linien über den Erfassungsbereich 2301 gezeigt.
Figur 24
In 24 ist die zweite elektrisch leitfähige Schicht 2202 im Detail gezeigt. Die zweite leitfähige Schicht weist einen entsprechenden Erfassungsbereich 2401 auf, welcher in dieser Ausführungsform genau dieselben Abmessungen hat wie der Erfassungsbereich der Gewebeschicht 2201. Die in 22 gezeigte Leiterbahngruppe 2205 ist als einzelne Leiterbahnen mit Anschlussabschnitten 2402 bis 2406 entlang eines Rands des Erfassungsbereichs 2401 gezeigt. Die jeweiligen leitfähigen Abschnitte sind zu Gruppen zusammengefasst und erstrecken sich in den Verbindungsanschluss 2104, wo ein elektrischer Anschluss zur Schnittstellenvorrichtung hergestellt wird. Auf ähnliche Weise ist die wie in 22 gezeigte Leiterbahngruppe 2206 als einzelne Leiterbahnen mit Anschlussabschnitten 2407 bis 2411 gezeigt, die entlang des entgegengesetzten Rands des Erfassungsbereichs 2401 ausgebildet sind. Entsprechend ist der Erfassungsbereich in fünf unabhängige elektrisch leitfähige Reihen, z.B. die Reihen 2420 bis 2424 unterteilt, wie durch die unterbrochenen Linien angegeben ist. Wie zuvor mit Bezug auf die Ausführungsform der in den 15 bis 17 gezeigten Bettmatratze beschrieben, sind die leitfähigen Fasern der zweiten leitfähigen Schicht 2202 in neunzig Grad zu den leitfähigen Fasern der ersten leitfähigen Schicht 2201 angeordnet, so dass die zweite leitfähige Schicht im Ergebnis in einer zur ersten Gewebeschicht senkrechten Richtung leitfähig ist. Von daher sind die leitfähigen Reihen der zweiten Schicht 2202 (z.B. 2420 bis 2424) senkrecht zu den leitfähigen Spalten (z.B. 2240, 2241 und 2242) der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 2201 angeordnet. Beim zusammengesetzten Detektor unterteilen deshalb die Schnittpunkte zwischen den jeweiligen Reihen und Spalten den Erfassungsbereich effektiv in achtzig (ist gleich 16 × 5) Einzelbereiche. Darüber hinaus kann eine mechanische Wechselwirkung wie ein Fingerdruck oder eine andere Druckeinwirkung dazu führen, dass Strom in einem bestimmten Bereich zwischen den leitfähigen Schichten 2201 und 2202 fließt.
Figur 25
25 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Detektors, die die aufgedruckten Tastenkennungssymbole 2101 der oberen Schicht 2102 der Gewebeschicht darstellt. Über die Tastenkennungssymbole sind unterbrochene Linien gelegt, die die Spalten und Reihen, die über die Erfassungsbereiche 2301 and 2401 der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht und den Tastenregistrierungsvorrichtungen 2210 gebildet sind, angeben, die auf der unteren Schicht des Detektors (wie in 22 im Detail dargestellt) positioniert sind. In 25 sind die fünf leitfähigen Reihen 2420 bis 2424 der Schicht 2202 und drei der leitfähigen Spalten 2240 bis 2242 der Schicht 2201 gezeigt. Jeder Schnittpunkt einer Reihe und einer Spalte bildet einen separaten Bereich der Eingabevorrichtung, und jeder Bereich entspricht einer der QWERTY-Tasten, die auf die oberste Schicht 2102 aufgedruckt sind. Beispielsweise entspricht ein Tastenprofil 2501, das der Taste entspricht, die grafisch mit „2" bezeichnet ist, dem Schnittpunkt der Reihe 2424 und Spalte 2240, und das Tastenprofil 2502, das der Taste entspricht, die grafisch mit „R" bezeichnet ist, entspricht dem Schnittpunkt der Reihe 2423 und Spalte 2242.
Jedes Tastenprofil ist so angeordnet, dass es symmetrisch über einer Tastenregistrierungsvorrichtung 2210 auf der Schicht 2209 liegt. Beispielsweise liegt das Tastenprofil 2501 symmetrisch über der Tastenregistrierungsvorrichtung 2503.
Wie in 25 gezeigt ist, sind die Tastenprofile versetzt angeordnet, so dass bei den alphanumerischen Tasten die Mitte einer Taste in einer Reihe mit dem Zwischenraum zwischen den Tasten in der Reihe darunter ausgerichtet ist. Beispielsweise ist das Tastenprofil 2501 so angeordnet, dass seine Mitte mit dem Zwischenraum zwischen den Tastenprofilen 2504 und 2505 ausgerichtet ist. Deshalb stimmen die Tastenprofile nicht genau mit den Schnittpunkten der leitfähigen Bänder überein. Die Tastenregistrierungsvorrichtung für eine bestimmte Taste befindet sich jedoch innerhalb des Bereichs, der durch das Tastenprofil festgelegt ist, und des Bereichs, der durch den entsprechenden Schnittpunkt der leitfähigen Bänder festgelegt ist. Deshalb werden, wenn ein Benutzer eine Taste, z.B. 2501, drückt, die leitenden Schichten 2201 und 2202 elektrisch am richtigen Schnittpunkt verbunden, weil sich die Tastenregistrierungsvorrichtung (in diesem Fall 2503) innerhalb der entsprechenden Schnittstelle der Bänder (in diesem Fall der Bänder 2240 und 2424) befindet.
25 zeigt auch ein Tastenprofil 2510 und einen Teil eines Profils 2511, die der „Alt"-Taste bzw. „Leertaste" entsprechen. Da es sich bei ihnen um Tasten mit einer größeren Länge handelt, sind auch die jeweiligen Tastenregistrierungsvorrichtungen 2520 und 2521 entsprechend länger. Im Gegensatz zur Tastenregistrierungsvorrichtung 2503 sind die Tastenregistrierungsvorrichtungen 2520 und 2521 feste Kunststoffstreifen, die auf die Schicht 2209 aufgeklebt sind. Deshalb stellen die Vorrichtungen 2520 und 2521 nur eine fühlbare Rückmeldung im Hinblick auf die Position der Taste bereit und verformen sich nicht unter Druck, wie dies die Vorrichtung 2503 tut.
Die Ausführungsform des Gewebetastaturdetektors der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise in Betriebsart eins betrieben werden, bei der der Bereich, in dem eine mechanische Wechselwirkung erfasst wird, durch den Multiplexbetrieb bestimmt wird. Dies ist vorzuziehen, weil nur eine Anforderung besteht, nämlich zu erfassen, ob ein Tastendruckvorgang innerhalb eines speziellen Bereichs stattgefunden hat, und in dieser Ausführungsform keine weitere Information hinsichtlich der Beschaffenheit der mechanischen Wechselwirkung erforderlich ist. Es ist festzuhalten, dass in Betriebsart eins, bei der nur das Vorhanden- oder Nichtvorhandensein von Strom erfasst wird, der von der elektrisch leitfähigen Schicht 2201 zur Schicht 2202, oder umgekehrt, fließt, kein spezieller Bedarf an einem Anschlussabschnitt einer zweiten Leiterbahngruppe (z.B. 2203 und 2206, 22) am entgegengesetzten Rand zu einem ersten Anschlussabschnitt einer bestimmten Spalte besteht (z.B. 2204 und 2205, 22). Betriebsart drei könnte die Aufnahme von mehr als einer Tastenregistrierungsvorrichtung in einen bestimmten Bereich mit der Schnittstellenvorrichtung mit der Möglichkeit der Unterscheidung erleichtern, welche Taste gedrückt wurde, aber eine solche Anordnung hätte den Nachteil, nicht in der Lage zu sein, zwei solcher Tasten zu unterscheiden, wenn sie gleichzeitig gedrückt werden.
Aufgrund der großen Anzahl von Einzelbereichen, die in der Ausführungsform der Gewebetastatur enthalten sind, wird klar, dass es eine lange Zeit in Anspruch nehmen kann, um alle achtzig Bereiche des Detektors einzeln einer Zeitmultiplexierung zu unterziehen. Dies kann beispielsweise dann ein Nachteil sein, wenn ein geübter Schnellschreiber die Tastatur benutzt. Dementsprechend wäre eine Einrichtung von deutlichem Vorteil, mittels derer der Detektor unter Verwendung einer reduzierten Anzahl von Abtastvorgängen schneller den Bereich erkennen kann, in dem eine mechanische Wechselwirkung stattgefunden hat.
Ein Beispiel für eine solche Betriebsart ist in 25 und der folgenden Beschreibung dargestellt. Die Schnittstellenvorrichtung 503 muss einen Tastendruck auf die Gewebetastatur 2004 erkennen. Wenn der Erfassungsbereich der QWERTY-Tastatur mit einem Druck beaufschlagt wird, stellt die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 der Schnittstelle einen Ausgang bereit, der die Stelle der einen Taste oder beider Tasten angibt, die gedrückt wurde/n.
Im Anfangsstadium schließt jedoch der Multiplexschaltkreis 604 unter der Steuerung des Erfassungsprozessors 601 einen einzelnen Anschluss der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 an alle sechzehn Anschlussabschnitte 2302 bis 2317 auf einer Seite der Schicht 2201 an, und einen zweiten einzelnen Anschluss an alle fünf Anschlussabschnitte 2402 bis 2406 auf einer Seite der Schicht 2202 an. Falls bei der Durchsicht dieser Anschlüsse ein offener Schaltkreis vorhanden ist, hat an der Eingabevorrichtung keine mechanische Wechselwirkung stattgefunden. Wird hingegen ein geschlossener Schaltkreis ausgewiesen, gibt dies das Vorhandensein einer mechanischen Wechselwirkung an, und zu diesem Zweck wird ein Ausgang dem Koppelschaltkreis 603 bereitgestellt, der diese Information wiederum an den Erfassungsprozessor 601 und die Ausgangsbuchse 507 weiterleitet.
Beim Erfassen einer mechanischen Wechselwirkung erhält der Multiplexschaltkreis 604 unter der Steuerung des Erfassungsprozessors 601 den Einzelanschluss der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 an alle fünf Anschlussabschnitte 2402 bis 2406 auf einer Seite der Schicht 2202 aufrecht, und es wird ein zweiter einzelner Anschluss von der Schaltung 602 zu den am weitesten links befindlichen acht Anschlussabschnitten (2302 bis 2309) auf einer Seite der Schicht 2201 hergestellt. Wieder erfasst die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 das Vorhandensein eines offenen oder geschlossenen Schaltkreises; wobei ein geschlossener Schaltkreis einen Tastendruckvorgang oder mehrere Tastendruckvorgänge in der linken Hälfte der Eingabevorrichtung anzeigt. Ein Ausgang, der einen offenen oder geschlossenen Schaltkreis anzeigt, wird dem Koppelschaltkreis 603 zugeführt, der wiederum diese Information an den Erfassungsdetektor 601 und die Ausgangsbuchse 507 weiterleitet.
Der Multiplexschaltkreis 604 wird dann vom Erfassungsdetektor angewiesen, die Verbindung zu den acht am weitesten links befindlichen Anschlussabschnitten der Schicht 2202 zu unterbrechen und eine Verbindung von der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 zu den übrigen sieben kurzen Anschlussabschnitten 2310 bis 2317 herzustellen. Wieder wird ein offener oder geschlossener Schaltkreis erfasst und die Information zur Erfassungsschaltung 601 weitergeleitet. Ein geschlossener Schaltkreis zeigt in diesem Stadium einen Tastendruckvorgang oder mehrere Tastendruckvorgänge in der rechten Hälfte des QWERTY-Tastaturprofils an.
Werden alternativ ein Tastendruckvorgang oder mehrere Tastendruckvorgänge erfasst, die sich auf einen der acht am weitesten links befindlichen Anschlussabschnitte 2302 bis 2309 oder die übrigen kurzen Anschlussabschnitte 2310 bis 2317 beziehen, führt der Erfassungsprozessor 601 eine Binärsuche durch, um den Schnittpunkt der leitenden Reihe und Spalte herauszufinden, an dem eine mechanische Wechselwirkung anliegt. Die Schaltung tut dies durch einen Ausschlussvorgang. Fall beispielsweise kein Tastendruck vorgang in den Spalten erfasst wird, die sich auf die Anschlussabschnitte 2310 bis 2317 beziehen, ist im Hinblick auf diese Spalten keine weitere Suche notwendig. Wird aber ein Tastendruckvorgang in den acht am weitesten links befindlichen leitenden Spalten erfasst, die sich auf die Anschlussabschnitte 2302 bis 2309 beziehen, stellt der Multiplexschaltkreis 604 unter der Steuerung des Erfassungsprozessors 601 eine Verbindung von der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 zu den ersten vier Anschlussabschnitten 2302 bis 2305 der Schicht 2201 und eine zweite Verbindung zu den fünf Anschlussabschnitten 2402 bis 2406 auf einer Seite der Schicht 2202 her. Die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 erfasst dann das Vorhandensein eines offenen oder geschlossenen Schaltkreises und stellt dem Erfassungsprozessor 601 einen dies anzeigenden Ausgang bereit. Der Multiplexschaltkreis 604 stellt dann eine Verbindung von der Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 zu den nächsten vier Anschlussabschnitten 2306 bis 2309 der Schicht 2201 her, während die zweite Verbindung zu den fünf Anschlussabschnitten 2402 bis 2406 aufrechterhalten bleibt. Die Druck-/Stellenerfassungsschaltung 602 erfasst das Vorhandensein eines offenen oder geschlossenen Schaltkreises und stellt dem Erfassungsprozessor 601 einen dies anzeigenden Ausgang bereit.
Auf diese Weise erkennt die Steuerschaltung, ob nur eine oder beide Gruppen der vier Spalten einem Tastendruckvorgang unterliegt bzw. unterliegen. Falls nur eine der beiden Gruppen als sich auf einen Tastendruckvorgang beziehend herausstellt, wird nur diese Gruppe abgefragt und die andere Gruppe von der weiteren Suche ausgeschlossen. Falls aber beide Gruppen als sich auf einen Tastendruckvorgang beziehend herausstellen, müssen beide Gruppen weiter abgefragt werden.
Der Prozess der Binärsuche wird auf diese Weise fortgesetzt, bis die Identität der einzelnen Spalten, die sich auf den Tastendruckvorgang oder die Tastendruckvorgänge beziehen, festgestellt ist. Dann erfolgt ein ähnlicher Prozess, um festzustellen, welche der Reihen den Tastendruckvorgang oder die Tastendruckvorgänge enthält. Dies wird durch Herstellen einer Verbindung der Druck-/Stellenerfassungsschaltung mit allen sechzehn Anschlussabschnitten auf einer Seite der Schicht 2201 und einer zweiten Verbindung an eine variierende Anzahl der Anschlussabschnitte 2402 bis 2406 auf der Schicht 2202 durchgeführt. Nachdem sowohl die Reihe als auch Spalte festgelegt wurde, liefert der Erfassungsprozessor 601 über den zweiten Koppelschaltkreis 603 einen Ausgang an die Ausgangsbuchse 507, der die Stelle(n) angibt. Der Erfassungsprozessor setzt dann den Multiplexschaltkreis in seinen Ausgangszustand zur Bereitschaft für die nächste zu erfassende mechanische Wechselwirkung zurück.
Indem dieser Betriebablauf eingesetzt wird, wird die Anzahl der Verbindungen, die hergestellt werden müssen, um den Bereich des Detektors zu erfassen, in dem die Wechselwirkung stattfindet, im Vergleich zur zeitmultiplexierten Erfassung jedes einzelnen Bereichs reduziert. Es ist jedoch klar, dass es zahlreiche alternative Einrichtungen gibt, durch welche die unterschiedlichen Bereiche des Detektors ausgewählt werden, um den genauen Bereich zu bestimmen, in dem die Wechselwirkung stattfindet.

Claims

Detektor, der aus elektrisch leitendem Gewebe aufgebaut und so gestaltet ist, dass ex eine variierende elektrische Kennlinie im Ansprechen auf eine mechanische Wechselwirkung aufweist, wobei eine erste leitende Schicht von einer zweiten leitenden Schicht derart versetzt ist, dass sich der leitende Zustand zwischen den Schichten ergibt, wenn die Schichten zwangsweise mechanisch zusammengeführt werden, und wobei die erste der Schichten mehrere Längen leitfähigen Garns und mehrere Längen nicht leitfähigen Garns in sie eingearbeitet aufweist, derart, dass mindestens eine Länge leitfähigen Garns elektrisch von einer anderen der Längen leitfähigen Garns isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Leiter an die leitfähigen Garne in der ersten der Schichten angeschlossen sind, wodurch die elektrisch leitfähigen Garne elektrisch zu Gruppen zusammengefasst sind, um mehrere feststellbare Reihen zu bilden, wodurch spezifische Bereiche des Detektors festgelegt werden; und jede der feststellbaren Reihen einen der elektrischen Leiter an jedem ihrer entgegengesetzten Enden aufweist, wodurch sich eine unterschiedliche elektrische Spannung an jedes Ende einer Reihe anlegen lässt.
Detektor nach Anspruch 1, wobei sich das leitfähige Garn der ersten Schicht in einer ersten Richtung erstreckt und sich das nicht leitfähige Garn in einer zweiten Richtung erstreckt, wobei sich die erste Richtung von der zweiten Richtung unterscheidet.
Detektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite der Schichten mehrere Längen leitfähigen Garns und mehrere Längen nicht leitfähigen Garns in sie eingearbeitet aufweist, derart, dass mindestens eine Länge leitfähigen Garns elektrisch von einer anderen der Längen leitfähigen Garns isoliert ist, sich in der ersten der Schichten leitfähiges Garn in einer ersten Richtung erstreckt und sich in der zweiten der Schichten leitfähiges Garn in einer ersten Richtung erstreckt; sich die leitende erste Richtung der ersten leitenden Schicht von der leitenden ersten Richtung der zweiten leitenden Schicht unterscheidet; die leitfähigen Garne in der zweiten der Schichten elektrisch zu einer Gruppe zusammengefasst sind, um mehrere feststellbare Spalten zu bilden; jede der feststellbaren Spalten einen jeweiligen elektrischen Leiter aufweist; und Kreuzungsstellen der Spalten und Reihen spezifische Bereiche des Detektors bilden.
Detektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich in der zweiten leitenden Schicht leitfähige Garne in einer ersten Richtung und in eine zweiten Richtung erstrecken, die sich von der ersten Richtung unterscheidet.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich das nicht leitfähige Garn der zweiten Schicht in einer zu leitenden Richtung der zweiten Schicht unterschiedlichen Richtung erstreckt.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Detektor so gestaltet ist, dass er eine Gruppe variierender elektrischer Kennlinien im Ansprechen auf eine Eigenschaft der mechanischen Wechselwirkung aufweist, derart, dass jede variierende elektrische Kennlinie einem der spezifischen Bereiche entspricht.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die variierende elektrische Kennlinie mit dem Druck variiert, der durch die mechanische Wechselwirkung angelegt wird.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die variierende elektrische Kennlinie mit der Position der mechanischen Wechselwirkung variiert.
Detektor nach Anspruch 8, wobei der Detektor so gestaltet ist, dass er eine zweite Gruppe variierender elektrischer Kennlinien im Ansprechen auf eine zweite Eigenschaft der mechanischen Wechselwirkung aufweist.
Detektor nach Anspruch 9, wobei die zweite Eigenschaft der Druck ist, der durch. die mechanische Wechselwirkung angelegt wird.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine teilweise elektrisch leitende Gewebeschicht zwischen der ersten und der zweiten leitenden Schicht angeordnet ist.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste und die zweite leitende Schicht durch zwei Schichten elektrisch isolierenden Gewebes getrennt sind und die beiden Schichten elektrisch isolierenden Gewebes durch eine teilweise elektrisch leitende Gewebeschicht getrennt sind.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Spannung an mindestens einen der spezifischen Bereiche angelegt wird, um die Position der mechanischen Wechselwirkung zu bestimmen.
Detektor nach einem der Ansprüche 3 bis 13, wobei jede der feststellbaren Spalten einen elektrischen Leiter an jedem ihrer entgegengesetzten Enden aufweist.
Detektor nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite leitende Schicht ein Einzelgewebe darstellen, das so aufgebaut ist, dass es einen oberen Teil und einen unteren Teil umfasst, wobei der obere Teil isolierende Schussfasern und leitfähige Kettfasern umfasst, und der untere Teil leitfähige Schussfasern und isolierende Kettfasern umfasst.
Detektor nach Anspruch 15, wobei die oberen und unteren Teile regelmäßig wiederkehrend durch den Einschluss eines der isolierenden Garne aus einem Abschnitt in den anderen Abschnitt befestigt werden.
Detektor nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite leitende Schicht derart hergestellt sind, dass Teile der isolierenden Fasern über die leitfähigen Fasern hinausragen.
Detektor nach Anspruch 17, wobei. die isolierenden Fasern eine größere Abmessung haben als die Kettfasern.
Detektor nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gewebe unter Verwendung eines Webprozesses gebildet wird.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Gewebe unter Verwendung eines Strickprozesses gebildet wird.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei der Detektor zur Verwendung als Bettmatratzenbezug ausgelegt ist.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei der Detektor zur Verwendung als Tastatur ausgelegt ist.