EP1664704A1 - Force transducer - Google Patents

Force transducer

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Publication number
EP1664704A1
EP1664704A1 EP04765375A EP04765375A EP1664704A1 EP 1664704 A1 EP1664704 A1 EP 1664704A1 EP 04765375 A EP04765375 A EP 04765375A EP 04765375 A EP04765375 A EP 04765375A EP 1664704 A1 EP1664704 A1 EP 1664704A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transducer according
force transducer
force
measuring
oscillator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04765375A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bruno Starek
Helmut Purner
Franz Vekörrer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Occluscan AG
Original Assignee
Occluscan AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Occluscan AG filed Critical Occluscan AG
Priority to EP04765375A priority Critical patent/EP1664704A1/en
Publication of EP1664704A1 publication Critical patent/EP1664704A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6814Head
    • A61B5/682Mouth, e.g., oral cavity; tongue; Lips; Teeth
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/224Measuring muscular strength
    • A61B5/228Measuring muscular strength of masticatory organs, e.g. detecting dental force
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00Dental auxiliary appliances
    • A61C19/04Measuring instruments specially adapted for dentistry
    • A61C19/05Measuring instruments specially adapted for dentistry for determining occlusion
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/125Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/127Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using inductive means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • G01L5/0076Force sensors associated with manufacturing machines
    • G01L5/0085Force sensors adapted for insertion between cooperating machine elements, e.g. for measuring the nip force between rollers

Definitions

  • the invention relates to a transducer for determining physical or mechanical quantities.
  • force encompasses all variables that can be defined by force, such as pressure, acceleration, torsion, etc.
  • the temperature can also be determined in connection with the use according to the invention of a measurement sensor with pyroelectric properties.
  • the known transducers are usually very complicated, both electronically and mechanically, and are therefore of expensive construction and, as a result, are very susceptible to faults. In most cases, a mechanically complex and therefore expensive force transmission element is provided as the sensor, which is sometimes not suitable for thin sensors.
  • AI is a device for measuring the expansion of full bodies, especially internal ones Strain processes known, wherein an inductance is introduced into the solid body during the manufacturing process, and the change in inductance determines the measure of the stretch.
  • the construction of this measuring device is very complex and complex and cannot be used for small or thin sensors.
  • Another disadvantage is the lack of flexibility in changing the location of the sensor.
  • a force measuring cell which has an elastically deformable force transducer for absorbing the weight force and an inductor arranged adjacent to it, whereby the eddy current effect is used due to the sensor arrangement.
  • the disadvantages mentioned are also present here.
  • the present invention has the great advantage that, in combination with inductive, capacitive and / or ohmic sensors, the measurements can be carried out in the low-resistance range, for example 1 ohm.
  • the invention has the advantage that its special designs are suitable for very thin sensors, for example a thickness of less than 20 my in the measuring area, and that the measuring sensor can, in principle, be positioned without complex measures.
  • the galvanic isolation of the transducer from the oscillator circuit also prevents interference on the oscillator.
  • the invention is very well suited for the use of transducers under harsh conditions such as dirt, moisture, etc.
  • the impedance when the physical or mechanical variable acts on the transducer, the impedance changes, which in turn changes the load in the secondary winding that is electrically (conductively) connected to the transducer and that is coupled to the inductance of the oscillator in a transformer arrangement is changed.
  • the ⁇ frequency of the oscillator becomes proportional to the physically acting variable. (e.g. force) changes and this frequency change is evaluated and recorded as an electrical measured variable.
  • transducers with piezo sensors are used to measure physical and mechanical variables such as force, pressure, torsion, acceleration, temperature, etc.
  • Piezo sensors however, have the known disadvantage that they require an electronic voltage amplifier with a very high-resistance input resistor with high-quality insulation or a so-called charge amplifier for the measurement value acquisition.
  • Such electrometer or charge amplifiers are, on the one hand, very complicated to construct and therefore expensive to manufacture, and on the other hand, these amplifiers offer further sources of possible interference.
  • the advantage of the invention is the use of a force transducer according to the invention with a piezoelectric or piezoresistive transducer, the electrodes of which are electrically connected to the secondary winding of the inductor of the oscillator.
  • force acts on the piezoelectric or piezoresistive transducer, the capacitance or resistance, and thereby the impedance of the transducer, is changed.
  • This change in impedance causes a change in the load in the secondary winding and, via the transformer coupling, leads to a change in the frequency of the oscillator.
  • a charge or electrometer amplifier is no longer required and static measurements are also possible.
  • This measuring arrangement offers for all piezoelectric transducers such as quartz, piezoceramic, piezopolymers, e.g. PVDF and its copolymers, polymers with piezo particles or piezo fibers, piezo foams, ferroelectric materials, etc., but also for piezoresistive transducers, such as silicon, the advantages mentioned.
  • piezoelectric transducers such as quartz, piezoceramic, piezopolymers, e.g. PVDF and its copolymers, polymers with piezo particles or piezo fibers, piezo foams, ferroelectric materials, etc.
  • the transducer When using a piezoelectric transducer with pyroelectric properties, a change in the polarization of the piezoelectric material of the transducer is brought about by changes in temperature, which in turn can be detected by the electrodes and, as described above, measured as a frequency change in the oscillator. As a result, the transducer also enables the determination of temperatures.
  • a force transducer according to the invention the vehicle tire pressure and the vehicle tire temperature can be measured simultaneously, for example in a very simple and inexpensive manner.
  • the measuring force transducer according to the invention can also be used to determine the acceleration with a measuring sensor with piezoelectric properties in combination with a seismic mass.
  • a transducer having piezoelectric, piezoresistive or pyroelectric properties is preferred when using the "arranged connected secondary winding around a soft magnetic ring core, for example of ferrite, in transformer coupling.
  • stray losses are of 'magnetic field largely avoided and there is an'" with this electrically ideal "coupling.
  • the preferred sensor according to the invention is a piezo film (PVDF and its copolymers) with a thickness of less than 80 my, preferably less than 30 my, or a liquid PVDF -Copolymer lacquer is used, which can be cast or sprayed very thinly.
  • PVDF piezo film
  • the preferred sensor according to the invention is a piezo film (PVDF and its copolymers) with a thickness of less than 80 my, preferably less than 30 my, or a liquid PVDF -Copolymer lacquer is used, which can be cast or sprayed very thinly.
  • transducers which are formed from piezo foams or so-called ferroelectrets.
  • discolouring or discoloring foils are used, in which the Contact between the upper and lower jaw teeth leads to discoloration of the film, but also to the contact points on the teeth.
  • the film can have a color layer with a dye enclosed in capsules. Depending on the compressive force acting on the ink layer, a different number of capsules is broken up and a different amount of dye is released.
  • Such foils do not allow the strength of the compressive force, in particular the occlusion pressure between teeth, to be precisely determined.
  • the known sensors are relatively complicated in structure and handling, so that they could not prevail over the conventional occlusion contact foils with discoloration.
  • the known sensors have a relatively thick bite section, which affects the accuracy of the occlusion measurement.
  • the two layers must be electrically contacted with the conductor tracks for supplying the input and output signals. Since the bite section has to be changed for each patient for hygienic reasons, this is associated with additional effort.
  • occlusion pressure sensors that are based on the piezo effect (eg US Pat. No. 4,592,727).
  • the known piezo sensors have the disadvantage that they are susceptible to failure in adverse environmental conditions (such as water, dirt, oil etc.) due to the required amplifier with a high-impedance input resistance.
  • DE 197 05 569 Cl turns away from the electrical sensors in the bite area and instead proposes an occlusion force transmission with a pressure fluid.
  • Dentistry can be handled similarly to the previous occlusion film with discoloration, and in particular requires no electrical contact in the bite area.
  • a device makes it possible in particular to determine the dental contact pressure that occurs between the teeth when an upper and a lower jaw are bitten. This dental contact pressure measurement also enables the distance between the pressed teeth to be determined.
  • an oscillator with at least one inductor for determining an acting physical or mechanical force.
  • two or more oscillators can also be provided, for example a measuring and a reference oscillator.
  • the difference in frequency between the two Oscillators can be audibly displayed, for example, according to the so-called beat sum principle.
  • the oscillator for use in accordance with the invention has a specific natural frequency which can be, for example, in the range between 10 kHz and 1 GHz.
  • the oscillator can be a self-oscillating oscillator, or can be excited by a vibration generator.
  • any known LC oscillator such as a Meissner, Hartley or Colpitts oscillator, can be used, and RL and quartz generators can also be used.
  • oscillators are preferably used which are provided with inverters, in particular Schmitt trigger inverters, NAND and / or NOR gates. These oscillators are interesting because they have a very simple and inexpensive structure.
  • a circuit has been found to be particularly suitable which uses a frequency-determining inductance as a transconductance between input and output in the inverter circuit.
  • the inductance is preferably formed from a primary winding with a soft magnetic core, preferably from a rod or toroidal core made of ferrite, but in principle an air coil is also suitable for the measuring principle according to the invention.
  • a ring core has the advantage that the magnetic scattering of the inductance is reduced compared to a rod core and the transformer coupling is thereby improved. This improves the frequency change in the oscillator.
  • the secondary winding of the inductor is electrically conductively connected to the sensor.
  • the sensor has ohmic and / or capacitive and / or inductive properties.
  • the (transition) resistance and / or the capacitance and / or permeability and thereby the impedance of the same is changed, depending on the design of the measuring sensor.
  • This change in impedance influences / changes the load in the secondary winding arranged in a transformer coupling for inductance and thereby changes the frequency of the oscillator.
  • This frequency change which is proportional to the force acting, is evaluated in the evaluation circuit.
  • the force can be determined numerically by units of measurement or, for example, also as a relative measurement not related to units. .
  • the determination of the force is particularly important in dental applications for determining the dental contact pressure or the "chewing pressure and the occlusion". a distance determining • between the mutually gesp essten bodies or Zi'- possible, "the teeth.
  • an embodiment according to the invention is intended in particular for determining the contact pressure occurring between teeth, it can generally be used for determining the pressure between two bodies pressed against one another.
  • the user can also slide the teeth i.e. determine an additional dynamic movement to the side.
  • the sensor can be, for example, an electrically conductive film or an electrically conductive against the wire.
  • the sensor can be formed, for example, from a piezoplate in which the electrodes are electrically connected to the secondary winding and which can be arranged in a transformer coupling around the induction coil.
  • the transducer is made in one piece with the secondary winding as a simple film for dental use and is wound as a measuring strip at least once around the inactivity of the oscillator, which is preferably located in a thin, rod-shaped housing. When the teeth grit, the measuring areas of the measuring strip lying between them touch and the contact resistance is changed, which leads to a frequency change of the oscillator via the transformer coupling.
  • the secondary winding or the one-piece measuring strip is wound at least once around the * inductance of the oscillator. If they are wrapped around the inductor several times, the measuring effect is enhanced.
  • the measuring range or the sensitivity of the measurement can be matched to the respective application area via the transmission ratio of primary winding and secondary winding.
  • the sensor can also be formed from a material with electrically conductive properties, which is provided with an electrically insulating layer at least in the pressure-absorbing area of the bodies pressed against one another.
  • This electrically insulating layer can be formed, for example, by an electrically insulating plastic or, for example, also by a metal oxide.
  • This electrically insulating layer can when pressure is exerted on the bodies pressed against each other in the area of the contact surfaces, so that the contact resistance is influenced.
  • the device according to the invention can be matched to the measurement ranges required in the most varied of application areas by selecting the thickness of the electrically insulating layer of the measurement sensor.
  • the electrically conductive sensor is made of aluminum and has a natural aluminum oxide layer or an anodized layer in at least one measuring area.
  • the senor does not need to have an electrically insulating layer that can be destroyed by pressure. Rather, it is possible to use a transducer made of electrically conductive material, the contact resistance of which> changes when the two bodies or teeth are pressed together, for example in the order of 0.1 mQ to 100 ⁇ , in order to bring about a frequency shift of the oscillator.
  • the electrically conductive film can be designed, for example, as a measuring strip.
  • the measuring strip can be formed by a film made of an electrically conductive material and, for example, its inside can be provided with an electrically insulating layer.
  • the electrically conductive material is in particular a metallic material, for example an aluminum or copper material, that is to say aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy.
  • an electrically conductive plastic foil can also be used, for example.
  • the electrically insulating layer of the The measuring strip can be a metal oxide or a piezo layer, for example. It is understood that if an electrically insulating layer is present, it only has to be provided in that area of the measuring strip that lies between the bodies or teeth pressed against one another.
  • the measuring strip can also be provided with an electrically insulating layer on the outside.
  • the sensor can also be formed from an electrically conductive material and an electrically insulating material with ferroelectric properties, for example from an electrically insulating layer with ferroelectric properties.
  • Piezoelectric materials are preferably used for this. Due to the high dielectric constant of these materials , Transducer an additional capacitive load, - di, e leads to a frequency change - of the oscillator. The dielectric constant is influenced by changing the pressure between the pressed bodies.
  • Another advantage of the device according to the invention is that when a piezo element is used as part of the sensor, no amplifier is required for this, since this is coupled to the sensor electronics as a low-resistance capacitive load. This enables the pressure between two bodies pressed against one another to be determined even under adverse environmental conditions, in particular in the humid environment of dentistry.
  • the sensor in particular the film or the measuring strip, can also be made of a ferromagnetic material, in particular a ferromagnetic material with magneto- elastic properties are formed. So amorphous alloys, so-called metallic glass, have proven to be suitable. Materials with magnetoelastic properties are characterized by the fact that their permeability changes under mechanical stress. By using materials with ferromagnetic properties, an improvement of the measurement effect is made possible by a stronger influence on the inductance.
  • the measuring sensor which is preferably designed as a measuring strip, can consist of several layers which alternately consist of an electrically conductive and an electrically insulating material.
  • the layers of electrically conductive material form a plurality of windings which can be activated one after the other in parallel with the pressure acting on the bodies pressed against one another. This enables different measuring and proportional ranges through the number or the selection of the layer materials.
  • the plastic has the advantage that it avoids undesired early contacts on the inside of the measuring strip, and furthermore it gives a measuring strip provided with elevations and depressions a desired reversibility of the measurement-receiving areas, as a result of which a more dynamic measurement is possible.
  • the line-shaped elevations and depressions are preferably arranged at an angle of 45 degrees to the longitudinal direction of the measuring groove. This ensures that the peaks of the ridges intersect at an angle of 90 degrees when collapsed. As a result, the measuring strip is less expensive to manufacture.
  • the elevations and depressions of the measuring strip are preferably produced by the embossing process.
  • the transducer can be provided with a self-adhesive layer for 'attachment to the housing ' of the oscillator, for example. It is also possible to provide the measuring strip with a spring clip in order to attach it to the housing. It is also possible to mount the oscillator To be carried out in such a way that the sensor can be attached to it mechanically, for example with an open sleeve or a spring clip similar to a ballpoint pen.
  • openings can be provided on or in the housing through which the sensor, which is designed, for example, as a measuring strip, is inserted or threaded.
  • the sensor can also be applied to an electrically insulating material.
  • the material can be, for example, paper, silk or a plastic, in particular an elastic plastic.
  • the plastic is preferably such that the sensor can be cleaned by sterilization.
  • the sensor is formed, for example, by a metal foil.
  • noble metals such as gold or silver
  • an insulating substrate e.g. can be applied by vapor deposition.
  • a measuring strip made of an aluminum material has proven to be particularly advantageous. which is 'p' passivated on the inside with an aluminum oxide layer.
  • the thickness of the aluminum oxide layer can be optimized by anodizing the aluminum strip.
  • the measuring strip has a thickness of, - preferably less than : 2-00 " ⁇ ' ⁇ n, in particular less than 100 . ⁇ m. If the measuring strip is bitten, the electrically insulating layer can be destroyed at the occlusion points.
  • another winding around the induction coil which detunes the oscillator. This winding influences the inductance in a transformer coupling and changes the frequency of the oscillator when force is applied.
  • the frequency change caused by the detuning can change cause both an increase and a decrease in the natural frequency of the oscillator, depending on the electromagnetic conditions in the frequency-determining resonant circuit and the choice of the operating point.
  • the frequency change can also be tive and / or ohmic load can be caused.
  • the winding formed by destroying the insulating layer has an ohmic resistance which depends, among other things, on the mechanical contacting at the occlusion points.
  • the two end sections of the measuring strip, on which the pressure to be determined acts lie with their inner sides on top of one another with the electrically insulating or dielectric layer. So that the gauges at the same time forms a capacitance, which leads to a frequency change, depending on how bite when the thickness of the dielectric layer t and thus the distance change of the electrically conductive Folienendabête of the strip and the dielectric constant.
  • the evaluation circuit of the device according to the invention can be a phase lock loop (PLL) circuit and / or for example a PC to which the output signals of the oscillator or the PLL circuit are supplied.
  • PLL phase lock loop
  • the oscillator can be arranged in a housing with a sleeve-shaped section around which the measuring strip is wound.
  • the oscillator is preferably connected wirelessly to the evaluation circuit.
  • the sensor or the film or the measuring strip can also be connected to the oscillator and / or evaluation circuit via a cable.
  • the measuring strip according to the invention preferably has a thickness and flexibility corresponding to a conventional occlusion film with discoloration. On the outside, it can also be provided with a coating for recording the occlusion points by discoloration or discoloration in order to obtain further measurement data.
  • the output signals of the evaluation circuit can, for example, be stored in a memory and / or fed to a display.
  • the display can be formed, for example, by a bar made of light-emitting diodes.
  • the device according to the invention operates in the low-resistance range, it is affected by galvanic effects, e.g. can occur in saliva, not influenced.
  • galvanic effects e.g. can occur in saliva
  • a preferred embodiment of the measuring strip has an electrically conductive layer in the measuring areas. This homogenizes the contact resistance of the measuring ranges and improves the characteristics by means of a more constant measuring signal. Furthermore, e.g. a conductive gel has the advantage that it forms an adhesion of the measuring area, so that the end sections of the measuring strip are fixed to each other and this simplifies handling for the dentist.
  • a preferred embodiment of the measuring strip has a film composite which has an insulating layer (preferably a polymer or an adhesive layer) on the inside, followed by the electrically conductive layer, and subsequently a stabilizing layer (preferably a polymer), at least the measurement-receiving areas being provided with elevations and depressions in such a way that their tips overlap when the measurement strip is folded up during the actual measurement.
  • an insulating layer preferably a polymer or an adhesive layer
  • a stabilizing layer preferably a polymer
  • the measuring strip as a composite preferably has a maximum thickness of 15 ⁇ m, so that the measurement-receiving area, when folded, reaches a maximum thickness of 30 ⁇ m.
  • Such a measuring strip according to the invention has the advantage that it adapts to the three-dimensional shape of the teeth during the measurement and that there is no blocking effect which hinders the final bite. This enables dental contact pressure measurement or chewing pressure measurement in the natural position of the teeth.
  • the measuring strip or a measuring sensor is already incorporated into a part (cap, sleeve) that can be plugged onto the inductor or can be attached to it with an adhesive layer.
  • the force transducer according to the invention together with the use of a measuring strip on which a spacer is attached to at least one measuring area, enables the user in dentistry to determine the preparation height of a tooth to be prepared or to detect a drop below the required preparation height in a targeted manner .
  • a certain minimum thickness of the denture is required depending on the type of construction (all-ceramic, metal-ceramic, polymer, etc.).
  • a crown made of all-ceramic is said to be in the area that the antagonist opposite, reach a minimum thickness of 1.5 mm to 2 mm to be able to withstand the mechanical influences when chewing.
  • the measuring strip When using the invention, he places the measuring strip with the spacer on the tooth to be prepared with the dentition open. When biting, the preferably flexible or rubber-elastic material is compressed, since the spacer has a thickness or height which is above the required minimum height. Where the greatest compression is present, the most pressure is exerted on the measuring strip. This enables the measurement or definition of the smallest distance between the prepared tooth and the antagonist.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the circuit of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows various characteristic curves of the frequency change when the force acting on the measuring strip / sensor
  • FIG. 3 shows a perspective view of a measuring strip wound around the housing of the oscillator
  • FIG. 4 schematically shows the occlusion pressure before and after a dental filling
  • FIG. 5 shows a secondary measurement winding with a piezo element wound around the housing of the oscillator in a perspective representation
  • FIG. 6 shows the perspective illustration of the oscillator for a measurement sensor for determining the tooth occlusion, the dental contact pressure and / or the chewing force
  • FIG. 7 shows a perspective illustration of the part of the oscillator according to FIG. 6 with the primary winding and a plug-on element which can be plugged onto the force transducer, with a measuring strip applied thereon;
  • FIG. 8 shows a longitudinal section through a measuring strip according to another embodiment
  • FIG. 9 top view of the inside of an opened measuring strip with elevations and depressions
  • FIG. 10 shows a longitudinal section through the measuring strip according to FIG. 9;
  • FIG. 11 shows a plan view of the measuring strip according to FIG. 9 wound around the oscillator and FIG. 10 after wrapping around the oscillator;
  • FIG. 12 shows a plan view of the inside of an opened measuring strip with elevations and depressions according to another embodiment
  • FIG. 13 shows a longitudinal section through the measuring strip according to FIG. 12;
  • FIG. 14 shows a cross section through the lower region of the measuring strip according to FIG. 12;
  • FIG. 15 shows a perspective view of the end sections of the measuring strip after wrapping the oscillator
  • Figure 16 is an enlarged view of the cross section of the measuring strip according to Figure 9 to Figure 11;
  • FIG. 17 shows a longitudinal section through a measuring strip wound around an oscillator with a spacer made of compressible material
  • FIG. 18 shows a schematic view of the measuring strip according to FIG. 17 between two opposing teeth in the final bite.
  • the oscillator 1 has a self-oscillating oscillating circuit with an inductor 2 in the form of an induction coil, several capacitors 3, 4, 5, two ohmic resistors 6, 7 and two Schmitt trigger inverters 8, 9 for forming the output signals.
  • the two Schmitt Trigger inverters 8, 9 are supplied with a low-voltage source (not shown), for example 5 V (eg battery or battery).
  • the sensor or sensor 11 is designed as a one-piece measuring strip and has at least one winding, which, as shown schematically in FIG. 1, forms a secondary winding 30 in a transformer coupling to the inductor 2. Furthermore, a further secondary winding 12 with an ohmic resistor 13 or another load is arranged in a transformer circuit with the inductor 2. With the additional secondary winding 12, the characteristic curve of the frequency change when a force is exerted on the measurement sensor 11 can be optimized.
  • the inductor 2 can also be designed as a differential transformer or differential coil. This embodiment is particularly advantageous if, as mentioned above, two or more oscillators are provided. A differential coil is present when the winding 12 is omitted in FIG. 1. In contrast, the winding 12 is present in the differential transformer and is arranged symmetrically to the primary winding 2.
  • the measuring strip can also be formed by a sensor 11, which is connected to the secondary winding 30 via electrical lines. As shown in FIG. 1, the two lines can be connected via a resistor 29. Such a resistor is advantageous if the measurement sensor 11 has inductive or capacitive, including piezoelectric or piezoresistive properties.
  • FIG. 2 shows five different measurement characteristic curves A, B, C, D and E, whereby the characteristic curve A is largely unusable, while the characteristic curve B has a long proportional range, the characteristic curve C has a shorter proportional range and the characteristic curve D has two proportional ranges.
  • the characteristic curve E shows an increase in the oscillator frequency with an increase in the measuring force.
  • the output signals of the inverter 9 are fed to the evaluation circuit 14, which can be formed, for example, by a PLL circuit, ie a circuit which compares the input frequency with an internal frequency, and generates an output signal 15 if there is a frequency difference. While a digital output signal is generated by the Schmitt trigger inverter 9 for signal extraction, an analog output signal is formed by the PLL circuit.
  • This can to a not shown analog digital converter j ei domestic digital signal converted! and stored in a memory module, not shown, and displayed on a light-emitting diode bar, also not shown. For example, three to ten memory modules can be present, so that three to ten measurements can be displayed in succession on three to ten light bars. This representation allows the dentist to measure the bite force and the tooth spacing several times before, during and after the dental work to be carried out.
  • the oscillator 1 ( Figure 1) is arranged in a sleeve-shaped, approximately pencil-sized housing 16. As indicated by the arrow 10, the oscillator is connected wirelessly to the evaluation circuit 14 (FIG. 1).
  • the measuring strip 11 is wound around the housing 16 in the area of the induction coil 2 (FIG. 1). Its end sections 17, 18 thus form superimposed flags.
  • the measuring strip 11, which has a width corresponding approximately to a tooth, consists for example of an aluminum foil which is provided on its inside 19 with an insulating aluminum oxide layer.
  • the aluminum oxide layer is destroyed at the occlusion point 20, or its layer thickness is at least reduced in such a way that a closed, electrically conductive turn is formed which changes the inductance and thus the frequency of the oscillator 1 (FIG. 1).
  • the measuring strip 11 can also be wound several times around the housing.
  • the measuring strip can also consist of a metal foil without an insulating layer. The contact resistance between the flags 17, 18 then depends on the occlusion pressure.
  • the patient for example, '' '' is eIHE filling in the occluding with the maxillary tooth 21 lower teeth 22, the occlusion pressure is in accordance with (I) measured before the filling for reference and stored Then, the tooth 22 is shown in (II). Provide the filling 23 and sand the filling (III) until the reference occlusion pressure is the same as before the filling (I).
  • dentures such as crowns, bridges, etc.
  • secondary winding 30 is wound several times around housing 16 in the area of induction coil 2 (FIG. 1).
  • the two feed lines 26 of the secondary winding 30 are with the two piezo electrodes 27 of the piezo element 24 connected.
  • the piezo element 24 is influenced as previously described, thereby detuning the oscillator and thus making it possible to determine the occlusion pressure.
  • the oscillator 1 has a handle 31 with a switch 32 for operating the oscillator and a tapered section 33, in which the inductor 2 is arranged, as indicated by dashed lines in FIG.
  • the oscillator 1 is received by a charging station 34, which is inductively coupled to the oscillator 1.
  • the measuring strip or measuring sensor 11 can be provided on a plug-on element 35, which e.g. in the form of a sleeve or a cap can be plugged onto the tapered section 33 with the inductor 2.
  • the sensor 11 can be attached to the plug-on element 35 e.g. be adhesively attachable.
  • the measuring strip 11, which is wound around the inductor 2 is constructed from a plurality of functional layers 36 to 41.
  • the outermost layer 36 which is provided at the two end sections of the measuring tire 11, is formed by a discoloring and / or discoloring material in order to determine the tooth contact points.
  • the adjoining layer 37 constitutes an electrically insulating and stabilizing carrier layer, preferably made of a plastic, for the adjoining, electrically conductive layer 38, which consists for example of a metal such as aluminum.
  • a further electrically insulating layer 39, for example made of plastic, is arranged on the inside of the layer 38, but does not cover the measurement-receiving areas at the two ends of the measuring strip 11.
  • the layer on the measuring areas 40 on the inside of the measuring strip is formed by an electrically conductive and deformable material, for example a gel. Furthermore, an adhesive layer is applied to the inside of the measuring strip, which ends in front of the two measuring areas 40 and which serves to fasten the measuring strip 11 to the plug-on element 35 or directly to the tapered area 33 of the oscillator.
  • the measuring strip 11 has elevations 43 and depressions 44 which run alternately and linearly parallel next to one another.
  • the linear elevations 43 and depressions 44 are arranged obliquely to the longitudinal axis of the measuring strip 11.
  • the elevations 43 and depressions 44 intersect on the ones lying one on top of the other. measuring areas of the end portions of the measuring strip 11 when it is wound around the oscillator portion 33.
  • the intersecting tips 45 of the elevations 43 form electrical contact surfaces, the size of which increases when the measuring-recording regions of the measuring strip 11 are pressed together. By increasing or reducing the contact area, the electrical contact resistance of the measuring strip 11 is correspondingly reduced or increased.
  • the angle alpha which the tips 45 assume can be, for example, 120 degrees, as shown in FIG.
  • the distance a from a tip 45 to the next tip 45 is preferably less than 0.5 mm.
  • FIG. 12 to FIG. 14 show another embodiment of the measuring strip 11 or of the measuring sensor, which differs from the embodiment according to FIG. 9 to FIG. 11 essentially in that the elevations 43 and depressions 44 only in the measuring areas 46 and 47 at the end sections of the measuring strip 11 are provided and extend transversely in one region 46 and longitudinally to the measuring strip 11 in the other region 47.
  • the tips 45 of the ridges intersect at an angle of 90 degrees.
  • spacer 48 made of a compressible material, which is formed for example by a rubber-elastic plastic, at least on an outer side of the measuring area.
  • FIG. 18 shows the sensor according to FIG. 17 in the event of a final bite between a prepared tooth 51 and the opposite tooth 52 in the event of a final bite. It can be seen that the measurement sensor 11 adapts to the shape of the tooth 52. The prepared tooth 51 also compresses the spacer 48. As a result, the spacer 48 is pressed against the sensor 11, with a different pressure, depending on the compression. As can be seen from FIG. 18, a greater pressure is exerted at A by the spacer 48 on the section of the measuring areas 46, 47 arranged there than at B.
  • the thickness of the spacer 48 can be selected such that the distance A can be determined , This is possible in that the compressible material of the spacer 48 from a certain thickness increases significantly the pressure on the measuring areas 46, 47 and thus to a Frequency change of the oscillator 1 leads. This enables the user to determine, for example in area A, whether he has reached the preparation height required for the tooth replacement to be formed when preparing a tooth.

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Abstract

The invention relates to a force transducer, comprising an oscillator (1), with an inductance (2), formed by a primary winding and a measuring transducer (11), with a secondary winding (30), electrically-connected to the measuring transducer (11) and arranged with a transformer coupling to the inductance (2) of the oscillator (1). On exertion of a force on the measuring transducer (11), the impedance of the measuring transducer (11) is altered, along with the load in the inductively-coupled secondary winding (30). The resulting frequency change in the oscillator (1) is determined by means of an analytical circuit (14) which is proportional to the force acting on the measuring transducer (11).

Description

Kraftmesswandler Force transducer
Die Erfindung bezieht sich auf einen Messwandler zur Bestimmung vom physikalischen bzw. mechanischen Größen. Kraft im Sinne der Erfindung erfasst erfindungsgemäß alle durch Kraft definierbaren Größen wie Druck, Bechleunigung, Torsion usw.. Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verwendung eines Messwertaufnehmers mit pyroelektrischen Eigenschaften kann auch die Temperatur bestimmt werden.The invention relates to a transducer for determining physical or mechanical quantities. For the purposes of the invention, force encompasses all variables that can be defined by force, such as pressure, acceleration, torsion, etc. According to the invention, the temperature can also be determined in connection with the use according to the invention of a measurement sensor with pyroelectric properties.
Es sind zahlreiche Messwandler zur Bestimmung von physikalischen bzw. mechanischen Größen bekannt. Je nach' Messprinzip werden die einwirkenden Kräfte solcher Messwandler über eine Beeinflussung der Induktivität, der Kapazität oder des Widerstandes erfasst, wobei zu der jeweiligen durch das Messprinzip bedingten Messgröße weitere parasitäre Beeinflussungen vorliegen können, auf welche nachfolgend nicht eingegangen wird.Numerous transducers for determining physical or mechanical quantities are known. Depending on the 'measuring principle the forces are recorded such transducer by influencing the inductance, capacitance or resistance, said further parasitic influences can be due to the respective measured variable, the measurement principle, is how not dealt with below.
Die bekannten Messwertaufnehmer sind sowohl elektronisch als auch mechanisch meist sehr kompliziert und dadurch teuer aufgebaut und daraus resultierend sehr störanfällig. Zumeist ist als Messwertaufnehmer ein mechanisch aufwendiges und dadurch teures Kraftübertragungselement vorgesehen, welches für dünne Sensoren mitunter nicht geeignet ist.The known transducers are usually very complicated, both electronically and mechanically, and are therefore of expensive construction and, as a result, are very susceptible to faults. In most cases, a mechanically complex and therefore expensive force transmission element is provided as the sensor, which is sometimes not suitable for thin sensors.
Aus der DE 37 35 657 AI ist eine Einrichtung zur Messung der Ausdehnung von Vollkörpern, insbesondere von internen Dehnungsvorgängen bekannt, wobei beim Herstellungsprozess eine Induktivität in den Vollkörper eingebracht wird, und die Änderung der Induktivität das Maß für die Dehnung bestimmt. Der Aufbau dieser Messvorrichtung ist sehr komplex und aufwendig und nicht für kleine oder dünne Sensoren zu gebrauchen. Ein weiterer Nachteil ist die nicht vorhandene Flexibilität der Ortsveränderung des Sensors. Weiters liegt eine galvansiche Kopplung vor, weshalb es zu Störbeeinflussungen kommen kann.From DE 37 35 657 AI is a device for measuring the expansion of full bodies, especially internal ones Strain processes known, wherein an inductance is introduced into the solid body during the manufacturing process, and the change in inductance determines the measure of the stretch. The construction of this measuring device is very complex and complex and cannot be used for small or thin sensors. Another disadvantage is the lack of flexibility in changing the location of the sensor. There is also a galvanic coupling, which can lead to interference.
Aus der DE 44 20 691 Cl ist eine Kraftmesszelle bekannt, welche einen elastisch verformbaren Kraftaufnehmer zur Aufnahme der Gewichtskraft und zu diesem benachbart eine angeordneten Induktivität aufweist,- wobei auf Grund der Sensoranordnung mit dem Wirbelströmeffekt gearbeitet wird. Auch hier sind die erwähnten Nachteile vorhanden.From DE 44 20 691 Cl a force measuring cell is known which has an elastically deformable force transducer for absorbing the weight force and an inductor arranged adjacent to it, whereby the eddy current effect is used due to the sensor arrangement. The disadvantages mentioned are also present here.
Die gegenständliche Erfindung hat den großen 'Vorteil, dass in Kombination mit induktiven, kapazitiven und/oder ohmschen Messwertaufnehmern die Messungen im niederohmigen Bereich, beispielsweise 1 Ohm, durchgeführt werden können. Dadurch werden im Verhältnis zu den Messbereichen der bekannten Messwandlern Störbeeinflussungen besser vermieden und sind für die Eihaltung von Sicherheitsvorschriften keine kostnauf endigen Baukonstruktionen notwendig. Weiters hat die Erfindung zum Vorteil, dass sie in ihren speziellen Ausführungen für sehr dünne Sensoren, beispielsweise eine Dicke von unter 20 my im messaufnehmenden Bereich, geeignet ist und dass der Messwertaufnehmer prinzipbedingt ohne aufwendige Maßnahmen positioniert werden kann.The present invention has the great advantage that, in combination with inductive, capacitive and / or ohmic sensors, the measurements can be carried out in the low-resistance range, for example 1 ohm. As a result, interference is better avoided in relation to the measuring ranges of the known measuring transducers, and no costly building constructions are necessary to comply with safety regulations. Furthermore, the invention has the advantage that its special designs are suitable for very thin sensors, for example a thickness of less than 20 my in the measuring area, and that the measuring sensor can, in principle, be positioned without complex measures.
Durch die galvanische Trennung des Messwertaufnehmers vom Oszillatorkreis können zudem Störbeeinflussungen am Oszillator vermieden werden. Insbesondere ist die Erfindung zur Anwendung von Messwertaufnehmern unter rauen Bedingungen wie Schmutz, Feuchtigkeit usw. sehr gut geeignet.The galvanic isolation of the transducer from the oscillator circuit also prevents interference on the oscillator. In particular, the invention is very well suited for the use of transducers under harsh conditions such as dirt, moisture, etc.
Erfindungsgemäß kommt es bei Einwirkung einer physikalischen bzw. mechanischen Größe auf den Messwertaufnehmer zu einer Veränderung der Impedanz in diesem, welche wiederum die Last in der Sekundärwicklung, die mit dem Messaufnehmer elektrisch (leitend) verbunden und die zu der Induktivität des Oszillators in transformatorischer Anordnung gekoppelt ist, verändert. Durch diese Veränderung der Impedanz bzw. der Last wird die ■ Frequenz des Oszillators proportional zur physisch einwirkenden Größe. (z.B. Kraft) verändert und wird diese Frequenzänderung ausgewertet und als elektrische Messgröße erfasst .According to the invention, when the physical or mechanical variable acts on the transducer, the impedance changes, which in turn changes the load in the secondary winding that is electrically (conductively) connected to the transducer and that is coupled to the inductance of the oscillator in a transformer arrangement is changed. As a result of this change in the impedance or the load, the ■ frequency of the oscillator becomes proportional to the physically acting variable. (e.g. force) changes and this frequency change is evaluated and recorded as an electrical measured variable.
In zahlreichen Anwendungen werden zur Messung von physikalischen und mechanischen Größen wie Kraft, Druck, Torsion, Beschleunigung, Temperatur usw. Messwandler mit Piezosenso- ren verwendet .In many applications, transducers with piezo sensors are used to measure physical and mechanical variables such as force, pressure, torsion, acceleration, temperature, etc.
Piezosensoren haben jedoch den bekannten Nachteil, dass diese zur Messwerterfassung einen elektronischen Spannungsverstärker mit einem sehr hochohmigen Eingangswiderstand mit hochwertiger Isolation oder einen sogenannten Ladungsverstärker benötigen. Derartige Elektrometer- oder Ladungsverstärker sind zum einen sehr kompliziert im Aufbau, und deshalb teuer in der Fertigung, andererseits bieten diese Verstärker weitere Quellen möglicher Störbeeinflussungen.Piezo sensors, however, have the known disadvantage that they require an electronic voltage amplifier with a very high-resistance input resistor with high-quality insulation or a so-called charge amplifier for the measurement value acquisition. Such electrometer or charge amplifiers are, on the one hand, very complicated to construct and therefore expensive to manufacture, and on the other hand, these amplifiers offer further sources of possible interference.
Eine weiterer bekannter Nachteil von Piezosensoren ist, dass mit diesen prinzipbedingt keine statischen Lasten erfasst werden können. Zwar sind Messwandler aus EP 04 59 069 AI zur Durchführung von nur „quasistatischen" Messungen mit Piezosensoren bekannt, doch benötigen derartige Messwandler wiederum einen teuren und aufwendigen Ladungsverstärker mit entsprechenden Isolationswiderständen.Another known disadvantage of piezo sensors is that, due to the principle, no static loads can be detected with these. Transducers from EP 04 59 069 AI are indeed Carrying out only "quasi-static" measurements with piezo sensors is known, but such transducers in turn require an expensive and complex charge amplifier with corresponding insulation resistances.
Vorteil der Erfindung ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Kraftmesswandlers mit einem piezoelektrischen bzw. piezoresistiven Messwertaufnehmer, dessen Elektroden mit der Sekundärwicklung der Induktivität des Oszillators elektrisch verbunden sind. Beim Einwirken von Kraft auf den piezoelektrischen bzw. piezoresistiven Messwertaufnehmer wird die Kapazität bzw. der Widerstand und dadurch die Impedanz des Messwertaufnehmers verändert . Diese Impedanzveränderung bewirkt eine Veränderung der Last in der " Sekundärwicklung und führt dies über die transformatorische Kopplung zu einer Änderung der Frequenz des Oszillators. Durch dieses erfindungsgemäße Messprinzip wird kein Ladungs- oder Elektrometerverstärker mehr benötigt und sind- auch statische Messungen möglich.The advantage of the invention is the use of a force transducer according to the invention with a piezoelectric or piezoresistive transducer, the electrodes of which are electrically connected to the secondary winding of the inductor of the oscillator. When force acts on the piezoelectric or piezoresistive transducer, the capacitance or resistance, and thereby the impedance of the transducer, is changed. This change in impedance causes a change in the load in the secondary winding and, via the transformer coupling, leads to a change in the frequency of the oscillator. By means of this measuring principle according to the invention, a charge or electrometer amplifier is no longer required and static measurements are also possible.
Dieses Messanordnung bietet für alle piezoelektrischen Messwandler wie beispielsweise Quarz, Piezokeramik, Piezopo- lymere, wie z.B. PVDF und dessen Copolymere, Polymere mit Piezopartikeln bzw. Piezofasern, Piezoschäume, Ferroelektre- te usw. , aber auch für piezoresistive Messwandler, wie beisielsweise Silizium, die erwähnten Vorteile.This measuring arrangement offers for all piezoelectric transducers such as quartz, piezoceramic, piezopolymers, e.g. PVDF and its copolymers, polymers with piezo particles or piezo fibers, piezo foams, ferroelectric materials, etc., but also for piezoresistive transducers, such as silicon, the advantages mentioned.
Bei Verwendung eines piezoelektrischen Messwertaufnehmers mit pyroelektrischen Eigenschaften wird durch Temperaturver- änderungen eine Änderung der Polarisation des piezoelektrischen Materiales des Messwertaufnehmers herbeigeführt, welche wiederum von den Elektroden erfasst und wie zuvor beschrieben als Frequenzänderung im Oszillator gemessen werden kann. Dadurch wird mit dem erfindungsgemäßen Kraft- messwandler auch die Bestimmung von Temperaturen ermöglicht. Durch einen erfindungsgemäßen Kraftmesswandler kann dadurch z.B. in sehr einfacher und kostengünstiger Art der Fahrzeugreifendruck und die Fahrzeugreifentemperatur gleichzeitig gemessen werden.When using a piezoelectric transducer with pyroelectric properties, a change in the polarization of the piezoelectric material of the transducer is brought about by changes in temperature, which in turn can be detected by the electrodes and, as described above, measured as a frequency change in the oscillator. As a result, the transducer also enables the determination of temperatures. By means of a force transducer according to the invention, the vehicle tire pressure and the vehicle tire temperature can be measured simultaneously, for example in a very simple and inexpensive manner.
Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Messkraftwandler mit einem Messwertaufnehmer mit piezoelektrischen Eingenschaften in Kombination mit einer seismischen Masse auch zur Bestimmung der Beschleunigung verwendet werden.Of course, the measuring force transducer according to the invention can also be used to determine the acceleration with a measuring sensor with piezoelectric properties in combination with a seismic mass.
Bevorzugt wird bei Verwendung eines Messwertaufnehmers mit piezoelektrischen, piezoresistiven bzw. pyroelektrischen Eigenschaften die mit diesem elektrisch "verbundene Sekundärwicklung um einen weichmagnetischen Ringkern, beispielsweise aus Ferrit, in transformatorischer Kopplung angeordnet. Dadurch werden Streuverluste des 'Magnetfeldes größtenteils vermieden und kommt es zu einer '„idealen" Kopplung.A transducer having piezoelectric, piezoresistive or pyroelectric properties is preferred when using the "arranged connected secondary winding around a soft magnetic ring core, for example of ferrite, in transformer coupling. As a result, stray losses are of 'magnetic field largely avoided and there is an'" with this electrically ideal "coupling.
Für Anwendungssbereiche, wo sehr dünne oder dreidimensionale Messwertaufnehmer gefordert werden, wie beispielsweise auch in dentalen Anwendungen, wird als erfindungsgemäßer Mess- wertaufnehmer bevorzugt eine Piezofolie (PVDF und dessen Copolymere) mit einer Dicke unter 80 my, vorzugsweise unter 30 my, oder ein flüssiger PVDF-Copolymer-Lack verwendet, der sehr dünn vergossen oder gespritzt werden kann.For areas of application where very thin or three-dimensional sensors are required, such as also in dental applications, the preferred sensor according to the invention is a piezo film (PVDF and its copolymers) with a thickness of less than 80 my, preferably less than 30 my, or a liquid PVDF -Copolymer lacquer is used, which can be cast or sprayed very thinly.
Auch für Messwertaufnehmer, welche aus Piezoschäumen bzw. sogenannten Ferroelektreten gebildet werden, lassen sich die erwähnten Vorteile erzielen.The advantages mentioned can also be achieved for transducers which are formed from piezo foams or so-called ferroelectrets.
Zur Bestimmung des Okklusionskontakts zwischen zwei aneinander gepressten Körpern werden beispielsweise in der Zahnmedizin ab- oder verfärbende Folien verwendet, bei denen die Berührung zwischen Ober- und Unterkieferzähnen zu einer Verfärbung der Folie, aber auch zu einer Einfärbung der Kontaktpunkte an den Zähnen führt. Weiters kann die Folie eine Farbschicht mit einem in Kapseln eingeschlossenen Farbstoff aufweisen. Abhängig von der auf die Farbschicht wirkenden Druckkraft wird eine unterschiedliche Anzahl der Kapseln aufgebrochen und damit eine unterschiedliche Farbstoffmenge freigesetzt. Eine genaue Bestimmung der Stärke der Druckkraft, insbesondere des Okklusionsdrucks zwischen Zähnen, ist durch derartige Folien aber nicht möglich.To determine the occlusion contact between two bodies pressed against one another, for example in dentistry, discolouring or discoloring foils are used, in which the Contact between the upper and lower jaw teeth leads to discoloration of the film, but also to the contact points on the teeth. Furthermore, the film can have a color layer with a dye enclosed in capsules. Depending on the compressive force acting on the ink layer, a different number of capsules is broken up and a different amount of dye is released. Such foils, however, do not allow the strength of the compressive force, in particular the occlusion pressure between teeth, to be precisely determined.
Zur Okklusionsdruckbestimmung sind deshalb auch elektrische Drucksensoren bekannt. So werden nach DE 31 17 284 AI, US 4,521,186, und EP 0 379 524 Bl Sensoren verwendet, die aus zwei jeweils mit Leiterbahnen versehenen Schichten bestehen, zwischen denen eine Widerstandsschicht vorgesehen ist. Bei Druckeinwirkung auf den Bissabschnitt des Sensors wird der Widerstand zwischen den Leiterbahnen der beiden Schichten geändert, und diese Änderung wird als Messgröße erfasst.Electrical pressure sensors are therefore also known for determining occlusion pressure. According to DE 31 17 284 AI, US 4,521,186 and EP 0 379 524 B1 sensors are used which consist of two layers each provided with conductor tracks, between which a resistance layer is provided. When pressure acts on the bite section of the sensor, the resistance between the conductor tracks of the two layers is changed, and this change is recorded as a measured variable.
Die bekannten Sensoren sind in Aufbau und Handhabung relativ kompliziert, so dass sie sich gegenüber den herkömmlichen Okklusionskontaktfolien mit Verfärbung nicht durchsetzen konnten. Zudem weisen die bekannten Sensoren einen relativ dicken Bissabschnitt auf, worunter die Genauigkeit der Okklusionsmessung leidet. Zudem muß eine elektrische Kontaktierung der beiden Schichten mit den Leiterbahnen zur Zufuhr der Eingangs- und AusgangsSignale erfolgen. Da der Bissabschnitt aus hygienischen Gründen bei jedem Patienten gewechselt werden muß, ist das mit einem zusätzlichen Aufwand verbunden. Im wesentlichen die gleichen Nachteile weisen Okklusi- onsdrucksensoren auf, die auf dem Piezoeffekt beruhen (z.B. US 4,592,727). Zusätzlich haben die bekannten Piezosensoren den Nachteil, dass diese auf Grund des erforderlichen Verstärkers mit einem hochohmigen Eingangswiderstand in widrigen Umgebungsbedingungen (wie Wasser, Schmutz, Öl etc.) störanfällig sind.Die DE 197 05 569 Cl wendet sich von den elektrischen Sensoren im Bissbereich ab und schlägt statt dessen eine Okklusionskraftübertragung mit einer Druckmittelflüssigkeit vor.The known sensors are relatively complicated in structure and handling, so that they could not prevail over the conventional occlusion contact foils with discoloration. In addition, the known sensors have a relatively thick bite section, which affects the accuracy of the occlusion measurement. In addition, the two layers must be electrically contacted with the conductor tracks for supplying the input and output signals. Since the bite section has to be changed for each patient for hygienic reasons, this is associated with additional effort. Essentially the same disadvantages have occlusion pressure sensors that are based on the piezo effect (eg US Pat. No. 4,592,727). In addition, the known piezo sensors have the disadvantage that they are susceptible to failure in adverse environmental conditions (such as water, dirt, oil etc.) due to the required amplifier with a high-impedance input resistance. DE 197 05 569 Cl turns away from the electrical sensors in the bite area and instead proposes an occlusion force transmission with a pressure fluid.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zur genauen Bestimmung des Drucks zwischen zwei aneinander . gepressten Körpern, insbesondere des Dentalkontaktdrucks, bereitzustellen, die beispielsweise im Anwendungsbereich der . Zahnmedizin ähnlich wie die bisherige Okklusionsfolie mit Verfärbung gehandhabt werden kann, und insbesondere keine elektrische Kontaktierung im Bissbereich'- erfordert .It is also an object of the invention to provide a simply constructed device for the precise determination of the pressure between two . pressed bodies, in particular the dental contact pressure, to provide, for example, in the area of application . Dentistry can be handled similarly to the previous occlusion film with discoloration, and in particular requires no electrical contact in the bite area.
Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es insbesondere ermöglicht, den beim Zubeissen eines Ober- und eines Unterkiefers zwischen den Zähnen auftretenden Dentalkontakt- druck zu bestimmen. Durch diese Dentalkontaktdruckmessung wird auch die Bestimmung des Abstandes zwischen den aneinander gepressten Zähnen ermöglicht.A device according to the invention makes it possible in particular to determine the dental contact pressure that occurs between the teeth when an upper and a lower jaw are bitten. This dental contact pressure measurement also enables the distance between the pressed teeth to be determined.
Nach der Erfindung ist zur Bestimmung einer einwirkenden physikalischen bzw. mechanischen Kraft ein Oszillator mit wenigstens einer Induktivität vorgesehen. Statt eines Oszillators können auch zwei oder mehrere Oszillatoren vorgesehen sein, beispielsweise ein Mess- und ein Referenzoszillator. Dabei kann die Differenz der Frequenz der beiden Oszillatoren hörbar z.B. nach dem sogenannten Schwebungssum- mer-Prinzip dargestellt werden.According to the invention, an oscillator with at least one inductor is provided for determining an acting physical or mechanical force. Instead of an oscillator, two or more oscillators can also be provided, for example a measuring and a reference oscillator. The difference in frequency between the two Oscillators can be audibly displayed, for example, according to the so-called beat sum principle.
Der Oszillator für die erfindungsgemäße Verwendung weist eine bestimmte Eigenfrequenz auf, die beispielsweise im Bereich zwischen 10 kHz und 1 GHz liegen kann. Der Oszillator kann ein selbstschwingender Oszillator sein, oder durch einen Schwingungsgenerator angeregt werden.The oscillator for use in accordance with the invention has a specific natural frequency which can be, for example, in the range between 10 kHz and 1 GHz. The oscillator can be a self-oscillating oscillator, or can be excited by a vibration generator.
Grundsätzlich kann jeder bekannte LC-Oszillator, wie zum Beispiel Meißner-, Hartley- oder Colpitts-Oszillator, verwendet werden, auch kommen RL- und Quarzgeneratoren in Betracht. Vorzugsweise werden aber Oszillatoren verwendet, die mit Invertem, insbesondere Schmitt-Trigger-Invertern, NAND- und/oder NOR-Gattern versehen sind. Diese Oszillatoren sind deswegen interessant, weil sie einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweisen. Als besonders geeignet hat sich eine Schaltung .herausgestellt , die eine freqüenzbestim- mende Induktivität als Transkonduktanz zwischen Eingang und Ausgang bei der Inverterschaltung verwendet .In principle, any known LC oscillator, such as a Meissner, Hartley or Colpitts oscillator, can be used, and RL and quartz generators can also be used. However, oscillators are preferably used which are provided with inverters, in particular Schmitt trigger inverters, NAND and / or NOR gates. These oscillators are interesting because they have a very simple and inexpensive structure. A circuit has been found to be particularly suitable which uses a frequency-determining inductance as a transconductance between input and output in the inverter circuit.
Die Induktivität wird vorzugsweise aus einer Primärwicklung mit einem weichmagnetischen Kern, vorzugsweise aus einem Stab- oder Ringkern aus Ferrit, gebildet, grundsätzlich ist aber auch eine Luftspule für das erfindungsgemäße Messprinzip geeignet. Ein Ringkern hat den Vorteil, dass die magnetische Streuung der Induktivität gegenüber einem Stabkern vermindert und dadurch die transformatorische Kopplung verbessert wird. Dadurch verbessert sich die Frequenzveränderung im Oszillator.The inductance is preferably formed from a primary winding with a soft magnetic core, preferably from a rod or toroidal core made of ferrite, but in principle an air coil is also suitable for the measuring principle according to the invention. A ring core has the advantage that the magnetic scattering of the inductance is reduced compared to a rod core and the transformer coupling is thereby improved. This improves the frequency change in the oscillator.
Die Sekundärwicklung der Induktivität ist erfindungsgemäß mit dem Messwertaufnehmer elektrisch leitend verbunden. Der Messwertaufnehmer weist ohmsche und/oder kapazitive und/oder induktive Eigenschaften auf. Bei Krafteinwirkung auf den Messwertaufnehmer wird je nach Ausführung des Messwertaufnehmers der (Übergangs) Widerstand und/oder die Kapazität und/oder die Permeabilität und dadurch die Impedanz desselben verändert. Diese Impedanzveränderung beein- flusst/verändert die Last in der zur Induktivität in transformatorischer Kopplung angeordneten Sekundärwicklung und verändert dadurch die Frequenz des Oszillators. Diese Frequenzveränderung, welche proportional zur einwirkenden Kraft erfolgt, wird in der Auswerteschaltung ausgewertet.According to the invention, the secondary winding of the inductor is electrically conductively connected to the sensor. The sensor has ohmic and / or capacitive and / or inductive properties. When force is exerted on the measuring sensor, the (transition) resistance and / or the capacitance and / or permeability and thereby the impedance of the same is changed, depending on the design of the measuring sensor. This change in impedance influences / changes the load in the secondary winding arranged in a transformer coupling for inductance and thereby changes the frequency of the oscillator. This frequency change, which is proportional to the force acting, is evaluated in the evaluation circuit.
Die Kraft kann erfindungsgemäß zahlenmäßig durch Maßeinheiten ermittelt werden oder z.B. auch als eine nicht auf Einheiten bezogene relative Messung. .Durch die Bestimmung der Kraft ist insbesondere in der dentalen Anwendung zur Bestimmung des Dentalkontaktdruckes bzw., des Kaudruckes und der Okklusion '. auch eine Abstandsbestimmung • zwischen den aneinander gesp essten Körpern bzw. zwischen'-" den Zähnen möglich.According to the invention, the force can be determined numerically by units of measurement or, for example, also as a relative measurement not related to units. .The determination of the force is particularly important in dental applications for determining the dental contact pressure or the "chewing pressure and the occlusion". a distance determining • between the mutually gesp essten bodies or zwischen'- possible, "the teeth.
Eine erfindungsgemäße Ausführung ist zwar insbesondere zur Bestimmung des zwischen Zähnen auftretenden Kontaktdrucks bestimmt, sie kann jedoch generell zur Bestimmung des Drucks zwischen zwei aneinander gepressten Körpern verwendet werden.Although an embodiment according to the invention is intended in particular for determining the contact pressure occurring between teeth, it can generally be used for determining the pressure between two bodies pressed against one another.
Durch eine spezielle Ausbildung des messaufnehmenden Bereiches eines verwendeten Messaufnahmestreifens (Erhöhungen/Vertiefungen mit sich schneidenden Spitzen) kann der Anwender auch ein Gleiten der Zähne d.h. eine zusätzliche dynamische Bewegung zur Seite bestimmen.Through a special design of the measuring area of a measuring strip used (elevations / depressions with intersecting tips), the user can also slide the teeth i.e. determine an additional dynamic movement to the side.
Der Messwertaufnehmer kann beispielsweise durch eine elektrisch leitfähige Folie oder einen elektrisch leitfähi- gen Draht gebildet werden. Weiters kann der Messwertaufnehmer beispielsweise aus einem Piezoplättchen, bei welchem die Elektroden mit der Sekundärwicklung elektrisch verbunden sind, und welche um die Induktionsspule in transformatorischer Kopplung anordenbar ist, gebildet werden. Für die dentale Anwendung ist der Messwertaufnehmer in einer bevorzugten Variante mit der Sekundärwicklung als einfache Folie einstückig ausgebildet und wird als Messtreifen wenigstens einmal um die Inuktivität des Oszillators, welche sich vorzugsweise in einem dünnen, stabförmigen Gehäuse befindet, gewickelt. Beim Zusammenbeißen der Zähne berühren sich die zwischen diesen liegenden messaufnehmenden Bereich des Messtreifens und wird dadurch der Übergangswiderstand verändert, welcher über die transformatorische Kopplung zu einer Frequenzveränderung des Oszillators führt .The sensor can be, for example, an electrically conductive film or an electrically conductive against the wire. Furthermore, the sensor can be formed, for example, from a piezoplate in which the electrodes are electrically connected to the secondary winding and which can be arranged in a transformer coupling around the induction coil. In a preferred variant, the transducer is made in one piece with the secondary winding as a simple film for dental use and is wound as a measuring strip at least once around the inactivity of the oscillator, which is preferably located in a thin, rod-shaped housing. When the teeth grit, the measuring areas of the measuring strip lying between them touch and the contact resistance is changed, which leads to a frequency change of the oscillator via the transformer coupling.
Die Sekundärwicklung bzw. der einstückig ausgebildete Messstreifen, werden wenigstens einmal um -die* Induktivität des Oszillators gewickelt. Wenn sie mehrmals um die Induktivität geschlungen werden, wird der Messeffekt verstärkt.The secondary winding or the one-piece measuring strip is wound at least once around the * inductance of the oscillator. If they are wrapped around the inductor several times, the measuring effect is enhanced.
Generell kann bei der Erfindung der Messbereich bzw. die Sensibilität der Messung über das Übersetzungsverhältnis von Primärwicklung und Sekundärwicklung auf den jeweiligen Anwendungsbereich abgestimmt werden.In general, in the case of the invention, the measuring range or the sensitivity of the measurement can be matched to the respective application area via the transmission ratio of primary winding and secondary winding.
Der Messwertaufnehmer kann auch durch ein Material mit elektrisch leitfähigen Eigenschaften gebildet werden, welches zumindest im druckaufnehmenden Bereich der aneinander gepressten Körper mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist. Diese elektrisch isolierende Schicht kann beispielsweise durch einen elektrisch isolierenden Kunststoff oder beispielsweise auch durch ein Metalloxid gebildet werden. Diese elektrisch isolierende Schicht kann bei Druckeinwirkung der aneinander gepressten Körper im Bereich der Berührungsflächen zerstört werden, sodass dadurch der Übergangswiderstand beeinflusst wird. Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auf die in den verschiedensten Anwendungsbereichen erforderlichen Messbereiche durch die Auswahl der Dicke der elektrisch isolierenden Schicht des Messwertaufnehmers abgestimmt werden.The sensor can also be formed from a material with electrically conductive properties, which is provided with an electrically insulating layer at least in the pressure-absorbing area of the bodies pressed against one another. This electrically insulating layer can be formed, for example, by an electrically insulating plastic or, for example, also by a metal oxide. This electrically insulating layer can when pressure is exerted on the bodies pressed against each other in the area of the contact surfaces, so that the contact resistance is influenced. As a result, the device according to the invention can be matched to the measurement ranges required in the most varied of application areas by selecting the thickness of the electrically insulating layer of the measurement sensor.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist der elektrisch leitfähige Messwertaufnehmer aus Aluminium gebildet und weist in wenigstens einem messaufnehmenden Bereich eine natürliche Aluminiumoxidschicht oder eine Eloxalschicht auf.In a preferred embodiment, the electrically conductive sensor is made of aluminum and has a natural aluminum oxide layer or an anodized layer in at least one measuring area.
Der Messwertaufnehmer braucht jedoch grundsätzlich keine durch Druckeinwirkung zerstörbare, elektrisch isolierende Schicht aufzuweisen. Vielmehr ist es möglich, einen Messwertaufnehmer aus elektrisch leitfähigem Material einzusetzen, , dessen, Übergangswiderstand sich >beim Zusammenpressen zwischen den beiden Körpern bzw. Zähnen ändert, beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 mQ bis 100 Ω, um eine Frequenzverschiebung des Oszillators herbeizuführen.However, the sensor does not need to have an electrically insulating layer that can be destroyed by pressure. Rather, it is possible to use a transducer made of electrically conductive material, the contact resistance of which> changes when the two bodies or teeth are pressed together, for example in the order of 0.1 mQ to 100 Ω, in order to bring about a frequency shift of the oscillator.
Wenn der Dentalkontaktdruck bestimmt wird, kann die elektrisch leitfähige Folie beispielsweise als Messstreifen ausgebildet sein. Weiters kann der Messstreifen durch eine Folie aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet und, beispielsweise seiner Innenseite, mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sein. Das elektrisch leitfähige Material ist insbesondere ein metallischer Werkstoff, beispielsweise ein Aluminium- oder Kupferwerkstoff, also Aluminium oder eine Aluminiumlegierung bzw. Kupfer oder eine Kupferlegierung. Statt einer Metallfolie kann jedoch auch beispielsweise eine elektrisch leitende Kunststofffolie verwendet werden. Die elektrisch isolierende Schicht des Messstreifens kann beispielsweise ein Metalloxid oder beispielsweise auch eine Piezoschicht sein. Es versteht sich, dass bei Vorhandensein einer elektrisch isolierenden Schicht diese nur in jenem Bereich des Messstreifens vorgesehen sein muss, der zwischen den aneinander gepressten Körpern bzw. Zähnen liegt. Auch kann der Messstreifen an der Aussenseite mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sein.If the dental contact pressure is determined, the electrically conductive film can be designed, for example, as a measuring strip. Furthermore, the measuring strip can be formed by a film made of an electrically conductive material and, for example, its inside can be provided with an electrically insulating layer. The electrically conductive material is in particular a metallic material, for example an aluminum or copper material, that is to say aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy. Instead of a metal foil, however, an electrically conductive plastic foil can also be used, for example. The electrically insulating layer of the The measuring strip can be a metal oxide or a piezo layer, for example. It is understood that if an electrically insulating layer is present, it only has to be provided in that area of the measuring strip that lies between the bodies or teeth pressed against one another. The measuring strip can also be provided with an electrically insulating layer on the outside.
Der Messwertaufnehmer kann weiters aus einem elektrisch leitfähigem Material und einem elektrisch isolierenden Material mit ferroelektrischen Eigenschaften, beispielsweise aus einer elektrisch isolierenden Schicht mit ferroelektrischen Eigenschaften, gebildet werden. Vorzugsweise .werden hierfür piezoelektrische Materialien verwendet. Durch die hohe Dielektrizitätskonstante dieser Materialien entsteht beim ;Messwertaufnehmer eine zusätzliche kapazitive Belastung,- di,e zu einer Frequenzanderung- .des Oszillators führt . Die Dielektrizitätskonstante wird durch Veränderung des Drucks zwischen den aneinander gepressten Körpern beeinflusst .The sensor can also be formed from an electrically conductive material and an electrically insulating material with ferroelectric properties, for example from an electrically insulating layer with ferroelectric properties. Piezoelectric materials are preferably used for this. Due to the high dielectric constant of these materials , Transducer an additional capacitive load, - di, e leads to a frequency change - of the oscillator. The dielectric constant is influenced by changing the pressure between the pressed bodies.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass bei Verwendung eines Piezoelementes als Teil des Messwertaufnehmer hierfür kein Verstärker benötigt wird, da dieses als kapazitive Last niederohmig an die Sensorelektronik angekoppelt wird. Dadurch wird die Bestimmung des Drucks zwischen zwei aneinander gepressten Körpern auch bei widrigen Umgebungsbedingungen, insbesondere in der feuchten Umgebung der Zahnmedizin, ermöglicht.Another advantage of the device according to the invention is that when a piezo element is used as part of the sensor, no amplifier is required for this, since this is coupled to the sensor electronics as a low-resistance capacitive load. This enables the pressure between two bodies pressed against one another to be determined even under adverse environmental conditions, in particular in the humid environment of dentistry.
Der Messwertaufnehmer, insbesondere die Folie bzw. der Messtreifen, kann auch aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material mit magneto- elastischen Eigenschaften gebildet werden. So haben sich amorphe Legierungen, sogenanntes metallisches Glas, als geeignet erwiesen. Materialien mit magnetoelastischen Eigenschaften zeichnen sich dadurch aus, dass sich ihre Permeabilität bei mechanischer Belastung ändert. Durch Verwendung von Materialien mit ferromagnetischen Eigenschaften wird eine Verbesserung des Messeffektes durch eine stärkere Beeinflussung der Induktivität ermöglicht.The sensor, in particular the film or the measuring strip, can also be made of a ferromagnetic material, in particular a ferromagnetic material with magneto- elastic properties are formed. So amorphous alloys, so-called metallic glass, have proven to be suitable. Materials with magnetoelastic properties are characterized by the fact that their permeability changes under mechanical stress. By using materials with ferromagnetic properties, an improvement of the measurement effect is made possible by a stronger influence on the inductance.
Der vorzugsweise als Messstreifen ausgebildete Messwertaufnehmer kann aus mehreren Schichten bestehen, die abwechselnd aus einem elektrisch leitfähigen und einem elektrisch isolierenden Material bestehen. In einem solchen Messstreifen bilden die Schichten aus elektrisch leitfähigem Material mehrere Wicklungen, die parallel zum Ablauf der Druckeinwirkung der aneinander gepressten Körper nacheinander aktiviert werden können. Dadurch werden durch die Anzahl bzw. der Auswahl der Schichtmaterlien verschiedene Mess- und Proportionalbereiche ermöglicht.The measuring sensor, which is preferably designed as a measuring strip, can consist of several layers which alternately consist of an electrically conductive and an electrically insulating material. In such a measuring strip, the layers of electrically conductive material form a plurality of windings which can be activated one after the other in parallel with the pressure acting on the bodies pressed against one another. This enables different measuring and proportional ranges through the number or the selection of the layer materials.
Weiters ist je nach Anwendungsbereich das Aufbringen von weiteren funktioneilen Schichten auf die elektrisch leitfähige Folie bzw. auf den Messtreifen vorgesehen. So ist es möglich an den außenliegenden Messbereiche abfärbende oder verfärbende Schichten aufzubringen, welche es dem Zahnarzt ermöglichen, zusätzlich zum Dentalkontaktdruck die Kontaktpunkte der sich berührenden Zähne zu bestimmen.Furthermore, depending on the area of application, the application of further functional layers to the electrically conductive film or to the measuring strip is provided. It is thus possible to apply discolouring or discolouring layers to the external measuring areas, which enable the dentist to determine the contact points of the touching teeth in addition to the dental contact pressure.
Weiters ist es vorteilhaft, eine ca. 5 my bis 10 my dicke Alufolie mit einer aufgebrachten KunststoffSchicht zu stabilisieren. Dies kann nicht nur an der Außenseite, sondern auch an der Innenseite erfolgen, jedoch muss der messaufnehmende Bereich (Bissbereich) von der Kunststoffschicht frei bleiben. Der Kunststoff hat den Vorteil, dass er unerwünschteFrühkontakte an den Innenseiten des Messtrei- fens vermeidet, weiters gibt er einem mit Erhöhungen und Vertiefungen versehenen Messtreifen eine gewünschte Reversibilität der messaufnehmenden Bereiche, wodurch eine dynamischere Messung möglich ist.Furthermore, it is advantageous to stabilize an approximately 5 my to 10 my thick aluminum foil with an applied plastic layer. This can be done not only on the outside, but also on the inside, but the measuring area (bite area) must remain free of the plastic layer. The plastic has the advantage that it avoids undesired early contacts on the inside of the measuring strip, and furthermore it gives a measuring strip provided with elevations and depressions a desired reversibility of the measurement-receiving areas, as a result of which a more dynamic measurement is possible.
Die linienförmigen Erhöhungen und Vertiefungen sind vorzugsweise in einem Winkel von 45 Grad zur Längsrichtung des Messtriefens angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass sich die Spitzen der Erhöhungen beim Zusammenklappenb in einem Winkel von 90 Grad schneiden. Dadurch ist der Messtreifen kostengüstiger herzuteilen.The line-shaped elevations and depressions are preferably arranged at an angle of 45 degrees to the longitudinal direction of the measuring groove. This ensures that the peaks of the ridges intersect at an angle of 90 degrees when collapsed. As a result, the measuring strip is less expensive to manufacture.
Bevorzug wird derden die Erhöhungen und Vertiefungen des Messtreifens im Prägeverfahren hergestellt.The elevations and depressions of the measuring strip are preferably produced by the embossing process.
Der Messwertaufnehmer kann zur 'Befestigung am Gehäuse "des .Oszillators beispielsweise mit- einer selbsthaftenden Schicht versehen sein. Auch ist es möglich, den Messstreifen mit einer Federklammer zu versehen, um ihn am Gehäuse zu befestigen. Auch ist es möglich, das Gehäuse des Oszillators so auszuführen, dass der Messwertaufnehmer mechanisch, beispielsweise mit einer offenen Hülse oder einer Federklammer ähnlich einem Kugelschreiber, darauf befestigt werden kann.The transducer can be provided with a self-adhesive layer for 'attachment to the housing ' of the oscillator, for example. It is also possible to provide the measuring strip with a spring clip in order to attach it to the housing. It is also possible to mount the oscillator To be carried out in such a way that the sensor can be attached to it mechanically, for example with an open sleeve or a spring clip similar to a ballpoint pen.
Es gibt weitere zahlreiche Möglichkeiten, um den Messwert- aufnehmer und das Gehäuse lösbar miteinander zu verbinden. So können an oder im Gehäuse Öffnungen vorgesehen sein, durch die der Messwertaufnehmer, welcher beispielsweise als Messstreifen ausgebildet ist, gesteckt oder eingefädelt wird. Der Messwertaufnehmer kann auch auf ein elektrisch isolierendes Material aufgebracht sein. Das Material kann z.B. Papier, Seide oder ein Kunststoff, insbesondere ein elastischer Kunststoff, sein. Der Kunststoff ist vorzugsweise so beschaffen, dass der Messwertaufnehmer durch Sterilisation gereinigt werden kann.There are numerous other ways to detachably connect the sensor and the housing. For example, openings can be provided on or in the housing through which the sensor, which is designed, for example, as a measuring strip, is inserted or threaded. The sensor can also be applied to an electrically insulating material. The material can be, for example, paper, silk or a plastic, in particular an elastic plastic. The plastic is preferably such that the sensor can be cleaned by sterilization.
Der Sensor wird beispielsweise durch eine Metallfolie gebildet. Als Metall kommen z.B Edelmetalle, wie Gold oder Silber, in Frage, die auch auf ein isolierendes Trägermaterial z.B. durch Aufdampfen aufgebracht sein können.The sensor is formed, for example, by a metal foil. For example, noble metals, such as gold or silver, which can also be used on an insulating substrate, e.g. can be applied by vapor deposition.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Messstreifen aus einem - Aluminiumwerkstoff herausgestellt/. ,der an der Innenseite mit einer Aluminiumoxidschicht' p'assiviert ist. Die Dicke der Aluminiumoxidschicht kann durch Eloxieren des Aluminiumstreifens optimiert werden. Der Messstreifen weist dabei eine Dicke von,- vorzugsweise weniger als : 2-00 "<'μτn, insbesondere weniger als 100 .μm auf. Wenn auf den Messstreifen gebissen wird, kann an den Okklusionsstellen die elektrisch isolierende Schicht zerstört werden. Dadurch entsteht, wenn der Messstreifen einmal um die Induktionsspule gewickelt worden ist, um die Induktionsspule eine weitere Wicklung, die den Oszillator verstimmt. Diese Wicklung beeinflusst in transfor atoricher Kopplung die Induktivität und verändert bei Einwirkung von Kraft die Frequenz des Oszillators. Die durch die Verstimmung hervorgerufene Frequenzänderung kann sowohl eine Erhöhung als auch eine Verringerung der Eigenfrequenz des Oszillators hervorrufen, je nach den elektromagnetischen Verhältnissen im frequenzbestimmenden Schwingkreis und der Wahl des Arbeitspunktes.A measuring strip made of an aluminum material has proven to be particularly advantageous. which is 'p' passivated on the inside with an aluminum oxide layer. The thickness of the aluminum oxide layer can be optimized by anodizing the aluminum strip. The measuring strip has a thickness of, - preferably less than : 2-00 "<' μτn, in particular less than 100 .μm. If the measuring strip is bitten, the electrically insulating layer can be destroyed at the occlusion points. once the measuring strip has been wrapped around the induction coil, another winding around the induction coil which detunes the oscillator. This winding influences the inductance in a transformer coupling and changes the frequency of the oscillator when force is applied. The frequency change caused by the detuning can change cause both an increase and a decrease in the natural frequency of the oscillator, depending on the electromagnetic conditions in the frequency-determining resonant circuit and the choice of the operating point.
Statt oder zusätzlich zu der so hervorgerufenen induktiven Belastung kann die Frequenzänderung auch durch eine kapazi- tive und/oder ohmsche Belastung hervorgerufen werden. So weist die durch Zerstörung der isolierenden Schicht gebildete Wicklung einen Ohmschen Widerstand auf, der unter anderem von der mechanischen Kontaktierung an den Okklusionsstellen abhängt .Instead of or in addition to the inductive load caused in this way, the frequency change can also be tive and / or ohmic load can be caused. The winding formed by destroying the insulating layer has an ohmic resistance which depends, among other things, on the mechanical contacting at the occlusion points.
Weiterhin liegen bei dem um die Induktionsspule gewickelten Messstreifen die beiden Endabschnitte des Messstreifens, auf die der zu bestimmende Druck einwirkt, also auf die gebissen wird, mit ihren Innenseiten mit der elektrisch isolierenden oder dielektrischen Schicht aufeinander. Damit bildet der Messstreifen zugleich eine Kapazität, die zu einer Frequenzänderung führt, je nach dem, wie sich beim Biss die Dicke der t dielektrischen Schicht und damit der Abstand der elektrisch leitfähigen Folienendabschnitte des Streifens und die Dielektrizitätskonstante ändern.Furthermore, in the measuring strip wound around the induction coil, the two end sections of the measuring strip, on which the pressure to be determined acts, that is to say which is bitten, lie with their inner sides on top of one another with the electrically insulating or dielectric layer. So that the gauges at the same time forms a capacitance, which leads to a frequency change, depending on how bite when the thickness of the dielectric layer t and thus the distance change of the electrically conductive Folienendabschnitte of the strip and the dielectric constant.
Die Auswerteschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Phase-Lock-Loop- (PLL) -Schaltung sein und/oder beispielsweise ein PC, dem die Ausgangssignale des Oszillators bzw. der PLL-Schaltung zugeführt werden.The evaluation circuit of the device according to the invention can be a phase lock loop (PLL) circuit and / or for example a PC to which the output signals of the oscillator or the PLL circuit are supplied.
Der Oszillator kann in einem Gehäuse mit einem hülsenförmi- gen Abschnitt angeordnet sein, um den der Messstreifen gewickelt wird. Vorzugsweise ist der Oszillator drahtlos mit der Auswerteschaltung verbunden. Zur Messung des Dentalkontaktdrucks braucht damit nur der Messstreifen um das hülsenfδrmige, beispielsweise bleistiftgroße Gehäuse, einmal geschlungen zu werden, worauf der Patient auf die aufeinan- derliegenden Endabschnitte des um das Gehäuse des Oszillators gewickelten Messstreifens beißt. Selbstverständlich kann der Sensor bzw. die Folie oder der Messstreifen mit dem Oszillator und/oder Auswerteschaltung auch über ein Kabel verbunden sein. Der erfindungsgemäße Messstreifen weist vorzugsweise eine einer herkömmlichen Okklusionsfolie mit Verfärbung entsprechende Dicke und Flexibilität auf. Er kann an seiner Außenseite zusätzlich mit einer Beschichtung zur Erfassung der Okklusionspunkte durch Abfärbung oder Verfärbung versehen werden, um weitere Messdaten zu gewinnen.The oscillator can be arranged in a housing with a sleeve-shaped section around which the measuring strip is wound. The oscillator is preferably connected wirelessly to the evaluation circuit. To measure the dental contact pressure, only the measuring strip needs to be looped around the sleeve-shaped, for example pencil-sized housing, whereupon the patient bites on the end sections of the measuring strip wound around the housing of the oscillator. Of course, the sensor or the film or the measuring strip can also be connected to the oscillator and / or evaluation circuit via a cable. The measuring strip according to the invention preferably has a thickness and flexibility corresponding to a conventional occlusion film with discoloration. On the outside, it can also be provided with a coating for recording the occlusion points by discoloration or discoloration in order to obtain further measurement data.
Die Ausgangssignale der Auswerteschaltung können beispielsweise in einem Speicher abgelegt und/oder einer Anzeige zugeführt werden. Die Anzeige kann beispielsweise durch einen Balken aus Leuchtdioden gebildet sein.The output signals of the evaluation circuit can, for example, be stored in a memory and / or fed to a display. The display can be formed, for example, by a bar made of light-emitting diodes.
Da. die erfindungsgemäße Vorrichtung im niederohmigeri Bereich axbeitet, wird sie durch galvanische Effekte, die z.B. im Speichel auftreten können, nicht beeinflusst. Dadurch ist zur Einhaltung , der elektronischen Sicherheitsvorschriften auch ein günstiger Aufbau der Elektronik möglichThere. the device according to the invention operates in the low-resistance range, it is affected by galvanic effects, e.g. can occur in saliva, not influenced. As a result, in order to comply with the electronic safety regulations, it is also possible to construct the electronics in a favorable manner
Eine bevorzugte Ausführung des Messstreifen weist in den messaufnehmenden Bereichen eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Damit wird der Übergangswiderstand der Messbereiche homogenisiert und die Kennlienie durch ein stetigeres Messignal verbessert. Weiters hat z.B. ein leitfähiges Gel den Vorteil, dass es eine Adhäsion der messaufnehmenden Bereich bildet, sodass die Endabschnitte des Messstreifens aneinander fixiert sind und dadurch die Handhabung für den Zahnarzt vereinfacht wird.A preferred embodiment of the measuring strip has an electrically conductive layer in the measuring areas. This homogenizes the contact resistance of the measuring ranges and improves the characteristics by means of a more constant measuring signal. Furthermore, e.g. a conductive gel has the advantage that it forms an adhesion of the measuring area, so that the end sections of the measuring strip are fixed to each other and this simplifies handling for the dentist.
Eine bevorzugte Ausführung des Messtreifens weist einen Folienverbund auf, der an der Innenseite eine isolierende Schicht (vorzugsweise ein Polymer oder eine Haftschicht) , im Anschluss daran die elektrisch leitfähige Schicht, im Anschluss daran eine stabilisierende Schicht (vorzugsweise ein Polymer) aufaufweist, wobei wenigstens die messaufnehmenden Bereiche derart mit Erhöhungen und Vertiefungen versehen sind, dass deren Spitzen beim Zusammenklappen des Messtreifens bei der eigentlichen Messung überschneiden.A preferred embodiment of the measuring strip has a film composite which has an insulating layer (preferably a polymer or an adhesive layer) on the inside, followed by the electrically conductive layer, and subsequently a stabilizing layer (preferably a polymer), at least the measurement-receiving areas being provided with elevations and depressions in such a way that their tips overlap when the measurement strip is folded up during the actual measurement.
Bevorzugt hat der Messtreifen als Verbund eine Dicke von maximal 15 my, sodass der messaufnehmende Bereich in zusammengeklappten Zustand eine maximale Dicke von 30 my erreicht .The measuring strip as a composite preferably has a maximum thickness of 15 μm, so that the measurement-receiving area, when folded, reaches a maximum thickness of 30 μm.
Ein derartiger erfindungsgemäßer Messtreifen aht den Vorteil, dass er sich der dreidimensionalen Form der Zähne bei der Messung anpasst und dass keine Sperrwirkung vorhanden ist, die den Schlussbiss behindert. Dadurch wird die Dentalkontaktdruckmessung bzw. die Kaudruckmessung in natürlicher Stellung der Zähne ermöglicht.Such a measuring strip according to the invention has the advantage that it adapts to the three-dimensional shape of the teeth during the measurement and that there is no blocking effect which hinders the final bite. This enables dental contact pressure measurement or chewing pressure measurement in the natural position of the teeth.
Bevorzugt für ,eine leichtere Handhabung ist der Messtreifen oder ein Messwertaufnehmer in ein auf die Induktivität aufsteckbares Teil (Kappe, Hülse) bereits eingearbeitet oder mit einer Haftschicht daran befestigbar.Preferably, for easier handling, the measuring strip or a measuring sensor is already incorporated into a part (cap, sleeve) that can be plugged onto the inductor or can be attached to it with an adhesive layer.
Dem Anwender in der Zahnmedizin wird es durch den erfindungsgemäßen Kraftwandler zusammen mit der Verwendung eines Messtreifens, an welchem an wenigstens einem messaufnehmenden Bereich ein Distanzhalter angebracht ist, ermöglicht, die Präparationshöhe eines zu präparierenden Zahnes zu bestimmen bzw. eine Unterschreitung der geforderten Präparationshöhe gezielt zu erfassen. Für die Anfertigung von Zahnersatz wie beispielsweise Kronen, Brücken, Implantataufbaukonstruktionen usw. wird je nach Ausführungsart (Vollkeramik, Metallkeramik, Polymer usw.) eine bestimmte Mindestdicke des Zahnersatzes gefordert. So soll zum Beispiel eine Krone aus Vollkeramik in dem Bereich, der dem Antagonisten gegenüberliegt, eine Mindestdicke von 1,5 mm bis 2 mm erreichen, um den mechanischen Einflüssen beim Kauen standhalten zu können. Wird diese Mindestdicke unterschritten, besteht die Gefahr der Zerstörung des Zahnersatzes beim Zubeissen. Auch bei Zahnersatz mit einem Metallgerüst benötigt man eine betimmte Mindesthöhe, welche in diesem Fall vor allem der Ästhetik dient, da der Zahntechniker auf das Metallgerüst, welches einen dunklen Kern bildet, mehrere Verblendschichten aufbringen muss, um ein natürliches Aussehen des künstlichen Zahnes zu erreichen. Andererseits soll der Zahnarzt beim Präparieren des Zahnes trotz geforderter Mindesthöhen nur die unbedingt notwendige natürliche Zahnsubstanz abtragen, um diesen nicht dauerhaft zu schädigen. Bei der üblichen Kontrolle der Präparation kann der Zahnarzt auf Grund der Uneinsehbarkeit bei einem geschlossenen Gebiss in vielen Fällen nicht genau erkennen, ob er die Mindesthöhe in wirklich allen Bereichen des präparierten Zahnes erreicht hat. Bei Anwendung der Erfindung legt er den Messtreifen mit dem Distanzhalter bei geöffnetem Gebiss auf den zu präparierenden Zahn. Beim Zubeissen wird das vorzugsweise flexible bzw. gummielastische Material komprimiert, da der Distanzhalter eine Dicke bzw. Höhe aufweist, welche über der geforderten Mindestöhe liegt. An den Stellen, wo die größte Kompression vorliegt, wird der meiste Druck auf den Messtreifen ausgeübt. Dadurch wird die Messung bzw. Definition des geringsten Abstandes zwischen präparierten Zahn und Antagonist ermöglicht.The force transducer according to the invention, together with the use of a measuring strip on which a spacer is attached to at least one measuring area, enables the user in dentistry to determine the preparation height of a tooth to be prepared or to detect a drop below the required preparation height in a targeted manner , For the production of dentures such as crowns, bridges, implant abutment structures, etc., a certain minimum thickness of the denture is required depending on the type of construction (all-ceramic, metal-ceramic, polymer, etc.). For example, a crown made of all-ceramic is said to be in the area that the antagonist opposite, reach a minimum thickness of 1.5 mm to 2 mm to be able to withstand the mechanical influences when chewing. If this minimum thickness is undershot, there is a risk of the dentures being destroyed when biting. Even for dentures with a metal framework, a certain minimum height is required, which in this case primarily serves aesthetics, since the dental technician has to apply several veneer layers to the metal framework, which forms a dark core, in order to achieve a natural appearance of the artificial tooth. On the other hand, the dentist should only remove the absolutely necessary natural tooth substance when preparing the tooth, in order not to permanently damage it, despite the required minimum heights. In the usual inspection of the preparation, the dentist cannot, in many cases, precisely recognize whether he has reached the minimum height in all areas of the prepared tooth due to the invisibility with a closed dentition. When using the invention, he places the measuring strip with the spacer on the tooth to be prepared with the dentition open. When biting, the preferably flexible or rubber-elastic material is compressed, since the spacer has a thickness or height which is above the required minimum height. Where the greatest compression is present, the most pressure is exerted on the measuring strip. This enables the measurement or definition of the smallest distance between the prepared tooth and the antagonist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen:The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawing. In it show:
Figur 1 eine Ausführungsform der Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 2 verschiedene Kennlinien der Frequenzänderung bei auf den Messstreifen/Sensor einwirkender Kraft;Figure 1 shows an embodiment of the circuit of the device according to the invention; FIG. 2 shows various characteristic curves of the frequency change when the force acting on the measuring strip / sensor;
Figur 3 einen um das Gehäuse des Oszillators gewickelten Messstreifen in perspektivischer Wiedergabe;3 shows a perspective view of a measuring strip wound around the housing of the oscillator;
Figur 4 schematisch den Okklusionsdruck vor und nach einer Dentalfüllung;FIG. 4 schematically shows the occlusion pressure before and after a dental filling;
Figur 5 eine um das Gehäuse des Oszillators gewickelte sekundäre Messwicklung mit einem Piezoelement in perspektivischer Wiedergabe;FIG. 5 shows a secondary measurement winding with a piezo element wound around the housing of the oscillator in a perspective representation;
Figur 6 die- perspektivische Darstellung des Oszillators für einen Messwertaufnehmer zur Bestimmung der Zahnokklusion, des Dentalkontaktdrucks und/oder der Kaukraft;FIG. 6 shows the perspective illustration of the oscillator for a measurement sensor for determining the tooth occlusion, the dental contact pressure and / or the chewing force;
Figur 7 eine perspektivische Darstellung des Teiles des Oszillators nach Figur 6 mit der Primärwicklung und eines auf den Kraftmesswandler aufsteckbaren AufSteckelementes, mit darauf aufgebrachtem Messtreifen;FIG. 7 shows a perspective illustration of the part of the oscillator according to FIG. 6 with the primary winding and a plug-on element which can be plugged onto the force transducer, with a measuring strip applied thereon;
Figur 8 einen Längsschnitt durch einen Messtreifen nach einer anderen Ausführungsform;FIG. 8 shows a longitudinal section through a measuring strip according to another embodiment;
Figur 9 Draufsicht auf die Innenseite eines aufgeklappten Messtreifens mit Erhöhungen und Vertiefungen;FIG. 9 top view of the inside of an opened measuring strip with elevations and depressions;
Figur 10 eien Längsschnitt durch den Messtreifen nach Figur 9; Figur 11 eine Draufsicht auf den um den Oszillator gewickelten Messstreifen nach Figur 9 und Figur 10 nach dem Umwickeln des Oszillators;FIG. 10 shows a longitudinal section through the measuring strip according to FIG. 9; FIG. 11 shows a plan view of the measuring strip according to FIG. 9 wound around the oscillator and FIG. 10 after wrapping around the oscillator;
Figur 12 eine Draufsicht auf die Innenseite einens aufgeklappten Messtreifen mit Erhöhungen und Vertiefungen nach einer anderen Ausführungsform;FIG. 12 shows a plan view of the inside of an opened measuring strip with elevations and depressions according to another embodiment;
Figur 13 einen Längsschnitt durch den Messstreifen nach Figur 12;FIG. 13 shows a longitudinal section through the measuring strip according to FIG. 12;
Figur 14 einen Querschnitt durch den unteren Bereich des Messstreifens nach Figur 12;FIG. 14 shows a cross section through the lower region of the measuring strip according to FIG. 12;
Figur 15 eine perspektivische Ansicht auf die Endabschnitte des Messtreifens nach dem Umwickeln des Oszillators;FIG. 15 shows a perspective view of the end sections of the measuring strip after wrapping the oscillator;
Figur 16 eine vergrößerte Darstellung des Querschnittes des Messtreifens nach Figur 9 bis Figur 11;Figure 16 is an enlarged view of the cross section of the measuring strip according to Figure 9 to Figure 11;
Figur 17 einen Längsschnitt durch einen um einen Oszillator gewickelten Messtreifen mit einem Distanzhalter aus komprimierfähigen Material; undFIG. 17 shows a longitudinal section through a measuring strip wound around an oscillator with a spacer made of compressible material; and
Figur 18 eine schematische Ansicht des Messstreifens nach Figur 17 zwischen zwei gegenüberliegenden Zähnen beim Schlussbiss.18 shows a schematic view of the measuring strip according to FIG. 17 between two opposing teeth in the final bite.
Gemäß Figur 1 weist der Oszillator 1 einen selbstschwingenden Schwingkreis mit einer Induktivität 2 in Form einer Induktionsspule, mehreren Kapazitäten 3, 4, 5, zwei ohmschen Widerständen 6, 7 und zwei Schmitt-Trigger-Invertern 8, 9 zur Bildung der Ausgangssignale auf. Die beiden Schmitt- Trigger-Inverter 8, 9 werden mit einer nicht dargestellten, zum Beispiel 5 V-Kleinspannungsquelle (z.B. Akku oder Batterie) versorgt.According to FIG. 1, the oscillator 1 has a self-oscillating oscillating circuit with an inductor 2 in the form of an induction coil, several capacitors 3, 4, 5, two ohmic resistors 6, 7 and two Schmitt trigger inverters 8, 9 for forming the output signals. The two Schmitt Trigger inverters 8, 9 are supplied with a low-voltage source (not shown), for example 5 V (eg battery or battery).
Der Sensor oder Messwertaufnehmer 11 ist als einstückiger Messstreifen ausgebildet und weist wenigstens eine Wicklung auf, die, wie in Figur 1 schematisch dargestellt, eine Sekundärwicklung 30 in transformatorischer Kopplung zur Induktivität 2 bildet. Ferner ist eine weitere Sekundärwicklung 12 mit einem ohmschen Widerstand 13 oder einer anderen Last in Transformatorschaltung zu der Induktivität 2 angeordnet. Mit der weiteren Sekundärwicklung 12 kann die Kennlinie der Frequenzänderung bei Einwirkung einer Kraft auf den Messwertaufnehmer 11 optimiert werden.The sensor or sensor 11 is designed as a one-piece measuring strip and has at least one winding, which, as shown schematically in FIG. 1, forms a secondary winding 30 in a transformer coupling to the inductor 2. Furthermore, a further secondary winding 12 with an ohmic resistor 13 or another load is arranged in a transformer circuit with the inductor 2. With the additional secondary winding 12, the characteristic curve of the frequency change when a force is exerted on the measurement sensor 11 can be optimized.
Die Induktivität 2 kann auch als Differentialtrafo oder Differentialspule ausgebildet sein. Diese Ausführung - ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn, wie vorstehend erwähnt, -' zwei oder mehrere Oszillatoren vorgesehen sind. Eine Differentialspule liegt dann vor, wenn in Figur 1 die Wicklung 12 wegfällt. Hingegen ist die Wicklung 12 beim Differentialtrafo vorhanden und symmetrisch zur Primärwicklung 2 angeordnet .The inductor 2 can also be designed as a differential transformer or differential coil. This embodiment is particularly advantageous if, as mentioned above, two or more oscillators are provided. A differential coil is present when the winding 12 is omitted in FIG. 1. In contrast, the winding 12 is present in the differential transformer and is arranged symmetrically to the primary winding 2.
Der Messtreifen kann auch durch einen Messwertaufnehmer 11 gebildet sein, der über elektrische Leitungen mit der Sekundärwicklung 30 verbunden ist. Wie in Figur 1 dargestellt, können die beiden Leitungen über einen Widerstand 29 verbunden sein. Ein solcher Widerstand ist vorteilhaft, wenn der Messwertaufnehmer 11 induktive, oder kapazitive, einschließlich piezoelektrische oder piezoresistive Eigenschaften aufweist. In Figur 2 sind fünf unterschiedliche Messkennlinien A, B, C, D und E dargestellt, wobei die Kennlinie A weitgehend unbrauchbar ist, während die Kennlinie B einen langen Proportionalbereich, die Kennlinie C einen kürzeren Proportionalbereich und die Kennlinie D zwei proportionale Bereiche aufweist. Die Kennlinie E zeigt eine Erhöhung der Oszillatorfrequenz bei Steigerung der Messkraft.The measuring strip can also be formed by a sensor 11, which is connected to the secondary winding 30 via electrical lines. As shown in FIG. 1, the two lines can be connected via a resistor 29. Such a resistor is advantageous if the measurement sensor 11 has inductive or capacitive, including piezoelectric or piezoresistive properties. FIG. 2 shows five different measurement characteristic curves A, B, C, D and E, whereby the characteristic curve A is largely unusable, while the characteristic curve B has a long proportional range, the characteristic curve C has a shorter proportional range and the characteristic curve D has two proportional ranges. The characteristic curve E shows an increase in the oscillator frequency with an increase in the measuring force.
Die Ausgangssignale des Inverters 9 werden der Auswerteschaltung 14 zugeführt, die beispielsweise durch eine PLL- Schaltung gebildet sein kann, d.h. eine Schaltung, die die Eingangsfrequenz mit einer internen Frequenz vergleicht, und bei einer Frequenzdifferenz ein Ausgangssignal 15 erzeugt. Während .von dem Schmitt-Trigger-Inverter 9 zur Signalauskopplung ein digitales Ausgangssignal erzeugt wird, wird durch die PLL-Schaltung ein analoges Ausgangssignal gebildet. Dieses kann mit einem nicht dargestellten Analog- Digital-Konverter jin- ei digitales Signal umgewandelt !und in einem nicht dargestellten Speicherbaustein abgelegt und auf einem gleichfalls nicht dargestellten Leuchtdioden-Balken angezeigt werden. So können beispielsweise drei bis zehn Speicherbausteine vorhanden sein, so dass nacheinander drei bis zehn Messungen auf drei bis zehn Leuchtbalken angezeigt werden können. Diese Darstellung gestattet es dem Zahnarzt, die Bisskraft und den Zahnabstand vor, während und nach den durchzuführenden dentalen Arbeiten mehrfach zu messen.The output signals of the inverter 9 are fed to the evaluation circuit 14, which can be formed, for example, by a PLL circuit, ie a circuit which compares the input frequency with an internal frequency, and generates an output signal 15 if there is a frequency difference. While a digital output signal is generated by the Schmitt trigger inverter 9 for signal extraction, an analog output signal is formed by the PLL circuit. This can to a not shown analog digital converter j ei domestic digital signal converted! and stored in a memory module, not shown, and displayed on a light-emitting diode bar, also not shown. For example, three to ten memory modules can be present, so that three to ten measurements can be displayed in succession on three to ten light bars. This representation allows the dentist to measure the bite force and the tooth spacing several times before, during and after the dental work to be carried out.
Gemäß Figur 3 ist der Oszillator 1 (Figur 1) in einem hülsenförmigen, etwa bleistiftgroßen Gehäuse 16 angeordnet. Der Oszillator ist, wie durch den Pfeil 10 angedeutet, drahtlos mit der Auswerteschaltung 14 (Figur 1) verbunden.According to Figure 3, the oscillator 1 (Figure 1) is arranged in a sleeve-shaped, approximately pencil-sized housing 16. As indicated by the arrow 10, the oscillator is connected wirelessly to the evaluation circuit 14 (FIG. 1).
Der Messstreifen 11 ist in Figur 3 einmal um das Gehäuse 16 im Bereich der Induktionsspule 2 (Figur 1) herumgewickelt. Seine Endabschnitte 17, 18 bilden damit aufeinanderliegende Fahnen. Der Messstreifen 11, der eine etwa einem Zahn entsprechende Breite aufweist, besteht beispielsweise aus einer Aluminiumfolie, die an ihrer Innenseite 19 mit einer isolierenden Aluminiumoxidschicht versehen ist. Zur Messung des Okklusionsdrucks wird auf die aufeinanderliegenden Fahnen 17, 18 gebissen. Dadurch wird an der Okklusionsstelle 20 die Aluminiumoxidschicht zerstört, oder ihre Schichtdicke zumindest derart verringert, dass eine geschlossene, elektrisch leitende Windung entsteht, die die Induktivität und damit die Frequenz des Oszillators 1 (Figur 1) ändert. Um den Messeffekt zu verstärken, kann der Messstreifen 11 auch mehrmals um das Gehäuse gewickelt sein. Auch kann der Messstreifen aus einer Metallfolie ohne isolierende Schicht bestehen. Der Übergangswiderstand zwischen den Fahnen 17, 18 hängt dann vom Okklusionsdruck ab .In FIG. 3, the measuring strip 11 is wound around the housing 16 in the area of the induction coil 2 (FIG. 1). Its end sections 17, 18 thus form superimposed flags. The measuring strip 11, which has a width corresponding approximately to a tooth, consists for example of an aluminum foil which is provided on its inside 19 with an insulating aluminum oxide layer. To measure the occlusion pressure, bite on the superimposed flags 17, 18. As a result, the aluminum oxide layer is destroyed at the occlusion point 20, or its layer thickness is at least reduced in such a way that a closed, electrically conductive turn is formed which changes the inductance and thus the frequency of the oscillator 1 (FIG. 1). To increase the measuring effect, the measuring strip 11 can also be wound several times around the housing. The measuring strip can also consist of a metal foil without an insulating layer. The contact resistance between the flags 17, 18 then depends on the occlusion pressure.
Wenn gemäß Figur: 4 der Patient beispielsweise''»"eihe Füllung in dem mit dem Oberkieferzahn 21 okkludierenden Unterkieferzahn 22 erhält, wird der Okklusionsdruck gemäß (I) vor der Füllung als Referenz gemessen und abgespeichert. Dann wird der Zahn 22 gemäß (II) mit der Füllung 23 versehen und die Füllung so lange abgeschliffen (III) , bis sich der Referenz- Okklusionsdruck wie vor der Füllung (I) einstellt. Beim Einsetzen von Zahnersatz wie beispielsweise Kronen, Brücken usw. hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Druck bzw. der Abstand der benachbarten Zähne des Zahnersatzes vor, während und nach dem Einsetzen in einer Referenzmessung bestimmt wird.If according to FIG: 4, the patient, for example, '''' is eIHE filling in the occluding with the maxillary tooth 21 lower teeth 22, the occlusion pressure is in accordance with (I) measured before the filling for reference and stored Then, the tooth 22 is shown in (II). Provide the filling 23 and sand the filling (III) until the reference occlusion pressure is the same as before the filling (I). When inserting dentures such as crowns, bridges, etc., it has proven to be advantageous if the Pressure or the distance between the adjacent teeth of the denture before, during and after insertion is determined in a reference measurement.
In Figur 5 ist Sekundärwicklung 30 mehrmals um das Gehäuse 16 im Bereich der Induktionsspule 2 (Figur 1) herumgewickelt. Die beiden Zuleitungen 26 der Sekundärwicklung 30 sind mit den beiden Piezoelektroden 27 des Piezoelementes 24 verbunden. Durch Druckausübung auf die Okklusionsstelle 20 wird das Piezoelement 24 wie vorher beschrieben beeinflusst, dadurch der Oszillator verstimmt und so die Bestimmung des Okklusionsdruckes ermöglicht.In FIG. 5, secondary winding 30 is wound several times around housing 16 in the area of induction coil 2 (FIG. 1). The two feed lines 26 of the secondary winding 30 are with the two piezo electrodes 27 of the piezo element 24 connected. By exerting pressure on the occlusion site 20, the piezo element 24 is influenced as previously described, thereby detuning the oscillator and thus making it possible to determine the occlusion pressure.
Gemäß Figur 6 und Figur 7 weist der Oszillator 1 einen Handgriff 31 mit einem Schalter 32 zur Oszillatorbetätigung und einen verjüngten Abschnitt 33 auf, in dem wie aus Figur 7 gestrichelt angedeutet, die Induktivität 2 angeordnet ist. Der Oszillator 1 wird von einer Ladestation 34 aufgenommen, die mit dem Oszillator 1 induktiv gekoppelt ist.According to FIG. 6 and FIG. 7, the oscillator 1 has a handle 31 with a switch 32 for operating the oscillator and a tapered section 33, in which the inductor 2 is arranged, as indicated by dashed lines in FIG. The oscillator 1 is received by a charging station 34, which is inductively coupled to the oscillator 1.
Wie aus Figur 7 ersichtlich, kann der Messstreifen oder Messwertaufnehmer 11 an einem AufSteckelement 35 vorgesehene sein, das z.B. in Form einer Hülse oder einer Kappe auf den verjüngten Abschnitt 33 mit der Induktivität 2 steckbar ist. Der Messwertaufnehmer 11 kann an dem AufSteckelement 35 z.B. haftend befestigbar sein.As can be seen from FIG. 7, the measuring strip or measuring sensor 11 can be provided on a plug-on element 35, which e.g. in the form of a sleeve or a cap can be plugged onto the tapered section 33 with the inductor 2. The sensor 11 can be attached to the plug-on element 35 e.g. be adhesively attachable.
Bei der Ausführungsform nach Figur 8 ist der Messstreifen 11, der um die Induktivität 2 gewickelt ist aus mehreren funktioneilen Schichten 36 bis 41 aufgebaut. Die äußerste Schicht 36, die an den beiden Endabschnitten den Messreifens 11 vorgesehen ist, wird durch ein abfärbendes und/oder verfärbendes Material gebildet, um die Zahnkontaktpunkte zu ermitteln. Die daran anschließende Schicht 37 stellt eine elektrisch isolierende und stabilisierende Trägerschicht, vorzugsweise aus einem Kunststoff, für die anschließende, elektrisch leitfähige Schicht 38 dar, die beispielsweise aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium besteht. An der Innenseite der Schicht 38 ist eine weitere elektrisch isolierende Schicht 39, z.B. aus Kunststoff, angeordnet, die jedoch die messaufnehmenden Bereiche an den beiden Enden des Messstreifens 11 nicht bedeckt. Die Schicht auf den messauf- nehmenden Bereichen 40 an der Innenseite des Messtreifens wird durch ein elektrisch leitfähiges und verformbares Material, beispielsweise ein Gel, gebildet. Ferner ist an der Innenseite des Messstreifens eine Haftschicht aufgebracht, welche vor den beiden messaufnehmenden Bereichen 40 endet und die dazu dient, den Messtreifen 11 am Aufsteckele- ment 35 oder direkt am verjüngten Bereich 33 des Oszillators zu befestigen.In the embodiment according to FIG. 8, the measuring strip 11, which is wound around the inductor 2, is constructed from a plurality of functional layers 36 to 41. The outermost layer 36, which is provided at the two end sections of the measuring tire 11, is formed by a discoloring and / or discoloring material in order to determine the tooth contact points. The adjoining layer 37 constitutes an electrically insulating and stabilizing carrier layer, preferably made of a plastic, for the adjoining, electrically conductive layer 38, which consists for example of a metal such as aluminum. A further electrically insulating layer 39, for example made of plastic, is arranged on the inside of the layer 38, but does not cover the measurement-receiving areas at the two ends of the measuring strip 11. The layer on the measuring areas 40 on the inside of the measuring strip is formed by an electrically conductive and deformable material, for example a gel. Furthermore, an adhesive layer is applied to the inside of the measuring strip, which ends in front of the two measuring areas 40 and which serves to fasten the measuring strip 11 to the plug-on element 35 or directly to the tapered area 33 of the oscillator.
Bei der Ausführungsform nach Figur 9 bis Figur 11 weist der Messtreifen 11 Erhöhungen 43 und Vertiefungen 44 auf, welche abwechselnd und linienförmig parallel nebeneinander verlaufen. Die linienförmigen Erhöhungen 43 und Vertiefungen 44 sind schräg zur Längsachse des Messtreifens 11 angeordnet.In the embodiment according to FIG. 9 to FIG. 11, the measuring strip 11 has elevations 43 and depressions 44 which run alternately and linearly parallel next to one another. The linear elevations 43 and depressions 44 are arranged obliquely to the longitudinal axis of the measuring strip 11.
Wie in Figur 11 dargestellt, schneiden sich damit die Erhöhungen 43 und Vertiefungen 44 an den aufeinanderliegen- den . messaufnehmenden Bereichen der Endabschnitte des Messtreifens 11, wenn er um den Oszillatorabschnitt 33 gewickelt ist.As shown in FIG. 11, the elevations 43 and depressions 44 intersect on the ones lying one on top of the other. measuring areas of the end portions of the measuring strip 11 when it is wound around the oscillator portion 33.
Wenn der Messtreifen 11 bzw. Messwertaufnehmer aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, bilden die einander schneidenden Spitzen 45 der Erhöhungen 43 (Figur 16) elektrische Kontaktflächen, deren Größe zunimmt, wenn die messaufnehmeden Bereiche des Messtreifens 11 zusammengdrückt werden. Durch die Vergrößerung bzw. Verringerung der Kontaktfläche wird der elektrische Übergangswiderstand des Messtreifens 11 entsprechend verringert bzw. vergrößert.If the measuring strip 11 or measuring transducer consists of an electrically conductive material, the intersecting tips 45 of the elevations 43 (FIG. 16) form electrical contact surfaces, the size of which increases when the measuring-recording regions of the measuring strip 11 are pressed together. By increasing or reducing the contact area, the electrical contact resistance of the measuring strip 11 is correspondingly reduced or increased.
Der Winkel alpha den die Spitzen 45 einnehmen kann z.B. 120 Grad betragen, wie Figur 16 dargestellt. Der Abstand a von einer Spitze 45 zur nächsten Spitze 45 ist vorzugsweise kleiner als 0,5 mm. Figur 12 bis Figur 14 zeigen eine andere Ausführungsform des Messstreifens 11 bzw. des Messwertaufnehmers, die sich von der Ausführungsform nach Figur 9 bis Figur 11 im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Erhöhungen 43 und Vertiefungen44 nur in den messaufnehmenden Bereichen 46 und 47 an den Endabschnitten des Messtreifens 11 vorgesehen sind und in dem einen Bereich 46 quer und in dem anderen Bereich 47 längs zum Messtreifen 11 verlaufen. Wie aus Figur 15 ersichtlich, schneiden sich damit die Spitzen 45 der Erhöhungen in einem Winkel von 90 Grad.The angle alpha which the tips 45 assume can be, for example, 120 degrees, as shown in FIG. The distance a from a tip 45 to the next tip 45 is preferably less than 0.5 mm. FIG. 12 to FIG. 14 show another embodiment of the measuring strip 11 or of the measuring sensor, which differs from the embodiment according to FIG. 9 to FIG. 11 essentially in that the elevations 43 and depressions 44 only in the measuring areas 46 and 47 at the end sections of the measuring strip 11 are provided and extend transversely in one region 46 and longitudinally to the measuring strip 11 in the other region 47. As can be seen from FIG. 15, the tips 45 of the ridges intersect at an angle of 90 degrees.
Der Messwertaufnehmer 11 nach Figur 17 weist zumindest an einer Außenseite des messaufnehmnden Bereiches einen Distanzhalter 48 aus einem komprimierfähigen Material auf, welches beispielsweise durch einen gummielastischen Kunststoff gebildet wird.17 has a spacer 48 made of a compressible material, which is formed for example by a rubber-elastic plastic, at least on an outer side of the measuring area.
In Figur 18 ist der Messwertaufnehmer nach Figur 17 bei Schlussbiss zwischen einem präparierten Zahn 51 und dem gegenüberliegenden Zahn 52 beim Schlussbiss dargestellt. Es ist ersichtlich, dass sich der Messwertaufnehmer 11 der Form des Zahnes 52 anpasst . Ferner drückt der präparierte Zahn 51 den Distanzhalter 48 zusammen. Dadurch wird der Distanzhalter 48 an den Messwertaufnehmer 11 gepresst, und zwar mit unterschiedlichem Druck, je nach Kompression. Wie aus Figur 18 ersichtlich, wird also bei A durch den Distanzhalter 48 auf den dort angeordneten Abschnitt der messaufnehmden Bereiche 46, 47 ein größerer Druck ausgeübt, als bei B. Die Dicke des Distanzhalters 48 kann so gewählt werden, dass der Abstand A bestimmbar ist. Dies ist dadurch möglich, dass das komprimierfähige Material des Distanzhalters 48 ab einer bestimmten Dicke zu einer deutlichen Erhöhung des Drucks auf die messaufnehmenden Bereiche 46, 47 und damit zu einer Frequenzveränderung des Oszillators 1 führt. Dadurch ist es dem Anwender möglich, z.B. im Bereich A zu bestimmen, ob er beim Präparieren eines Zahnes die für den zu bildenden Zahnersatz geforderte Präparationshöhe erreicht hat. FIG. 18 shows the sensor according to FIG. 17 in the event of a final bite between a prepared tooth 51 and the opposite tooth 52 in the event of a final bite. It can be seen that the measurement sensor 11 adapts to the shape of the tooth 52. The prepared tooth 51 also compresses the spacer 48. As a result, the spacer 48 is pressed against the sensor 11, with a different pressure, depending on the compression. As can be seen from FIG. 18, a greater pressure is exerted at A by the spacer 48 on the section of the measuring areas 46, 47 arranged there than at B. The thickness of the spacer 48 can be selected such that the distance A can be determined , This is possible in that the compressible material of the spacer 48 from a certain thickness increases significantly the pressure on the measuring areas 46, 47 and thus to a Frequency change of the oscillator 1 leads. This enables the user to determine, for example in area A, whether he has reached the preparation height required for the tooth replacement to be formed when preparing a tooth.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kraftmesswandler, gekennzeichnet durch wenigstens einen Oszillator (1) mit wenigstens einer durch eine Primärwicklung gebildeten Induktivität (2) und wenigstens einen Messwertaufnehmer (11) mit einer Sekundärwicklung (30) , welche mit dem Messwertaufnehmer (11) elektrisch leitend verbunden ist und welche zur Induktivität (2) des Oszillators (1) in transformatorischer Kopplung angeordnet ist, wobei bei Einwirkung einer Kraft auf den Messwertaufnehmer (11) sich die Impedanz des Messwertaufnehmers (11) und die Last der indukt-iv gekoppelten Sekundärwicklung (30) verändert, und eine Auswerteschaltung (14) zur Bestimmung der daraus resultierenden Frequenzänderung des Oszillators (1) , welche proportional zu der auf den Messwertaufnehmer (11) einwirkenden Kraft ist.1. force transducer, characterized by at least one oscillator (1) with at least one inductance (2) formed by a primary winding and at least one transducer (11) with a secondary winding (30) which is electrically conductively connected to the transducer (11) and which to the inductance (2) of the oscillator (1) is arranged in a transformer coupling, the impedance of the measuring sensor (11) and the load of the inductively-iv-coupled secondary winding (30) changing when a force acts on the measuring sensor (11), and an evaluation circuit (14) for determining the resulting change in frequency of the oscillator (1), which is proportional to the force acting on the sensor (11).
2. Kraftmesswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (1) wenigstens eine Kapazität (3, 4, 5) und/oder wenigstens einen Widerstand (6, 7) und/oder wenigstens eine weitere Induktivität aufweist .2. Force transducer according to claim 1, characterized in that the oscillator (1) has at least one capacitance (3, 4, 5) and / or at least one resistor (6, 7) and / or at least one further inductor.
3. Kraftmesswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (1) drahtlos mit der Auswerteschaltung (14) verbunden ist. 3. Force transducer according to claim 1, characterized in that the oscillator (1) is wirelessly connected to the evaluation circuit (14).
4. Kraftmesswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (2) des Oszillators (1) einen weichmagnetischen Kern, vorzugsweise einen Staboder-Ringkern aus Ferrit, aufweist.4. Force transducer according to claim 1, characterized in that the inductance (2) of the oscillator (1) has a soft magnetic core, preferably a rod or toroidal core made of ferrite.
5. Kraftmesswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktivität (2) eine weitere Sekundärwicklung (12) mit einer Last (13) zur Optimierung der Messkennlinie (A, B, C, D, E) zugeordnet ist.5. Force transducer according to claim 1, characterized in that the inductance (2) is associated with a further secondary winding (12) with a load (13) for optimizing the measurement characteristic (A, B, C, D, E).
6. Kraftmesswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) und die mit diesem elektrisch verbundene Sekundärwicklung (30) vom Kreis des Oszillators (1) galvanisch getrennt sind.6. Force transducer according to claim 1, characterized in that the transducer (11) and the secondary winding (30) electrically connected to it are electrically isolated from the circuit of the oscillator (1).
7. Kraftmesswandler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) induktive Eigenschaften, und/oder kapazitive Eigenschaften,' und/oder ohmsche Eigenschaften aufweist .7. Force transducer according to claim 1, characterized in that the transducer (11) has inductive properties and / or capacitive properties, 'and / or ohmic properties.
8. Kraftmesswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) ferroelektrische Eigenschaften aufweist .8. force transducer according to claim 7, characterized in that the transducer (11) has ferroelectric properties.
9. Kraftmesswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) piezoelektrische und/oder piezoresisitve Eigenschaften aufweist.9. force transducer according to claim 7, characterized in that the transducer (11) has piezoelectric and / or piezoresisitve properties.
10. Kraftmesswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennn- zeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) pyroelektri- sche Eigenschaften aufweist . 10. Force transducer according to claim 7, characterized in that the sensor (11) has pyroelectric properties.
11. Kraftmesswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) ferromagnetische Eigenschaften aufweist.11. Force transducer according to claim 7, characterized in that the transducer (11) has ferromagnetic properties.
12. Kraftmesswandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) ferroelasti- sche bzw. magnetoelastische Eigenschaften aufweist.12. Force transducer according to claim 11, characterized in that the transducer (11) has ferroelastic or magnetoelastic properties.
13. Kraftmesswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigem Material gebildet wird.13. Force transducer according to claim 7, characterized in that the transducer (11) is at least partially formed from an electrically conductive material.
14.•__ Kraftmesswandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Material ein Metall, vorzugsweise Silber, Aluminium oder Kupfer, ist.14. • __ force transducer according to claim 13, characterized in that the electrically conductive material is a metal, preferably silver, aluminum or copper.
15. Kraftmesswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (1) in einem Gehäuse vorgesehen ist, das einen Abschnitt (33) mit der Induktivität (2) aufweist, um welchen die Sekundärwicklung (30) anordenbar ist.15. Force transducer according to claim 1, characterized in that the oscillator (1) is provided in a housing which has a section (33) with the inductor (2), around which the secondary winding (30) can be arranged.
16. Kraftmesswandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) und die Sekundärwicklung (30) einstückig ausgebildet sind.16. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer (11) and the secondary winding (30) are integrally formed.
17. Kraftmesswandler einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitfähiger und mit der Sekundärwicklung (30) einstückig ausgebildeter Messwertaufnehmer (11) mit ferromagnetischen Eigenschaften wenigstens teilweise innerhalb der Primärwicklung der Induktivität (2) als induktiver Kern anordenbar ist.17. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that an electrically conductive and integrally formed with the secondary winding (30) transducer (11) with ferromagnetic properties at least partially within the Primary winding of the inductor (2) can be arranged as an inductive core.
18. Kraftmesswandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der mess- aufnehmende Bereich des Messwertaufnehmers (11) fo- lienförmig ausgebildet ist.18. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that at least the measuring area of the transducer (11) is designed in the form of a film.
19. Kraftmesswandler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der folienförmig ausgebildete Messwertaufnehmer (11) aus einem elektrisch leitfähigem Material und/oder aus einem Material mit magnetoelasti- αchen Eigenschaften besteht .19, force transducer according to claim 18, characterized in that the sheet-shaped measuring sensor (11) consists of an electrically conductive material and / or of a material having magnetoelasti- α chen properties.
20. Kraftmesswandler nach Anspruch 16 und Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der. mit der Sekundärwicklung (30) einstückig als Folie ausgebildete Messwertaufnehmer (11) aus einem Metall, vorzugsweise aus Silber, Aluminium oder Kupfer, oder aus einem metallischen Glas gebildet wird, und wenigstens einmal um die Induktivität (2) wickelbar ist.20. Force transducer according to claim 16 and claim 19, characterized in that the. with the secondary winding (30) formed integrally as a film transducer (11) from a metal, preferably silver, aluminum or copper, or from a metallic glass, and can be wound at least once around the inductor (2).
21. Kraftmesswandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der folienförmig ausgebildete Messwertaufnehmer (11) an der Innenseite und/oder an der Außenseite wenigstens eine weitere Schicht (36, 37, 39, 40, 41) mit funktionellen Eigenschaften aufweist.21. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the film-shaped transducer (11) has at least one further layer (36, 37, 39, 40, 41) on the inside and / or on the outside with functional properties.
22. Kraftmesswandler nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die funktioneile Schicht (36, 37, 39, 40, 41) isolierende und/oder elektrisch leitfähige und/oder stabilisierende und/oder reversible und/oder haftende und/oder abfärbende und/oder verfärbende und/oder bei Krafteinwirkung chemisch reagierende und/oder isolierende, bei Krafteinwirkung zerstörbare, Eigenschaften aufweist .22. Force transducer according to claim 21, characterized in that the functional layer (36, 37, 39, 40, 41) insulating and / or electrically conductive and / or stabilizing and / or reversible and / or adhesive and / or coloring and / or discoloring and / or has chemically reacting and / or insulating properties that can be destroyed when subjected to force.
23. Kraftmesswandler nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite des folienförmigen Messwertaufnehmers (11) in den messaufnehmenden Bereichen (46, 47) eine Schicht (40) aus einem elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit oder ein elektrisch leitfähiges Gel, aufgebracht ist.23. A force transducer according to claim 21, characterized in that a layer (40) made of an electrically conductive material, preferably an electrically conductive liquid or an electrically conductive gel, in the measurement-receiving areas (46, 47) on the inside of the film-shaped sensor (11) , is applied.
24. Kraftmesswandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) eine elektrisch isolierende Schicht mit fer- roelektrischen und/oder piezoelektrischen Eigenschaften aufweist .24. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer (11) has an electrically insulating layer with ferroelectric and / or piezoelectric properties.
25. Kraftmesswandler nach einem αer vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem messaufnehmenden Bereich (46, 47) des folienförmigen Messwertaufnehmers (11) ein Distanzhalter (48) vorgesehen ist.25. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that a spacer (48) is provided on at least one measuring area (46, 47) of the film-shaped measuring sensor (11).
26. Kraftmesswandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzhalter (48) aus einem elastischen und/oder einem bei Einwirken einer Kraft komprimierfähigen Material gebildet wird.26. Force transducer according to claim 25, characterized in that the spacer (48) is formed from an elastic and / or a compressible material when subjected to a force.
27. Kraftmesswandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) als Messstreifen ausgebildet ist. 27. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (11) is designed as a measuring strip.
28. Kraftmesswandler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der folienförmige Messwertaufnehmer (11) ferroelektrische und/oder piezoelektrische und/oder piezoresistive und/oder pyroelektrische Eigenschaften aufweist.28. Force transducer according to claim 18, characterized in that the film-shaped transducer (11) has ferroelectric and / or piezoelectric and / or piezoresistive and / or pyroelectric properties.
29. Kraftmesswandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) in wenigstens einem messaufnehmenden Bereich (46, 47) Erhöhungen (43) und/oder Vertiefungen (44) aufweist, welche sich in Abhängigkeit von der Größe der auf den Messwertaufnehmer (11) ausgeübten Krafteinwirkung verformen.29. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement transducer (11) in at least one measurement-receiving area (46, 47) has elevations (43) and / or depressions (44), which depend on the size of the deform the force transducer (11).
30. Kraftmesswandler nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Erhöhungen (43) und Vertiefungen (44) abwechseln und linienförmig parallel nebeneinander verlaufen.30. Force transducer according to claim 29, characterized in that the elevations (43) and depressions (44) alternate and run parallel to one another in a linear manner.
31. Kraftmesswandler nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der folienförmige Messwertaufnehmer (11) derart ausgebildet ist, dass sich die Spitzen (45) der Erhöhungen (43) des einen Messbereiches (46, 47) und die Spitzen (45) der Erhöhungen (43) des anderen, darauf liegenden Messbereiches (47, 46) schneiden.31. Force transducer according to claim 29 or 30, characterized in that the film-shaped transducer (11) is designed such that the tips (45) of the elevations (43) of one measuring area (46, 47) and the tips (45) of the Cut elevations (43) of the other measuring area (47, 46) lying on them.
32. Kraftmesswandler nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass sich die linienförmig parallel laufenden Spitzen (45) der Erhöhungen (43) der beiden Messbereiche (46, 47) in einem Winkel von ca. 70 Grad bis 110 Grad, vorzugsweise von 80 Grad bis 100 Grad, schneiden. 32. Force transducer according to claim 31, characterized in that the linearly parallel peaks (45) of the elevations (43) of the two measuring areas (46, 47) at an angle of approximately 70 degrees to 110 degrees, preferably from 80 degrees to 100 degrees, cut.
33. Kraftmess andler nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen (45) der Erhöhungen (43) einen Winkel (alpha) zwischen 100 Grad und 140 Grad, vorzugsweise zwischen 110 Grad und 130 Grad einschließen und/oder der Abstand (a) von einer Spitze (45) zur nächsten Spitze (45) weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm beträgt.33. Force measuring transducer according to claim 31, characterized in that the tips (45) of the elevations (43) enclose an angle (alpha) between 100 degrees and 140 degrees, preferably between 110 degrees and 130 degrees and / or the distance (a) from one tip (45) to the next tip (45) is less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm.
34. Kraftmesswandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine e- lektrisch isolierende Schicht und/oder wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht durch Druckeinwirkung zerstörbar ausgebildet ist .34. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electrically insulating layer and / or at least one electrically conductive layer is designed to be destructible by the action of pressure.
35. Kraftmesswandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (11) im messaufnehmenden Bereich (46, 47) eine Dicke von höchstens 150 my, vorzugsweise höchstens 100 my aufweist .35. Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement sensor (11) in the measurement-receiving area (46, 47) has a thickness of at most 150 my, preferably at most 100 my.
36. Verwendung eines Kraftmesswandlers nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Bestimmung der Temperatur.36. Use of a force transducer according to one of the preceding claims for determining the temperature.
37. Verwendung eines Kraftmesswandlers nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Bestimmung der Zahnokklusi- on und/oder des Dentalkontaktdruckes und/oder der Kaukraft .37. Use of a force transducer according to one of the preceding claims for determining the tooth occlusion and / or the dental contact pressure and / or the chewing force.
38. Verwendung eines Kraftmesswandlers nach Anspruch 38, wobei der Messwertaufnehmer (11) im messaufnehmenden Bereich (46, 47) eine Dicke von höchstens 30 my, vorzugsweise von höchstens 15 my aufweist . 38. Use of a force transducer according to claim 38, wherein the measurement sensor (11) in the measurement-receiving area (46, 47) has a thickness of at most 30 my, preferably at most 15 my.
39- Verwendung eines Kraftmesswandlers nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwertaufnehmer (11) verwendet wird, dessen Breite im messaufnehmenden Bereich (46, 47) der Breite des zu messenden Zahnes (21, 22) entspricht.39- Use of a force transducer according to claim 37 or 38, characterized in that a measuring sensor (11) is used, the width of which corresponds to the width of the tooth (21, 22) to be measured in the measuring area (46, 47).
40. Verwendung eines Kraftmesswandlers nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Bestimmung der Präparationshöhe bzw. der Präparationstiefe an einem präparierten Zahn (51) . 40. Use of a force transducer according to one of the preceding claims for determining the preparation height or the preparation depth on a prepared tooth (51).
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1516595A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-23 Bruno Starek Device for measuring the pressure between two pressed bodies
JP4786494B2 (en) * 2006-10-10 2011-10-05 本田技研工業株式会社 Deformation detection sensor
DE102007024479A1 (en) * 2007-05-25 2008-11-27 Universität des Saarlandes Campus Saarbrücken Method for determination of characteristics for dimensioning or interpretation of toothed bridge, involves affecting specific patient, where expected bridge force is determined, and is made available as dimensioning size
US20090274267A1 (en) * 2008-04-30 2009-11-05 Schick Technologies, Inc. System and method for automatic jaw measurement for panoramic radiology
DE102009057135A1 (en) * 2009-12-09 2011-06-22 RWE Power AG, 45128 Method for determining a lifetime consumption of thermally and / or mechanically highly stressed components
EP2485028B1 (en) * 2011-02-07 2015-04-01 ELMOS Semiconductor AG Pressure-sensitive amplifier stage
JP2013048680A (en) * 2011-08-30 2013-03-14 Gc Corp Occlusal pressure measuring device and occlusal pressure measuring system
WO2015181693A1 (en) * 2014-05-26 2015-12-03 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Capacitive sensor array for dental occlusion monitoring
EP3371567B1 (en) * 2015-11-03 2021-07-21 Basf Se Device and non contact method for sensing torques, torsional natural frequencies, and/or torsional oscillations of a shaft
CN105496430B (en) * 2015-11-27 2018-12-18 西安交通大学 Measure the new type gel thin film capacitor type sensor and method of denture bite force
CN105433963B (en) * 2015-11-27 2018-12-18 西安交通大学 Measure the new type gel thin film capacitor type sensor and method of single pair dental articulation power
CN105686838A (en) * 2016-04-05 2016-06-22 中国医学科学院整形外科医院 Occlusal force measuring instrument and system
US10429254B2 (en) * 2017-04-27 2019-10-01 Universal Cement Corporation Piezo force sensor with solid-state bonding spacer
US11371896B2 (en) * 2017-08-09 2022-06-28 Mitsui Chemicals, Inc. Sensor module containing elongate piezoelectric substrate and pressure distribution sensor provided with the same
CN108775978B (en) * 2018-05-21 2021-06-04 长江大学 PZT-based static prestress monitoring device and method
US20220293848A1 (en) 2019-09-09 2022-09-15 Sony Group Corporation Piezoelectric sensor
DE102020108683A1 (en) 2020-03-30 2021-09-30 Bredent Gmbh & Co. Kg Bite force measuring device and method for bite force measurement
CN113155345B (en) * 2021-03-24 2022-09-20 中国工程物理研究院总体工程研究所 Flexible touch sensor based on flexible piezoresistive array and magnet coil array

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001281070A (en) * 2000-03-28 2001-10-10 Ryowa Denshi Kk Physical quantity sensor

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3617878A (en) * 1969-04-21 1971-11-02 Blh Electronics Ac to de high-accuracy low-level voltage measuring system
US4006628A (en) * 1975-11-19 1977-02-08 Ncr Corporation Magnetic induction type transducer means
FR2348481A1 (en) * 1976-04-14 1977-11-10 Minnesota Mining & Mfg DETECTION DEVICE, ESPECIALLY OF TEMPERATURE OR CONSTRAINT DEVELOPING IN A POLARIZED MATERIAL
DE2936761C2 (en) * 1979-09-12 1984-07-12 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Control system for monitoring rotor blades under gas pressure
DE3117284A1 (en) 1981-04-30 1982-11-25 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Circuit arrangement for monitoring a balanced (symmetrical) three-phase alternating current
US4521186A (en) 1983-05-17 1985-06-04 Harold Wodlinger System for determining the first prematurity contact of dental occlusion
US4592727A (en) 1984-05-24 1986-06-03 Pennwalt Corporation Piezoelectric polymeric film discriminating bite force occlusal indicator
US4856993A (en) 1985-03-29 1989-08-15 Tekscan, Inc. Pressure and contact sensor system for measuring dental occlusion
DE3735657C2 (en) * 1986-10-21 1996-10-10 Kohn Dietmar Device for the inductive measurement of the expansion of a full body, in particular of internal expansion processes
JPH0531130A (en) 1991-08-01 1993-02-09 Lion Corp Measurement of jaw position
JPH07270259A (en) * 1994-03-31 1995-10-20 Hiroshi Ogawa Piezoelectric element of steel
DE4420691C1 (en) * 1994-06-14 1996-01-18 Bizerba Gmbh & Co Kg Force measurement cell esp. for use in weighing balances
JP3522409B2 (en) 1995-08-31 2004-04-26 長野計器株式会社 Occlusal force meter
JP2001159569A (en) * 1999-12-02 2001-06-12 Denso Corp Pressure sensor
JP4296365B2 (en) * 2000-02-18 2009-07-15 株式会社モリタ東京製作所 Occlusal pressure measuring device
EP1516595A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-23 Bruno Starek Device for measuring the pressure between two pressed bodies
US7093498B2 (en) * 2003-09-30 2006-08-22 Rockwell Automation Technologies, Inc. Microelectromechanical strain gauge with frequency detector

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001281070A (en) * 2000-03-28 2001-10-10 Ryowa Denshi Kk Physical quantity sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2005029025A1 *

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