EP4237789A1 - Sensor strip and device for measuring geometric shapes - Google Patents

Sensor strip and device for measuring geometric shapes

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EP4237789A1
EP4237789A1 EP21802594.8A EP21802594A EP4237789A1 EP 4237789 A1 EP4237789 A1 EP 4237789A1 EP 21802594 A EP21802594 A EP 21802594A EP 4237789 A1 EP4237789 A1 EP 4237789A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resistors
sensor
resistor
substrate
pairs
Prior art date
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Pending
Application number
EP21802594.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Benjamin HOLMER
Martin SCHWERTER
Eugen Koch
Tom Schröder
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.)
Minktec GmbH
Original Assignee
Minktec GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Minktec GmbH filed Critical Minktec GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • A61B5/6801—Arrangements 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
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/6804—Garments; Clothes

Definitions

  • the present invention relates to a flexible sensor strip for measuring geometric shapes, such as in particular bending radii or the like. It is also possible to use a suitable evaluation device to measure and evaluate the associated time course of these geometric shapes and thus to determine corresponding movements, such as in particular bending, twisting (torsion) and/or expansion.
  • Sensor strips of the type mentioned are known in principle and often contain a large number of electrical elements which can function as resistors and/or capacitors and are applied to a flexible substrate. If such a sensor strip undergoes suitable mechanical deformations, such as bending, twisting (torsion), stretching, compression or the like, some of these electrical elements can be stretched and others compressed. This results in changes in the resistance or capacitance values, which can be detected using an evaluation unit. Suitable algorithms can be used to determine where and how one of the mechanical loads mentioned occurs.
  • German patent application DE 10 2008 052 406 A1 relates to a method for detecting functional parameters for characterizing movement sequences on human or animal bodies and a bending sensor for carrying out the method.
  • strain gauges are provided, which are used to detect stretching deformations by changing their impedance, such as in particular their electrical resistance, even with small deformations.
  • a tensile but elastically flexible substrate is preferably provided there, such as spring steel.
  • an adhesive layer such as epoxy resin is used by the stretch marks attached thereto.
  • International publication WO 2011/032575 A1 relates to a method and a system for detecting functional parameters for characterizing movement sequences on the human body, in particular in the area of the lumbar spine, and a method for analyzing such functional parameters.
  • bending sensors are used in which strain gauges are attached, for example glued, to a substrate.
  • An electronic printed circuit board or spring steel strip, among other things, are suggested there as substrate material.
  • the realization of the electrical contacts between the strain gauges and conductor tracks on the printed circuit board takes place there, for example, by soldering a copper foil strip.
  • the bending sensor comprises a plurality of strain gauges, two of which are attached to opposite sides of the substrate in such a way that both strain gauges detect the same bending of the substrate, which reproduces the bending or deflection of the examination object, for example a human back.
  • interference variables can be compensated with the help of a bridge circuit, e.g. a Wheatstone measuring bridge, which forms a difference signal from the signals of the two strain gauges and the actual measuring signal can be amplified.
  • a bridge circuit e.g. a Wheatstone measuring bridge, which forms a difference signal from the signals of the two strain gauges and the actual measuring signal can be amplified.
  • fault influences such as tensile or compressive stresses, as well as temperature fluctuations, which can possibly cause additional changes in length of the substrate, can be compensated for.
  • the international publication WO 2016/030752 A1 relates to a stretchable and flexible sensor and an associated system for measuring and processing data relating to movements, such as that of a back or limbs of a person or an animal.
  • an elastic film strip (2) a plurality of strips (3) attached, such as by stitching (stitching), gluing, clamping, etc.
  • Fig. 4 a particular embodiment in which two groups of parallel strips to form a herringbone pattern. These strips can be designed as capacitors or as elastic individual wires with a length-dependent resistance.
  • the sensor strip according to the invention is defined by the main claim.
  • Advantageous further developments are defined by the dependent claims.
  • the subsequent device claims relate to an associated measurement and evaluation device.
  • the sensor strip according to the invention has a flexible substrate which, in particular, can be bent and/or twisted (twisted).
  • a film made of polyethylene terephthalate (PET) has proven particularly useful for this purpose, the thickness of which can be in the range from 10 to 1000 ⁇ m and preferably in the range from 100 to 400 ⁇ m and particularly preferably around 300 ⁇ m.
  • PET polyethylene terephthalate
  • other flexible materials such as polyurethanes (PU), thermoplastic polyurethane (TPU), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), other plastics and/or other suitable materials.
  • At least a first pair of resistors is present on the substrate.
  • a first electrical resistor is provided on one of the substrate sides, which is referred to below as the front side.
  • a second resistor is provided on the other side of the substrate, which is referred to below as the rear side.
  • These two resistors are designed and arranged in such a way that they essentially opposite.
  • slight deviations are possible that affect the geometry and/or position. These are also to be expected, in particular due to manufacturing tolerances. It has been shown that position deviations up to certain values are quite possible and still deliver quite good results.
  • Corresponding tolerance values are dependent, among other things, on the thickness of the substrate and/or on the size of the resistors. It has been shown that position deviations of up to approx. 1 to 2 mm and/or up to approx. 10% of the resistor size are tolerable. It is also possible to make corresponding electronic corrections as part of the subsequent signal evaluation.
  • the first connection of the first resistor is electrically connected to a first supply line, via which it is connected to the first pole of a supply voltage.
  • the first connection of the second resistor is electrically connected to a second supply line, via which it is connected to the second pole of the supply voltage. This second pole can be electrically connected to the ground connection of an electrical unit to which the sensor strip is connected.
  • the second connections of the resistors are electrically connected to one another, so that the resistors form a voltage divider.
  • This can be implemented, for example, by providing at least one via for the electrical connection between the second terminals of the two resistors.
  • a via is any type of electrical connection that runs through an opening in the substrate between the front and the back and also electrically connects a first conductor track on the substrate front with a second conductor track on the substrate back.
  • the first conductor track is in electrical contact with the second connection of the first resistor and the second conductor track is in electrical contact with the second connection of the second resistor.
  • an electrical connection between the second terminals of the resistors can also be achieved in that the first conductor track on the front side of the substrate and/or the second conductor track on the rear side of the substrate run into an edge area of the substrate and are designed and arranged there in such a way that that they each have a contact point via which they can be electrically connected.
  • Such an electrical connection is preferably implemented in that a first contact element has electrical contact with the first conductor track during normal operation--ie when the sensor strip is ready to carry out measurements--and a second contact element has electrical contact with the second conductor track during normal operation.
  • Such a sensor strip according to the invention is very compact and also easy to produce.
  • the supply voltage is present, so that a voltage divider is implemented, with the middle voltage being present at the second terminals of the resistors.
  • Its value depends on the one hand on the supply voltage and on the other hand on the ratio of the resistance values (first resistance, second resistance) to one another.
  • the two resistance values are preferably of the same magnitude when the substrate is in one plane without mechanical stress, such as the plane of the drawing. Now, if the substrate itself is moved, such as by bending and/or twisting (torsion), the resistance values change.
  • Such a body can be an object such as a rod, a sphere or the like.
  • the mean voltages are recorded by means of a suitable evaluation unit at predetermined time intervals and/or at predetermined times, and associated measured values are formed and evaluated.
  • At least one second pair of resistors is provided.
  • a first resistor is arranged on the front side of the substrate and a second one on the back side of the substrate.
  • the first connection of the first resistor is electrically connected to the first pole of the supply voltage and the first connection of the second resistor is electrically connected to the second pole of the supply voltage.
  • the second connections of the two resistors are electrically connected to one another, so that a voltage divider is formed. It is possible, but not mandatory, for the electrical connection between the second resistor terminals to have at least one through-contact or an electrical contact of the type mentioned above is available.
  • This second pair of resistors is very similar to the first pair of resistors, so that reference is also made to the description above.
  • the substrate is arranged in such a way that it extends along the x-y plane, that is to say it lies in the plane of the drawing.
  • Such a state is also referred to below as an idle state.
  • the following cases can then be distinguished for the present invention. a) A first pair of resistors and a second pair of resistors If only one of the first pair of resistors and only one of the second pair of resistors are present, then these are arranged next to one another. This means that the first pair of resistors is, for example, to the left of the second pair of resistors (x-direction). Both pairs of resistors can be at the same level or at different levels (y-direction). b) Several of the first pairs of resistors and/or several of the second pairs of resistors
  • first resistor pairs are arranged one above the other (y-direction). It is possible that they are offset laterally (x-direction) to one another. If two or more of the first Resistor pairs are present, these are also arranged one above the other (y-direction) and can also be offset laterally (x-direction).
  • the first pairs of resistors are located next to (e.g. to the left of) the second pairs of resistors, with an offset of adjacent pairs of resistors in y direction is possible.
  • the number of the first pairs of resistors can differ from the number of the second pairs of resistors.
  • a perpendicular can be defined which runs between the adjacent pairs of resistors and along the y-axis.
  • This perpendicular can, for example, correspond to the longitudinal axis of the sensor strip, as is provided further below in connection with the description of preferred exemplary embodiments.
  • At least some of the resistors mentioned preferably have an elongated base area. This means that they have a length that is significantly greater than their width.
  • An associated resistance longitudinal axis can be determined from this. This is used in the following to define an angle of inclination between the pairs of resistors and the mentioned vertical. This angle can have a value between zero degrees and 90 degrees (in each case inclusive), with values between 20 and 40 degrees, and in particular a value of approximately 30 degrees, having proven particularly useful. It is possible that the values of these angles of inclination are the same for all pairs of resistors. However, it is also possible that they are different.
  • the value of said angle of inclination determines in particular the type of possible measurement with the associated pair of resistors. This is discussed in more detail below in the description of the exemplary embodiments. If, for a specific number of first pairs of resistors, the same number of second pairs of resistors is arranged mirror-symmetrically with respect to the vertical, the sensor strip is particularly well suited for measuring torsions.
  • a high-impedance paste is applied to the substrate, such as a carbon-based paste, CNT-containing paste, an electrically conductive polymer (eg PEDOT) or the like.
  • a thickness in the range of about 5 to 20 ⁇ m is preferably used. Other thicknesses can also be used with other materials.
  • a single resistance layer carbon layer
  • a single line layer silver layer
  • These layers are almost symmetrical about the y-axis (longitudinal axis) and can be used for printing on the front of the substrate as well as for printing on the back of the substrate.
  • the sensor strip according to the invention can be divided into a sensor area, in which the resistors mentioned are arranged, and a contact area, in which electrical connections for an evaluation unit and/or for the above-mentioned electrical contact connections between first conductor tracks on the substrate front side and second ones Traces can be produced on the substrate back, such as by means of a connector, a clamp connection, a solder connection and/or by electrical adhesive.
  • the contact area is deformed less than the sensor area in normal operation—that is, when an object (or body) is to be measured. This can be done in various ways, for example through the design of the substrate, through the existing electrical connection to the evaluation unit (in particular through a plug) and/or through appropriate attachment of the sensor strip to the object to be examined.
  • the contact area is therefore also less mechanically stressed than the sensor area. It is therefore particularly advantageous to arrange at least some of the vias in this contact area in order to increase reliability.
  • the sensor strip according to the invention is intended to be part of a measuring device that can measure and evaluate geometric shapes and/or dynamic movements of objects, human bodies, animal bodies, etc.
  • the sensor strip is connected to an evaluation unit via suitable electrical connections. This emits the supply voltage and takes the middle voltages generated by the pairs of resistors functioning as voltage dividers as sensor signals, evaluates them and then generates an output signal that is a measure of resistance changes within the individual pairs of resistors and thus also of deformations and/or or movements experienced by the sensor strip.
  • the evaluation unit can also generate a reference voltage whose value essentially corresponds to the voltage which the voltage dividers each output in the idle state.
  • a differential voltage is formed from the reference voltage and the respectively measured voltages, which is amplified and evaluated.
  • the evaluation unit contains a time-controlled switch (multiplexer) of the individual Center voltages emitted by voltage dividers are successively fed to further stages, such as amplifier stages, analog/digital converters, etc.
  • the evaluation unit also includes memories in which values are stored that are a measure of the position or change in position of the individual resistor pairs within the sensor strip. An output signal is generated from the individual center voltages and the associated position data, which is a measure of the geometric shape and graphic representation of the sensor strip.
  • the evaluation unit also includes one or more time stages, which activate the multiplex switch and/or the further stages at specified times and/or after specified time intervals in such a way that the center voltages emitted by the individual voltage dividers are processed. Dynamic movements or movement sequences of the object (body) to be examined can thus be created, such as in particular courses, speeds and/or accelerations of movements.
  • the output signal generated by the evaluation unit can therefore also contain this information.
  • the evaluation unit also includes a transmission stage. This is supplied with a signal which is a measure of the output signals generated. From this, a high-frequency signal is preferably generated, such as a Bluetooth or a WLAN signal, which can be received and further processed by a suitable device, such as a tablet computer, a smartphone, a PC or the like. It is possible for the output signal to be evaluated, stored and/or displayed on such a device using a suitable algorithm (such as an app or the like).
  • a suitable device such as a tablet computer, a smartphone, a PC or the like. It is possible for the output signal to be evaluated, stored and/or displayed on such a device using a suitable algorithm (such as an app or the like).
  • Fig. 2 front conductor tracks of the first sensor strip
  • FIG. 6 shows a symbolic top view of through-plating between a front-side and a back-side conductor track
  • FIG. 10 shows the upper section B of the second sensor strip
  • FIG. 11 shows the lower section C of the second sensor strip
  • FIG. 1 shows a Cartesian coordinate system (top left), a plan view of a first sensor strip 9 and on the right side a symbolic marking for distinguishing between a sensor area S and a contact area K of the sensor strip 9.
  • This is located here within the xy level and thus in the drawing level.
  • It contains a substrate 10, which consists of a material that is flexible, twistable and/or stretchable and, in the embodiment shown here, is transparent.
  • a PET film polyethylene terephthalate
  • the substrate 10 has a front side 12 (see FIGS. 1 and 7) and a back side 14 (see FIG. 7).
  • the front 12 could also be referred to as the top.
  • FIG. 2 shows those conductor tracks which are arranged on the front side 12 of the substrate 10 and FIG. 3 shows the sensor resistances of the front side 12.
  • FIG. 3 shows the sensor resistances of the front side 12.
  • two of these contact points 16 are connected via a conductor track 18 to a supply conductor track 20 on the front side, which here essentially runs along the longitudinal axis LA.
  • Contact points 22r to the right of the supply conductor track 20 and contact points 22I to the left thereof are electrically connected to the supply conductor track 20 via associated connections.
  • Each of the contact points 22r has an associated contact point 24r, which is electrically connected to one of the contact points 16 via an associated conductor track 26r.
  • Five of the pairs of contact points 22r, 24r are shown in Figures 1 and 2, only two of which are referenced (see Figure 2). Between each of these pairs of contact points 22r, 24r runs one of five sensor resistors 28r, which here have an elongate, rectangular shape.
  • the uppermost of these sensor resistors 28r runs in such a way that it and thus also its longitudinal axis form a right angle with the supply conductor track 20 and therefore also with the longitudinal axis LA.
  • the lowest of these sensor resistors 28r runs essentially parallel to the supply conductor track 20 and thus also to the longitudinal axis LA.
  • its longitudinal axis lar and also an angle of inclination a are shown in FIG. 1, which is defined by the two longitudinal axes LA and lar and is approximately 45 degrees.
  • contact points 24I to the left of the upper supply conductor track 20, and thus of the longitudinal axis LA, which are each connected to a conductor track piece 25I.
  • Each of these conductor track pieces 25I is connected via a special via to a conductor track 1261, which is located on the substrate rear side 14 and to the left of the longitudinal axis LA. Details are described below.
  • Similar to the right-hand side there are also five pairs of contact points 22I, 24I between which associated sensor resistors 28I are arranged.
  • the left-hand sensor resistances 28I are arranged mirror-symmetrically with respect to the right-hand sensor resistances, so that the explanations given above also apply analogously to the left-hand side.
  • FIG. 4 shows the traces arranged on the back of the substrate 10 and FIG. 5 shows the associated sensor resistances.
  • the viewing direction of the elements shown in FIGS. 4 and 5 is from above, ie from the front side 12 through the substrate 10, with the elements present on the substrate front side 12 not being present. It could therefore also be said that the rear sides of those elements that are applied to the substrate rear side 14 can be seen here. Most of these back panel elements are not visible in Figure 1 as they are obscured by front panel elements. Excluded from this are the conductor tracks 1261 already mentioned.
  • the substrate rear side 14 has a lower supply interconnect 120 .
  • This is connected to two of the contact points 16, which are all located on the front side 12 in this exemplary embodiment, via a conductor track 50 running on the front side 12 of the substrate (see FIGS. 1 and 2) and via a plated-through hole in the region 52, which is not shown here .
  • the configuration and arrangement of the rear-side supply trace 120 is substantially identical to the configuration and arrangement of the front-side supply trace 20 above the region 52 . This also means in particular that there are a large number of contact points 122r, 1221 on the rear side 14, which correspond to the contact points 22r, 221—apart from the fact that they are connected to different supply interconnects.
  • contact points 1241 to the left of the rear-side supply conductor track 120 which are each connected to one of the front-side contact points 16 via one of the left-hand conductor tracks 1261 and also via a plated-through hole (not shown here) between the front side 12 and the rear side 14 (see Fig. 1 ).
  • contact points 124r to the right of the supply conductor track 120 which are each connected to a conductor track piece 125r.
  • Each of these conductor track pieces 125r is connected via a special via to one of the conductor tracks 26r, which is located on the substrate front side 12 and to the right of the longitudinal axis LA. Details are described below.
  • contact points are also provided on the back. These rear-side contact points can be the same size as the front-side contact points 16 and which are also located opposite them more or less congruently. If there are contact points on both sides 12, 14, an associated membrane connector should be used. A wide variety of contacting and circuit variants are possible.
  • the sensor resistors 128l, 128r shown in FIG. 5 have the same--or at least essentially the same--design and arrangement as the sensor resistors 28I and 28r present on the front side 12 of the substrate. Therefore these are not visible in FIG. It should be pointed out once again that the illustration shown in FIG. 5 corresponds to a top view of the substrate front side 12 with a view through the substrate 10, with the elements present on the substrate front side 12 not being present.
  • FIG. 6 shows a symbolic enlargement of the area A marked in FIG Conductor track 1261.
  • FIG. 7 shows a symbolic cross-sectional representation of this via.
  • FIG. 6 and 7 shows in particular that one of the left-hand sensor resistors 28I is arranged on the front side 12 of the substrate 10 and an associated sensor resistor 128I is arranged underneath (according to FIG. 7) on the rear side 14 of the substrate.
  • the front-side sensor resistor 281 is connected to the front-side contact point 241 and this in turn is connected to the front-side conductor track piece 251 .
  • the contact point 241 and the Conductor track piece 25I represent a common electrical connection element and are only referred to separately here for a simple description of the figures.
  • the rear-side sensor resistor 1281 is connected to the rear-side contact point 1241, and this in turn is connected to the rear-side conductor track 1261, which leads to the associated contact point 16 via a further plated-through hole (see FIG. 1). Between the front side 12 and the back side 14, a via conductor 200 is arranged through a corresponding opening within the substrate 10, which here consists of the same material as the front-side conductor track piece 25I and the rear-side conductor track 1261 and electrically connects these two elements 251, 1261 to one another.
  • the two sensor resistors 281 and 1281 are thus connected in series.
  • the remaining of the front left sensor resistors 28I are also connected to their associated rear sensor resistors 128I in such a manner. The same also applies to the right sensor resistors 28r and 128r.
  • the sensor resistors 28, 128 are preferably produced by a screen printing process in which a carbon-based paste is applied to the two sides 12, 14 of the substrate 10 in a structured manner with a thickness of approximately 5 to 20 ⁇ m.
  • the sensor resistors 28, 128 in the exemplary embodiment described have a length of approximately 7 mm. Their width can be quite different depending on the application and is in the range from approx. 100 pm to 800 pm in order to realize resistance values in the range between 10 k ⁇ and 80 k ⁇ .
  • the other elements present on the substrate sides 12, 14, such as in particular the conductor tracks and contact points, are preferred also produced by a screen printing process in which silver paste is applied with a thickness of approx. 5 to 15 ⁇ m.
  • Fig. 8 shows a circuit diagram considering a pair of left sensor resistors 28I, 128I and a pair of right sensor resistors 28r, 128r.
  • the circuit diagram is divided into the following three blocks:
  • the sensor area S essentially corresponds to that part of the sensor strip 9 in which the sensor resistors 28I, 28r, 128I, 128r are arranged. It is designed in such a way that it is flexible and in particular can be bent, twisted and/or stretched.
  • the contact area K essentially corresponds to that part of the sensor strip 9 in which the supply conductor tracks 20, 120 and the conductor tracks 26r, 1261 are connected to the contact points 16.
  • the contact area K (see also Fig. 1) is significantly less flexible or deformable than the sensor area S, at least in the operating mode (normal operation). This can be achieved, for example, by connecting a foil connector to the contact points 16, through a lower connection of the area K to the object to be examined and/or by a corresponding design of the substrate 10 (such as its thickness, material, etc.).
  • the evaluation unit A which is connected to the contact points 16 via contacts 300 of a membrane connector, contains a power supply and standard electronic elements such as amplifiers, A/D converters, memories, transmission devices, display elements and/or the like. This is discussed in more detail below.
  • a supply voltage +u is present on the front-side supply line 20, the value of which is +U, for example 3 volts.
  • the rear supply line 120 is grounded.
  • the sensor resistors 28r and 128r are between the Supply voltage +u and ground are connected in series so that they form a voltage divider, the conductor track 26r enabling the center tap.
  • the sensor resistors 28I and 1281 also form such a voltage divider, with the conductor track 1261 enabling the center tap. Both conductor tracks 26r, 1261 each lead to one of the contact points 16.
  • the divided voltages, which are also referred to below as sensor signals sr or sl are fed to gain stages 302a and 302b, respectively. Their output signals are fed to an evaluation stage 304 which generates output signals sa on the basis of the amplified sensor signals and forwards them to a display stage 306 via a signal line 308 .
  • FIG. 8 only shows the processing of a sensor signal s1 originating from a pair of left resistors 28, 1281 and the processing of a sensor signal sr originating from a pair of right resistors 28r, 128r.
  • the evaluation unit A can also record and process the sensor signals of the remaining pairs of resistors 28I, 128I or 28r, 128r.
  • a switching stage not shown here, inside or outside of the evaluation unit A.
  • Such a switching stage could receive several or all of the sensor signals sl, sr and time-controlled according to the principle of a time multiplexer via the amplifier stages 302a, 302b forward the evaluation stage 304.
  • each of the sensor signals sl, sr is routed to the evaluation stage 304 by means of an associated switching stage. It is also conceivable that each of the sensor signals sl, sr (ie 5 ⁇ sl+5 ⁇ sr in this exemplary embodiment) is fed to its own amplifier stage 302a, b and the evaluation stage 304 has a total of 10 inputs for the amplified sensor signals. Mixed forms of the alternatives mentioned are also possible.
  • the individual resistor pairs 281, 1281 or 28r, 128r form series circuits and thus voltage dividers.
  • SL Voltage value of the sensor signal sl compared to ground
  • SR Voltage value of the sensor signal sr compared to ground +U: Value of the voltage +u compared to ground
  • R128I Value of the sensor resistance 1281
  • R28I Value of the sensor resistance 281
  • R128r Value of resistor 128r
  • R28r Value of resistor 28r.
  • the sensor resistors 28I, 28r, 128I, 128r are designed in such a way that their values are the same when the sensor strip 9 is in one plane (such as the x-y plane of Fig 1) located. Such a state is also referred to here as an idle state. Then:
  • the front resistors 28I, 28r are stretched and the rear resistors 128I, 128r are compressed.
  • the effect on the individual resistances depends on their angle of inclination a and on the location and direction of the curvature. This is explained briefly with the aid of FIG. 1, assuming that the sensor strip 9 is curved downwards uniformly perpendicular to the longitudinal axis LA (i.e. has no kink but rather has the shape of a semicircular arc) and the angle of inclination a has a value between zero and have 90 degrees. Then the effect on the individual resistances is stronger, the smaller the angle of inclination a is. On the other hand, if one uniform curvature occurs parallel to the longitudinal axis LA, the greater the angle of inclination a, the greater the effect on the individual resistances.
  • the front sensor resistors 28I, 28r When the sensor area S is warped forward (in the z-direction) from the x-y plane, the front sensor resistors 28I, 28r are compressed and the rear sensor resistors 128I, 128r are stretched. When the sensor area S is formed into a waveform, some of the front sensor resistors 28I, 28R may be compressed and others may be stretched.
  • twisting of the sensor strip 9 or its sensor area S occurs, resistance changes also occur, which are dependent on the position of the individual sensor resistor 28, 128 and on its angle of inclination ⁇ .
  • the lower part of the sensor strip 9 - i.e. the area in the direction of the contact points 16 - remains in the plane of the drawing and its upper part is rotated clockwise according to torsion arrow TP (Fig. 1), the left front resistors 28I are stretched and the left rear ones Resistors 1281 compressed.
  • the front resistors 28r are compressed and the rear resistors 128r are stretched.
  • the extent of such a stretching or compression depends on the angle of inclination ⁇ and also on the nature of the substrate. It has been shown that in the case of a relatively thin substrate, which essentially corresponds to a film, the resistance values change the most when the angle of inclination a has a value of approximately 45 degrees. Of course, such a change further depends on how strong the torsion is at the location of the respective resistance. It can thus be said in general: The ratio of the sensitivity of the pair of resistors to torsion to the sensitivity of the pair of resistors to bending transverse to the longitudinal axis LA can be set via the angle of inclination a.
  • a bending direction that does not run transversely to the longitudinal axis LA, or a torsion superimposed on the bending that runs transversely to the longitudinal axis LA can thus be measured.
  • resistors that are opposite each other such as resistor pairs 28I, 128I or 28r, 128r, are of the same design. This means they essentially have the same geometry and material properties. The effect of this is that a stretching of the sensor area S has the same effects on opposing resistances and therefore the corresponding values SL, SR ideally do not change. If, however, the respective opposing resistances differ, a change in values SL, SR is also possible with a stretching.
  • the individual resistance values R28I, R128I, R28r, R128r are dependent on the mechanical influence on the sensor strip 9 or on its sensor area S. Conversely, this means that when these resistance values—and thus the associated sensor signal values SL, SR—change, there is a corresponding mechanical influence on the sensor strip 9 .
  • the amplified sensor signals sl, sr are evaluated in the evaluation stage 304 using a suitable algorithm as a function of the position and orientation of the associated sensor resistors 28I, 128l, 28r, 128r.
  • the evaluation stage 304 contains elements that are common and common to those skilled in the art, such as a microprocessor, an analog/digital (A/D) converter, memory modules, etc.
  • the sensor signals sl, sr are each the result of the center tap on a voltage divider with two resistors. It is also possible that instead of the absolute voltages, a voltage difference is used in each case is measured and processed. Such a voltage difference can be generated, for example, by means of a Wheatstone bridge, in which the reference voltage required for such a voltage difference is usually generated by a suitable second voltage divider. If the value of the first voltage--generated by one of the voltage dividers 28, 128--is the same as the value of the reference voltage in the idle state, the difference is zero. If, during the subsequent measurement operation, the sensor area S undergoes a mechanical movement such that one of the two resistances 28, 128 changes, the value of the voltage tapped off also changes.
  • this change in voltage can be relatively small, i.e. in relation to the absolute voltage value.
  • Such a voltage change can be evaluated significantly better if the voltage difference generated by means of the reference voltage is processed by the evaluation stage 304 rather than the tapped voltage itself. Because their relative change is significantly greater than that of the tapped voltage.
  • evaluation stage A is designed in such a way that a reference voltage is generated whose value corresponds exactly or at least essentially to the voltage value that results from the respective voltage divider 28, 128, as is preferred * +U (see above).
  • the difference between the sensor signal sl and the reference voltage and the difference between the sensor signal sr and the reference voltage are generated within the amplifier stages 302a, 302b--but before the actual amplification.
  • a voltage is added after amplification, the value of which is preferably i*+U (1.5 V). The value of this voltage is subtracted again during the subsequent digitization, so that negative digital sensor values can also arise and the bending direction can already be inferred from the sign.
  • the result of the evaluation of the sensor signals sl, sr is output using the output signal sa.
  • This can be designed in different ways.
  • the display level 306, which is equipped with an associated display the sensor strip 9--more precisely, its sensor area S can be represented graphically.
  • the evaluation stage 306 can have suitable memory components (not shown separately) in order to be able to record such a dynamic representation and be able to call it up later.
  • the output signal sa and/or the display stage 306 are designed in such a way that, in addition to or instead of a graphic display, optical, acoustic and/or haptic (vibrations or the like) warning signals are output if the sensor area S moves in this way - for example curved , twisted and/or stretched - will ensure that specified limit values are exceeded.
  • the criteria for such limit values can be very different. It can also be taken into account when predetermined geometric values, their course, their speed and/or their acceleration are exceeded or fallen below for a specific time.
  • the display stage 306 can be designed in many different ways. It is also conceivable that it is arranged outside of the evaluation unit A and is designed, for example, like a PC, a tablet computer, a smartphone or the like. It is also possible for the algorithm for evaluating the sensor signals sl, sr to run partially or completely on such a device.
  • the signal line 308 can be implemented as a cable and/or wirelessly.
  • the evaluation unit A has a transmission stage if required.
  • This can be designed in such a way that it can emit high-frequency signals (for example Bluetooth, WLAN, etc.), optical signals, acoustic signals and/or the like. This is particularly advantageous when the display stage 306 is implemented as a smartphone or tablet computer.
  • the sensor strip according to the invention can be used in many ways, such as for • the field of orthopaedics
  • a preferred application in the field of orthopedics relates to the measurement of a person's spine.
  • the sensor strip 9 is attached to the back of the person in question by means of suitable means such as plasters, adhesive or the like.
  • suitable means such as plasters, adhesive or the like.
  • a type of clothing is used for this, such as a T-shirt, a body, a vest or the like, in and/or on which the sensor strip 9 is arranged or integrated.
  • Individual measurements or, even better, continuous measurements over a certain period of time can be used to determine how the back is moving and how it is possibly being stressed.
  • a special embodiment of the sensor strip according to the invention has proven itself, which is described below as sensor strip 900 with reference to FIGS. 9 to 11.
  • FIGS. 10 and 11 show sections B and C thereof, which are marked in FIG.
  • the sensor strip 900 also consists of a substrate (not shown here) with a front side and a back side. Due to the top view, essentially the elements that are located on the front side of the substrate are shown. Elements that are on the back of the substrate and are covered by the elements on the front of the substrate cannot be seen here.
  • the sensor strip 900 shown in FIG. 9 has a sensor area S that is approximately 60 cm long.
  • a front conductor track is along the longitudinal axis LA 18 is present on the substrate front side 12, to which 28 sensor resistors 28I on the left and 28 sensor resistors 28r on the right are electrically connected.
  • These are also elongated here with an almost rectangular shape and all have the same angle of inclination a, the value of which is about 30 degrees.
  • the left sensor resistors 28I are each connected to one of the left conductive tracks 26I and the right sensor resistors 28r are each connected to one of the right conductive tracks 26r.
  • the sensor resistors 1281, 128r arranged on the substrate rear side 14 are located exactly (or essentially) below the front sensor resistors 28I, 28r and are therefore not visible here. These are analogous to the front-side sensor resistors 28I, 28r, on the one hand with the rear-side supply conductor track 120, of which only a small section can be seen here above area 52 (see Fig. 11), and on the other hand with rear-side conductor tracks 1261 and 126r, which are the substrate rear side 14 run opposite or below the left conductor tracks 26I and 26r, respectively.
  • each of the sensor resistors 28, 128 has its own conductor track 26, 126. This is different from the sensor strip 9, in which for each pair of resistors 28, 128 first one of the vias 200 and then only one of the conductor tracks 26r, 1261 is provided.
  • the vias 200 required for the realization of voltage dividers from two resistors 28, 128 lying one above the other are all located in the sensor strip 900 in an area 902 (see FIG. 11), which is located in the area of the contact points 16 and thus within the contact area K and is therefore outside the sensor area S (see FIG. 9).
  • the sensor strip shown in Figures 9 to 11 can be shortened by cutting a desired length from the top. As a result, although The number of resistor pairs depends, however, the sensor strip length can be adjusted to the object to be examined.
  • the vias 200 mentioned are arranged close to the individual resistor pairs (voltage dividers) 28, 128 (similar to sensor strips 9), so that only one of the conductor tracks 26, 126 is required per resistor pair and that continues
  • a first number of these pairs of resistors 28, 128 are connected to the contact points 16 via conductor tracks 26 on the front side and the remaining pairs of resistors are connected via conductor tracks 126 on the rear side.
  • FIG. 12 Another embodiment is shown in FIG. 12, which is partially similar to FIG.
  • the main difference from the previously described embodiments is that here the front conductor track 25I is connected to the rear conductor track 1261 by a first contact element 252, a second contact element 254 and a connecting line 256 between the contact elements 252 and 254.
  • the front-side conductor track 251 up to a first contact point 251 , which is located in the edge area of the front side 12 of the substrate 10 .
  • the rear conductor track 1261 runs up to a second contact point 253 which is located in the edge area of the rear side 14 of the substrate 10 .
  • the two contact points 251, 253 are preferably arranged in such a way that they face each other.
  • the first contact element 252 is in electrical contact with the first contact point 251 and thus with the conductor track 25I and the second contact element 254 is in electrical contact with the second contact point 253 and thus with the conductor track 1261.
  • the connecting line 256 is also connected to the evaluation unit A, to which a corresponding sensor signal s1 (see also FIG. 8) is emitted.
  • the supply voltage +u can be a DC voltage and/or an AC voltage
  • resistors 28, 128 can also be used as capacitors. To do this, these elements must be connected to the evaluation unit and a suitable AC voltage must be applied. reference character list

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Abstract

The present invention relates to a flexible sensor strip for measuring geometric shapes, in particular bending radii or the like, and to an associated device which can process and evaluate sensor signals of the sensor strip. The sensor strip comprises a substrate, on which a plurality of resistor pairs is arranged. Each of these resistor pairs has a resistor on the substrate front side and a further resistor on the substrate rear side. Both of these resistors are connected in series and between the poles of a supply voltage so that they form a voltage divider. The special feature of the present invention is that an electrical via and/or a pair of electrically interconnected contact elements is provided for the series circuit, that is, for the connection between the two resistors. When the substrate or the sensitive region of the sensor strip is moved into itself, in particular in the event of bending and/or twisting (torsion), the mid voltages in the affected voltage dividers change. This is sensed and evaluated by the measuring device according to the invention.

Description

Sensorstreifen und Vorrichtung zur Messung von geometrischen Formen Sensor strip and device for measuring geometric shapes
Die vorliegende Erfindung betrifft einen flexiblen Sensorstreifen zur Messung von geometrischen Formen, wie insbesondere Biegeradien oder ähnlich. Dabei ist es auch möglich, mittels einer geeigneten Auswerteeinrichtung den zugehörigen zeitlichen Verlauf dieser geometrischen Formen zu messen und auszuwerten, und so entsprechende Bewegungen zu bestimmen, wie insbesondere Biegungen, Verdrehungen (Torsionen) und/oder Dehnungen. The present invention relates to a flexible sensor strip for measuring geometric shapes, such as in particular bending radii or the like. It is also possible to use a suitable evaluation device to measure and evaluate the associated time course of these geometric shapes and thus to determine corresponding movements, such as in particular bending, twisting (torsion) and/or expansion.
Sensorstreifen der genannten Art sind grundsätzlich bekannt und enthalten oftmals eine Vielzahl von elektrischen Elementen, die als Widerstände und/oder Kondensatoren fungieren können und auf einem flexiblen Substrat aufgebracht sind. Wenn ein solcher Sensorstreifen geeignete mechanische Verformungen erfährt, wie Biegungen, Verdrehungen (Torsionen), Dehnungen, Stauchungen oder dergleichen, können einzelne dieser elektrischen Elemente gestreckt und andere gestaucht werden. Daraus folgen Änderungen der Widerstands- bzw. Kapazitätswerte, die mittels einer Auswerteeinheit erfasst werden können. Durch geeignete Algorithmen lässt sich bestimmen, wo und wie eine der genannten mechanischen Belastungen auftritt. Sensor strips of the type mentioned are known in principle and often contain a large number of electrical elements which can function as resistors and/or capacitors and are applied to a flexible substrate. If such a sensor strip undergoes suitable mechanical deformations, such as bending, twisting (torsion), stretching, compression or the like, some of these electrical elements can be stretched and others compressed. This results in changes in the resistance or capacitance values, which can be detected using an evaluation unit. Suitable algorithms can be used to determine where and how one of the mechanical loads mentioned occurs.
Es ist außerdem bekannt, derartige Sensorstreifen am menschlichen oder tierischen Körper einzusetzen. So betrifft die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 052 406 A1 ein Verfahren zum Erfassen von Funktionsparametern zur Charakterisierung von Bewegungsabläufen am menschlichen oder tierischen Körpern sowie einen Biegesensor zur Durchführung des Verfahrens. Bei einer dortigen Ausführungsform sind Dehnungsmessstreifen vorgesehen, die zur Erfassung von dehnenden Verformungen dienen, indem sie schon bei geringen Verformungen ihre Impedanz, wie insbesondere ihren elektrischen Widerstand, ändern. Dabei besteht allerdings das Problem, dass gegebenenfalls auftretende Zug- oder Druckspannungen Längenänderungen hervorrufen, die fälschlicherweise als Maß für die Biegung des Untersuchungsobjekts interpretiert werden. Um das zu verhindern, ist dort vorzugsweise ein zugfestes, jedoch elastisch biegbares Substrat vorgesehen, wie beispielsweise Federstahl. Für eine elektrische Isolierung eines solchen Substrats It is also known to use such sensor strips on the human or animal body. Thus, the German patent application DE 10 2008 052 406 A1 relates to a method for detecting functional parameters for characterizing movement sequences on human or animal bodies and a bending sensor for carrying out the method. In one embodiment there, strain gauges are provided, which are used to detect stretching deformations by changing their impedance, such as in particular their electrical resistance, even with small deformations. However, there is the problem that any tensile or compressive stresses that may occur cause changes in length that are incorrectly interpreted as a measure of the bending of the examination object. In order to prevent this, a tensile but elastically flexible substrate is preferably provided there, such as spring steel. For electrical insulation of such a substrate
BESTÄTIGUNGSKOPSE von den darauf angebrachten Dehnungsstreifen wird eine Klebstoffschicht, wie beispielsweise Epoxidharz, verwendet. CONFIRMATION HEADS an adhesive layer such as epoxy resin is used by the stretch marks attached thereto.
Die internationale Veröffentlichungsschrift WO 2011/032575 A1 betrifft ein Verfahren und ein System zum Erfassen von Funktionsparametern zur Charakterisierung von Bewegungsabläufen am menschlichen Körper, wie insbesondere im Bereich der Lendenwirbelsäule, sowie ein Verfahren zur Analyse solcher Funktionsparameter. Dazu werden Biegesensoren verwendet, bei denen Dehnungsmessstreifen auf einem Substrat befestigt, beispielsweise geklebt, sind. Als Substratmaterial werden dort u.a. eine Elektronikleiterplatte oder Federbandstahl vorgeschlagen. Die dortige Realisierung der elektrischen Kontakte zwischen den Dehnungsmessstreifen und Leiterbahnen auf der Leiterplatte erfolgt beispielsweise durch Löten eines Kupferfolienstreifens. International publication WO 2011/032575 A1 relates to a method and a system for detecting functional parameters for characterizing movement sequences on the human body, in particular in the area of the lumbar spine, and a method for analyzing such functional parameters. For this purpose, bending sensors are used in which strain gauges are attached, for example glued, to a substrate. An electronic printed circuit board or spring steel strip, among other things, are suggested there as substrate material. The realization of the electrical contacts between the strain gauges and conductor tracks on the printed circuit board takes place there, for example, by soldering a copper foil strip.
Bei einem dortigen Ausführungsbeispiel umfasst der Biegesensor mehrere Dehnungsmessstreifen, wobei jeweils zwei davon so auf einander entgegengesetzten Seiten des Substrats befestigt sind, dass beide Dehnungsmessstreifen dieselbe Biegung des Substrats erfassen, welches die Biegung bzw. Beugung des Untersuchungsobjekts, beispielsweise eines menschlichen Rückens, nachvollzieht. In an exemplary embodiment there, the bending sensor comprises a plurality of strain gauges, two of which are attached to opposite sides of the substrate in such a way that both strain gauges detect the same bending of the substrate, which reproduces the bending or deflection of the examination object, for example a human back.
Es ist dort ebenfalls beschrieben, dass dadurch Störgrößen mit Hilfe einer Brückenschaltung, z.B. einer Wheatstone-Messbrücke, welche ein Differenzsignal aus den Signalen der zwei Dehnungsmessstreifen bildet, kompensiert und das eigentliche Messsignal verstärkt werden kann. Dadurch können Fehlereinflüsse, wie Zug- oder Druckspannungen, sowie Temperaturschwankungen, welche ggf. zusätzliche Längenänderungen des Substrats hervorrufen können, kompensiert werden. It is also described there that interference variables can be compensated with the help of a bridge circuit, e.g. a Wheatstone measuring bridge, which forms a difference signal from the signals of the two strain gauges and the actual measuring signal can be amplified. In this way, fault influences, such as tensile or compressive stresses, as well as temperature fluctuations, which can possibly cause additional changes in length of the substrate, can be compensated for.
Die internationale Veröffentlichungsschrift WO 2016/030752 A1 betrifft einen dehnbaren und flexiblen Sensor sowie ein zugehöriges System zum Messen und Verarbeiten von Daten, die sich auf Bewegungen beziehen, wie beispielsweise auf die eines Rückens oder Gliedmaßen einer Person oder eines Tieres. Dabei werden an einem elastischen Filmstreifen (2) eine Vielzahl von Streifen (3) befestigt, wie beispielsweise durch Heften (stitching), Kleben, Klemmen, usw. Es wird dort auch eine besondere Ausführung vorgeschlagen (Fig. 4), bei der zwei Gruppen von parallelen Streifen ein Fischgrätenmuster bilden. Diese Streifen können als Kondensatoren oder als elastische Einzeldrähte mit längenabhängigem Widerstand gestaltet sein. The international publication WO 2016/030752 A1 relates to a stretchable and flexible sensor and an associated system for measuring and processing data relating to movements, such as that of a back or limbs of a person or an animal. be there to an elastic film strip (2) a plurality of strips (3) attached, such as by stitching (stitching), gluing, clamping, etc. There is also proposed a particular embodiment (Fig. 4) in which two groups of parallel strips to form a herringbone pattern. These strips can be designed as capacitors or as elastic individual wires with a length-dependent resistance.
Aus den genannten Dokumenten ergibt sich, dass bisher bekannte Sensorstreifen der genannten Art aufwendig zu realisieren und auch fehleranfällig sind. The documents mentioned show that previously known sensor strips of the type mentioned are complex to implement and also error-prone.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensorstreifen vorzustellen, der einfach und preisgünstig hergestellt werden kann und eine lange Lebensdauer aufweist. It is therefore the object of the present invention to present a sensor strip that can be manufactured simply and inexpensively and has a long service life.
Der erfindungsgemäße Sensorstreifen wird durch den Hauptanspruch bestimmt. Durch die Unteransprüche werden vorteilhafte Weiterbildungen definiert. Die anschließenden Vorrichtungsansprüche betreffen eine zugehörige Mess- und Auswertevorrichtung. The sensor strip according to the invention is defined by the main claim. Advantageous further developments are defined by the dependent claims. The subsequent device claims relate to an associated measurement and evaluation device.
Der erfindungsgemäße Sensorstreifen weist ein flexibles Substrat auf, das insbesondere gebogen und/oder verdreht (tordiert) werden kann. Besonders bewährt hat sich dafür eine Folie aus Polyethylenterephthalat (PET), deren Dicke im Bereich von 10 bis 1000 pm und bevorzugterweise im Bereich von 100 bis 400 pm und besonders bevorzugt bei etwa 300 pm liegen kann. Es sind natürlich auch sonstige flexible Materialien denkbar, wie beispielsweise Polyurethane (PU), Thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid (PA), sonstige Kunststoffe und/oder andere geeignete Materialien. The sensor strip according to the invention has a flexible substrate which, in particular, can be bent and/or twisted (twisted). A film made of polyethylene terephthalate (PET) has proven particularly useful for this purpose, the thickness of which can be in the range from 10 to 1000 μm and preferably in the range from 100 to 400 μm and particularly preferably around 300 μm. Of course, other flexible materials are also conceivable, such as polyurethanes (PU), thermoplastic polyurethane (TPU), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), other plastics and/or other suitable materials.
Auf dem Substrat ist mindestens ein erstes Widerstands-Paar vorhanden. Dabei ist auf einer der Substrat-Seiten, die im Folgenden als Vorderseite bezeichnet wird, ein erster elektrischer Widerstand vorgesehen. Auf der anderen Substrat-Seite, die im Folgenden als Rückseite bezeichnet wird, ist ein zweiter Widerstand vorgesehen. Dabei sind diese beiden Widerstände derart gestaltet und angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen gegenüber liegen. Dabei sind jedoch geringfügige Abweichungen möglich, die die Geometrie und/oder Lage betreffen. Diese sind insbesondere aufgrund von Fertigungstoleranzen auch zu erwarten. Es hat sich gezeigt, dass Lage-Abweichungen bis zu bestimmten Werten durchaus möglich sind und noch recht gute Ergebnisse liefern. Entsprechende Toleranzwerte sind u.a. abhängig von der Dicke des Substrats und/oder von der Größe der Widerstände. Es hat sich gezeigt, dass Lage-Abweichungen bis ca. 1 bis 2 mm und/oder bis ca. 10% der Widerstandsgröße tolerierbar sind. Dabei ist es auch möglich, im Rahmen der anschließenden Signalauswertung entsprechende elektronische Korrekturen vorzunehmen. At least a first pair of resistors is present on the substrate. In this case, a first electrical resistor is provided on one of the substrate sides, which is referred to below as the front side. A second resistor is provided on the other side of the substrate, which is referred to below as the rear side. These two resistors are designed and arranged in such a way that they essentially opposite. However, slight deviations are possible that affect the geometry and/or position. These are also to be expected, in particular due to manufacturing tolerances. It has been shown that position deviations up to certain values are quite possible and still deliver quite good results. Corresponding tolerance values are dependent, among other things, on the thickness of the substrate and/or on the size of the resistors. It has been shown that position deviations of up to approx. 1 to 2 mm and/or up to approx. 10% of the resistor size are tolerable. It is also possible to make corresponding electronic corrections as part of the subsequent signal evaluation.
Der erste Anschluss des ersten Widerstands ist mit einer ersten Versorgungsleitung elektrisch verbunden, über die er an den ersten Pol einer Versorgungsspannung angeschlossen ist. Der erste Anschluss des zweiten Widerstands ist mit einer zweiten Versorgungsleitung elektrisch verbunden, über die er an den zweiten Pol der Versorgungsspannung angeschlossen ist. Dieser zweite Pol kann elektrisch mit dem Masseanschluss einer elektrischen Einheit verbunden sein, an die der Sensorstreifen angeschlossen ist. The first connection of the first resistor is electrically connected to a first supply line, via which it is connected to the first pole of a supply voltage. The first connection of the second resistor is electrically connected to a second supply line, via which it is connected to the second pole of the supply voltage. This second pole can be electrically connected to the ground connection of an electrical unit to which the sensor strip is connected.
Das besondere an dem erfindungsgemäßen Sensorstreifen ist, dass die zweiten Anschlüsse der Widerstände miteinander elektrisch verbunden sind, so dass die Widerstände einen Spannungsteiler bilden. Das kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass für die elektrische Verbindung zwischen den zweiten Anschlüssen der beiden Widerstände mindestens eine Durchkontaktierung vorgesehen ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine solche Durchkontaktierung jede Art von elektrischer Verbindung, die durch eine Öffnung im Substrat zwischen der Vorderseite und der Rückseite verläuft und außerdem eine erste Leiterbahn auf der Substrat-Vorderseite mit einer zweiten Leiterbahn auf der Substrat- Rückseite elektrisch verbindet. Dabei ist weiterhin die erste Leiterbahn in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands und die zweite Leiterbahn in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands. Diese elektrischen Leiterbahnen können gleich oder verschieden sein und auch beliebig gestaltet sein. Eine elektrische Verbindung zwischen den zweiten Anschlüssen der Widerstände kann erfindungsgemäß auch dadurch erfolgen, dass die erste Leiterbahn auf der Substrat-Vorderseite und/oder die zweite Leiterbahnen auf der Substrat-Rückseite bis in einen Randbereich des Substrats verlaufen und dort so gestaltet und angeordnet sind, dass sie jeweils eine Kontaktstelle aufweisen, über die sie elektrisch angeschlossen werden können. Ein solcher elektrischer Anschluss wird bevorzugterweise dadurch realisiert, dass ein erstes Kontaktelement im Normalbetrieb - also wenn der Sensorstreifen bereit ist, Messungen durchzuführen - elektrischen Kontakt zu der ersten Leiterbahn hat und ein zweites Kontaktelement im Normalbetrieb elektrischen Kontakt zu der zweiten Leiterbahn hat. Beide Kontaktelemente können Teil einer Steckverbindung, einer Klemmverbindung, eines Dual-Contact-ZIF-Connectors (ZIF = Zero Insertion Force), einer Lötverbindung oder dergleichen sein. Die genannten Kontaktelemente werden elektrisch miteinander verbunden, was innerhalb des zugehörigen Steckers oder auch außerhalb davon erfolgen kann, wie beispielsweise in einer angeschlossenen Leitung oder einem nachgeschalteten Steuergerät. What is special about the sensor strip according to the invention is that the second connections of the resistors are electrically connected to one another, so that the resistors form a voltage divider. This can be implemented, for example, by providing at least one via for the electrical connection between the second terminals of the two resistors. For the purposes of the present invention, such a via is any type of electrical connection that runs through an opening in the substrate between the front and the back and also electrically connects a first conductor track on the substrate front with a second conductor track on the substrate back. Furthermore, the first conductor track is in electrical contact with the second connection of the first resistor and the second conductor track is in electrical contact with the second connection of the second resistor. These electrical conductor tracks can be the same or different and can also be designed as desired. According to the invention, an electrical connection between the second terminals of the resistors can also be achieved in that the first conductor track on the front side of the substrate and/or the second conductor track on the rear side of the substrate run into an edge area of the substrate and are designed and arranged there in such a way that that they each have a contact point via which they can be electrically connected. Such an electrical connection is preferably implemented in that a first contact element has electrical contact with the first conductor track during normal operation--ie when the sensor strip is ready to carry out measurements--and a second contact element has electrical contact with the second conductor track during normal operation. Both contact elements can be part of a plug-in connection, a clamp connection, a dual-contact ZIF connector (ZIF=Zero Insertion Force), a soldered connection or the like. Said contact elements are electrically connected to one another, which can be done inside the associated plug or outside of it, such as in a connected line or a downstream control unit.
Ein solcher erfindungsgemäßer Sensorstreifen ist sehr kompakt und auch einfach herzustellen. Im betriebsbereiten Normalbetrieb liegt die genannte Versorgungsspannung an, so dass ein Spannungsteiler realisiert wird, wobei die Mittenspannung an den zweiten Anschlüssen der Widerstände anliegt. Deren Wert ist einerseits abhängig von der Versorgungsspannung und andererseits von dem Verhältnis der Widerstandswerte (erster Widerstand, zweiter Widerstand) zueinander. Bevorzugterweise sind beide Widerstandswerte dann gleich groß, wenn sich das Substrat ohne mechanische Beanspruchung in einer Ebene befindet, wie beispielsweise der Zeichenebene. Wenn nun das Substrat in sich bewegt wird, wie beispielsweise durch eine Biegung und/oder eine Verdrehung (Torsion), ändern sich die Widerstandswerte. Diese Änderung ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie der geometrischen Gestalt der Widerstände, der Art der Bewegung und der Lage der Widerstände in Bezug auf den Ort der Bewegung. Obwohl bei der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung davon ausgegangen wird, dass die Grundfläche der Widerstände - das heißt die jeweilige Fläche zu dem Substrat - eine Länge aufweist, die wesentlich größer ist als deren Breite, ist die Erfindung keinesfalls auf derartige Widerstände beschränkt. Wenn nun ein solcher länglicher Widerstand derart gedehnt wird, dass sich seine Länge vergrößert, wird sein Widerstandswert größer. Bei einer Stauchung mit zugehöriger Verkleinerung der Länge, wird sein Widerstandswert kleiner. Dieser Effekt kann bei dem beschriebenen erfindungsgemäßen Sensorstreifen mit nur einem Widerstands- Paar beispielsweise dazu verwendet werden, eine Wölbung, einen Durchmesser oder dergleichen bei einem Körper zu messen. Ein solcher Körper kann ein Gegenstand sein, wie beispielsweise ein Stab, eine Kugel oder dergleichen. Es ist jedoch auch möglich, Teile eines menschlichen oder eines tierischen Körpers zu vermessen. Dazu kann auch die Beugung von Körperteilen gehören, wie die eines Rückens, eines Knies oder dergleichen. Eine solche Messung kann einmalig erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere solcher Messungen nacheinander durchgeführt werden, wodurch ein dynamischer Verlauf ermittelt werden kann. Dieser kann insbesondere auch Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsverläufe von geometrischen Änderungen umfassen. Dazu werden mittels einer geeigneten Auswerteeinheit in vorgegebenen zeitlichen Abständen und/oder zu vorgegebenen Zeiten die Mittenspannungen erfasst und zugehörige Messwerte gebildet und ausgewertet. Such a sensor strip according to the invention is very compact and also easy to produce. In normal, ready-to-operate mode, the supply voltage is present, so that a voltage divider is implemented, with the middle voltage being present at the second terminals of the resistors. Its value depends on the one hand on the supply voltage and on the other hand on the ratio of the resistance values (first resistance, second resistance) to one another. The two resistance values are preferably of the same magnitude when the substrate is in one plane without mechanical stress, such as the plane of the drawing. Now, if the substrate itself is moved, such as by bending and/or twisting (torsion), the resistance values change. This change depends on various factors such as the geometric shape of the resistors, the type of movement and the position of the resistors in relation to the location of the movement. Although it is assumed in the following description of the present invention that the base area of the resistors - ie the respective area to the substrate - has a length that is significantly greater than their width, the invention is by no means restricted to such resistors. If such an elongate resistor is stretched in such a way that its length increases, its resistance value increases. In the event of compression with the associated reduction in length, its resistance value decreases. In the case of the described sensor strip according to the invention with only one pair of resistors, this effect can be used, for example, to measure a curvature, a diameter or the like in a body. Such a body can be an object such as a rod, a sphere or the like. However, it is also possible to measure parts of a human or animal body. This may also include flexing body parts, such as a back, a knee, or the like. Such a measurement can be carried out once. However, it is also possible for several such measurements to be carried out one after the other, as a result of which a dynamic curve can be determined. In particular, this can also include speed and/or acceleration curves of geometric changes. For this purpose, the mean voltages are recorded by means of a suitable evaluation unit at predetermined time intervals and/or at predetermined times, and associated measured values are formed and evaluated.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sensorstreifens ist mindestens ein zweites Widerstands-Paar vorgesehen. Auch bei diesem sind ein erster Widerstand auf der Substrat-Vorderseite und ein zweiter auf der Substrat-Rückseite angeordnet. Der erste Anschluss des ersten Widerstands ist mit dem ersten Pol der Versorgungsspannung elektrisch verbunden und der erste Anschluss des zweiten Widerstands ist mit dem zweiten Pol der Versorgungsspannung elektrisch verbunden. Die zweiten Anschlüsse der beiden Widerstände sind miteinander elektrisch verbunden, so dass ein Spannungsteiler gebildet wird. Dabei ist es möglich, jedoch nicht zwingend vorgesehen, dass für die elektrische Verbindung zwischen den zweiten Widerstands-Anschlüssen mindestens eine Durchkontaktierung oder eine elektrische Kontaktierung der oben genannten Art vorhanden ist. Dieses zweite Widerstands-Paar ähnelt sehr dem ersten Widerstands-Paar, so dass ergänzend auch auf die obige Beschreibung verwiesen wird. In a development of the sensor strip according to the invention, at least one second pair of resistors is provided. In this case, too, a first resistor is arranged on the front side of the substrate and a second one on the back side of the substrate. The first connection of the first resistor is electrically connected to the first pole of the supply voltage and the first connection of the second resistor is electrically connected to the second pole of the supply voltage. The second connections of the two resistors are electrically connected to one another, so that a voltage divider is formed. It is possible, but not mandatory, for the electrical connection between the second resistor terminals to have at least one through-contact or an electrical contact of the type mentioned above is available. This second pair of resistors is very similar to the first pair of resistors, so that reference is also made to the description above.
Aus den genannten Ausführungen ergibt sich, dass verschiedene Widerstands- Paare möglich sind, nämlich eines oder mehrere der ersten Widerstands-Paare und eines oder mehrere der zweiten Widerstands-Paare. Diese sind zueinander besonders angeordnet. Das wird im Folgenden näher beschrieben. Dazu wird für die Orts- und Richtungsangaben ein kartesisches Koordinatensystem verwendet, wie es beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist und aus dem sich Folgendes ergibt: It follows from the statements mentioned that different pairs of resistors are possible, namely one or more of the first pairs of resistors and one or more of the second pairs of resistors. These are arranged in relation to each other. This is described in more detail below. For this purpose, a Cartesian coordinate system is used for the location and direction information, as shown for example in Fig. 1 and from which the following results:
- die x-y-Ebene entspricht der Zeichenebene - the x-y plane corresponds to the drawing plane
- die x-Achse ist von links nach rechts gerichtet - the x-axis is directed from left to right
- die y-Achse ist von unten nach oben gerichtet - the y-axis is directed from bottom to top
- die z-Achse zeigt nach vorne aus der Zeichenebene heraus. - the z-axis points forward out of the plane of the drawing.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass das Substrat derart angeordnet ist, dass es sich entlang der x-y-Ebene erstreckt, also quasi in der Zeichenebene liegt.In the following it is assumed that the substrate is arranged in such a way that it extends along the x-y plane, that is to say it lies in the plane of the drawing.
Ein solcher Zustand wird im Folgenden auch als Ruhezustand bezeichnet. Dann lassen sich für die vorliegende Erfindung folgende Fälle unterscheiden. a) Ein erstes Widerstands-Paar und ein zweites Widerstands-Paar Wenn nur eins der ersten Widerstands-Paare und nur eins der zweiten Widerstands-Paare vorhanden sind, dann sind diese nebeneinander angeordnet. Das heißt, das erste Widerstands-Paar liegt beispielsweise links von dem zweiten Widerstands-Paar (x-Richtung). Dabei können beide Widerstands-Paare auf gleicher oder auf unterschiedlicher Höhe (y-Richtung) liegen. b) Mehrere der ersten Widerstands-Paare und/oder mehrere der zweiten Widerstands-Paare Such a state is also referred to below as an idle state. The following cases can then be distinguished for the present invention. a) A first pair of resistors and a second pair of resistors If only one of the first pair of resistors and only one of the second pair of resistors are present, then these are arranged next to one another. This means that the first pair of resistors is, for example, to the left of the second pair of resistors (x-direction). Both pairs of resistors can be at the same level or at different levels (y-direction). b) Several of the first pairs of resistors and/or several of the second pairs of resistors
Wenn zwei oder mehrere der ersten Widerstands-Paare vorhanden sind, sind diese übereinander (y-Richtung) angeordnet. Dabei ist es möglich, dass sie seitlich (x- Richtung) zueinander versetzt sind. Wenn zwei oder mehrere der ersten Widerstands-Paare vorhanden sind, sind diese ebenfalls übereinander (y-Richtung) angeordnet und können auch seitlich (x-Richtung) versetzt sein. If two or more of the first resistor pairs are present, they are arranged one above the other (y-direction). It is possible that they are offset laterally (x-direction) to one another. If two or more of the first Resistor pairs are present, these are also arranged one above the other (y-direction) and can also be offset laterally (x-direction).
Wenn sowohl von den ersten Widerstands-Paaren als auch von den zweiten Widerstands-Paaren jeweils zwei oder mehrere vorhanden sind, befinden sich die ersten Widerstands-Paare neben (beispielsweise links) den zweiten Widerstands- Paaren, wobei ein Versatz nebeneinander liegender Widerstands-Paare in y- Richtung möglich ist. c) Verschiedene Anzahl der Widerstands-Paare If there are two or more of both the first pairs of resistors and the second pairs of resistors, the first pairs of resistors are located next to (e.g. to the left of) the second pairs of resistors, with an offset of adjacent pairs of resistors in y direction is possible. c) Different numbers of resistor pairs
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Anzahl der ersten Widerstands- Paare verschieden sein kann von der Anzahl der zweiten Widerstands-Paare. For the sake of completeness, it should be mentioned that the number of the first pairs of resistors can differ from the number of the second pairs of resistors.
Für die weitere geometrische Beschreibung wird davon ausgegangen, dass eine Senkrechte definiert werden kann, die zwischen den nebeneinander-liegenden Widerstands-Paaren und entlang der y-Achse verläuft. Diese Senkrechte kann beispielsweise der Längsachse des Sensorstreifens entsprechen, wie es weiter unten im Zusammenhang mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele vorgesehen ist. For the further geometric description it is assumed that a perpendicular can be defined which runs between the adjacent pairs of resistors and along the y-axis. This perpendicular can, for example, correspond to the longitudinal axis of the sensor strip, as is provided further below in connection with the description of preferred exemplary embodiments.
Bevorzugterweise weisen zumindest einzelne der genannten Widerstände eine längliche Grundfläche auf. Das heißt, dass sie eine Länge haben, die deutlich größer ist als deren Breite. Daraus lässt sich eine zugehörige Widerstands- Längsachse bestimmen. Diese wird im Folgenden dafür verwendet, um einen Neigungswinkel zwischen den Widerstands-Paaren und der genannten Senkrechten zu definieren. Dieser Winkel kann einen Wert zwischen Null Grad und 90 Grad (jeweils einschließlich) aufweisen, wobei sich Werte zwischen 20 und 40 Grad, und insbesondere ein Wert von ca. 30 Grad, besonders bewährt haben. Dabei ist es möglich, dass die Werte dieser Neigungswinkel für alle Widerstands-Paare gleich groß sind. Es ist jedoch auch möglich, dass sie verschieden sind. At least some of the resistors mentioned preferably have an elongated base area. This means that they have a length that is significantly greater than their width. An associated resistance longitudinal axis can be determined from this. This is used in the following to define an angle of inclination between the pairs of resistors and the mentioned vertical. This angle can have a value between zero degrees and 90 degrees (in each case inclusive), with values between 20 and 40 degrees, and in particular a value of approximately 30 degrees, having proven particularly useful. It is possible that the values of these angles of inclination are the same for all pairs of resistors. However, it is also possible that they are different.
Der Wert des genannten Neigungswinkels bestimmt insbesondere die Art der möglichen Messung mit dem zugehörigen Widerstands-Paar. Darauf wird weiter unten bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher eingegangen. Wenn für eine bestimmte Anzahl von ersten Widerstands-Paaren eine gleiche Anzahl zweiter Widerstands-Paare spiegelsymmetrisch bezüglich der Senkrechten angeordnet ist, ist der Sensorstreifen besonders gut geeignet, um Torsionen zu messen. The value of said angle of inclination determines in particular the type of possible measurement with the associated pair of resistors. This is discussed in more detail below in the description of the exemplary embodiments. If, for a specific number of first pairs of resistors, the same number of second pairs of resistors is arranged mirror-symmetrically with respect to the vertical, the sensor strip is particularly well suited for measuring torsions.
Um einen erfindungsgemäßen Sensorstreifen kostengünstig und dennoch zuverlässig herstellen zu können, hat es sich bewährt, die Widerstände - oder zumindest einzelne von ihnen - durch ein Siebdruckverfahren herzustellen. Dazu wird eine hochohmige Paste auf das Substrat aufgebracht, wie beispielsweise eine Carbon-basierte Paste, CNT-haltige Paste, ein elektrisch leitfähiges Polymer (bspw. PEDOT) oder dergleichen. Bei Carbon-Siebdruck wird bevorzugterweise eine Dicke im Bereich von ca. 5 bis 20 pm verwendet. Bei anderen Materialien können auch andere Dicken verwendet werden. In order to be able to produce a sensor strip according to the invention inexpensively and yet reliably, it has proven useful to produce the resistors—or at least individual ones of them—by a screen printing process. For this purpose, a high-impedance paste is applied to the substrate, such as a carbon-based paste, CNT-containing paste, an electrically conductive polymer (eg PEDOT) or the like. In the case of carbon screen printing, a thickness in the range of about 5 to 20 μm is preferably used. Other thicknesses can also be used with other materials.
Es ist weiterhin möglich, Leiterbahnen - oder zumindest einzelne von ihnen - und/oder zumindest einzelne der genannten Durchkontaktierungen durch ein Siebdruckverfahren mit einer niederohmigen Paste herzustellen, wie beispielsweise einer Silberpaste, einer Kupferpaste oder dergleichen. It is also possible to produce conductor tracks--or at least some of them--and/or at least some of the vias mentioned using a screen printing process with a low-impedance paste, such as a silver paste, a copper paste or the like.
Um den erfindungsgemäßen Sensorstreifen möglichst effektiv und kostengünstig herstellen zu können, hat es sich auch bewährt, einen einzigen Widerstands-Layer (Carbon-Layer) und/oder einen einzigen Leitungs-Layer (Silber-Layer) zu verwenden. Diese Layer sind nahezu symmetrisch um die genannte y-Achse (Längsachse) und können sowohl für den Druck auf der Substrat-Vorderseite als auch für den Druck auf der Substrat-Rückseite verwendet werden. In order to be able to produce the sensor strip according to the invention as effectively and inexpensively as possible, it has also proven useful to use a single resistance layer (carbon layer) and/or a single line layer (silver layer). These layers are almost symmetrical about the y-axis (longitudinal axis) and can be used for printing on the front of the substrate as well as for printing on the back of the substrate.
Der erfindungsgemäße Sensorstreifen lässt sich unterteilen in einen Sensorbereich, in dem die genannten Widerstände angeordnet sind und in einen Kontaktbereich, in dem elektrische Anschlüsse für eine Auswerteeinheit und/oder für die oben genannten elektrischen Kontakt-Verbindungen zwischen ersten Leiterbahnen auf der Substrat-Vorderseite und zweiten Leiterbahnen auf der Substrat-Rückseite hergestellt werden können, wie beispielsweise mittels einer Steckverbindung, einer Klemmverbindung, einer Lötverbindung und/oder durch elektrischen Klebstoff. Üblicherweise wird der Kontaktbereich im Normalbetrieb - also dann, wenn ein Objekt (bzw. Körper) vermessen werden soll - weniger verformt als der Sensorbereich. Das kann auf verschiedene Weise erfolgen, wie beispielsweise durch die Gestaltung des Substrats, durch die vorhandene elektrische Verbindung zur Auswerteeinheit (insbesondere durch einen Stecker) und/oder durch entsprechende Befestigung des Sensorstreifens an dem zu untersuchenden Objekt. Damit ist der Kontaktbereich auch weniger mechanisch belastet als der Sensorbereich. Daher ist es besonders vorteilhaft, zumindest einzelne der Durchkontaktierungen in diesem Kontaktbereich anzuordnen, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. The sensor strip according to the invention can be divided into a sensor area, in which the resistors mentioned are arranged, and a contact area, in which electrical connections for an evaluation unit and/or for the above-mentioned electrical contact connections between first conductor tracks on the substrate front side and second ones Traces can be produced on the substrate back, such as by means of a connector, a clamp connection, a solder connection and/or by electrical adhesive. Usually, the contact area is deformed less than the sensor area in normal operation—that is, when an object (or body) is to be measured. This can be done in various ways, for example through the design of the substrate, through the existing electrical connection to the evaluation unit (in particular through a plug) and/or through appropriate attachment of the sensor strip to the object to be examined. The contact area is therefore also less mechanically stressed than the sensor area. It is therefore particularly advantageous to arrange at least some of the vias in this contact area in order to increase reliability.
Wie bereits erwähnt, ist der erfindungsgemäße Sensorstreifen dafür vorgesehen, Teil einer Messvorrichtung zu sein, die geometrische Formen und/oder dynamische Bewegungen von Gegenständen, menschlichen Körpern, tierischen Körpern usw. messen und auswerten kann. Dazu ist der Sensorstreifen über geeignete elektrische Verbindungen mit einer Auswerteeinheit verbunden. Diese gibt die Versorgungsspannung ab und nimmt die von den als Spannungsteilern funktionierenden Widerstands-Paaren erzeugten Mittenspannungen als Sensorsignale auf, wertet diese aus und erzeugt daraufhin ein Ausgangssignal, das ein Maß ist für Widerstandsänderungen innerhalb der einzelnen Widerstands-Paare und somit auch für Verformungen und/oder Bewegungen, die der Sensorstreifen erfährt. As already mentioned, the sensor strip according to the invention is intended to be part of a measuring device that can measure and evaluate geometric shapes and/or dynamic movements of objects, human bodies, animal bodies, etc. For this purpose, the sensor strip is connected to an evaluation unit via suitable electrical connections. This emits the supply voltage and takes the middle voltages generated by the pairs of resistors functioning as voltage dividers as sensor signals, evaluates them and then generates an output signal that is a measure of resistance changes within the individual pairs of resistors and thus also of deformations and/or or movements experienced by the sensor strip.
Da solche Widerstandsänderungen und somit auch die zugehörigen gemessenen Spannungsänderungen recht klein sind, kann die Auswerteeinheit auch eine Referenzspannung erzeugen, deren Wert im Wesentlichen der Spannung entspricht, den die Spannungsteiler im Ruhezustand jeweils abgeben. Aus der Referenzspannung und den jeweils gemessenen Spannungen wird eine Differenzspannung gebildet, welche verstärkt und ausgewertet wird. Since such changes in resistance and thus also the associated measured changes in voltage are very small, the evaluation unit can also generate a reference voltage whose value essentially corresponds to the voltage which the voltage dividers each output in the idle state. A differential voltage is formed from the reference voltage and the respectively measured voltages, which is amplified and evaluated.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung enthält die Auswerteeinheit einen zeitlich gesteuerten Schalter (Multiplexer), der die von den einzelnen Spannungsteilern abgegebenen Mittenspannungen nacheinander weiterführenden Stufen, wie Verstärkerstufen, Analog/Digital-Wandlern, usw. zuführt. Die Auswerteeinheit umfasst ebenfalls Speicher, in denen Werte abgelegt sind, die ein Maß sind für die Position bzw. Positionsänderung der einzelnen Widerstands-Paare innerhalb des Sensorstreifens. Aus den einzelnen Mittenspannungen und den zugehörigen Positionsdaten wird ein Ausgangssignal erzeugt, das ein Maß ist für die geometrische Form und graphische Darstellung des Sensorstreifens. In a further preferred embodiment, the evaluation unit contains a time-controlled switch (multiplexer) of the individual Center voltages emitted by voltage dividers are successively fed to further stages, such as amplifier stages, analog/digital converters, etc. The evaluation unit also includes memories in which values are stored that are a measure of the position or change in position of the individual resistor pairs within the sensor strip. An output signal is generated from the individual center voltages and the associated position data, which is a measure of the geometric shape and graphic representation of the sensor strip.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung umfasst die Auswerteeinheit auch eine oder mehrere Zeitstufen, welche den Multiplex-Schalter und/oder die weiterführenden Stufen zu vorgegeben Zeiten und/oder nach vorgegeben Zeitintervallen derart ansteuert, dass die von den einzelnen Spannungsteilern abgegebenen Mittenspannungen verarbeitet werden. Damit können dynamische Bewegungen bzw. Bewegungsabläufe des zu untersuchenden Objekts (Körpers) erstellt werden, wie insbesondere Verläufe, Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen von Bewegungen. Das von der Auswerteeinheit erzeugte Ausgangssignal kann somit auch diese Informationen enthalten. In a further preferred embodiment, the evaluation unit also includes one or more time stages, which activate the multiplex switch and/or the further stages at specified times and/or after specified time intervals in such a way that the center voltages emitted by the individual voltage dividers are processed. Dynamic movements or movement sequences of the object (body) to be examined can thus be created, such as in particular courses, speeds and/or accelerations of movements. The output signal generated by the evaluation unit can therefore also contain this information.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Auswerteeinheit auch eine Sendestufe. Dieser wird ein Signal zugeführt, das ein Maß ist für die erzeugten Ausgangssignale. Daraus wird bevorzugterweise ein Hochfrequenzsignal erzeugt, wie beispielsweise ein Bluetooth- oder ein WLAN-Signal, das von einem geeigneten Gerät, wie einem Tablet-Computer, einem Smartphone, einem PC oder dergleichen, empfangen und weiter verarbeitet werden kann. Dabei ist es möglich, dass auf einem solchen Gerät über einen geeigneten Algorithmus (wie eine App oder dergleichen) eine Auswertung, Speicherung und/oder Anzeige des Ausgangssignals erfolgt. In a further preferred embodiment, the evaluation unit also includes a transmission stage. This is supplied with a signal which is a measure of the output signals generated. From this, a high-frequency signal is preferably generated, such as a Bluetooth or a WLAN signal, which can be received and further processed by a suitable device, such as a tablet computer, a smartphone, a PC or the like. It is possible for the output signal to be evaluated, stored and/or displayed on such a device using a suitable algorithm (such as an app or the like).
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Abbildungen erläutert. Dabei zeigen: Further details and advantages of the present invention are explained below using exemplary embodiments with associated figures. show:
Fig. 1 einen ersten Sensorstreifen 1 shows a first sensor strip
Fig. 2 vorderseitige Leiterbahnen des ersten Sensorstreifens Fig. 2 front conductor tracks of the first sensor strip
Fig. 3 vorderseitige Sensorwiderstände des ersten Sensorstreifens Fig. 4 rückseitige Leiterbahnen des ersten Sensorstreifens Fig. 3 front sensor resistances of the first sensor strip Fig. 4 rear conductor tracks of the first sensor strip
Fig. 5 rückseitige Sensorwiderstände des ersten Sensorstreifens Fig. 5 rear sensor resistances of the first sensor strip
Fig. 6 symbolische Draufsicht auf Durchkontaktierung zwischen einer vorderseitigen und einer rückseitigen Leiterbahn 6 shows a symbolic top view of through-plating between a front-side and a back-side conductor track
Fig. 7 symbolische Querschnittsdarstellung der Durchkontaktierung zwischen einer vorderseitigen und einer rückseitigen Leiterbahn 7 symbolic cross-sectional representation of the via connection between a front-side and a rear-side conductor track
Fig. 8 Schaltplan Fig. 8 circuit diagram
Fig. 9 einen zweiten Sensorstreifen 9 shows a second sensor strip
Fig. 10 den oberen Abschnitt B des zweiten Sensorstreifens Fig. 11 den unteren Abschnitt C des zweiten Sensorstreifens Fig. 12 symbolische Querschnittsdarstellung der Verbindung zwischen vorderseitiger und rückseitiger Leiterbahn durch miteinander verbundene Kontaktelemente 10 shows the upper section B of the second sensor strip, FIG. 11 shows the lower section C of the second sensor strip, FIG
Fig. 1 zeigt ein kartesisches Koordinatensystem (oben links), eine Draufsicht auf einen ersten Sensorstreifen 9 sowie auf der rechten Seite eine symbolische Markierung zur Unterscheidung eines Sensorbereichs S sowie eines Kontaktbereichs K des Sensorstreifens 9. Dieser befindet sich hier innerhalb der x- y-Ebene und somit in der Zeichenebene. Er enthält ein Substrat 10, das aus einem Material besteht, das biegsam, verdrehbar und/oder dehnbar ist sowie bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel durchsichtig ist Besonders bewährt hat sich eine PET-Folie (PET = Polyethylenterephthalat), deren Dicke bei einer bevorzugten Ausführungsform im Bereich von 100 bis 180 pm liegt. Das Substrat 10 hat eine Vorderseite 12 (s. Fig. 1 und 7) sowie eine Rückseite 14 (s. Fig. 7). Die Vorderseite 12 könnte auch als Oberseite bezeichnet werden. Dieser Begriff wird hier jedoch vermieden, weil die Ortsangaben „oben“, „unten“, „rechts“ und „links“ (und dergleichen) zur Positionsbeschreibung innerhalb der Zeichenebene dienen. Sowohl auf der Vorderseite 12 als auch auf der Rückseite 14 sind eine Vielzahl von Sensorwiderständen und auch eine Vielzahl von elektrischen Leiterbahnen angeordnet. Diese werden im Folgenden anhand der Fig. 1 bis 5 näher beschrieben. 1 shows a Cartesian coordinate system (top left), a plan view of a first sensor strip 9 and on the right side a symbolic marking for distinguishing between a sensor area S and a contact area K of the sensor strip 9. This is located here within the xy level and thus in the drawing level. It contains a substrate 10, which consists of a material that is flexible, twistable and/or stretchable and, in the embodiment shown here, is transparent. A PET film (PET = polyethylene terephthalate) has proven particularly useful, the thickness of which in a preferred embodiment is range from 100 to 180 pm. The substrate 10 has a front side 12 (see FIGS. 1 and 7) and a back side 14 (see FIG. 7). The front 12 could also be referred to as the top. However, this term is avoided here because the location information “above”, “below”, “right” and “left” (and the like) is used to describe the position within the plane of the characters. A large number of sensor resistors and also a large number of electrical conductor tracks are arranged both on the front side 12 and on the rear side 14 . These are described in more detail below with reference to FIGS. 1 to 5.
Fig. 2 zeigt diejenigen Leiterbahnen, die auf der Vorderseite 12 des Substrats 10 angeordnet sind und Fig. 3 zeigt die Sensorwiderstände der Vorderseite 12. Im unteren Bereich befinden sich eine Vielzahl von elektrischen Kontaktstellen 16, die eine Steckerleiste bilden und derart gestaltet und angeordnet sind, dass sie mit einem geeigneten Folienstecker (hier nicht dargestellt) kontaktiert werden können. Zwei dieser Kontaktstellen 16 sind über eine Leiterbahn 18 mit einer vorderseitigen Versorgungsleiterbahn 20 verbunden, die hier im Wesentlichen entlang der Längsachse LA verläuft. Über zugehörige Verbindungen sind rechts von der Versorgungsleiterbahn 20 Kontaktpunkte 22r und links davon Kontaktpunkte 22I mit der Versorgungsleiterbahn 20 elektrisch verbunden. FIG. 2 shows those conductor tracks which are arranged on the front side 12 of the substrate 10 and FIG. 3 shows the sensor resistances of the front side 12. Im In the lower area there are a large number of electrical contact points 16, which form a connector strip and are designed and arranged in such a way that they can be contacted with a suitable foil connector (not shown here). Two of these contact points 16 are connected via a conductor track 18 to a supply conductor track 20 on the front side, which here essentially runs along the longitudinal axis LA. Contact points 22r to the right of the supply conductor track 20 and contact points 22I to the left thereof are electrically connected to the supply conductor track 20 via associated connections.
Zu jedem der Kontaktpunkte 22r gehört ein zugehöriger Kontaktpunkt 24r, welcher über eine zugehörige Leiterbahn 26r mit jeweils einer der Kontaktstellen 16 elektrisch verbunden ist. In den Fig. 1 und 2 sind fünf der Kontaktpunkt-Paare 22r, 24r dargestellt, wovon nur zwei mit Referenzzeichen versehen sind (s. Fig. 2). Zwischen jedem dieser Kontaktpunkt-Paare 22r, 24r verläuft einer von fünf Sensorwiderständen 28r, die hier eine längliche rechteckige Form aufweisen. Each of the contact points 22r has an associated contact point 24r, which is electrically connected to one of the contact points 16 via an associated conductor track 26r. Five of the pairs of contact points 22r, 24r are shown in Figures 1 and 2, only two of which are referenced (see Figure 2). Between each of these pairs of contact points 22r, 24r runs one of five sensor resistors 28r, which here have an elongate, rectangular shape.
Dabei verläuft bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der oberste dieser Sensorwiderstände 28r derart, dass er und somit auch dessen Längsachse mit der Versorgungsleiterbahn 20 und daher auch mit der Längsachse LA einen rechten Winkel bildet. Der unterste dieser Sensorwiderstände 28r verläuft im Wesentlichen parallel zu der Versorgungsleiterbahn 20 und somit auch zu der Längsachse LA. Bei dem mittleren der Sensorwiderstände 28r ist in Fig. 1 dessen Längsachse lar und auch ein Neigungswinkel a eingezeichnet, der von den beiden Längsachsen LA und lar definiert wird und ca. 45 Grad beträgt. In the exemplary embodiment shown, the uppermost of these sensor resistors 28r runs in such a way that it and thus also its longitudinal axis form a right angle with the supply conductor track 20 and therefore also with the longitudinal axis LA. The lowest of these sensor resistors 28r runs essentially parallel to the supply conductor track 20 and thus also to the longitudinal axis LA. In the case of the middle one of the sensor resistors 28r, its longitudinal axis lar and also an angle of inclination a are shown in FIG. 1, which is defined by the two longitudinal axes LA and lar and is approximately 45 degrees.
Links von der oberen Versorgungsleiterbahn 20, und somit von der Längsachse LA, befinden sich außer den bereits genannten Kontaktpunkten 22I auch zugehörige Kontaktpunkte 24I, welche mit jeweils einem Leiterbahnstück 25I verbunden sind. Jedes dieses Leiterbahnstücke 25I ist über eine spezielle Durchkontaktierung mit einer Leiterbahn 1261, die sich auf der Substrat-Rückseite 14 und links der Längsachse LA befindet, verbunden. Einzelheiten dazu werden weiter unten beschrieben. Ähnlich wie auf der rechten Seite gibt es auch hier fünf Kontaktpunkt-Paare 22I, 24I, zwischen denen zugehörige Sensorwiderstände 28I angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die linken Sensorwiderstände 28I spiegelsymmetrisch zu den rechten Sensorwiderständen angeordnet, so dass die oben genannten Erläuterungen analog auch für die linke Seite gelten. In addition to the contact points 22I already mentioned, there are also associated contact points 24I to the left of the upper supply conductor track 20, and thus of the longitudinal axis LA, which are each connected to a conductor track piece 25I. Each of these conductor track pieces 25I is connected via a special via to a conductor track 1261, which is located on the substrate rear side 14 and to the left of the longitudinal axis LA. Details are described below. Similar to the right-hand side, there are also five pairs of contact points 22I, 24I between which associated sensor resistors 28I are arranged. In this exemplary embodiment, the left-hand sensor resistances 28I are arranged mirror-symmetrically with respect to the right-hand sensor resistances, so that the explanations given above also apply analogously to the left-hand side.
Fig. 4 zeigt die Leiterbahnen, die auf der Rückseite des Substrats 10 angeordnet sind, und Fig. 5 zeigt die zugehörigen Sensorwiderstände. Die Blickrichtung auf die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Elemente ist von oben, also von der Vorderseite 12 durch das Substrat 10 hindurch, wobei die auf der Substrat-Vorderseite 12 vorhandenen Elemente nicht vorhanden sind. Daher könnte man auch sagen, dass man hier die Rückseiten derjenigen Elemente sieht, die auf der Substrat-Rückseite 14 aufgebracht sind. Die meisten dieser rückseitigen Elemente sind in Fig. 1 nicht erkennbar, da sie von Elementen der Vorderseite verdeckt werden. Ausgenommen davon sind die bereits erwähnten Leiterbahnen 1261. FIG. 4 shows the traces arranged on the back of the substrate 10 and FIG. 5 shows the associated sensor resistances. The viewing direction of the elements shown in FIGS. 4 and 5 is from above, ie from the front side 12 through the substrate 10, with the elements present on the substrate front side 12 not being present. It could therefore also be said that the rear sides of those elements that are applied to the substrate rear side 14 can be seen here. Most of these back panel elements are not visible in Figure 1 as they are obscured by front panel elements. Excluded from this are the conductor tracks 1261 already mentioned.
Wie in Fig. 4 erkennbar, weist die Substrat-Rückseite 14 eine untere Versorgungsleiterbahn 120 auf. Diese ist über eine auf der Substrat-Vorderseite 12 verlaufende Leiterbahn 50 (s. Fig. 1 und 2) sowie über eine hier nicht dargestellte Durchkontaktierung im Bereich 52 mit zwei der Kontaktstellen 16 verbunden, die sich in diesem Ausführungsbeispiel alle auf der Vorderseite 12 befinden. Die Gestaltung und Anordnung der rückseitigen Versorgungsleiterbahn 120 ist oberhalb des Bereiches 52 im Wesentlichen mit der Gestaltung und Anordnung der vorderseitigen Versorgungsleiterbahn 20 identisch. Das heißt insbesondere auch, dass auf der Rückseite 14 eine Vielzahl von Kontaktpunkten 122r, 1221 vorhanden sind, die den Kontaktpunkten 22r, 221 entsprechen - bis auf die Tatsache, dass sie an unterschiedlichen Versorgungsleiterbahnen angeschlossen sind. Weiterhin sind links von der rückseitigen Versorgungsleiterbahn 120 fünf Kontaktpunkte 1241 vorhanden, die über jeweils eine der linken Leiterbahnen 1261 und weiterhin über eine hier nicht gezeigte Durchkontaktierung zwischen der Vorderseite 12 und der Rückseite 14 mit einer der vorderseitigen Kontaktstellen 16 verbunden sind (s. Fig. 1 ). Rechts von der Versorgungsleiterbahn 120 befinden sich weitere fünf Kontaktpunkte 124r, welche mit jeweils einem Leiterbahnstück 125r verbunden sind. Jedes dieser Leiterbahnstücke 125r ist über eine spezielle Durchkontaktierung mit einer der Leiterbahnen 26r, die sich auf der Substrat-Vorderseite 12 und rechts der Längsachse LA befindet, verbunden. Einzelheiten dazu werden weiter unten beschrieben. As can be seen in FIG. 4 , the substrate rear side 14 has a lower supply interconnect 120 . This is connected to two of the contact points 16, which are all located on the front side 12 in this exemplary embodiment, via a conductor track 50 running on the front side 12 of the substrate (see FIGS. 1 and 2) and via a plated-through hole in the region 52, which is not shown here . The configuration and arrangement of the rear-side supply trace 120 is substantially identical to the configuration and arrangement of the front-side supply trace 20 above the region 52 . This also means in particular that there are a large number of contact points 122r, 1221 on the rear side 14, which correspond to the contact points 22r, 221—apart from the fact that they are connected to different supply interconnects. There are also five contact points 1241 to the left of the rear-side supply conductor track 120, which are each connected to one of the front-side contact points 16 via one of the left-hand conductor tracks 1261 and also via a plated-through hole (not shown here) between the front side 12 and the rear side 14 (see Fig. 1 ). There are another five contact points 124r to the right of the supply conductor track 120, which are each connected to a conductor track piece 125r. Each of these conductor track pieces 125r is connected via a special via to one of the conductor tracks 26r, which is located on the substrate front side 12 and to the right of the longitudinal axis LA. Details are described below.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auch auf der Rückseite 14 Kontaktstellen vorgesehen sind. Diese rückseitigen Kontaktstellen können gleich groß sein wie die vorderseitigen Kontaktstellen 16 und denen auch quasi deckungsgleich gegenüber liegen. Bei Vorhandensein von Kontaktstellen auf beiden Seiten 12, 14 sollte ein zugehöriger Folienstecker verwendet werden. Dabei sind vielfältige Kontaktierungs- bzw. Schaltungsvarianten möglich. In a further exemplary embodiment, it is provided that 14 contact points are also provided on the back. These rear-side contact points can be the same size as the front-side contact points 16 and which are also located opposite them more or less congruently. If there are contact points on both sides 12, 14, an associated membrane connector should be used. A wide variety of contacting and circuit variants are possible.
Die in Fig. 5 gezeigten Sensorwiderstände 1281, 128r haben eine gleiche - oder zumindest im Wesentlichen eine gleiche - Gestaltung und Anordnung wie die auf der Substrat-Vorderseite 12 vorhandenen Sensorwiderstände 28I und 28r. Daher sind diese in Fig. 1 nicht sichtbar. Dabei sei nochmals darauf hingewiesen, dass die in Fig. 5 gezeigte Darstellung einer Draufsicht auf die Substrat-Vorderseite 12 mit Durchsicht durch das Substrat 10 entspricht, wobei die auf der Substrat-Vorderseite 12 vorhandenen Elemente nicht vorhanden sind. The sensor resistors 128l, 128r shown in FIG. 5 have the same--or at least essentially the same--design and arrangement as the sensor resistors 28I and 28r present on the front side 12 of the substrate. Therefore these are not visible in FIG. It should be pointed out once again that the illustration shown in FIG. 5 corresponds to a top view of the substrate front side 12 with a view through the substrate 10, with the elements present on the substrate front side 12 not being present.
Fig. 6 zeigt eine symbolische Vergrößerung des in Fig. 1 markierten Bereiches A. Dabei geht es im Wesentlichen um die Darstellung einer Durchkontaktierung zwischen einem der vorderseitigen Leiterbahnstücke 25I und der zugehörigen Leiterbahn 1261, das heißt der sich gegenüber auf der Substrat-Rückseite 14 befindlichen Leiterbahn 1261. Fig. 7 zeigt eine symbolische Querschnittsdarstellung dieser Durchkontaktierung. 6 shows a symbolic enlargement of the area A marked in FIG Conductor track 1261. FIG. 7 shows a symbolic cross-sectional representation of this via.
Aus den Fig. 6 und 7 erkennt man insbesondere, dass auf der Vorderseite 12 des Substrats 10 einer der linken Sensorwiderstände 28I und darunter (gemäß Fig. 7) auf der Substrat-Rückseite 14 ein zugehöriger Sensorwiderstand 1281 angeordnet ist. Außerdem ist der vorderseitige Sensorwiderstand 281 mit dem vorderseitigen Kontaktpunkt 241 und dieser wiederum mit dem vorderseitigen Leiterbahnstück 251 verbunden. Dazu sei angemerkt, dass der Kontaktpunkt 241 und das Leiterbahnstück 25I ein gemeinsames elektrisches Verbindungselement darstellen und hier nur für eine einfache Beschreibung der Figuren getrennt bezeichnet sind. Der rückseitige Sensorwiderstand 1281 ist mit dem rückseitigen Kontaktpunkt 1241 und dieser wiederum mit der rückseitigen Leiterbahn 1261 verbunden, die über eine weitere Durchkontaktierung zu der zugehörigen Kontaktstelle 16 führt (s. Fig. 1). Zwischen der Vorderseite 12 und der Rückseite 14 ist durch eine entsprechende Öffnung innerhalb des Substrats 10 ein Durchkontaktierungsleiter 200 angeordnet, der hier aus dem gleichen Material besteht wie das vorderseitige Leiterbahnstück 25I und die rückseitige Leiterbahn 1261 und diese beiden Elemente 251, 1261 elektrisch miteinander verbindet. Damit sind die beiden Sensorwiderstände 281 und 1281 in Reihe geschaltet. Obwohl hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, ergibt sich aus den vorherigen Erläuterungen sowie aus Fig. 1 bis 5 außerdem, dass 6 and 7 shows in particular that one of the left-hand sensor resistors 28I is arranged on the front side 12 of the substrate 10 and an associated sensor resistor 128I is arranged underneath (according to FIG. 7) on the rear side 14 of the substrate. In addition, the front-side sensor resistor 281 is connected to the front-side contact point 241 and this in turn is connected to the front-side conductor track piece 251 . It should be noted that the contact point 241 and the Conductor track piece 25I represent a common electrical connection element and are only referred to separately here for a simple description of the figures. The rear-side sensor resistor 1281 is connected to the rear-side contact point 1241, and this in turn is connected to the rear-side conductor track 1261, which leads to the associated contact point 16 via a further plated-through hole (see FIG. 1). Between the front side 12 and the back side 14, a via conductor 200 is arranged through a corresponding opening within the substrate 10, which here consists of the same material as the front-side conductor track piece 25I and the rear-side conductor track 1261 and electrically connects these two elements 251, 1261 to one another. The two sensor resistors 281 and 1281 are thus connected in series. Although not shown here for reasons of clarity, it also follows from the previous explanations and from FIGS. 1 to 5 that
• das anscheinend freie Ende 29I des Sensorwiderstands 28I über den Kontaktpunkt 22I mit der Versorgungsleiterbahn 20 und • the apparently free end 29I of the sensor resistor 28I via the contact point 22I with the supply conductor track 20 and
• das anscheinend freie Ende 1291 des Sensorwiderstands 1281 über den Kontaktpunkt 1221 mit der Versorgungsleiterbahn 120 elektrisch verbunden sind. • the apparently free end 1291 of the sensor resistor 1281 is electrically connected to the supply conductor track 120 via the contact point 1221 .
Auch die übrigen der vorderseitigen linken Sensorwiderstände 28I sind auf eine solche Weise mit ihren zugehörigen rückseitigen Sensorwiderständen 1281 verbunden. Gleiches gilt auch für die rechten Sensorwiderstände 28r und 128r. The remaining of the front left sensor resistors 28I are also connected to their associated rear sensor resistors 128I in such a manner. The same also applies to the right sensor resistors 28r and 128r.
Die Sensorwiderstände 28, 128 werden bevorzugterweise durch ein Siebdruckverfahren hergestellt, bei dem hier eine Carbon-basierte Paste auf die beiden Seiten 12, 14 des Substrats 10 strukturiert mit einer Dicke von ca. 5 bis 20 pm aufgebracht wird. Dabei haben die Sensorwiderstände 28, 128 bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Länge von ca. 7 mm. Ihre Breite kann je nach Anwendung recht unterschiedlich sein und liegt im Bereich von ca. 100 pm bis 800 pm, um Widerstandswerte im Bereich zwischen 10 kQ und 80 kQ zu realisieren. Die übrigen auf den Substrat-Seiten 12, 14 vorhandenen Elemente, wie insbesondere die Leiterbahnen und Kontaktpunkte, werden bevorzugterweise ebenfalls durch ein Siebdruckverfahren hergestellt, bei dem Silberpaste mit einer Dicke von ca. 5 bis 15 pm aufgebracht wird. The sensor resistors 28, 128 are preferably produced by a screen printing process in which a carbon-based paste is applied to the two sides 12, 14 of the substrate 10 in a structured manner with a thickness of approximately 5 to 20 μm. The sensor resistors 28, 128 in the exemplary embodiment described have a length of approximately 7 mm. Their width can be quite different depending on the application and is in the range from approx. 100 pm to 800 pm in order to realize resistance values in the range between 10 kΩ and 80 kΩ. The other elements present on the substrate sides 12, 14, such as in particular the conductor tracks and contact points, are preferred also produced by a screen printing process in which silver paste is applied with a thickness of approx. 5 to 15 μm.
Fig. 8 zeigt ein Schaltbild, bei dem ein Paar linker Sensorwiderstände 28I, 1281 und ein Paar rechter Sensorwiderstände 28r, 128r berücksichtigt sind. Das Schaltbild ist in folgende drei Blöcke unterteilt: Fig. 8 shows a circuit diagram considering a pair of left sensor resistors 28I, 128I and a pair of right sensor resistors 28r, 128r. The circuit diagram is divided into the following three blocks:
S: Sensorbereich K: Kontaktbereich A: Auswerteeinheit S: sensor area K: contact area A: evaluation unit
Der Sensorbereich S entspricht im Wesentlichen dem Teil des Sensorstreifens 9, in dem die Sensorwiderstände 28I, 28r, 1281, 128r angeordnet sind. Er ist derart gestaltet, dass er flexibel ist und insbesondere gebogen, verdreht und/oder gedehnt werden kann. Der Kontaktbereich K entspricht im Wesentlichen dem Teil des Sensorstreifens 9, in dem die Versorgungsleiterbahnen 20, 120 sowie die Leiterbahnen 26r, 1261 mit den Kontaktstellen 16 verbunden sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kontaktbereich K (s.a. Fig. 1) zumindest im Betriebsmodus (Normalbetrieb) wesentlich weniger flexibel bzw. verformbar als der Sensorbereich S. Das kann beispielsweise erzielt werden durch den Anschluss eines Foliensteckers an die Kontaktstellen 16, durch eine geringere Anbindung des Bereichs K an das zu untersuchende Objekt und/oder durch eine entsprechende Gestaltung des Substrats 10 (wie dessen Dicke, Material, usw.). The sensor area S essentially corresponds to that part of the sensor strip 9 in which the sensor resistors 28I, 28r, 128I, 128r are arranged. It is designed in such a way that it is flexible and in particular can be bent, twisted and/or stretched. The contact area K essentially corresponds to that part of the sensor strip 9 in which the supply conductor tracks 20, 120 and the conductor tracks 26r, 1261 are connected to the contact points 16. In a preferred embodiment, the contact area K (see also Fig. 1) is significantly less flexible or deformable than the sensor area S, at least in the operating mode (normal operation). This can be achieved, for example, by connecting a foil connector to the contact points 16, through a lower connection of the area K to the object to be examined and/or by a corresponding design of the substrate 10 (such as its thickness, material, etc.).
Die Auswerteeinheit A, die hier über Kontakte 300 eines Foliensteckers mit den Kontaktstellen 16 verbunden ist, enthält eine Spannungsversorgung sowie übliche elektronische Elemente, wie beispielsweise Verstärker, A/D-Wandler, Speicher, Sendeeinrichtungen, Anzeigeelemente und/oder dergleichen. Darauf wird weiter unten näher eingegangen. The evaluation unit A, which is connected to the contact points 16 via contacts 300 of a membrane connector, contains a power supply and standard electronic elements such as amplifiers, A/D converters, memories, transmission devices, display elements and/or the like. This is discussed in more detail below.
Wie sich aus dem Schaltbild von Fig. 8 ergibt, liegt an der vorderseitigen Versorgungsleitung 20 eine Versorgungsspannung +u an, deren Wert +U beispielsweise 3 Volt beträgt. Die rückseitige Versorgungsleitung 120 liegt an Masse. Die Sensorwiderstände 28r und 128r sind zwischen der Versorgungsspannung +u und Masse in Reihe geschaltet, so dass sie einen Spannungsteiler bilden, wobei die Leiterbahn 26r den Mittenabgriff ermöglicht. Auch die Sensorwiderstände 28I und 1281 bilden einen derartigen Spannungsteiler, wobei die Leiterbahn 1261 den Mittenabgriff ermöglicht Beide Leiterbahnen 26r, 1261 führen jeweils zu einer der Kontaktstellen 16. Über zugehörige Folienstecker- Kontakte 300 werden die geteilten Spannungen, die im Folgenden auch Sensorsignale sr bzw. sl genannt werden, zu Verstärkungsstufen 302a bzw. 302b geleitet. Deren Ausgangssignale werden einer Auswertestufe 304 zugeführt, die aufgrund der verstärkten Sensorsignale Ausgangssignale sa erzeugt und diese über eine Signalleitung 308 an eine Anzeigestufe 306 leitet. As can be seen from the circuit diagram of FIG. 8, a supply voltage +u is present on the front-side supply line 20, the value of which is +U, for example 3 volts. The rear supply line 120 is grounded. The sensor resistors 28r and 128r are between the Supply voltage +u and ground are connected in series so that they form a voltage divider, the conductor track 26r enabling the center tap. The sensor resistors 28I and 1281 also form such a voltage divider, with the conductor track 1261 enabling the center tap. Both conductor tracks 26r, 1261 each lead to one of the contact points 16. The divided voltages, which are also referred to below as sensor signals sr or sl are fed to gain stages 302a and 302b, respectively. Their output signals are fed to an evaluation stage 304 which generates output signals sa on the basis of the amplified sensor signals and forwards them to a display stage 306 via a signal line 308 .
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Fig. 8 nur die Verarbeitung von einem Sensorsignal sl, das von einem Paar linker Widerstände 28, 1281 stammt, sowie die Verarbeitung von einem Sensorsignal sr, das von einem Paar rechter Widerstände 28r, 128r stammt, dargestellt. Es versteht sich, dass durch die Auswerteeinheit A auch die Sensorsignale der übrigen Widerstandspaare 28I, 1281 bzw. 28r, 128r aufgenommen und verarbeitet werden können. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie beispielsweise die Verwendung einer hier nicht dargestellten Schaltstufe innerhalb oder außerhalb der Auswerteeinheit A. Eine solche Schaltstufe könnte mehrere oder alle der Sensorsignale sl, sr aufnehmen und nach dem Prinzip eines Zeitmultiplexers zeitlich gesteuert über die Verstärkerstufen 302a, 302b an die Auswertestufe 304 weiterleiten. Denkbar ist auch, dass für jedes der Sensorsignale sl, sr eine eigene Verstärkerstufe 302a bzw. 302b vorgesehen ist und die verstärkten Sensorsignale mittels einer zugehörigen Schaltstufe an die Auswertestufe 304 geleitet wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass jedes der Sensorsignale sl, sr (in diesem Ausführungsbeispiel also 5 x sl + 5 x sr) einer eigenen Verstärkerstufe 302a, b zugeführt wird und die Auswertestufe 304 insgesamt 10 Eingänge für die verstärkten Sensorsignale aufweist. Weiterhin sind auch Mischformen der genannten Alternativen möglich. For reasons of clarity, FIG. 8 only shows the processing of a sensor signal s1 originating from a pair of left resistors 28, 1281 and the processing of a sensor signal sr originating from a pair of right resistors 28r, 128r. It goes without saying that the evaluation unit A can also record and process the sensor signals of the remaining pairs of resistors 28I, 128I or 28r, 128r. There are various possibilities for this, such as the use of a switching stage, not shown here, inside or outside of the evaluation unit A. Such a switching stage could receive several or all of the sensor signals sl, sr and time-controlled according to the principle of a time multiplexer via the amplifier stages 302a, 302b forward the evaluation stage 304. It is also conceivable that a separate amplifier stage 302a or 302b is provided for each of the sensor signals sl, sr and the amplified sensor signals are routed to the evaluation stage 304 by means of an associated switching stage. It is also conceivable that each of the sensor signals sl, sr (ie 5×sl+5×sr in this exemplary embodiment) is fed to its own amplifier stage 302a, b and the evaluation stage 304 has a total of 10 inputs for the amplified sensor signals. Mixed forms of the alternatives mentioned are also possible.
Wie bereits erwähnt, bilden die einzelnen der Widerstandspaare 281,1281 bzw. 28r, 128r Reihenschaltungen und somit Spannungsteiler. Damit gilt für die Werte der Sensorsignale sl, sr mit As already mentioned, the individual resistor pairs 281, 1281 or 28r, 128r form series circuits and thus voltage dividers. The following applies to the values of the sensor signals sl, sr With
SL: Spannungswert des Sensorsignals sl gegenüber Masse SR: Spannungswert des Sensorsignals sr gegenüber Masse +U: Wert der Spannung +u gegenüber Masse R128I: Wert des Sensorwiderstands 1281 R28I: Wert des Sensorwiderstands 281 SL: Voltage value of the sensor signal sl compared to ground SR: Voltage value of the sensor signal sr compared to ground +U: Value of the voltage +u compared to ground R128I: Value of the sensor resistance 1281 R28I: Value of the sensor resistance 281
R128r: Wert des Widerstands 128r R128r: Value of resistor 128r
R28r: Wert des Widerstands 28r. R28r: Value of resistor 28r.
Idealerweise - also insbesondere ohne Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen - sind die Sensorwiderstände 28I, 28r, 1281, 128r derart gestaltet, dass ihre Werte dann gleich groß sind, wenn sich der Sensorstreifen 9 ohne mechanische Spannungen in einer Ebene (wie beispielswese der x-y-Ebene von Fig. 1) befindet. Ein solcher Zustand wird hier auch als Ruhezustand bezeichnet. Dann gilt: Ideally - i.e. in particular without taking manufacturing tolerances into account - the sensor resistors 28I, 28r, 128I, 128r are designed in such a way that their values are the same when the sensor strip 9 is in one plane (such as the x-y plane of Fig 1) located. Such a state is also referred to here as an idle state. Then:
R28I = R128I = R28r = R128r. R28I = R128I = R28r = R128r.
In einem solchen Fall gilt weiterhin SL = 1/2 * +U und SR = 1/2 * +U. In such a case, SL = 1 / 2 * +U and SR = 1 / 2 * +U continue to apply.
Wenn der Sensorbereich S aus der x-y-Ebene nach hinten (in -z Richtung) gewölbt wird, werden die vorderseitigen Widerstände 28I, 28r gedehnt und die rückseitigen Widerstände 1281, 128r gestaucht. Dabei ist die Wirkung auf die einzelnen Widerstände abhängig von deren Neigungswinkel a sowie von dem Ort und der Richtung der Wölbung. Dies sei kurz mithilfe von Fig. 1 erläutert, wobei davon ausgegangen wird, dass der Sensorstreifen 9 gleichmäßig senkrecht zur Längsachse LA nach unten gewölbt wird (also keinen Knick aufweist sondern eher die Form eines halbkreisförmigen Bogens hat) und die Neigungswinkel a einen Wert zwischen Null und 90 Grad haben. Dann ist die Wirkung auf die einzelnen Widerstände umso stärker, je kleiner der Neigungswinkel a ist. Wenn hingegen eine gleichmäßige Wölbung parallel zur Längsachse LA erfolgt, ist die Wirkung auf die einzelnen Widerstände umso stärker, je größer der Neigungswinkel a ist. When the sensor area S is curved backwards (in the -z direction) from the xy plane, the front resistors 28I, 28r are stretched and the rear resistors 128I, 128r are compressed. The effect on the individual resistances depends on their angle of inclination a and on the location and direction of the curvature. This is explained briefly with the aid of FIG. 1, assuming that the sensor strip 9 is curved downwards uniformly perpendicular to the longitudinal axis LA (i.e. has no kink but rather has the shape of a semicircular arc) and the angle of inclination a has a value between zero and have 90 degrees. Then the effect on the individual resistances is stronger, the smaller the angle of inclination a is. On the other hand, if one uniform curvature occurs parallel to the longitudinal axis LA, the greater the angle of inclination a, the greater the effect on the individual resistances.
Bei einer ungleichmäßigen Wölbung des Sensorbereichs S (Extremfall ist ein Knick), ist die Auswirkung auf einen einzelnen der Widerstände 28, 128 - neben seinem Neigungswinkel a - auch sehr davon abhängig, ob und wie er sich im Bereich der Wölbung befindet. In the case of an uneven curvature of the sensor area S (an extreme case is a kink), the effect on an individual resistor 28, 128—in addition to its angle of inclination α—is also very dependent on whether and how it is located in the area of the curvature.
Wenn der Sensorbereich S aus der x-y-Ebene nach vorne (in z-Richtung) gewölbt wird, werden die vorderseitigen Sensorwiderstände 28I, 28r gestaucht und die rückseitigen Sensorwiderstände 1281, 128r werden gedehnt. Wenn der Sensorbereich S in eine Wellenform gebracht wird, werden möglicherweise einzelne der vorderseitigen Sensorwiderstände 28I, 28r gestaucht und andere gedehnt. When the sensor area S is warped forward (in the z-direction) from the x-y plane, the front sensor resistors 28I, 28r are compressed and the rear sensor resistors 128I, 128r are stretched. When the sensor area S is formed into a waveform, some of the front sensor resistors 28I, 28R may be compressed and others may be stretched.
Wenn eine Verdrehung (Torsion) des Sensorstreifens 9 bzw. von dessen Sensorbereich S erfolgt, treten ebenfalls Widerstandsänderungen auf, die abhängig sind von der Lage des einzelnen Sensorwiderstands 28, 128 sowie von dessen Neigungswinkel a. Wenn beispielsweise der untere Teil des Sensorstreifens 9 - also der Bereich in Richtung der Kontaktstellen 16 - in der Zeichenebene bleibt und dessen oberer Teil im Uhrzeigersinn entsprechend Torsionspfeil TP (Fig. 1) verdreht wird, werden die linken vorderseitigen Widerstände 28I gedehnt und die linken rückseitigen Widerstände 1281 gestaucht. Auf der rechten Seite hingegen werden die vorderseitigen Widerstände 28r gestaucht und die rückseitigen Widerstände 128r werden gedehnt. Dabei ist das Ausmaß einer solchen Dehnung bzw. Stauchung von dem Neigungswinkel a sowie auch von der Beschaffenheit des Substrats abhängig. Dabei hat sich gezeigt, dass bei einem relativ dünnen Substrat, das im Wesentlichen einer Folie entspricht, sich die Widerstandswerte am meisten ändern, wenn der Neigungswinkel a einen Wert von ca. 45 Grad aufweist. Eine solche Änderung ist natürlich weiter davon abhängig, wie stark die Torsion am Ort des jeweiligen Widerstands ist. Somit lässt sich allgemein sagen: Über den Neigungswinkel a kann das Verhältnis der Empfindlichkeit des Widerstands-Paares auf die Torsion zur Empfindlichkeit des Widerstands-Paares auf die Verbiegung quer zur Längsachse LA eingestellt werden. Durch die Kombination mindestens zweier unterschiedliche gewinkelter Widerstands-Paare lässt sich somit eine Biegerichtung, die nicht quer zur Längsachse LA verläuft, bzw. eine die quer zur Längsachse LA verlaufende Biegung überlagernde Torsion, messen. If a twisting (torsion) of the sensor strip 9 or its sensor area S occurs, resistance changes also occur, which are dependent on the position of the individual sensor resistor 28, 128 and on its angle of inclination α. If, for example, the lower part of the sensor strip 9 - i.e. the area in the direction of the contact points 16 - remains in the plane of the drawing and its upper part is rotated clockwise according to torsion arrow TP (Fig. 1), the left front resistors 28I are stretched and the left rear ones Resistors 1281 compressed. On the other hand, on the right-hand side, the front resistors 28r are compressed and the rear resistors 128r are stretched. The extent of such a stretching or compression depends on the angle of inclination α and also on the nature of the substrate. It has been shown that in the case of a relatively thin substrate, which essentially corresponds to a film, the resistance values change the most when the angle of inclination a has a value of approximately 45 degrees. Of course, such a change further depends on how strong the torsion is at the location of the respective resistance. It can thus be said in general: The ratio of the sensitivity of the pair of resistors to torsion to the sensitivity of the pair of resistors to bending transverse to the longitudinal axis LA can be set via the angle of inclination a. Through the combination at least of two different angled resistor pairs, a bending direction that does not run transversely to the longitudinal axis LA, or a torsion superimposed on the bending that runs transversely to the longitudinal axis LA, can thus be measured.
Wenn der Sensorbereich S gestreckt wird, hat das ebenfalls Auswirkungen auf die einzelnen Sensorwiderstände. Dabei hängen diese Auswirkungen von der Lage und der Orientierung des einzelnen Widerstands sowie von der Art und Richtung der Streckung ab. Umgekehrte Wirkungen treten auf, wenn der Sensorbereich S gestaucht wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind Widerstände, die sich gegenüber liegen, wie die Widerstandspaare 28I, 1281 oder 28r, 128r gleichartig gestaltet. Das bedeutet, sie haben im Wesentlichen die gleiche Geometrie und die gleichen Materialeigenschaften. Das bewirkt, dass eine Streckung des Sensorbereichs S gleiche Auswirkungen auf Sich gegenüber-liegende Widerstände hat und daher auch die entsprechenden Werte SL, SR sich idealerweise nicht ändern. Sollten sich jedoch die jeweils gegenüber liegenden Widerstände unterscheiden, ist auch bei einer Streckung eine Änderung von Werten SL, SR möglich. If the sensor area S is stretched, this also affects the individual sensor resistances. These effects depend on the position and orientation of the individual resistance and on the type and direction of the stretching. Reverse effects occur when the sensor area S is compressed. In the preferred embodiment, resistors that are opposite each other, such as resistor pairs 28I, 128I or 28r, 128r, are of the same design. This means they essentially have the same geometry and material properties. The effect of this is that a stretching of the sensor area S has the same effects on opposing resistances and therefore the corresponding values SL, SR ideally do not change. If, however, the respective opposing resistances differ, a change in values SL, SR is also possible with a stretching.
Anhand der beschriebenen Beispiele wird deutlich, dass die einzelnen Widerstandswerte R28I, R128I, R28r, R128r von der mechanischen Beeinflussung des Sensorstreifens 9 bzw. von dessen Sensorbereich S abhängig sind. Daraus ergibt sich umgekehrt, dass bei Veränderung dieser Widerstandswerte - und damit der zugehörigen Sensorsignal-Werte SL, SR - eine entsprechende mechanische Beeinflussung des Sensorstreifens 9 vorliegt. In der Auswertestufe 304 werden dazu die verstärkten Sensorsignale sl, sr in Abhängigkeit von der Lage und Orientierung der zugehörigen Sensorwiderstände 28I, 1281, 28r, 128r anhand eines geeigneten Algorithmus ausgewertet. Dazu enthält die Auswertestufe 304 übliche und dem Fachmann allgemeine Elemente, wie einen Mikroprozessor, einen Analog- Digital- (A/D-) Wandler, Speicherbausteine, usw. The examples described make it clear that the individual resistance values R28I, R128I, R28r, R128r are dependent on the mechanical influence on the sensor strip 9 or on its sensor area S. Conversely, this means that when these resistance values—and thus the associated sensor signal values SL, SR—change, there is a corresponding mechanical influence on the sensor strip 9 . For this purpose, the amplified sensor signals sl, sr are evaluated in the evaluation stage 304 using a suitable algorithm as a function of the position and orientation of the associated sensor resistors 28I, 128l, 28r, 128r. For this purpose, the evaluation stage 304 contains elements that are common and common to those skilled in the art, such as a microprocessor, an analog/digital (A/D) converter, memory modules, etc.
Wie oben beschrieben, sind die Sensorsignale sl, sr jeweils das Ergebnis des Mittenabgriffs bei einem Spannungsteiler mit zwei Widerständen. Es ist ebenfalls möglich, dass statt der absoluten Spannungen jeweils eine Spannungsdifferenz gemessen und weiterverarbeitet wird. Eine solche Spannungsdifferenz lässt sich beispielsweise mittels einer Wheatstoneschen Brücke erzeugen, bei der üblicherweise die für eine solche Spannungsdifferenz benötigte Referenzspannung durch einen geeigneten zweiten Spannungsteiler erzeugt wird. Wenn nun der Wert der ersten Spannung - erzeugt durch einen der Spannungsteiler 28, 128 - im Ruhezustand gleich ist wie der Wert der Referenzspannung, ist die Differenz Null. Wenn bei dem anschließenden Messbetrieb der Sensorbereich S eine mechanische Bewegung derart erfährt, dass sich einer der beiden Widerstände 28, 128 ändert, ändert sich auch der Wert der abgegriffenen Spannung. Diese Spannungsänderung kann allerdings relativ - also im Verhältnis zum absoluten Spannungswert - recht klein sein. Eine derartige Spannungsänderung lässt sich deutlich besser auswerten, wenn nicht die abgegriffene Spannung an sich von der Auswertestufe 304 verarbeitet wird, sondern die mittels der Referenzspannung erzeugte Spannungsdifferenz. Denn deren relative Änderung ist wesentlich größer als die der abgegriffenen Spannung. As described above, the sensor signals sl, sr are each the result of the center tap on a voltage divider with two resistors. It is also possible that instead of the absolute voltages, a voltage difference is used in each case is measured and processed. Such a voltage difference can be generated, for example, by means of a Wheatstone bridge, in which the reference voltage required for such a voltage difference is usually generated by a suitable second voltage divider. If the value of the first voltage--generated by one of the voltage dividers 28, 128--is the same as the value of the reference voltage in the idle state, the difference is zero. If, during the subsequent measurement operation, the sensor area S undergoes a mechanical movement such that one of the two resistances 28, 128 changes, the value of the voltage tapped off also changes. However, this change in voltage can be relatively small, i.e. in relation to the absolute voltage value. Such a voltage change can be evaluated significantly better if the voltage difference generated by means of the reference voltage is processed by the evaluation stage 304 rather than the tapped voltage itself. Because their relative change is significantly greater than that of the tapped voltage.
Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Auswertestufe A derart gestaltet, dass eine Referenzspannung erzeugt wird, deren Wert genau oder mindestens im Wesentlichen dem Spannungswert entspricht, der sich durch die jeweiligen Spannungsteiler 28, 128 ergibt, wie bevorzugterweise * +U (siehe oben). Innerhalb der Verstärkerstufen 302a, 302b - jedoch vor der eigentlichen Verstärkung - wird die Differenz zwischen dem Sensorsignal sl und der Referenzspannung sowie die Differenz zwischen dem Sensorsignal sr und der Referenzspannung erzeugt. Zur Vermeidung von negativen Spannungen wird nach der Verstärkung jeweils eine Spannung addiert, deren Wert bevorzugterweise i * +U (1 ,5 V) beträgt. Der Wert dieser Spannung wird während der anschließenden Digitalisierung wieder subtrahiert, so dass auch negative digitale Sensorwerte entstehen können und über das Vorzeichen bereits auf die Biegerichtung geschlossen werden kann. In an exemplary embodiment according to the invention, evaluation stage A is designed in such a way that a reference voltage is generated whose value corresponds exactly or at least essentially to the voltage value that results from the respective voltage divider 28, 128, as is preferred * +U (see above). The difference between the sensor signal sl and the reference voltage and the difference between the sensor signal sr and the reference voltage are generated within the amplifier stages 302a, 302b--but before the actual amplification. To avoid negative voltages, a voltage is added after amplification, the value of which is preferably i*+U (1.5 V). The value of this voltage is subtracted again during the subsequent digitization, so that negative digital sensor values can also arise and the bending direction can already be inferred from the sign.
Das Ergebnis der Auswertung der Sensorsignale sl, sr wird mithilfe des Ausgangssignals sa ausgegeben. Dieses kann verschieden gestaltet sein. Bevorzugterweise enthält es die notwendigen Informationen, damit die Anzeigestufe 306, die mit einem zugehörigen Display ausgestattet ist, den Sensorstreifen 9 - genauer gesagt dessen Sensorbereich S grafisch darstellen kann. Dabei ist es auch möglich, dass eine solche Darstellung dynamisch ist, also einen zeitlichen Verlauf aufweist der abhängig ist vom Zeitpunkt der Messung. Dafür kann die Auswertestufe 306 geeignete Speicherbausteine (nicht separat dargestellt) aufweisen, um eine solche dynamische Darstellung aufzuzeichnen und sie später abrufen zu können. The result of the evaluation of the sensor signals sl, sr is output using the output signal sa. This can be designed in different ways. Preferably, it contains the information necessary to enable the display level 306, which is equipped with an associated display, the sensor strip 9--more precisely, its sensor area S can be represented graphically. It is also possible for such a display to be dynamic, ie to have a time profile that is dependent on the time of the measurement. For this purpose, the evaluation stage 306 can have suitable memory components (not shown separately) in order to be able to record such a dynamic representation and be able to call it up later.
Denkbar ist auch, dass das Ausgangssignal sa und/oder die Anzeigestufe 306 derart gestaltet sind, dass zusätzlich oder statt einer grafischen Anzeige optische, akustische und/oder haptische (Vibrationen oder dergleichen) Warnsignale ausgegeben werden, wenn der Sensorbereich S derart bewegt - beispielsweise gewölbt, verdreht und/oder gestreckt - wird, dass vorgegebene Grenzwerte überschritten werden. Die Kriterien für solche Grenzwerte können sehr verschieden sein. Dabei kann auch berücksichtigt werden, wenn vorgegebene geometrische Werte, deren Verlauf, deren Geschwindigkeit und/oder deren Beschleunigung für eine bestimmte Zeit über- oder unterschritten werden. It is also conceivable that the output signal sa and/or the display stage 306 are designed in such a way that, in addition to or instead of a graphic display, optical, acoustic and/or haptic (vibrations or the like) warning signals are output if the sensor area S moves in this way - for example curved , twisted and/or stretched - will ensure that specified limit values are exceeded. The criteria for such limit values can be very different. It can also be taken into account when predetermined geometric values, their course, their speed and/or their acceleration are exceeded or fallen below for a specific time.
Wie erwähnt, kann die Anzeigestufe 306 sehr vielfältig gestaltet sein. Dabei ist es auch denkbar, dass sie außerhalb der Auswerteeinheit A angeordnet ist, und beispielsweise gestaltet ist wie ein PC, ein Tablet-Computer, ein Smartphone oder dergleichen. Dabei ist es auch möglich, dass der Algorithmus zur Auswertung der Sensorsignale sl, sr teilweise oder vollständig auf einem solchen Gerät abläuft. As mentioned, the display stage 306 can be designed in many different ways. It is also conceivable that it is arranged outside of the evaluation unit A and is designed, for example, like a PC, a tablet computer, a smartphone or the like. It is also possible for the algorithm for evaluating the sensor signals sl, sr to run partially or completely on such a device.
Die Signalleitung 308 kann als Kabel und/oder kabellos realisiert sein. Das heißt, dass die Auswerteeinheit A bei Bedarf eine Sendestufe aufweist. Diese kann derart gestaltet sein, dass sie Hochfrequenzsignale (beispielsweise Bluetooth, WLAN, usw.), optische Signale, akustische Signale und/oder dergleichen aussenden kann. Das ist besonders dann sehr vorteilhaft, wenn die Anzeigestufe 306 als Smartphone oder Tablet-Computer realisiert ist. The signal line 308 can be implemented as a cable and/or wirelessly. This means that the evaluation unit A has a transmission stage if required. This can be designed in such a way that it can emit high-frequency signals (for example Bluetooth, WLAN, etc.), optical signals, acoustic signals and/or the like. This is particularly advantageous when the display stage 306 is implemented as a smartphone or tablet computer.
Der erfindungsgemäße Sensorstreifen kann vielfältig verwendet werden, wie beispielsweise für • den Bereich der Orthopädie The sensor strip according to the invention can be used in many ways, such as for • the field of orthopaedics
• medizinische Diagnostik • medical diagnostics
• Smartwatches und andere Wearables • Smartwatches and other wearables
• Life Science • Life Sciences
Eine bevorzugte Anwendung im Bereich der Orthopädie betrifft die Vermessung der Wirbelsäule eines Menschen. Dazu wird der Sensorstreifen 9 mittels geeigneter Mittel, wie Pflaster, Klebstoff oder dergleichen am Rücken des betreffenden Menschen angebracht. Es ist ebenfalls denkbar, dass dafür eine Art Kleidungsstück verwendet wird, wie ein T-Shirt, ein Body, eine Weste oder dergleichen, in die und/oder an die der Sensorstreifen 9 angeordnet bzw. integriert ist. Durch einzelne Messungen oder besser noch durch laufende Messungen innerhalb eines bestimmten Zeitraums kann ermittelt werden, wie der Rücken bewegt und wie er gegebenenfalls belastet wird. Dafür hat sich eine besondere Ausführung des erfindungsgemäßen Sensorstreifens besonders bewährt, die im Folgenden als Sensorstreifen 900 anhand der Fig. 9 bis 11 beschrieben wird. Dabei zeigt Fig. 9 eine Draufsicht auf den gesamten Sensorstreifen 900 und die Fig. 10 und 11 zeigen davon Ausschnitte B und C, die in Fig. 9 markiert sind. Auch der Sensorstreifen 900 besteht aus einem Substrat (hier nicht gezeigt) mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Aufgrund der Draufsicht sind im Wesentlichen die Elemente dargestellt, die sich auf der Substrat-Vorderseite befinden. Elemente, die sich auf der Substrat- Rückseite befinden und von den Elementen der Substrat-Vorderseite verdeckt werden, sind hier nicht erkennbar. A preferred application in the field of orthopedics relates to the measurement of a person's spine. For this purpose, the sensor strip 9 is attached to the back of the person in question by means of suitable means such as plasters, adhesive or the like. It is also conceivable that a type of clothing is used for this, such as a T-shirt, a body, a vest or the like, in and/or on which the sensor strip 9 is arranged or integrated. Individual measurements or, even better, continuous measurements over a certain period of time can be used to determine how the back is moving and how it is possibly being stressed. For this purpose, a special embodiment of the sensor strip according to the invention has proven itself, which is described below as sensor strip 900 with reference to FIGS. 9 to 11. 9 shows a plan view of the entire sensor strip 900 and FIGS. 10 and 11 show sections B and C thereof, which are marked in FIG. The sensor strip 900 also consists of a substrate (not shown here) with a front side and a back side. Due to the top view, essentially the elements that are located on the front side of the substrate are shown. Elements that are on the back of the substrate and are covered by the elements on the front of the substrate cannot be seen here.
Elemente, die gleich oder gleichartig wie bei dem zuvor beschriebenen Sensorstreifen 9 sind, haben gleiche Bezugszeichen und auf sie wird nur insofern eingegangen, wie es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich scheint. Ergänzend wird auf die vorigen Ausführungen zu dem Sensorstreifen 9 verwiesen. Elements that are the same or similar to those in the sensor strip 9 described above have the same reference numbers and will only be discussed insofar as appears necessary for an understanding of the present invention. In addition, reference is made to the previous statements on the sensor strip 9 .
Der in Fig. 9 gezeigte Sensorstreifen 900 weist einen Sensorbereich S auf, der etwa 60 cm lang ist. Dabei ist entlang der Längsachse LA eine vorderseitige Leiterbahn 18 auf der Substrat-Vorderseite 12 vorhanden, an der links 28 Stück Sensorwiderstände 28I und rechts 28 Stück Sensorwiderstände 28r elektrisch angeschlossen sind. Diese sind hier ebenfalls länglich gestaltet mit einer nahezu rechteckigen Form und haben hier alle den gleichen Neigungswinkel a, dessen Wert etwa 30 Grad beträgt. Die linken Sensorwiderstände 28I sind jeweils mit einer der linken Leiterbahnen 26I und die rechten Sensorwiderstände 28r sind jeweils mit einer der rechten Leiterbahnen 26r verbunden. The sensor strip 900 shown in FIG. 9 has a sensor area S that is approximately 60 cm long. In this case, a front conductor track is along the longitudinal axis LA 18 is present on the substrate front side 12, to which 28 sensor resistors 28I on the left and 28 sensor resistors 28r on the right are electrically connected. These are also elongated here with an almost rectangular shape and all have the same angle of inclination a, the value of which is about 30 degrees. The left sensor resistors 28I are each connected to one of the left conductive tracks 26I and the right sensor resistors 28r are each connected to one of the right conductive tracks 26r.
Die auf der Substrat-Rückseite 14 angeordneten Sensorwiderstände 1281, 128r befinden sich genau (bzw. im Wesentlichen) unterhalb der vorderseitigen Sensorwiderstände 28I, 28r und sind daher hier nicht erkennbar. Diese sind analog zu den vorderseitigen Sensorwiderständen 28I, 28r einerseits mit der rückseitigen Versorgungsleiterbahn 120, von der hier nur ein kleiner Ausschnitt oberhalb des Bereichs 52 (s. Fig. 11) zu erkennen ist, und andererseits mit rückseitigen Leiterbahnen 1261 und 126r, die auf der Substrat-Rückseite 14 gegenüber bzw. unterhalb der linken Leiterbahnen 26I bzw. 26r verlaufen, verbunden. The sensor resistors 1281, 128r arranged on the substrate rear side 14 are located exactly (or essentially) below the front sensor resistors 28I, 28r and are therefore not visible here. These are analogous to the front-side sensor resistors 28I, 28r, on the one hand with the rear-side supply conductor track 120, of which only a small section can be seen here above area 52 (see Fig. 11), and on the other hand with rear-side conductor tracks 1261 and 126r, which are the substrate rear side 14 run opposite or below the left conductor tracks 26I and 26r, respectively.
Das bedeutet, dass bei dem Sensorstreifen 900 für jeden der Sensorwiderstände 28, 128 eine eigene Leiterbahn 26, 126 vorgesehen ist. Das ist also anders als bei dem Sensorstreifen 9, bei dem für jeweils ein Paar von Widerständen 28, 128 zunächst eine der Durchkontaktierungen 200 und danach nur eine der Leiterbahnen 26r, 1261 vorgesehen ist. Die für die Realisierung von Spannungsteilern aus zwei übereinander liegenden Widerständen 28, 128 erforderlichen Durchkontaktierungen 200 befinden sich bei dem Sensorstreifen 900 alle in einem Bereich 902 (s. Fig. 11), der sich im Bereich der Kontaktstellen 16 befindet und damit innerhalb des Kontaktbereichs K und somit außerhalb des Sensorbereichs S liegt (s. Fig. 9). This means that in the case of the sensor strip 900, each of the sensor resistors 28, 128 has its own conductor track 26, 126. This is different from the sensor strip 9, in which for each pair of resistors 28, 128 first one of the vias 200 and then only one of the conductor tracks 26r, 1261 is provided. The vias 200 required for the realization of voltage dividers from two resistors 28, 128 lying one above the other are all located in the sensor strip 900 in an area 902 (see FIG. 11), which is located in the area of the contact points 16 and thus within the contact area K and is therefore outside the sensor area S (see FIG. 9).
Durch die Anordnung der Durchkontaktierungen 200 außerhalb des Sensorbereichs S, der bei normalem Messbetrieb üblicherweise gebogen, verdreht und/oder gedehnt wird, wird erreicht, dass der Sensorstreifen 900 sehr robust ist. The arrangement of the vias 200 outside of the sensor area S, which is usually bent, twisted and/or stretched during normal measurement operation, means that the sensor strip 900 is very robust.
Der in den Fig. 9 bis 11 dargestellte Sensorstreifen kann gekürzt werden, indem von dem oberen Teil eine gewünschte Länge abgeschnitten wird. Dadurch nimmt zwar die Anzahl der Widerstands-Paare ab, jedoch kann die Sensorstreifen-Länge dem zu untersuchenden Objekt angepasst werden. The sensor strip shown in Figures 9 to 11 can be shortened by cutting a desired length from the top. As a result, although The number of resistor pairs depends, however, the sensor strip length can be adjusted to the object to be examined.
Bei einem weiteren hier nicht durch Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass In a further embodiment not shown here by figures, it is provided that
• die genannten Durchkontaktierungen 200 nahe der einzelnen Widerstands- Paare (Spannungsteiler) 28, 128 angeordnet sind (ähnlich wie bei Sensorstreifen 9), so dass pro Widerstands-Paar nur eine der Leiterbahnen 26, 126 benötigt wird und dass weiterhin • the vias 200 mentioned are arranged close to the individual resistor pairs (voltage dividers) 28, 128 (similar to sensor strips 9), so that only one of the conductor tracks 26, 126 is required per resistor pair and that continues
• eine erste Anzahl dieser Widerstands-Paare 28, 128 über vorderseitige Leiterbahnen 26 und die übrigen Widerstands-Paare über rückseitige Leiterbahnen 126 mit den Kontaktstellen 16 verbunden werden. • A first number of these pairs of resistors 28, 128 are connected to the contact points 16 via conductor tracks 26 on the front side and the remaining pairs of resistors are connected via conductor tracks 126 on the rear side.
Das hat den Vorteil, dass ein solcher Sensorstreifen schmaler gestaltet werden kann als der Sensorstreifen 900. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass bei einseitigen Kontaktstellen 16 (Folienstecker) zusätzliche Durchkontaktierungen nötig sind. This has the advantage that such a sensor strip can be made narrower than the sensor strip 900. However, it must be taken into account here that additional plated-through holes are required in the case of one-sided contact points 16 (foil plug).
In Fig. 12, die teilweise ähnlich wie Fig. 7 ist, ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Der wesentliche Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungen besteht darin, dass hier die vorderseitige Leiterbahn 25I mit der rückseitigen Leiterbahn 1261 verbunden wird durch ein erstes Kontaktelement 252, ein zweites Kontaktelement 254 sowie einer Verbindungsleitung 256 zwischen den Kontaktelementen 252 und 254. Für eine einfache und betriebssichere Kontaktierung verläuft die vorderseitige Leiterbahn 251 bis zu einer ersten Kontaktstelle 251 , die sich im Randbereich der Vorderseite 12 des Substrats 10 befindet. Entsprechend verläuft die rückseitige Leiterbahn 1261 bis zu einer zweiten Kontaktstelle 253, die sich im Randbereich der Rückseite 14 des Substrats 10 befindet. Bevorzugterweise sind die beiden Kontaktstellen 251 , 253 derart angeordnet, dass sie sich gegenüber liegen. Im Normalbetrieb (wie hier auch gezeigt) ist das erste Kontaktelement 252 in elektrischem Kontakt mit der ersten Kontaktstelle 251 und somit mit der Leiterbahn 25I und das zweite Kontaktelement 254 ist in elektrischem Kontakt mit der zweiten Kontaktstelle 253 und somit mit der Leiterbahn 1261. Die Verbindungsleitung 256 ist außerdem mit der Auswerteeinheit A verbunden, an die ein entsprechendes Sensorsignal sl (s.a. Fig. 8) abgegeben wird. Another embodiment is shown in FIG. 12, which is partially similar to FIG. The main difference from the previously described embodiments is that here the front conductor track 25I is connected to the rear conductor track 1261 by a first contact element 252, a second contact element 254 and a connecting line 256 between the contact elements 252 and 254. For a simple and reliable Contact-connection runs the front-side conductor track 251 up to a first contact point 251 , which is located in the edge area of the front side 12 of the substrate 10 . Correspondingly, the rear conductor track 1261 runs up to a second contact point 253 which is located in the edge area of the rear side 14 of the substrate 10 . The two contact points 251, 253 are preferably arranged in such a way that they face each other. In normal operation (as also shown here), the first contact element 252 is in electrical contact with the first contact point 251 and thus with the conductor track 25I and the second contact element 254 is in electrical contact with the second contact point 253 and thus with the conductor track 1261. The connecting line 256 is also connected to the evaluation unit A, to which a corresponding sensor signal s1 (see also FIG. 8) is emitted.
Es versteht sich, dass die hier gezeigte elektrische Verbindung zwischen der vorderseitigen Leiterbahn 251 und der rückseitigen Leiterbahn 1261 mittels der elektrischen Kontaktelemente 252, 254 nur beispielhaft ist. Durch derartige und/oder ähnliche Kontakte können auch weitere oder auch alle der vorderseitigen Leiterbahnen mit den zugehörigen rückseitigen Leiterbahnen verbunden werden, so dass die Anzahl der Durchkontaktierungen 200 entsprechend reduziert werden kann bzw. auf diese vollständig verzichtet werden kann. It goes without saying that the electrical connection shown here between the front conductor track 251 and the rear conductor track 1261 by means of the electrical contact elements 252, 254 is only an example. Such and/or similar contacts can also be used to connect further or even all of the front-side conductor tracks to the associated rear-side conductor tracks, so that the number of vias 200 can be correspondingly reduced or can be dispensed with entirely.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft und stellen bevorzugte Realisierungen der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale, die oben nur im Zusammenhang mit einzelnen dieser Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, auch bei den anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden können, sofern es dagegen keine offensichtlichen Einschränkungen gibt. The exemplary embodiments described are only exemplary and represent preferred implementations of the present invention. It is understood that certain features which have only been described above in connection with one of these exemplary embodiments can also be used in the other exemplary embodiments, provided that there are no obvious restrictions gives.
Außerdem sind vielfältige Variationen und Alternativen der beschriebenen Ausführungen möglich, wie beispielsweise: In addition, many variations and alternatives to the described designs are possible, such as:
- Die Versorgungsspannung +u kann eine Gleichspannung und/oder eine Wechselspannung sein - The supply voltage +u can be a DC voltage and/or an AC voltage
- Die hier als Widerstände 28, 128 bezeichneten Elemente können auch als Kondensatoren verwendet werden. Dazu sind diese Elemente entsprechend an die Auswerteeinheit anzuschließen und es ist eine passende Wechselspannung anzulegen. Referenzzeichenliste - The elements referred to here as resistors 28, 128 can also be used as capacitors. To do this, these elements must be connected to the evaluation unit and a suitable AC voltage must be applied. reference character list
9 erster Sensorstreifen 9 first sensor strip
10 Substrat 10 substrate
12 Vorderseite von 10 12 front of 10
14 Rückseite von 10 14 back of 10
16 Kontaktstellen 16 contact points
18 Leiterbahnen auf 12 18 tracks on 12
20 vorderseitige Versorgungsleiterbahn 20 front supply trace
22I, 22r linke bzw. rechte Kontaktpunkte auf 12 22I, 22r left and right contact points on 12
24I, 24r linke bzw. rechte Kontaktpunkte auf 12 24I, 24r left and right contact points on 12
25I Leiterbahnstück auf 12 25I trace piece on 12
26I, 26r linke bzw. rechte Leiterbahnen auf 12 26I, 26r left and right traces on 12
28I, 28r linke bzw. rechte Sensorwiderstände auf 1228I, 28r left and right sensor resistances to 12
29I ein Ende von 28I 29I an end of 28I
50 Leiterbahn auf 12 50 track to 12
52 Bereich einer Durchkontaktierung von 50 zu 12052 area of a via from 50 to 120
120 rückseitige Versorgungsleiterbahn 120 back supply trace
1221, 122r linke bzw. rechte Kontaktpunkte auf 14 1221, 122r left and right contact points on 14
1241, 124r linke bzw. rechte Kontaktpunkte auf 14 1241, 124r left and right contact points respectively on 14
125r Leiterbahnstück auf 14 125r trace piece on 14
1261 linke Leiterbahnen auf 14 1261 left traces on 14
1281, 128r linke bzw. rechte Sensorwiderstände auf 141281, 128r left and right sensor resistances to 14
1291 ein Ende von 1281 1291 an end of 1281
200 Durchkontaktierungsleiter zwischen 251 und 1261200 via conductors between 251 and 1261
251 erste Kontakstelle 251 first point of contact
252 elektrisches Kontaktelement zu 251 252 electrical contact element to 251
253 zweite Kontaktstelle 253 second contact point
254 elektrisches Kontaktelement zu 253 254 electrical contact element to 253
256 Verbindungsleitung zwischen 252 und 254 256 connecting line between 252 and 254
300 Platinenstecker-Kontakte 300 board connector contacts
302a, b Verstärkungsstufen 304 Auswertestufe 302a,b gain stages 304 evaluation level
306 Anzeigestufe 306 display level
308 Signalleitung 308 signal line
900 zweiter Sensorstreifen 902 Durchkontaktierungs-Bereich 900 second sensor stripe 902 via area
LA Längsachse von 9 bzw. 900 LA longitudinal axis of 9 or 900
TP Torsionspfeil TP torsion arrow
S Sensorbereich S sensor range
K Kontaktbereich A Auswerteeinheit lal, lar Längsachse eines linken bzw. rechten Sensorwiderstands sl, sr linkes bzw. rechtes Sensorsignal sa Ausgangssignal a Neigungswinkel K Contact area A Evaluation unit lal, lar Longitudinal axis of a left or right sensor resistor sl, sr Left or right sensor signal sa Output signal a Angle of inclination

Claims

Patentansprüche sorstreifen (9; 900) zur Messung von geometrischen Formen, wobeiClaims sorstreifen (9; 900) for measuring geometric shapes, wherein
- ein Substrat (10) vorhanden ist - a substrate (10) is present
- mindestens ein erstes Paar von zwei elektrischen Widerständen (28I, 1281;) vorgesehen sind, wobei der erste davon (281) auf der Vorderseite (12) des Substrats (10) und der andere Widerstand (1281) derart auf der Rückseite (14) des Substrats (10) angeordnet ist, dass er dem ersten Widerstand (28I) im Wesentlichen gegenüber liegt - at least a first pair of two electrical resistors (28I, 1281;) are provided, the first of which (281) being on the front face (12) of the substrate (10) and the other resistor (1281) being so on the back face (14) of the substrate (10) is arranged to be substantially opposite to the first resistor (28I).
- der erste Anschluss des ersten Widerstands (28I) über eine erste Versorgungsleitung (20) mit dem ersten Pol (+u) einer Versorgungsspannung elektrisch verbunden ist und der erste Anschluss des zweiten Widerstands (1281) über eine zweite Versorgungsleitung (120) mit dem zweiten Pol (Masse) der Versorgungsspannung elektrisch verbunden ist - the first terminal of the first resistor (28I) is electrically connected to the first pole (+u) of a supply voltage via a first supply line (20) and the first terminal of the second resistor (1281) is electrically connected to the second pole via a second supply line (120). Pole (ground) of the supply voltage is electrically connected
- die zweiten Anschlüsse der beiden Widerstände (28I, 1281) miteinander elektrisch verbunden sind, so dass sie einen Spannungsteiler bilden, dadurch gekennzeichnet, dass für die elektrische Verbindung zwischen den zweiten Anschlüssen der beiden Widerstände (281, 1281) mindestens eine Durchkontaktierung (200) vorgesehen ist, die eine Leiterbahn (251) zu dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands (281) auf der Vorderseite (12) mit einer Leiterbahn (1261) zu dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands (1281) auf der Rückseite (14) elektrisch verbindet und/oder dass beide Leiterbahnen (25I, 1261) jeweils zu einer Kontaktstelle (251 , 253) führen, die derart gestaltet und angeordnet sind, dass sie über Kontaktelemente (252, 254) miteinander elektrisch verbunden werden können. sorstreifen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass - the second connections of the two resistors (28I, 1281) are electrically connected to one another so that they form a voltage divider, characterized in that for the electrical connection between the second connections of the two resistors (281, 1281) at least one via (200) is provided, which electrically connects a conductor track (251) to the second connection of the first resistor (281) on the front side (12) with a conductor track (1261) to the second connection of the second resistor (1281) on the rear side (14) and /or that both conductor tracks (25I, 1261) each lead to a contact point (251, 253) which are designed and arranged in such a way that they can be electrically connected to one another via contact elements (252, 254). visor strip according to claim 1, characterized in that
- mindestens ein zweites Paar von zwei elektrischen Widerständen (28r, 128r) vorgesehen ist, wobei der erste davon (28r) auf der Vorderseite (12) des Substrats (10) und der andere Widerstand (128r) derart auf der Rückseite (14) des Substrats (10) angeordnet ist, dass er dem ersten Widerstand (28r) im Wesentlichen gegenüber liegt - At least a second pair of two electrical resistors (28r, 128r) is provided, the first of which (28r) on the front side (12) of the substrate (10) and the other resistor (128r) such on the Rear (14) of the substrate (10) is arranged that it is the first resistor (28r) opposite substantially
- der erste Anschluss des ersten Widerstands (28r) über die erste Versorgungsleitung (20) mit dem ersten Pol (+u) der Versorgungsspannung elektrisch verbunden ist und der erste Anschluss des zweiten Widerstands (128r) über die zweite Versorgungsleitung (120) mit dem zweiten Pol (Masse) der Versorgungsspannung elektrisch verbunden ist - the first terminal of the first resistor (28r) is electrically connected to the first pole (+u) of the supply voltage via the first supply line (20) and the first terminal of the second resistor (128r) is electrically connected to the second pole via the second supply line (120). Pole (ground) of the supply voltage is electrically connected
- die zweiten Anschlüsse der beiden Widerstände (28r, 128r) miteinander elektrisch verbunden sind, so dass sie einen Spannungsteiler bilden- the second terminals of the two resistors (28r, 128r) are electrically connected to one another so that they form a voltage divider
- mindestens eins der ersten Widerstands-Paare (28I, 1281) und mindestens eins der zweiten Widerstands-Paare (28r, 128r) nebeneinander angeordnet sind. - At least one of the first pairs of resistors (28I, 1281) and at least one of the second pairs of resistors (28r, 128r) are arranged side by side.
3. Sensorstreifen nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Widerstands-Paare (28I, 1281) und/oder die zweiten Widerstands-Paare (28r, 128r) einen Neigungswinkel (a) gegenüber Senkrechten (LA) aufweisen, dessen Wert zwischen Null und 90 Grad liegt. 3. Sensor strip according to one of the preceding claims, characterized in that the first pairs of resistors (28I, 1281) and/or the second pairs of resistors (28r, 128r) have an angle of inclination (a) relative to the vertical (LA), the value of which is between zero and 90 degrees.
4. Sensorstreifen nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ersten Widerstands-Paare (28I, 1281) gleich groß ist wie die Anzahl der zweiten Widerstands-Paare (28r, 128r) und diese spiegelsymmetrisch bezüglich der Senkrechten (LA) zueinander angeordnet sind. 4. Sensor strip according to one of the preceding claims, characterized in that the number of first pairs of resistors (28I, 1281) is the same as the number of second pairs of resistors (28r, 128r) and these are mirror-symmetrical with respect to the vertical (LA) are arranged to each other.
5. Sensorstreifen nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Versorgungsleitung (20) auf der Vorderseite (12) des Substrats (10) angeordnet ist und zwischen den ersten Widerstands-Paaren (28I, 1281) und den zweiten Widerstands-Paaren (28r, 128r), bevorzugterweise entlang der Senkrechten (LA) verläuft. Sensorstreifen nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Versorgungsleitung (120) auf der Rückseite (14) des Substrats (10) angeordnet ist und zwischen den ersten Widerstands-Paaren (28I, 1281) und den zweiten Widerstands-Paaren (28r, 128r), bevorzugterweise entlang der Senkrechten (LA) verläuft. Sensorstreifen nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der Widerstände (28, 128) durch ein Druckverfahren, wie beispielsweise Siebdruck, auf das Substrat (10) aufgebracht werden und dafür bevorzugterweise eine hochohmige Paste verwendet wird. Sensorstreifen nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der für die Anschlüsse der Widerstände (28, 128) erforderlichen Anschlussleitungen und/oder mindestens eine der Durchkontaktierungen (200) durch ein Druckverfahren, wie beispielsweise Siebdruck, auf das Substrat (10) aufgebracht werden und dafür bevorzugterweise eine niederohmige Paste verwendet wird. Sensorstreifen nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen ersten Bereich (S) aufweist, der im Normalbetrieb verformbar ist und in dem die genannten Widerstände (28, 128) angeordnet sind, und einen zweiten Bereich (K) aufweist, der verglichen mit dem ersten Bereich (S) im Normalbetrieb weniger verformbar ist und in dem zumindest einzelne der Durchkontaktierungen (200) angeordnet sind. Vorrichtung zur Messung von geometrischen Formen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorstreifen (9; 900) nach einem der obigen Ansprüche verwendet wird und dass die Widerstände (28, 128) über geeignete elektrische Verbindungen mit einer Auswerteeinheit (A) verbunden sind, die die Versorgungsspannung (+u, Masse) abgibt und die von den Spannungsteilern (28I, 1281; 28r, 128r) erzeugten Spannungen als Sensorsignale (sl, sr) aufnimmt und ein Ausgangssignal (sa) erzeugt, das ein Maß ist für Widerstandsveränderungen innerhalb der einzelnen Widerstands-Paare. 11. Vorrichtung nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) eine Referenzspannung erzeugt, deren Wert im Wesentlichen dem Wert entspricht, den die die Sensorsignale (sl, sr) bei einem Ruhezustand des Sensorstreifens (9, 900) aufweisen, und eine Differenz bildet aus dem Wert dieser Referenzspannung und dem Wert der gemessenen Sensorsignale (sl, sr). 5. Sensor strip according to one of the preceding claims, characterized in that the first supply line (20) is arranged on the front side (12) of the substrate (10) and between the first pairs of resistors (28I, 128I) and the second pairs of resistors (28r, 128r), preferably along the perpendicular (LA). Sensor strip according to one of the preceding claims, characterized in that the second supply line (120) is arranged on the rear side (14) of the substrate (10) and between the first pairs of resistors (28I, 1281) and the second pairs of resistors (28r , 128r), preferably along the perpendicular (LA). Sensor strip according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the resistors (28, 128) are applied to the substrate (10) by a printing process such as screen printing, and a high-resistance paste is preferably used for this purpose. Sensor strip according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the connection lines required for the connections of the resistors (28, 128) and/or at least one of the vias (200) are applied to the substrate (10) by a printing process such as screen printing. are applied and preferably a low-resistance paste is used. Sensor strip according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a first region (S) which is deformable in normal operation and in which said resistors (28, 128) are arranged, and a second region (K) which is compared is less deformable with the first area (S) in normal operation and in which at least some of the vias (200) are arranged. Device for measuring geometric shapes, characterized in that a sensor strip (9; 900) according to one of the above claims is used and that the resistors (28, 128) are connected via suitable electrical connections to an evaluation unit (A) which the supply voltage (+u, ground) and receives the voltages generated by the voltage dividers (28I, 1281; 28r, 128r) as sensor signals (sl, sr) and generates an output signal (sa) which is a measure of resistance changes within the individual resistance couples. 11. Device according to the previous claim, characterized in that the evaluation unit (A) generates a reference voltage, the value of which essentially corresponds to the value that the sensor signals (sl, sr) have when the sensor strip (9, 900) is at rest, and a difference forms from the value of this reference voltage and the value of the measured sensor signals (sl, sr).
12. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale (sl, sr) zumindest von einzelnen der Widerstands-Paare (28I, 1281; 28r; 128r) nacheinander ausgewertet werden, so dass unter Berücksichtigung von deren Lage innerhalb des Sensorstreifens (9; 900) ein Ausgangssignal (sa) erzeugt wird, dessen Wert ein Maß ist für die geometrische Form des Sensorstreifens (9; 900). 12. Device according to one of the preceding device claims, characterized in that the sensor signals (sl, sr) from at least individual resistor pairs (28I, 1281; 28r; 128r) are evaluated one after the other, so that taking into account their position within the sensor strip (9; 900) an output signal (sa) is generated, the value of which is a measure of the geometric shape of the sensor strip (9; 900).
13. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich nacheinander Sensorsignale (sl, sr) zumindest einzelner der Widerstands-Paare (28, 128) ausgewertet werden, so dass unter Berücksichtigung von deren Lage innerhalb des Sensorstreifens (9; 900) ein Ausgangssignal (sa) erzeugt wird, dessen Wert ein Maß ist für den Bewegungsablauf der betreffenden Widerstands-Paare (28, 128). 13. Device according to one of the preceding device claims, characterized in that sensor signals (sl, sr) of at least individual ones of the resistor pairs (28, 128) are evaluated one after the other, so that taking into account their position within the sensor strip (9; 900) an output signal (sa) is generated, the value of which is a measure of the course of movement of the relevant resistor pairs (28, 128).
14. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sendeeinheit aufweist, die in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal (sa) ein Sendesignal aussendet. 14. Device according to one of the preceding device claims, characterized in that it has a transmission unit which emits a transmission signal as a function of the output signal (sa).
15. Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Paar von Kontaktelementen (252, 254) aufweist, wobei eines dieser Kontaktelemente (252) derart gestaltet und angeordnet ist, dass es im Normalbetrieb elektrischen Kontakt zu einer der vorderseitigen Leiterbahnen (25I) hat und das andere dieser Kontaktelemente (254) derart gestaltet und angeordnet ist, dass es im Normalbetrieb elektrischen Kontakt zu einer der rückseitigen Leiterbahnen (1261) hat, wobei beide Kontaktelemente (252, 254) miteinander elektrisch verbunden sind. 15. Device according to one of the preceding device claims, characterized in that it has at least one pair of contact elements (252, 254), one of these contact elements (252) being designed and arranged in such a way that during normal operation there is electrical contact with one of the front-side conductor tracks (25I) and the other of these contact elements (254) is designed and arranged in such a way that during normal operation it has electrical contact with one of the rear conductor tracks (1261), both contact elements (252, 254) being electrically connected to one another.
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