FI105238B - Anturilaitteisto ja menetelmä voiman tai paineen intensiteetin ja vaikutuskohdan määrittämiseksi - Google Patents

Description

105238

ANTURILAITTEISTO JA MENETELMÄ VOIMAN TAI PAINEEN INTENSITEETIN JA VAIKUTUSKOHDAN MÄÄRITTÄMISEKSI

Tämän keksinnön kohteena on anturilaitteisto ja menetelmä 5 anturiin kohdistuvan voiman tai paineen intensiteetin ja/tai vaikutuskohdan määrittämiseksi.

US-patentissa 4,654,546 on esitetty voiman tai paineen mittaamiseen tarkoitettuihin antureihin soveltuva, biaksiaali-10 sesti orientoitu, esimerkiksi polypropeenia oleva muovikalvo, jossa on litteitä kaasukuplia (kaasurakkuloita). WO-julkaisussa 96/06718 on lisäksi esitetty menetelmä tällaisten ns. kuplakalvojen paisuttamiseksi.

15 _ Ennestään on tunnettu ns. kaapelitutkaperiaate, jossa koak-siaalisissa signaalikaapeleissa olevat epäjatkuvuuskohdat (vuodot, katkokset) havaitaan kaapelin toisesta päästä lähetetyn mikroaaltopulssin ja samasta päästä mitattujen ta-kaisinheijastuneiden pulssien aikaeroista. Menetelmä perus-20 tuu epäjatkuvuuskohtien aiheuttamiin impedanssimuutoksiin kaapelissa. Menetelmää on kuvattu esimerkiksi US-patentissa 3,753,086.

Tässä keksinnössä on esitetty anturirakenne ja menetelmä, 25 joiden avulla voidaan määrittää anturiin kohdistuvan voiman tai paineen intensiteetti ja vaikutuskohta käyttämällä näiden määrittämiseen sinällään tunnettua kaapelitutkaperiaa-tetta. Keksinnön mukaisessa anturilaitteistossa on anturi ' ' sekä siihen liitetty ohjausyksikkö voiman tai paineen in- 30 tensiteetin ja/tai vaikutuskohdan määrittämiseksi anturista saatavien signaalien avulla. Lisäksi anturissa on olennaisesti kalvomaiset maadoituselektrodit sekä ainakin yksi niiden väliin sovitettu kuplarakenteinen muovikalvo. Keksinnön mukaiselle anturilaitteistolle on tunnusomaista se, 2 105238 että anturissa on ainakin yksi kalvomaisten maadoituselekt-rodien väliin sovitettu signaalielektrodi, ja että ohjausyksikössä on mikroaaltoalueella toimiva lähetinyksikkö, joka lähettää mikroaaltoalueella olevia signaaleita anturiin, 5 ja vastaanottoyksikkö, joka ottaa vastaan takaisin heijastuneet signaalit. Anturiin kohdistuvan voiman tai paineen intensiteetti ja/tai vaikutuskohta havaitaan vastaanottoyksikössä mitatun signaalin amplitudi-, vaihe- ja/tai kulku-aikamuutoksina.

10

Keksinnön mukaista anturia ja menetelmää voidaan käyttää lukuisiin erilaisiin sovellutuksiin havaitsemaan anturiin vaikuttavia staattisia ja dynaamisia voimia. Voidaan esimerkiksi valmistaa laajapintaisia antureita, jotka asenne-15 taan lattioille jolloin voidaan esimerkiksi havaita henkilöiden liikkumista huoneissa. Voidaan myös toteuttaa erilaisia turvakytkimiä, esimerkiksi havaitsemaan onko sulkeutuvien ovien tai ikkunoiden välissä esteitä jne. Lisäksi voidaan toteuttaa erilaisia näppäimistöjä ja käyttöpainik-20 keitä.

Keksintöä ja sen eri suoritusmuotoja kuvataan seuraavassa esimerkin avulla viitaten piirustuksiin, joissa 25 kuvio 1 esittää anturin poikkileikkausrakennetta sekä lähetin- ja vastaanotinvahvistimen kytkemistä anturin signaa-lielektrodiin kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen 1-ulotteisen kaapelian-30 turin edullisesti serpentiinimäistä signaalielektrodia, ja kuvio 3 esittää paisutettua kuplakalvoa.

3 105238

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen anturin poikki-leikkausrakenne, jossa kahden kuplarakenteisen, elastisen muovikalvon 11 väliin on sijoitettu signaalielektrodi 12 ja uloimpina kerroksina ovat kalvomaiset, johtavaa materiaalia 5 olevat, muovikalvojen 11 suuruiset maadoituselektrodit 13. Muovikalvot 11 ovat edullisesti ohuita ja sisältävät runsaasti litteitä kaasukuplia (kaasurakkuloita) 20 (kuv. 3), jotta anturiin paikallisesti vaikuttavan voiman aiheuttamat impedanssimuutokset olisivat mahdollisimman suuria. Anturin 10 toiseen päähän on kytketty lähetysvahvistin 14, jolla anturiin ohjataan mikroaaltoalueella oleva pulssi ohjausyksiköstä 16, ja vastaanotinvahvistin 15, jonka avulla ta-kaisinheijastuneet pulssit mitataan mittausyksikköön (vas-taanotinyksikkö) 17. Ohjaus- ja mittausyksiköt 16, 17 voi-15 daan toteuttaa esimerkiksi mikroprosessorilla 18, jonka ohjelmisto ohjaa lähetysvahvistinta ja mittaa vastaanotinvah-vistimen signaalit, sekä suorittaa tarvittavat laskutoimitukset anturiin vaikuttavan voiman paikan ja intensiteetin määrittämiseksi.

20

Keksintöä voidaan soveltaa 1-ulotteisena (kaapelianturi), jolloin lähetin- ja vastaanotinvahvistimet kytketään kaape-lianturin samaan päähän ja 2-ulotteisena (tasoanturi), joi-loin erillisiä lähetin/vastaanotinpareja on kytketty sopi-25 vasti anturin kulmiin.

Keksinnön mukaisessa 1-ulotteisessa kaapelianturissa sig-naalielektrodina toimiva johdin 12 on levitetty muovikal-voile 18 kuplakalvojen 11 kokoiselle alueelle edullisesti 30 serpentiinimäisesti (kuvio 2), jolloin siihen saadaan suu- remmat impedanssimuutokset voiman vaikuttaessa anturiin.

f 4 105238

Keksinnön mukaisessa 2-ulotteisessa tasoanturissa lähetin-ja vastaanotinvahvistimet on järjestetty pareittain ainakin kahteen anturin kulmaan.

5 Keksinnön mukaisessa anturissa kuplarakenteiset, elastiset muovikalvot 11 ovat edullisesti esimerkiksi US-patentissa 4,654,546 ja WO-julkaisussa 96/06718 esitettyä ns. EMF-kalvoa, joka on ohutta ja erittäin elastista materiaalia sisältämiensä litteiden kaasukuplien ansiosta, erityisesti 10 ns. paisutetussa EMF-kalvossa (WO-julkaisu 96/06718) kaasu-kuplien suuri osuus kokonaistilavuudesta(50-90 %) mahdollistaa suuret impedanssimuutokset voiman vaikututtaessa anturiin. EMF-kalvolla on myös erittäin pienet dielektriset häviöt, josta seuraa että detektointi on mahdollista laa-15 joilla alueilla.

Keksinnön mukaisessa anturissa elastiset muovikalvot voivat olla myös pysyvästi varattuja, jolloin impedanssimuutokset voiman vaikuttaessa anturiin korostuvat entisestäänkin.

20

Asiantuntijalle on itsestään selvää, että keksinnön mukainen anturi voidaan toteuttaa lukuisilla eri tavoilla ja että sen rakenne voi myös poiketa edellä kuvatusta rakentees-ta. Oleellista on että anturissa on ainakin yksi kuplara-25 kenteinen muovikalvo ja signaalielektrodi kahden maadoi-tuselektrodin välissä. Myös elektrodikerrokset voidaan keksinnön mukaisessa anturissa toteuttaa käyttäen lukuisia eri tekniikoita. Yksi toteutustapa on käyttää silkkipainotek- 4 niikkaa, jolloin elektrodikerrokset painetaan sähköäjohta-30 villa pastoilla muovikalvojen pinnoille halutun muotoisiksi kuvioiksi. Elektrodikerroksina voidaan käyttää myös metal-loituja muovikalvoja ja -levyjä, joihin halutut elektrodi-kuviot toteutetaan syövyttämällä.

Claims (8)

1. Anturilaitteisto anturiin kohdistuvan voiman tai paineen intensiteetin ja/tai vaikutuskohdan määrittämiseksi, jossa 5 on anturi sekä siihen liitetty ohjausyksikkö (18) voiman tai paineen intensiteetin ja/tai vaikutuskohdan määrittämiseksi anturista saatavien signaalien avulla, ja jossa anturissa on olennaisesti kalvomaiset maadoituselektrodit (13) sekä ainakin yksi niiden väliin sovitettu kuplarakenteinen 10 muovikalvo (11), tunnettu siitä, että anturissa on ainakin yksi kalvo-maisten maadoituselektrodien väliin sovitettu signaa-lielektrodi (12), ja 15 että ohjausyksikössä on mikroaaltoalueella toimiva lähe-tinyksikkö (16), joka lähettää mikroaaltoalueella olevia signaaleita anturin signaalielektrodiin (12), ja vastaanottoyksikkö (17), joka ottaa vastaan signaalielektrodista ta-20 kaisin heijastuneet signaalit, joka ohjausyksikkö määrittää anturiin kohdistuvan voiman tai paineen intensiteetin ja/tai vaikutuskohdan vastaanottoyksikössä mitattujen sig-. naalien, esimerkiksi niiden amplitudi-, vaihe- ja/tai kul- kuaikamuutoksien, avulla. 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että signaalielektrodi (12) on serpentiinimäinen johdin. ψ

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen 1-ulotteinen anturi, tunnettu siitä, että anturin toiseen päähän on kytketty sekä lähetinvahvistin (14) että vastaanotinvahvistin (15). 105238 6

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen 2-ulotteinen anturi, tunnettu siitä, että lähetin- ja vastaanotinvahvistimia (14, 15) on kytketty pareittain ainakin kahteen anturin kulmaan. 5

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että muovikalvot (11) ovat biaksiaalisesti orientoituja, litteitä kaasukuplia (20) tai -rakkuloita sisältäviä kalvoja. 10

5 105238

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 5 mukainen anturi, tunnettu siitä, että muovikalvot (11) sisältävät pysyvän sähkö-varauksen.

7. Patenttivaatimuksen 1 tai 5 mukainen anturi, tunnet tu siitä, että muovikalvot (11) sisältävät vähintään 50%, edullisesti 70 - 90 %, kaasua.

8. Menetelmä anturiin kohdistuvan voiman tai paineen inten-20 siteetin ja/tai vaikutuskohdan määrittämiseksi, jossa on anturi sekä siihen liitetty ohjausyksikkö (18) voiman tai paineen intensiteetin ja/tai vaikutuskohdan määrittämiseksi anturista saatavien signaalien avulla, ja jossa anturissa on olennaisesti kalvomaiset maadoituselektrodit (13) sekä 25 ainakin yksi niiden väliin sovitettu kuplarakenteinen muovikalvo (11), tunnettu siitä, että anturissa on ainakin yksi kalvo-maisten maadoituselektrodien väliin sovitettu signaa-30 lielektrodi (12), ja että ohjausyksikössä on mikroaaltoalueella toimiva lähe-tinyksikkö (16), joka lähettää mikroaaltoalueella olevia 7 105238 signaaleita anturin signaalielektrodiin (12), ja vastaanottoyksikkö (17), joka ottaa vastaan signaalielektrodista takaisin heijastuneet signaalit, joka ohjausyksikkö määrittää anturiin kohdistuvan voiman tai paineen intensiteetin 5 ja/tai vaikutuskohdan vastaanottoyksikössä mitattujen signaalien, esimerkiksi niiden amplitudi-, vaihe- ja/tai kul-kuaikamuutoksien, avulla. t « v.j L_i 105238