FI111298B - Menetelmä ihon kosteuden mittaamiseksi ja laite menetelmän soveltamiseksi - Google Patents

Description

111298

MENETELMÄ IHON KOSTEUDEN MITTAAMISEKSI JA LAITE MENETELMÄN SOVELTAMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä ihon kosteuden mittaamisek-5 si, jossa menetelmässä ihon pinnalle sijoitetaan anturi ihon kapasitanssin mittaamiseksi. Lisäksi keksinnön kohteena on laite menetelmän soveltamiseksi, johon laitteeseen kuuluu ihon pinnalle sijoitettava anturi sekä anturiin yhdistetyt laitteet signaalin lähettämiseksi ja siirtämiseksi anturiin 10 ja anturista takaisin heijastuneen signaalin siirtämiseksi ja käsittelemiseksi ja ihon kapasitanssin mittaamiseksi.

Iho muodostuu kolmesta pääkerroksesta, jotka ovat pinnasta alaspäin esitettyinä stratum corneum, epidermis ja dermis. 15 Vesipitoisuus stratum corneum-kerroksessa on matala ja dermis-kerroksessa korkea. Epidermis-kerros on alue, jossa vesipitoisuus kasvaa asteittain pinnalta sisäänpäin. Ihon kosteus määräytyy stratum corneum-kerroksen ominaisuuksista. Kuiva iho tuntuu karhealta ja ryppyyntyy nopeammin. Kuivissa 20 ilmasto-olosuhteissa elävät ihmiset kärsivät ihon kuivumisesta muita enemmän ja joutuvat käyttämään ihoa kostuttavia kosmeettisia aineita.

On olemassa ihon kosteutta mittaavia laitteita, joita käyte-25 tään ihon tilan arvioimiseen. Näitä laitteita voidaan käyttää myös ihoa kosteuttavien voiteiden tehon arvioimiseen. Lukuisia laitteita on kehitetty ihon kosteudelle herkkien parametrien mittaamiseksi. Jotkin niistä ovat kalliita ja mutkikkaita käyttää, mutta esimerkiksi ihon sähköistä resis-30 tanssia mittaavat ohmimittarit ovat suhteellisen halpoja ja helppokäyttöisiä. Niillä on kuitenkin monia epäkohtia: elektrodien välinen etäisyys vaihtelee, ja ne ovat herkkiä soluvälitilan elektrolyyttipitoisuudelle ja ihokontaktille.

35 Tunnetut ihon kapasitanssin mittaamiseen perustuvat ihon kosteusmittarit toimivat siten, että iho on kapasitiivisesti osa resonanssipiiriä, joka on RC-piiri tai monostabiili 2 111298 multivibraattori. RC-piirin sisältävä laite on esitetty US-patenttijulkaisussa 4,860,753. Monostabiili multivibraattori on puolestaan esitetty US-patenttijulkaisussa 4,711,244. Piirin resonanssitaajuus muuttuu ihon vaikutuksesta. Esim.

5 laskurin avulla mitataan resonanssitaajuus, joka indikoi ihon ominaisuuksia. Laitteiden heikkoutena voidaan pitää sitä, että mittauspiirin taajuus on riippuvainen ihon ominaisuuksista. Kuitenkin ihon dielektriset ominaisuudet muuttuvat erityyppisten dispersioiden vaikutuksesta taajuu-10 den suhteen. Dielektriset ominaisuudet määrittävät ihon kapasitanssin, ja siksi kapasitanssin mittaava laite, jonka taajuus vaihtelee, ei toimi luotettavasti. Mainittujen laitteiden heikkoutena voidaan pitää myös sitä, että ne ovat herkkiä myös ihon resistiivisyydelle, jolloin esim. elektro-15 lyyttien suhteellinen pitoisuus, joka on riippumaton stratum corneum-kerroksen vesipitoisuudesta, vaikuttaa mittaustulokseen.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä ja laite, 20 joilla poistetaan nykyisiin menetelmiin ja laitteisiin liittyviä epäkohtia. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin varmatoiminen menetelmä ja laite, joiden avulla saadaan mitatuksi ihon kosteutta luotettavasti ja joilla saatavaan mittaustulokseen ei vaikuta ihon resistiivisyys. 25 Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin laite, joka on yksinkertainen rakenteeltaan ja edullinen valmistaa ja käyttää.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan menetelmällä ja laitteella, 30 jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä anturiin lähetetään aaltomainen signaali ja anturin kapasitanssi mitataan vertaamalla 35 anturiin menevän ja sieltä heijastuvan aallon vaiheita. Tämä vertailu voidaan tehdä tarkoitukseen soveltuvalla, sinänsä tunnetulla laitteella.

3 111298 Tämä menetelmä mahdollistaa anturin kapasitanssin tarkan mittaamisen siinäkin tapauksessa, että anturin konduktanssi on paljon suurempi kuin suskeptanssi, mikä on tilanne aina, kun anturi on kiinni ihossa. Tällä tavoin järjesteltynä 5 mittauksen tulos on riippumaton anturin konduktanssista, mikä käytännössä tarkoittaa sitä, ettei mittaustulos riipu ihon resistiivisyydestä ja edelleen esim. elektrolyyttipi-toisuudesta.

10 Keksinnön edullisessa sovelluksessa laite toimii vain yhdellä taajuudella, edullisesti matalalla radiotaajuudella noin 0,5-5 MHz. Menetelmää käytettäessä laite toimii vain yhdellä ennalta määrätyllä taajuudella ja antaa siten luotettavan tuloksen ihon kosteudesta. Dielektriset ominaisuudet raäärit-15 tävät ihon kapasitanssin, ja siksi luotettavasti toimiva laite voi olla vain sellainen kapasitanssin mittaava laite, jonka taajuus on vakio.

Laitteen toimintataajuus on eräs olennainen keksinnön 20 mukaisen menetelmän parametri. Menetelmässä käytetään aluetta noin 0,5-5 MHz. Tätä matalammilla taajuuksilla anturin suspektanssi pienenee edelleen ja epäsuhta konduktanssin ja suskeptanssin välillä suurenee edelleen. Toisaalta määriteltyä aluetta suuremmilla taajuuksilla mittaustulos sisältää 25 informaatiota myös syvemmistä ihon kerroksista. Tämä on epätoivottavaa, koska dermis-kerroksen vesipitoisuus on riippumaton siitä, mitä yleisesti ymmärretään ihon kosteutena.

30 Keksinnön seuraavassa edullisessa sovelluksessa oskillaattorilla lähetetään aaltomainen signaali anturiin ja signaalin muodostavien aaltojen edestakainen heijastuminen oskillaattorin ja anturin välillä estetään oskillaattorin ja anturin väliselle signaalireitille sijoitetulla vaimentimella. 35 Tällöin edestakainen heijastuminen ei häiritse mittaustulosta .

4 111298

Keksinnön seuraavassa sovelluksessa anturiin menevän ja sieltä heijastuneen aallon vaiheita poikkeutetaan tehon-jakajalla toisistaan anturin aiheuttaman pienen vaihe-eron lisäksi 90°. Vaihedetektorin erottelukyky on tällöin suurira-5 millään ja mittauksen tarkkuus on parempi kuin käytettäessä normaalia 0° tehonjakajaa.

Keksinnön seuraavassa lisäsovelluksessa vaihedetektorilla verrataan anturiin menevän ja sieltä heijastuvan aallon 10 vaiheita. Vaihedetektori on varma ja luotettava, mutta muissa sovelluksissa voidaan muita laitteita käyttää tähän tarkoitukseen.

Lisäksi edullisessa lisäsovelluksessa vahvistetaan etenevät 15 aallot vaihedetektorin sisääntuloissa sellaisiksi, että vaihedetektori toimii saturoidussa tilassa. Vain tällöin vaihedetektori tai vastaava laite mittaa ainoastaan sisään-tulevien signaalien vaihe-eroa.

20 Keksinnön mukaiseen laitteeseen kuuluu laite, kuten edullisesti vaihedetektori, jonka sisääntuloon anturista heijastuvan signaalin muodostama aalto on järjestetty johdettavaksi sekä jonka toiseen sisääntuloon on järjestetty johdettavaksi anturiin menevä signaalin muodostava aalto, jolloin ka-25 pasitanssi on mitattavissa vertaamalla aallon vaiheita.

Seuraavaksi keksintöä selvitetään tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää erään keksinnön mukaisen laitteen yleiskuvaa 30 päältä katsottuna, kuva 2 esittää erästä laitteen toimintaa kuvaavaa lohkokaaviota, kuva 3 esittää pitkittäiskuvaa eräästä anturista, ja kuva 4 on poikittaisleikkaus A-A kuvasta 3.

35

Kuvassa 1 on esitetty laitteen kuori 10 ja siihen kiinnitetty näyttöyksikkö 11, painonappi 12, merkkivalo 13, sarja 5 111298 pieniä LED-valoja 14 ja resetointipainonappi 15. Kuoren kuvaan piirretty muoto ja siihen kiinnitetyt valot ym. voivat vaihdella eri sovelluksissa. Kuoriosasta 10 lähtee koaksiaalikaapeli 16, johon on kiinnitetty anturi 17.

5

Kuvassa 2 on esitetty oskillaattori 20, vaimennin 21, 90° tehonjakaja 22, suuntakytkin 23, kaksi vahvistinta 24 ja 25, anturi 17, vaihedetektori 26, alipäästösuodin 27 sekä digitaalisesti toimiva elektroniikkayksikkö 28. Tähän elekt-10 roniikkayksikköön on kytketty laitteen kuoreen 10 kiinnitetyt näyttöyksikkö 11, painonappi 12, merkkivalo 13, sarja LED-valoja 14 ja resetointipainonappi 15.

Kuvassa 3 esitettyyn anturiin 17 kuuluu messingistä valmis-15 tetut ulompi elektrodi 31, sisempi elektrodi 33 ja teflon-kappale 32. Sisempi elektrodi 33 on pyöreä ja ulompi elektrodi 31 on rengasmaisesti sisemmän ympärillä siten että teflon-kappale 32 on niiden välissä. Koaksiaalikaapelin 16 sisäjohdin 35 on juotettu sisemmän elektrodin 33 päässä 20 olevaan pieneen koloon 34. Koaksiaalikaapelissa 16 on sisä-johtimen 35 lisäksi uikojohdin 37, niiden välinen eriste 36 ja ulkokuori 38. Erillinen kiristyskappale 39 puristetaan kiinni ulompaan elektrodiin 31 siten, että koaksiaalikaapelin 16 uikojohdin 37 puristuu näiden väliin, jolloin se on 25 sähköisessä kontaktissa ulomman elektrodin 31 kanssa. Samalla kun uikojohdin 37 puristuu kiinni ulompaan elektrodiin 31, kahden kiilamaisen kappaleen 40 vaikutuksesta koaksiaalikaapeli 16 puristuu tiukasti kiinni kiristyskappaleeseen 39. Kaikki kappaleet kuvassa 3, lukuunottamatta kiilamaisia 30 kappaleita 40, ovat pyörähdyssymmetrisiä.

Kuvassa 4 on esitetty kuvan 3 mukaisen anturin leikkaus A-A. Kuvasta nähdään erityisesti kahden kiilamaisen kappaleen 40 asettelu.

35

Laite on järjestetty mittaamaan matalalla radiotaajuudella (edullisesti noin 0.5-5 MHz) anturin heijastuskertoimen 6 111298 vaihekertoimen.

Laitteen suurtaajuusosa, joka käsittää kuvan 2 osat 20-26 ja anturin 17, on toteutettu radioteknisesti. Käytännössä tämä 5 tarkoittaa sitä, että komponenttien väliset linjat ovat mikroliuskajohtoja, joilla on tietty esim. 50 ohmin aaltoim-pedanssi. Siten samalla signaalitiellä voi kulkea eteneviä aaltoja molempiin suuntiin. Signaalilla tarkoitetaan tässä yhteydessä tällaista etenevää aaltoa. Suurtaajuuskomponent-10 tien toimintaan ei mitenkään vaikuta se seikka, että piirin dimensiot ovat pienet aallonpituuteen verrattuna.

Laite toimii siten, että oskillaattorista 20 lähtevä sinimuotoinen signaali johdetaan suuntakytkimen 23 läpi anturiin 15 17. Anturista 17 takaisin heijastunut signaali kytkeytyy suuntakytkimen 23 kautta vaihedetektorin 26 toiseen sisääntuloon. Toiseen sisääntuloon johdetaan signaali suoraan oskillaattorista 20 tehojakajan 22 kautta. Vaihedetektorin 26 ulostulo on verrannollinen vaihe-eroon, joka puolestaan 20 riippuu vain anturin 17 kapasitanssista. Siten laite toimii vain yhdellä taajuudella ja tulos on riippuvainen ainoastaan ihon dielektrisistä ominaisuuksista, eikä johtavuudesta.

Laitteen oskillaattori 20 on toiminnassa jatkuvasti, kun 25 laitteeseen on kytketty virta. Siten vaihedetektorin 26 ja sen jälkeisen alipäästösuodattimen 27 ulostulossa on jatkuvasti jännite. Laitetta käytetään siten, että samalla hetkellä kun anturi 17 laitetaan ihoon kiinni, painetaan painonapista 12. Tästä hetkestä alkaa mittaus, jonka aikana 30 merkkivalo 13 palaa. Digitaalisessa elektroniikkayksikössä 28 oleva ajastinpiiri mittaa tietyn vakioajan, jonka jälkeen merkkivalo 13 sammuu. Laitteessa on myös kuoren 10 sisällä summeri (ei ole kuvissa), joka antaa pienen merkkiäänen mittauksen päättymisen merkiksi. Mittauksen jälkeen näytölle 35 11 tulee lukema, joka on verrannollinen anturin 17 ka pasitanssiin ja edelleen ihon kosteuteen. Laite lopettaa sisäisesti mittaustapahtuman automaattisesti mittausajan 7 111298 päätyttyä, ja näyttöön 11 tuleva lukema ei riipu enää siitä, onko anturi 17 sen jälkeen ihossa kiinni vai ei. LED-va-losarja 14 toimii täysin näytön 11 kanssa rinnakkain, siten laitteen käyttäjä voi mittauksen päätyttyä nähdä ihon kos-5 teuden myös pelkästään siitä, kuinka monta valoa 14 palaa. Valot 14 ovat erivärisiä siten, että jos iho on kuiva, palaa ainoastaan vihreitä valoja, jos iho on normaali, palaa vihreiden valojen lisäksi myös keltaisia valoja, ja jos iho on normaalia kosteampi, palaa edellisten lisäksi vielä 10 punaisia valoja. Resitointinapista 15 painamalla mittauslu-kema näytössä 11 nollautuu ja valot 14 sammuvat.

Mittausajan vakiointi on luotettavan mittaustuloksen saamiseksi välttämätöntä, koska alipäästösuodattimen 27 ulostu-15 lojännite muuttuu hitaasti mutta jatkuvasti anturin 17 ollessa ihossa kiinni. Tämä johtuu siitä, että anturin 17 alla olevan ihon kosteus lisääntyy ihon alta tulevan vesihöyryn haihtumisen ihon pinnalta ollessa estynyt anturin 17 ollessa kiinni ihossa. Sopiva mittausaika on 10-30 sekuntia.

20

Laitteen suurtaajuusosan, joka käsittää kuvan 2 lohkokaavion osat digitaalinen elektroniikkayksikkö 28 pois lukien, oleellinen piirre on se, että signaalin jännite vaihedetek-torin 26 molemmissa sisääntuloissa on niin suuri, että 25 detektori toimii saturoidussa tilassa. Vain silloin vaihede-tektori 26 mittaa ainoastaan sisääntulevien signaalien vaihe-eroa. Tämä vaihe-ero on verrannollinen anturin 17 kapasitanssiin, joka puolestaan on verrannollinen kapasitanssin täyteaineen (tässä tapauksessa ihon pintakerros) 30 dielektrisyyskertoimeen. Dielektrisyyskerroin on ihon kosteudesta riippuvainen. Siten esimerkiksi elektrolyyttien määrä ei vaikuta mittaustulokseen, toisin kuin laitteissa, jotka ovat herkkiä ihon johtavuudelle.

35 Toinen oleellinen piirre suurtaajuusosassa on vaimennin 21 oskillaattorin 20 ja tehonjakajan 22 välissä. Sen tarkoituksena on estää anturista 17 heijastuneen signaalin pääsy 8 111298 väärälle signaalireitille vahvistimen 24 sisääntulolle. Vaimentimen vaikutuksesta anturista heijastunut signaali kulkiessaan vahvistimen 24 sisääntuloon joutuu kulkemaan heijastumisen jälkeen kahdesti vaimentimen 21 läpi. Jos 5 vaimennin 21 on esimerkiksi 6 dB, kokonaisvaimennus tällä signaalilla on 12 dB, mikä on riittävä määrä.

Keksintöä ei rajata esitettyyn edulliseen sovellukseen, vaan se voi vaihdella patenttivaatimuksien määrittämän keksinnölle» lisen ajatuksen puitteissa.

Claims (9)

111298

1. Menetelmä ihon kosteuden mittaamiseksi, jossa menetelmässä ihon pinnalle sijoitetaan anturi (17) ihon kapasitanssin mittaamiseksi, anturiin lähetetään 5 aaltomainen signaali ja anturin (17) kapasitanssi mitataan vertaamalla anturiin menevän ja sieltä heijastuvan aallon vaiheita, tunnettu siitä, että käytetään matalaa radiotaajuutta, joka on noin 0,5-5 MHz.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laite toimii 10 vain yhdellä ennalta määrätyllä taajuudella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oskillaattorilla (20) lähetetään aaltomainen signaali anturiin (17), ja että signaalin muodostavien aaltojen edestakainen heijastuminen oskillaattorin ja anturin välillä este- 15 tään oskillaattorin ja anturin väliselle signaalireitille sijoitetulla vaimentimella (21).

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anturiin menevän ja sieltä heijastuneen aallon vaiheita poikkeutetaan tehonjakajalla (22) toisistaan anturin aiheuttaman pienen vaihe-eron lisäksi 90°. 20

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihedetektorilla (26) verrataan anturiin menevän ja sieltä heijastuvan aallon vaiheita.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että etenevät aallot 25 vaihedetektorin (26) sisääntuloissa vahvistetaan sellaisiksi, että vaihedetektori toimii saturoidussa tilassa.

7. Laite ihon kosteuden mittaamiseksi, johon laitteeseen kuuluu ihon pinnalle sijoitettava anturi (16) sekä anturiin yhdistetyt laitteet (20-28) signaalin lähettämiseksi 30 ja siirtämiseksi anturiin ja anturista takaisin heijastuneen signaalin siirtämiseksi ja käsittelemiseksi ja iho kapasitanssin mittaamiseksi, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu laite, kuten edullisesti vaihedetektori (26), jonka sisääntuloon anturista heijastuvan signaali muodostama aalto on järjestetty johdettavaksi sekä jonka toiseen sisääntuloon on järjestetty johdettavaksi anturiin menevä signaalin muodostava aalto, 35 jolloin kapasitanssi on mitattavissa vertaamalla aallon vaiheita, ja että laite on järjestetty toimimaan taajuudella noin 0,5-5 MHz. 111298

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite on järjestetty toimimaan vain yhdellä vakiotaajuudella.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että oskillaattorin 5 (20) ja tehonjakajan (22) välissä on vaimennin (21). 111298