JP2008514929A - 容量技術を用いた間隙変化の検出 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
容量技術を用いた間隙変化の検出を開示する。一実施形態において、装置は第1の導電面および前記第1の導電面に実質的に平行な第2の導電面と、前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の距離の変化に基づいて測定値を生成するセンサーとを含む。前記距離の変化は前記第1の導電面の前記第2の導電面に対する撓みによって生じ、前記撓みは圧縮力および/または膨張力である。前記センサーは容量変化を電圧変化および/または周波数変化のうち少なくとも1つに変換するアルゴリズムを適用して前記測定値を生成する。前記距離の変化は前記第2の導電面に対する前記第1の導電面のより上部の面に加えられる荷重によって生じる。
【選択図】 図3
容量技術を用いた間隙変化の検出を開示する。一実施形態において、装置は第1の導電面および前記第1の導電面に実質的に平行な第2の導電面と、前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の距離の変化に基づいて測定値を生成するセンサーとを含む。前記距離の変化は前記第1の導電面の前記第2の導電面に対する撓みによって生じ、前記撓みは圧縮力および/または膨張力である。前記センサーは容量変化を電圧変化および/または周波数変化のうち少なくとも1つに変換するアルゴリズムを適用して前記測定値を生成する。前記距離の変化は前記第2の導電面に対する前記第1の導電面のより上部の面に加えられる荷重によって生じる。
【選択図】 図3
Description
本開示は測定装置の技術分野に関し、一実施例において、容量技術を用いた間隙変化の検出に関する。
ロードセル(load cell)とは、力を差分信号(例えば差分電気信号)に変換する装置(例えば変換器)であり得る。前記ロードセルは様々な工業的用途(例えば秤、トラック計量所、張力計測システム、力計測システム、荷重計測システムなど)に用いることが考えられる。前記ロードセルは歪みゲージを使って作成できる。前記歪みゲージは物体の歪み(例えば伸び歪み)を測定するために使用できる。前記歪みゲージは金属箔パターンのエッチングを有する弾性基材を含んでもよい。前記物体が歪むに伴って前記金属箔パターンも歪み、電気抵抗が変化する。
前記歪みゲージは他の歪みゲージと接続されてホイートストンブリッジ(Wheatstone−bridge)構成のロードセルを形成(例えば、1つが未知の値であり、もう1つが可変であり、2つが固定かつ等値である4つの歪みゲージが正方形の辺となるように接続されて構成)できる。前記ホイートストンブリッジ構成のロードセルに入力電圧が印加されると、出力は前記ロードセルにかかる力に比例した電圧となると考えられる。ユーザーが出力を読み取る前に、当該出力を増幅器によって増幅(例えば125倍)する必要がある場合がある(例えば、前記ホイートストンブリッジ構成の原出力は僅か数ミリボルトであるため)。さらに、前記ホイートストンブリッジ構成のロードセルは動作時に大きな電力(例えばミリワットの電力)を消費することが考えられる。
前記ホイートストンブリッジ構成のロードセルの製造には一連の作業(例えば、精密機械加工、歪みゲージの取り付け、歪みゲージの整合、環境からの保護技術、および/または信号処理回路内の温度補正など)が伴う。これらの作業によって工程が複雑になり60%の歩留り率しか得られない場合もあり、かつ限られた測定範囲(例えば10〜5,000lbs.)でしか動作しない特定のロードセルの設計を強いられるかもしれない。さらに、前記ホイートストンブリッジ構成の制約によって、前記ロードセルの望ましい特性を得るための形状(例えばS型および/またはシングルポイント型など)の数が限られてしまう。ロードセルを製造し、使用するための様々な複雑な作業によって、多くの産業用途においてコストが(例えば数十万ドル)上昇しかねない。
容量技術を用いた間隙変化の検出について開示する。一態様において、装置は第1の導電面と、前記第1の導電面と実質的に平行な第2の導電面と、当該第1の導電面と前記第2の導電面との間の距離の変化に基づいて測定値を生成するセンサーとを含む。前記距離の変化は、前記第1の導電面の前記第2の導電面に対する撓みによって生じ、前記撓みは圧縮力および/または膨張力である。前記距離の変化は前記第1の導電面と前記第2の導電面との間のスペーサーの厚さの変化によって生じる。
前記センサーは、容量変化を電圧変化および/または周波数変化に変換するアルゴリズムを適用して前記測定値を生成することができる。前記測定値は前記第2の導電面に対する前記第1の導電面より上部の面に加えられる力の値である。前記距離の変化は、前記第1の導電面および/または前記第2の導電面より上部の面に加えられる荷重によって生じる。前記第1の導電面および前記第2の導電面によって検出コンデンサ(例えば可変コンデンサ)が形成され、前記検出コンデンサの容量変化は前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の前記距離の変化に反比例する。
前記装置に関連付けられた基準コンデンサによって、センサーは、1若しくはそれ以上の環境条件(例えば、前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の間隙の湿度、前記装置の温度、および/または前記装置の周囲環境の気圧など)に基づいて前記測定値を調整(例えば補正)することが可能となる。前記第1の導電面および/または前記第2の導電面は、長方形、楕円形、および/または全ての辺の長さが等しくない形状を含む任意の幾何学的形状に製作できる。前記第1の導電面、および前記第2の導電面は、前記装置を形成する任意数の非導電性プリント回路基板上に塗布できる。
別の態様において、装置は、前記装置の周囲環境条件に基づいてその容量が変化する基準コンデンサと、検出コンデンサを形成するプレートの撓み、および/または前記環境条件に基づいてその容量が変化する前記検出コンデンサと、前記検出コンデンサの容量から前記環境条件の影響を除外した後、測定値を生成する回路とを含む。前記基準コンデンサ、前記検出コンデンサ、および前記回路を囲むハウジングが含まれていてもよい。
撓みが生じる前記プレートは前記ハウジングに組み込まれていてもよい。前記ハウジングは、当該ハウジングを形成するために各々レーザーエッチングされ、および/または接合された金属プレートによって形成することができる。前記ハウジングは、単一金属ブロックをフライス加工することによって形成できる。前記検出コンデンサを形成するプレートの撓みは前記ハウジングに加えられる荷重によって生じ、前記測定値は前記ハウジングに加えられる力(例えばこの力は荷重によって生じる)の値である。前記基準コンデンサと前記ハウジングの底部との間の遮蔽スペーサーは前記測定値に影響を及ぼす浮遊容量の影響を最小限に抑えることができ、前記遮蔽スペーサーの高さは前記基準コンデンサのプレート間および前記検出コンデンサのプレート間のプレートスペーサーよりも少なくとも10倍高いものである。
前記測定値の生成に必要な増幅量を低減するために、前記基準コンデンサを形成する各プレートの面積は前記検出コンデンサを形成する各プレートの面積よりも少なくとも10倍大きい。前記回路は無線送信機と無線受信機とを含んでもよく、前記装置はネットワークを通じて前記装置の種々の動作によって生成されるデータを分析するデータ処理システムと通信できる。
さらに別の態様において、方法は、可変コンデンサを形成する第1の導電面と第2の導電面との間の距離の変化に基づいて測定値を自動生成する工程と、前記可変コンデンサに関連付けられたデータ処理システムに前記測定値を伝達する工程とを含む。前記距離の変化は、前記第2の導電面に対する前記第1の導電面の撓み(例えば、圧縮力および/または膨張力)によって生じる。前記方法は、基準コンデンサのデータを分析することにより、少なくとも1つの環境条件に基づいて前記測定値を調整する工程を含む。前記方法は、任意の幾何学的形状の前記可変コンデンサおよび前記基準コンデンサを製作する工程を含む。前記方法は、非導電性プリント回路基板上に前記第1の導電面および前記第2の導電面を塗布する工程を含む。前記方法は、1組の命令を実行する機械可読媒体の形式で実行され、前記命令が機械によって実行されると、本明細書に開示された任意動作を前記機械が実行する。その他の特徴は添付の図面および後述の詳細な説明から明らかになるものである。
容量技術を用いた間隙変化の検出について開示する。以下の記載においては説明の目的で様々な具体的詳細が記述され、多様な実施形態の十分な理解を提供している。但し当業者であれば、このような具体的な詳細なくして前記多様な実施形態を実施できることが明らかである。例示的な一実施形態は、検出コンデンサを形成する第1の導電面と第2の導電面との間の距離の変化に基づいて測定値を自動生成する方法およびシステムを提供する。基準コンデンサを使って、少なくとも1つの環境条件に基づいて測定値を調整することができる。
さらに、別の一実施形態において、方法は、前記検出コンデンサに関連付けられたデータ処理システムに前記測定値を通信する工程を含む。また、前記方法は1組の命令を実行する機械可読媒体の形式であってもよく、前記命令が機械によって実行されると、本明細書に開示された任意の方法を前記機械が実行する。後述するように、方法およびシステムの例示的な一実施形態を使って高精度で低コストな荷重検出装置(例えば荷重センサー、圧力センサーなど)を提供することができる。本明細書で考察する種々の実施形態は同一の実施形態である場合と同一でない場合があり、また本明細書に明示されていないその他種々の実施形態に分類される場合があることが理解されるものである。
図1は、一実施形態に従った、検出コンデンサ(例えば図8に示すような検出コンデンサ808)と基準コンデンサ(例えば図8に示すような基準コンデンサ806)とを有する積層装置150の立体図である。前記積層装置150は最上層100と、プリント回路基板102と、スペーサー104と、プリント回路基板106と、スペーサー108と、プリント回路基板110と、遮蔽スペーサー112(例えば前記遮蔽スペーサーは任意の種類のスペーサーであってよい)と、最下層114とを含む。ケーブル116(例えばインターフェースケーブル)によって、前記積層装置150はデータ処理システム(例えば図6に示すような前記データ処理システム602)に接続されている。さらに図1に示すように、力118(例えば荷重、重量、圧力など)が前記最上層100に加えられる。前記積層装置150の種々の構成要素は図2A〜図2Gを参照することにより最もよく理解される。
図2A〜図2Gは図1の前記積層装置150の分解図である。図2Aは前記最上層100および前記プリント回路基板102を図示する。前記最上層100はアルミニウム、鋼、および/またはプラスチックなどで作成できる。前記プリント回路基板102は導電面216を含む。前記導電面は前記プリント回路基板102上に塗布(例えばスパッタリング、メッキなど)してもよい。図2Aに図示するように、前記プリント回路基板102は前記最上層100に連結(例えば、ネジ止め、接合、エッチング、接着、固定など)されており、これにより、前記力118が(例えば図1に図示したように)当該最上層100に加えられると、当該最上層100、前記プリント回路基板102、および前記導電面216が(例えば、前記力118の反作用で前記積層装置150の内方向に押されて)撓む。
前記導電面216の撓みによって検出コンデンサの容量が変化する(例えば、図2A、図2B、および図2Cに図示するように、前記検出コンデンサは前記スペーサー104によって分離される前記導電面216および前記導電面220によって形成できる)。距離の変化は前記導電面216の前記導電面220に対する撓みによって生じ、圧縮力および/または膨張力である。一実施例において、前記導電面216および前記導電面220は互いに実質的に並行であり、同一の物理的面積および/または厚さを有する。一実施形態において、前記検出コンデンサの容量変化は前記導電面216と前記導電面220との間の前記距離の変化に反比例すると考えられる。
図2Bは図1の前記積層装置150の前記スペーサー104の図である。前記スペーサー104は絶縁材(例えば、プラスチック、ポリマー、発泡体など)で製作することができる。前記スペーサー104は前記導電面216と前記導電面220との間に間隙を生じさせる。前記間隙は空気またはその他任意の気体(例えば不活性ガス)で充填される場合がある。一実施形態において、前記スペーサー104は硬質であり、前記力118が(例えば図1に図示するように)前記最上層100に加えられても撓まない。別の実施形態において、前記力118が前記最上層100に加えられると前記スペーサー104の圧力が増加および/または減少するので、前記力118が前記最上層100に加えられた場合、前記スペーサー104は膨張および/または縮小する。
図2Cは、前記プリント回路基板106(例えば非導電性材料)の図である。図2Cに図示された実施形態において、導電面220は前記プリント回路基板106の片側上に塗布(例えばメッキ、スパッタリングなど)されている。さらに図2Cに図示するように、前記プリント回路基板106の反対側には導電面220が塗布されている。代替実施形態において、前記導電面220および前記導電面222は前記プリント回路基板106とは別の層(例えば前記プリント回路基板106の上および/または下の異なる層)であってもよい。
図2Cに図示したような前記導電面222および図2Eに図示したような前記導電面228は、図2Dに図示したような前記スペーサー108によって分離されている。一実施形態によれば、前記導電面222および前記導電面228は(例えば図8の前記基準コンデンサ806と同様の)基準コンデンサを形成することができる。前記力118が前記最上層100に加えられた時に前記導電面222および前記導電面228の相対的位置は変化しないので、それらの容量は前記加えられた力118に応答して変化しないと考えられる(例えば、容量は「容量=(誘電率×重複面積)/(面間距離)」として算出される)。
即ち、前記導電面222および前記導電面228によって形成された前記基準コンデンサには環境要因(例えば、前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の間隙内の湿度、前記積層装置150の温度、前記積層装置150の周囲環境の気圧など)によってのみ容量に変化が生じる。従って、前記力118が前記積層装置150に加えられた時、これら環境条件の影響は(例えば、前記導電面216および前記導電面220によって形成された)前記検出コンデンサの容量変化の測定値から除外でき、前記検出コンデンサの容量変化がより正確に決定される。
一実施形態において、前記導電面222および前記導電面228の表面積は、前記最上層100に加えられる前記力118の測定値を(例えば、図2Eに図示した処理モジュール224を使って)生成する時に必要な増幅量を低減するために、前記検出コンデンサを形成する各プレート(例えば前記導電面216および前記導電面220)の面積よりも少なくとも10倍大きい。図2Eの前記処理モジュール224は、(例えば図1に図示したような)前記積層装置150を(例えば図6に図示したような)前記データ処理システム602に(例えば図1に図示したような)前記ケーブル116を介して接続するコネクタ226を含んでもよい。前記処理モジュール224を使って、図2Aの前記導電面216と図2Cの前記導電面220の間の距離の変化に基づいて(例えば図7に図示した動作に従って)測定値を生成することができる。前記処理モジュール224は更に、(例えば環境条件のみに影響される前記基準コンデンサの変化を差し引くことにより)前記検出コンデンサの容量から前記環境条件の影響を除外した後の前記検出コンデンサの測定値を生成することができる。
図2Fに図示したような前記遮蔽スペーサー112は、(例えば前記測定値に影響を及ぼす浮遊容量の影響を最小限に抑えるために)前記プリント回路基板110を前記最下層114から分離できる。一実施形態において、前記スペーサー112の高さは、前記基準コンデンサのプレート間(例えば前記スペーサー108)および前記検出コンデンサのプレート間(例えば前記スペーサー104)のプレートスペーサー(例えば前記スペーサー104および前記スペーサー108)よりも少なくとも10倍高い。前記底部プレート114を図2Gに図示する。前記底部プレート114は図2Gに図示するような窪み232を含んでもよい。前記窪み232は前記処理モジュール224の真下に位置しており、前記コネクタ226が前記最下層114内に嵌合するようになっている。一実施形態において、前記最下層114は前記最上層100と同一の材料から成る。一実施形態において、図2Gに図示したような1組のネジ230が図2A〜図2Gに図示した種々の構成要素を互いに物理的に接続して前記積層装置150を形成してもよい(例えば、別の実施形態においては前記種々の構成要素は互いに溶接されるか、互いに接着されるかなどしてもよい)。
図3は、一実施形態に従った、検出コンデンサ(例えば、図8に図示したような検出コンデンサ808)および基準コンデンサ(例えば、図8に図示したような基準コンデンサ806)を有するボックスに格納された装置350の立体図である。前記ボックスに格納された装置350は、最上層300と、プリント回路基板302と、プリント回路基板306と、スペーサー308と、プリント回路基板310と、遮蔽スペーサー312と、下部カップ314とを含む。前記プリント回路基板306は、一方の側に塗布された(例えば、図2Cに図示したような前記導電面220と同様の)導電面320と、もう一方の側に塗布された(例えば、図2Cに図示したような前記導電面222と同様の)導電面322とを有するように図示されている。前記プリント回路基板312上に塗布された導電面316および前記プリント回路基板306上に塗布された前記導電面320は検出コンデンサ(例えば、図8に説明したような前記検出コンデンサ808)を形成する。
図1の前記積層装置150とは異なり、図3の前記ボックスに格納された装置350は前記プリント回路基板302と前記プリント回路基板306との間にスペーサー(例えば前記スペーサー104)を有しない(例えば、前記下部カップ314は前記プリント回路基板306の上部よりも高いので、(例えば、前記最上層300および前記プリント回路基板302の連結によって形成された)最上部を前記下部カップ314の上に配置した際に、前記プリント回路基板302と前記プリント回路基板306との間に間隙が生じるため、図3には前記スペーサーは必要ない)。前記下部カップ314、前記最上層300、および前記プリント回路基板302は、前記ボックスに格納された装置350を形成するその他の前記構成要素(例えば前記プリント回路基板306)よりも大きな物理寸法を有することに注目すべきである。更に、前記最上層300および前記プリント回路基板302は互いに一体化(例えば接合、接着、相互にネジ止め、締付けなど)されてもよい。図3の前記ボックスに格納された装置350のその他の実施形態は図2A〜図2Gに説明した前記実施形態と同一である。
図4は、一実施形態によって、図3の前記ボックスに格納された装置350内で前記検出コンデンサ(例えば図8に図示したような前記検出コンデンサ808)および前記基準コンデンサ(例えば図8に図示したような前記基準コンデンサ806)を囲む(例えばハウジングを提供する)ために使われる削り出し材の立体図である。図4において、下部カップ414を形成するために単一ブロック(例えば鋼)が使われる。一実施例において、図4における前記下部カップ414が図3の前記最下層314に代替され、図3に図示したような前記最下層314と前記最上部プレート300との間の前記種々の構造体(例えば容量性表面/プレート、スペーサーなど)を囲む。前記下部カップ414は、前記下部カップ414の構造的および/または引張り強度を維持する(例えば切断、フライス加工、エッチング、および/または穿孔などを伴う)任意の加工を経た金属の単一片から形成できる。このように、前記下部カップ414はより大きな力(例えば図1の前記力118)を前記下部カップ414の壁を通して下方に導くことによって前記力に耐えることができる。
図5は、一実施形態によって、前記検出コンデンサおよび前記基準コンデンサを図3の前記ボックスに格納された装置350内に囲むために使うことのできる複数層の材料の立体図である。図5は特に、一実施形態によって、複数のブロック材で形成される下部カップ514を図示している。図5に図示したように、最下層500は単一の薄い固体金属ブロックで形成できる。さらに、前記下部カップ514のその他の層は、各々レーザーで切断され(例えば、レーザーエッチングされた)、および/または(例えば、図4の前記下部カップ414で必要とされる単一ブロックにおけるフライス加工技術よりも低コストで前記下部カップ514を形成するために)型抜きされた層(例えば502A〜502N)から形成される。例えば、前記層502A〜502Nは標準サイズおよび/または形状の金属でよいため、前記下部カップ514の製造費用を削減できる。
一実施形態において、図5における前記下部カップ514は図3の前記最下層314に代替され、図3に図示したような前記最下層314と前記最上部プレート300との間の前記種々の構造体(例えば、容量性表面/プレート、スペーサーなど)を囲む。図4の前記実施形態のように、図5の前記下部カップ514はより大きな力(例えば図1の前記力118)を前記下部カップ514の壁を通して下方に導くことによって前記力に耐えることができる。更に、前記下部カップ514の製造に標準の機械加工技術を使うことができるので、前記下部カップ514は図4において説明した前記下部カップ414よりも低コストで製造できる。
図6は、一実施形態に従った、図1の前記装置150のネットワーク化された図である。第1の実施形態、装置150Aは、インターフェースケーブル(例えば図1の前記ケーブル116および/または図6のケーブル616)を介してデータ処理システム602に接続されている。第2の装置150Bはネットワーク600を介して前記データ処理システム602に無線接続されている。一実施形態において、前記ネットワーク600はインターネット網である。もう1つの実施形態において、前記ネットワーク600はローカル・エリア・ネットワークである。データ処理システム606は前記装置150Aおよび/または前記装置150Bから前記ネットワーク600を介してデータ(例えば、力および/または荷重を測定する出力データなど)を受信できる。一実施形態において、前記データ処理システム606は前記装置(例えば前記積層装置150A)の種々の動作によって生成されるデータ(例えば測定値)を分析する。アクセス装置604(例えば無線ネットワークを形成する装置間の無線通信を可能とする装置)は前記装置150Bとの無線接続を提供できる。一実施形態において、前記装置150Bは送信/受信回路608および/または前記装置150Bの前記ネットワーク600を介した無線通信を可能とする無線インターフェースコントローラ610を含む。一実施形態において、前記送信/受信回路608および/または前記無線インターフェースコントローラ610は図7の前記処理モジュール714内に内蔵する事ができる。
図7は、一実施形態によって、力700を測定する工程図である。図7において、一実施形態によれば、力700はセンサー702(例えば図1の前記導電面106を有する前記最上層102)に加えられる。図1の前記力118が装置(例えば前記積層装置150および/または前記ボックスに格納された装置350)に加えられる時、電子回路(例えばソフトウェアおよび/またはハードウェアコード)はアルゴリズムを適用して、前記検出コンデンサのプレート間(例えば図2Aおよび図2Cに図示したような前記検出コンデンサを形成する前記導電面216と前記導電面220の間)の距離704(例えば間隙)の変化を測定できる。代替実施形態においては、前記間隙の変化ではなく前記プレート間の面積の変化が考慮される。
次に、容量変化706は前記検出コンデンサを形成する前記プレート(例えば図1の前記導電面106を有する前記最上層102)間の前記間隙の変化に基づいて算出できる。また、前記容量変化706、電圧変化708、および/または周波数変化710も測定値(例えば前記センサー702に加えられた前記力700の推定値)を生成するために算出される。前記容量変化706のデータ、前記電圧変化708のデータ、および/または前記周波数変化のデータ710がデジタイザモジュール712(例えばアナログ/デジタル変換器)に提供される。最後に、前記デジタイザモジュール712は処理モジュール714(例えば前記処理モジュール224に内蔵可能なマイクロプロセッサ)と連動して、前記容量変化706のデータ、前記電圧変化708のデータ、および/または前記周波数変化のデータ710を測定値示度716(例えば前記センサー702に加えられた前記力700の測定値)に変換できる。
図8は、一実施形態による、前記検出コンデンサ808(例えば可変コンデンサ)および前記基準コンデンサ806を有する座席装置850である。前記座席装置850(例えば自動車座席装置、航空機座席装置など)は座席構造部取り付け用ボルト800と、取り付けレール用ボルト802とを含む。加えられた重量820(例えば自動車内の座席に着座している人)は、上部カップ816上および前記検出コンデンサ808の一方のプレート上に力を及ぼす。オフセット位置決めボス818は前記座席構造部取り付け用ボルト800と前記上部カップ816との間に接続点を提供する。前記上部カップ816は図1内の前記最上部プレート100と同様であってよく、前記検出コンデンサ808は図2Aおよび図2Cに図示したように前記導電面216および前記導電面220によって形成できる。前記検出コンデンサ808および前記基準コンデンサ806を形成する前記種々の導電面は、長方形、楕円形、および全ての辺の長さが等しくない形状を含む任意の幾何学的形状に製作できることに注目すべきである。
1組の取り付けネジ814は、図8に図示したように(図2Eに図示したような前記処理モジュール224を有する)電子部品パッケージ812をスペーサー810および下部カップ804に締め付ける。前記スペーサー810は前記基準コンデンサ806と前記下部カップ804との間に位置し、一実施形態においては、前記基準コンデンサ806のプレート間および前記検出コンデンサ808のプレート間のプレートスペーサーよりも10倍大きい場合もある。
図9は、一実施形態によって、検出コンデンサ(例えば図8の前記検出コンデンサ808)を形成する第1の導電面(例えば図2Aの前記導電面216)と第2の導電面(例えば図2Cの前記導電面220)との間の距離の変化に基づく(例えば図2Eに図示したような前記処理モジュール224を使った)測定値の自動生成の工程フローである。工程902において、第1の導電面(例えば図2Aの前記導電面216)および第2の導電面(例えば図2Cの前記導電面220)は非導電性のプリント回路基板(例えば、前記プリント回路基板102および前記プリント回路基板106それぞれの)上に塗布できる。
次に工程904において、検出コンデンサ(例えば前記検出コンデンサ808)および基準コンデンサ(例えば前記基準コンデンサ806)は任意の幾何学的形状に製作できる(例えば前記検出コンデンサおよび/または前記基準コンデンサのプレートは長方形、正方形、円形などに形成できる)。工程906において、前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の距離の変化に基づいて測定値が自動生成される(例えば、図1の前記力118が前記積層装置150、前記ボックスに格納された装置350、および/または前記座席装置850に加えられる時、前記距離が変化する)。一実施形態において、前記距離の変化は前記第1の導電面の(例えば図1の力118による圧縮力および/または膨張力を通じた)撓みによって生じる。別の実施形態において、前記距離の変化は前記第1の導電面と第2の導電面との間の少なくとも1つのスペーサー(例えば図2Bの前記スペーサー104)の厚さの変化によって生じる。
工程908において、容量変化を電圧変化および/または周波数変化に変換するアルゴリズム(例えば反復アルゴリズム)が適用されて前記測定値が生成される。工程910において、前記基準コンデンサのデータを分析することにより、少なくとも1つの環境条件(例えば、前記環境条件には湿度、温度などがある)に基づいて前記測定値が調整される。工程912において、前記測定値が前記検出コンデンサ(例えば前記積層装置150A内の前記検出装置)に(例えば図6の前記ケーブル616および/または前記ネットワーク600のいずれかを介して)関連付けられたデータ処理システム(例えば図6に図示されたような前記データ処理システム602)に伝達される。
例示的な実施形態を参照して本実施形態を説明したが、前記種々の実施形態のより広範な趣旨および範囲から逸脱せずに種々の修正および変更をこれらの実施形態に行うことができることが明らかである。例えば、本明細書に記述された図2Eの前記処理モジュール224、図6の前記送信/受信回路608、図6の前記無線インターフェースコントローラ610、および/または図7の前記処理モジュール714は、ハードウェア回路(例えばCMOS型論理回路)、ファームウェア、ソフトウェア、および/またはハードウェア、ファームウェア、および/または(例えば機械可読媒体内で実施される)ソフトウェアの任意の組み合わせを使って動作可能である。
例えば、前記デジタル変換器モジュール712および/または処理モジュール714は、ソフトウェアを使って、および/またはトランジスタ、論理ゲート、およびデジタル変換回路および/または処理回路などの電気回路(例えば特定用途向け集積回路であるASIC)を使って動作可能にできる。さらに、本明細書に開示された前記種々の動作、工程、および方法は、データ処理システム(例えばコンピュータシステム)と互換性のある機械可読媒体および/または機械アクセス可能媒体で実施することができ、(例えば前記種々の動作を達成する手段を使う工程を含む)任意の順番で実行できることは理解されるであろう。従って、本明細書および図面は限定的な意味ではなく、むしろ例示的であると見なされる。
例示的な実施形態は例として図示されており、添付図面に限定されるものではない。同様の参照は同様の要素を示す。
図1は、一実施形態によって、検出コンデンサと基準コンデンサとを有する積層装置の立体図である。
図2A〜図2Gは、一実施形態に従った、図1の検出コンデンサと基準コンデンサとを有する積層装置の分解図である。
図2A〜図2Gは、一実施形態に従った、図1の検出コンデンサと基準コンデンサとを有する積層装置の分解図である。
図2A〜図2Gは、一実施形態に従った、図1の検出コンデンサと基準コンデンサとを有する積層装置の分解図である。
図2A〜図2Gは、一実施形態に従った、図1の検出コンデンサと基準コンデンサとを有する積層装置の分解図である。
図2A〜図2Gは、一実施形態に従った、図1の前記検出コンデンサと前記基準コンデンサとを有する前記積層装置の分解図である。
図2A〜図2Gは、一実施形態に従った、図1の検出コンデンサと基準コンデンサとを有する積層装置の分解図である。
図2A〜図2Gは、一実施形態に従った、図1の検出コンデンサと基準コンデンサとを有する積層装置の分解図である。
図3は、例示的な一実施形態に従った、検出コンデンサと基準コンデンサとを有するボックスに格納された装置の立体図である。
図4は、一実施形態に従った、図3のボックスに格納された装置内の検出コンデンサと基準コンデンサとを囲むために使用可能な削り出し材の立体図である。
図5は、一実施形態に従った、図3のボックスに格納された装置内に検出コンデンサと基準コンデンサとを囲むために使用可能な複数層の材料の立体図である。
図6は、一実施形態に従った、図1の装置をネットワーク化した図である。
図7は、一実施形態に従った、力700を測定する工程図である。
図8は、一実施形態に従った、検出コンデンサと基準コンデンサとを有する座席装置の図である。
図9は、一実施形態に従った、検出コンデンサを形成する第1の導電面と第2の導電面との間の距離の変化に基づく測定値を自動生成する工程フローである。 本実施形態のその他の特徴は、添付の図面および後述の前記詳細な説明によって明らかとなるものである。
Claims (30)
- 装置であって、
第1の導電面および前記第1の導電面と実質的に平行な第2の導電面と、
前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の距離の変化に基づいて測定値を生成するセンサーと
を有する装置。 - 請求項1記載の装置において、前記距離の変化は前記第1の導電面の前記第2の導電面に対する撓みによって生じ、前記撓みは圧縮力および膨張力のうちの少なくとも1つである。
- 請求項1記載の装置において、前記距離の前記変化は前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の少なくとも1つのスペーサーの厚さの変化によって生じるものである。
- 請求項1記載の装置において、前記センサーは、容量変化を電圧変化および周波数変化のうちの少なくとも1つに変換するアルゴリズムを適用して前記測定値を生成するものである。
- 請求項4記載の装置において、前記測定値は前記第2の導電面に対する前記第1の導電面より上部の面に加えられる力の値である。
- 請求項5記載の装置において、前記距離の変化は、前記第2の導電面に対する前記第1の導電面より上部の面に加えられる荷重によって生じるものである。
- 請求項6記載の装置において、前記第1の導電面および前記第2の導電面は検出コンデンサを形成し、前記検出コンデンサの容量変化は前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の前記距離の変化に反比例するものである。
- 請求項1記載の装置において、この装置は、さらに、
前記装置に関連付けられた基準コンデンサを有し、前記センサーが少なくとも1つの環境条件に基づいて前記測定値を調整することを可能にするものである。 - 請求項8記載の装置において、前記少なくとも1つの環境条件は、前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の間隙における湿度、前記装置の温度、および前記装置の周囲環境の気圧である。
- 請求項1記載の装置において、前記第1の導電面および前記第2の導電面は、長方形、楕円形、および全ての辺の長さが等しくない形状を含む任意の幾何学的形状に製作されるものである。
- 請求項1記載の装置において、前記第1の導電面および前記第2の導電面は、前記装置を形成する複数の非導電性プリント回路基板上に塗布されるものである。
- 装置であって、
前記装置の周囲環境条件に基づいて容量が変化する基準コンデンサと、
検出コンデンサを形成する少なくとも1つのプレートの撓みおよび前記環境条件に基づいて容量が変化する前記検出コンデンサと、
前記検出コンデンサの容量から前記環境条件の影響を除外した後、測定値を生成する回路と
を有する装置。 - 請求項12記載の装置において、この装置は、さらに、
前記基準コンデンサ、前記検出コンデンサ、および前記回路を囲むハウジングを有し、前記撓みが生じる前記少なくとも1つのプレートが前記ハウジングに組み込まれているものである。 - 請求項13記載の装置において、前記ハウジングは、当該ハウジングを形成するために各々レーザーエッチングされ、相互に接合された複数の金属プレートによって形成されるものである。
- 請求項13記載の装置において、前記ハウジングは、当該ハウジングを形成するためにフライス加工された単一金属ブロックによって形成されるものである。
- 請求項13記載の装置において、前記検出コンデンサを形成する前記少なくとも1つのプレートの撓みは前記ハウジングに加えられる荷重によって生じ、前記測定値は前記ハウジングに加えられる力の値である。
- 請求項16記載の装置において、この装置は、さらに、
前記基準コンデンサと前記ハウジングの底部との間に前記測定値に影響を及ぼす浮遊容量の影響を最小限に抑える遮蔽スペーサーを有し、前記遮蔽スペーサーの高さは前記基準コンデンサのプレート間および前記検出コンデンサのプレート間のプレートスペーサーよりも少なくとも10倍高いものである。 - 請求項12記載の装置において、前記基準コンデンサを形成する各プレートの面積は、前記測定値の生成に必要な増幅量を低減するために、前記検出コンデンサを形成する各プレートの面積よりも少なくとも10倍大きいものである。
- 請求項12記載の装置において、前記回路は無線送信機と無線受信機とを含み、前記装置は、ネットワークを通じて、前記装置の種々の動作によって生成されるデータを分析するデータ処理システムと通信するものである。
- 方法であって、
可変コンデンサを形成する第1の導電面と第2の導電面との間の距離の変化に基づいて測定値を自動生成する工程と、
前記可変コンデンサに関連付けられたデータ処理システムに前記測定値を伝達する工程と
を有する方法。 - 請求項20記載の方法において、前記距離の変化は前記第1の導電面の前記第2の導電面に対する撓みによって生じ、前記撓みは圧縮力および膨張力のうちの少なくとも1つである。
- 請求項20記載の方法において、前記距離の変化は前記第1の導電面と前記第2の導電面のと間の少なくとも1つのスペーサーの厚さの変化によって生じるものである。
- 請求項20記載の方法において、この方法は、さらに、
容量変化を電圧変化および周波数変化のうちの少なくとも1つに変換するアルゴリズムを適用して前記測定値を生成する工程を有し、前記測定値は前記第2の導電面に対する前記第1の導電面より上部の面に加えられる力の値である。 - 請求項23記載の方法において、前記距離の変化は前記第2の導電面に対する前記第1の導電面より上部の面に加えられる荷重によって生じるものである。
- 請求項24記載の方法において、前記可変コンデンサの容量変化は前記第1の導電面と前記第2の導電面との間の距離の変化に反比例するものである。
- 請求項20記載の方法において、この方法は、さらに、基準コンデンサのデータを分析することにより、少なくとも1つの環境条件に基づいて前記測定値を調整する工程を有するものである。
- 請求項26記載の方法において、前記少なくとも1つの環境条件は、前記第1の導電面と前記第2との導電面の間の間隙の湿度、前記可変コンデンサの温度、および前記可変コンデンサの周囲環境の気圧である。
- 請求項27記載の方法において、この方法は、さらに、
前記可変コンデンサおよび前記基準コンデンサを、長方形、楕円形、および全ての辺の長さが等しくない形状を含む任意の幾何学的形状に製作する工程を有するものである。 - 請求項20記載の方法において、この方法は、さらに、
複数の非導電性プリント回路基板上に前記第1の導電面および前記第2の導電面を塗布する工程を有するものである。 - 請求項20記載の方法において、この方法は1組の命令を実行する機械可読媒体の形式であり、前記命令が機械によって実行されると、当該機械が請求項20の方法を実行するものである。
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