JP2009534673A - 容量マトリックス圧力変換器における容量ノード測定 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】選択された区域にわたる圧力の分布を測定する方法及びシステムは、交差する行及び列によって形成された感圧キャパシタンスノードのアレイを有するセンサを含み、ノードの測定キャパシタンスは、あたかも別のノードであるかのように測定することができる各行上に配置された基準キャパシタンスの固定値に比較される。
【選択図】図2
Description
しかし、米国特許第5、010、772号(その内容は、本明細書において引用により組み込まれている)の場合のように電流センス増幅器のようなゼロインピーダンス装置を使用してマトリックスの出力を測定しない限り、測定されない列及び行の接地は、関連のノードを他のノードの影響から完全に隔離することはない。センス増幅器の接地に対する入力インピーダンスは、他のシステムインピーダンスに対して無視することができるほど小さく取られる。このようにして、駆動源に接続した列だけがその上に電圧を印加され、システム内の他の全てのノードの他の列は、接地電位で維持され、従って、1つのキャパシタンスの正確な測定が可能になる。しかし、センス増幅器の接地によってさえも、他のノードが変化する圧力及び従って変化するキャパシタンスを有する時には、信号感知回路の入力インピーダンスが完全にゼロでなければ、選択されたノード測定の誤差が依然として存在する。非ゼロ入力インピーダンス誤差を悪化させるのは、誤差のマグニチュードが、どの圧力が他の使用されていないノードに加えられているかに基づく動的変数であるという事実である。
従って、圧力マッピングシステムにおいて個々のノードキャパシタンスを測定する代替的方法の必要性が当業技術に存在する。
(a)列が行に平行でなく、一連のセンサセルの各々が、列及び行の交点に形成され、列及び行が、それぞれ圧縮性誘電体のシートの対向する側に配置され、各センサセルが、交点での絶縁材料の圧縮によって変化するキャパシタンスを有する、複数の線形導体列及び複数の線形導体行を有するセンサを選択された区域にわたって配置する段階、
(b)単一の列を選択し、選択列に電圧を加える段階、
(c)単一の行を選択する段階、
(d)選択行の電流を測定し、それによって選択列及び行の交点でのセンサセルのキャパシタンスを測定し、同時に非選択列の各々及び非選択行の各々を接地して感知センサセルを非感知センサセルのキャパシタンスの変化の影響から隔離する段階、
(e)選択行に対して固定基準キャパシタンスを供給する段階、及び
(f)感知センサセルの測定キャパシタンスと固定基準キャパシタンスとを比較することにより、感知センサセルに対する圧力測定値を判断する段階、
を含む。
(a)列及び行が平行でなく、一連のセンサセルの各々が、列及び行の交点に形成され、列及び行が、それぞれ圧縮性誘電体のシートの対向する側に配置され、各センサセルが、交点での絶縁材料の圧縮によって変化するキャパシタンスを有する、複数の線形導体列及び複数の線形導体行を有するセンサ、
(b)単一の列を選択し、選択列に電圧を加えるための手段、
(c)単一の行を選択するための手段、
(d)選択行の電流を測定し、それによって選択列及び行の交点でのセンサセルのキャパシタンスを測定するための手段、
(e)非選択列の各々及び非選択行の各々を接地して、感知センサセルを非感知センサセルのキャパシタンスの変化の影響から隔離するための手段、
(f)各行に対して固定基準キャパシタンスを供給するための手段、及び
(g)感知センサセルの測定キャパシタンスと固定基準キャパシタンスとを比較することにより、感知センサセルに対する圧力測定値を判断するための手段、
を含む。
ここで、本発明を添付の簡単で概略の縮尺通りでない図面を参照して例示的な実施形態により以下に説明する。
作動において、パッド(10)は、その表面区域にわたる複数の点の各々において検出される圧力を示す出力信号を生成する。コンピュータ(16)は、インタフェースユニット(14)によってこれらの信号を受信し、パッドの区域にわたる患者の重量の分布を示す表示を発生させる。
図2に示すように、入力電圧は、デマルチプレクサによって列の各々に加えられ、出力電圧は、従来のマルチプレクサ及びアナログ−デジタル変換器(ADC)を通じて各行において測定される。
ここで、
VIj:j番目の列における入力電圧
VOi:i番目の行における出力電圧
VOij:j番目の列に入力電圧が与えられた状態のi番目の行の出力電圧
VOi0:0番目の列に入力電圧が与えられた状態のi番目の行の出力電圧
CE:測定システムの入力キャパシタンス
Cij:i番目の行及びj番目の列におけるノードキャパシタンス
RL:測定システムの入力抵抗
どの行及び列が選択されるかにより、添字ijによって示された異なる伝達関数が発生する。(1)の単純な操作により、他のパラメータの関数としてCijに関して解くことが可能になる。
ここで、CSは、センサセルキャパシタンス(Cij)及び測定システムの入力キャパシタンス(CE)によっては説明されない浮遊キャパシタンス又は残留キャパシタンスである。しかし、Cijの計算は、他の変化するノードキャパシタンスと同じく時間的に変化する場合がある外部キャパシタンスの合計であるCRXiに基づいている。従来の方法においては、RL及びw(ラジアン又は各周波数)の減少は、センサのこの相互に関連する態様の影響の最小化をもたらすが、これは、煩雑な解である。
式(4)から、関連の伝達関数のノードと基準(固定コンデンサ)ノード伝達関数との比率を判断することによって式(5)の結果が得られる。
ここで、Ci0は、i番目の行における固定基準コンデンサのキャパシタンスである。
ここから先は、正規化されたC’ijを使用するか、又はCi0の正確な値が既知であれば、Cijを計算して使用することができる。いずれの使用も、較正処理が両方の値を関連のセルでの望ましい読取値に変換するように有効に機能するので、較正されたシステムにおいて許容される。
VI 既知の電圧
Claims (9)
- 選択された区域にわたる圧力の分布を測定する方法であって、
(a)列が行に平行でなく、一連のセンサセルの各々が、列及び行の交点に形成され、該列及び行が、それぞれ圧縮性誘電体のシートの対向する側に配置され、各センサセルが、該交点での該絶縁材料の圧縮によって変化するキャパシタンスを有する、複数の線形導体列及び複数の線形導体行を有するセンサを選択された区域にわたって配置する段階、
(b)単一の列を選択し、該選択した列に電圧を加える段階、
(c)単一の行を選択する段階、
(d)前記選択した行の電流を測定し、それによって前記選択列及び行の交点での前記センサセルの前記キャパシタンスを測定し、同時に非選択列の各々及び非選択行の各々を接地して感知したセンサセルを非感知センサセルのキャパシタンスの変化の影響から隔離する段階、
(e)前記選択行に対して固定基準キャパシタンスを供給する段階、及び
(f)前記感知したセンサセルの前記測定キャパシタンスと前記固定基準キャパシタンスとを比較することにより、該感知センサセルに対する圧力測定値を判断する段階、
を含むことを特徴とする方法。 - 段階(b)から(f)は、センサセルのアレイ全体に対して繰り返されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記選択行に対する前記固定基準キャパシタンスは、該行の各々に交差する固定されたキャパシタンス列によって供給されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 前記感知センサセルの前記測定キャパシタンスと前記固定基準キャパシタンスとの前記比較は、該測定キャパシタンスと該固定基準キャパシタンスの比率を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 表面上の力の分布をモニタするためのシステムであって、
(a)列及び行が平行でなく、一連のセンサセルの各々が、列及び行の交点に形成され、該列及び行が、それぞれ圧縮性誘電体のシートの対向する側に配置され、各センサセルが、該交点での該絶縁材料の圧縮によって変化するキャパシタンスを有する、複数の線形導体列及び複数の線形導体行を有するセンサ、
(b)単一の列を選択し、該選択した列に電圧を加えるための手段、
(c)単一の行を選択するための手段、
(d)前記選択した行の電流を測定し、それによって前記選択列及び行の交点での前記センサセルの前記キャパシタンスを測定するための手段、
(e)非選択列の各々及び非選択行の各々を接地して、感知したセンサセルを非感知センサセルのキャパシタンスの変化の影響から隔離するための手段、
(f)各行に対して固定基準キャパシタンスを供給するための手段、及び
(g)前記感知センサセルの前記測定キャパシタンスと前記固定基準キャパシタンスとを比較することにより、該感知センサセルに対する圧力測定値を判断するための手段、
を含むことを特徴とするシステム。 - 単一の列を選択して該選択列に電圧を加えるための前記手段は、デマルチプレクサを含むことを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 単一の行を選択して該選択行の電流を測定するための前記手段は、マルチプレクサを含むことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のシステム。
- 圧力測定値を判断するための前記手段は、前記感知センサセルの前記測定キャパシタンスと前記固定基準キャパシタンスとの比率を計算するための手段を含むことを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- センサセルのアレイ全体に対して前記測定キャパシタンスを処理し、表面上の前記力の分布をグラフィックで表示するためのコンピュータプロセッサを更に含むことを特徴とする請求項5に記載のシステム。
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