JP2018529948A - 抵抗容量型変形センサ - Google Patents
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Abstract
Description
弾性基板と、
弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された第1の歪みゲージ素子と、
弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、同じ第1の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された第2の歪みゲージ素子と、を備える。
第1の歪みゲージ素子は、2つの別個の端子である第1端子および第2端子を有し、
第1の信号は、第1の歪みゲージ素子の第1端子と第2端子の間で測定可能であり、
第2の歪みゲージ素子は、2つの別個の端子である第3端子および第4端子を有し、
第2の信号は、第2の歪みゲージ素子の第3端子と第4端子の間で測定可能である。
弾性基板は、可撓性の電気絶縁誘電材料を含み、
変形検知装置は、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、第3の信号は、第1の歪みゲージ素子の端子と第2の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能である。
付与された変形に応じて、第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、を測定するように構成された測定回路と、
第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および第3の信号に基づいて、付与された変形における、検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算するように構成された変形分析器と、を備え得る。
第1の信号は、第1の歪みゲージ素子の第1の抵抗を示し、
第2の信号は、第2の歪みゲージ素子の第2の抵抗を示し、
第3の信号は、付与された変形に応じて測定された弾性基板の静電容量を示している。
Areaは、第1の歪みゲージ素子と第2の歪みゲージ素子とのオーバラップであり、
GFは、歪みと抵抗を関係付けるゲージ率であり、
γは、軸間の変形を関係付ける、弾性基板のポアソン比であり、
L0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
ΔL、ΔL1、ΔL2は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の長さの変化であり、
W0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
εは、弾性基板の誘電率であり、
R0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の基準抵抗であり、
g、g0は、それぞれ弾性基板の変形後の幅および基準幅である。
GFは、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の歪みと抵抗を関係付けるゲージ率であり、
γは、軸間の変形を関係付ける、弾性基板のポアソン比であり、
L0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
ΔL1、ΔL2は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の長さの変化であり、
R0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の基準抵抗であり、
gは、弾性基板の変形後の幅であり、
ρ1およびρ2は、弾性基板の第1面および第2面の曲げ半径である。
第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の各々は、アーチ状ヘッドと、アーチ状ヘッドの両端から延出する一対の細長リードと、を含む馬蹄形状を有し、
第1の歪みゲージ素子と第2の歪みゲージ素子の形状のアライメントは、弾性基板の第1面および第2面に直交する軸に沿って対応しており、
第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の中心軸は、弾性基板の第1面および第2面に直交する平面に沿って互いに平行かつ同一平面上にアライメントされており、
第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の細長リード対の対応するリード同士は、それぞれ、長さ方向に平行であるとともに、略同じ寸法を有する。
測定回路は、付与された変形に応じて、第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、を測定するように構成されており、
変形分析器は、第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および第3の信号に基づいて、付与された変形における、検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算するように構成されている。
伸縮変形の測度は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の変形前の長さに対する長さの平均変化を示しており、
撓み変形の測度は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子が形成された弾性基板面の角曲がりの曲げ半径を示している。
弾性基板と、
第1の歪みゲージ対であって、
弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された第1の歪みゲージ素子と、
弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、同じ第1の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された第2の歪みゲージ素子と、を含み、
この変形検知装置は、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、第3の信号は、第1の歪みゲージ素子の端子と第2の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能である、第1の歪みゲージ対と、
第2の歪みゲージ対であって、
弾性基板の第1面に概ね形成された第3の歪みゲージ素子であって、第2の方向に付与された歪みに応じた第4の信号を出力するように構成された第3の歪みゲージ素子と、
弾性基板の第1面とは反対の第2面に概ね形成された第4の歪みゲージ素子であって、同じ第2の方向に付与された歪みに応じた第5の信号を出力するように構成された第4の歪みゲージ素子と、を含み、
この変形検知装置は、付与された変形に応じた第6の信号を出力するように構成されており、第6の信号は、第3の歪みゲージ素子の端子と第4の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能である、第2の歪みゲージ対と、を備え、
第1の方向は第2の方向に直交しており、
第1の歪みゲージ対の歪みゲージ素子と第2の歪みゲージ対の歪みゲージ素子とは、互いに直交している。
付与された変形に応じて、第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、第3の歪みゲージ素子からの第4の信号と、第4の歪みゲージ素子からの第5の信号と、を測定するように構成された測定回路と、
第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、第3の歪みゲージ素子から測定された第4の信号、第4の歪みゲージ素子から測定された第5の信号に基づいて、第1の方向および第2の方向における、検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度をそれぞれ計算するように構成された変形分析器と、を備え得る。
変形分析器は、さらに、第1の歪みゲージ対および第2の歪みゲージ対から検出された第1の信号、第2の信号、第4の信号、第5の信号の大きさを比較することによって、第1の方向または第2の方向の伸縮のいずれかとして伸縮変形方向を判定するように構成されており、
第1の方向の伸縮の場合には、変形分析器は、第1の信号および第2の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成されており、
第2の方向の伸縮の場合には、変形分析器は、第4の信号および第5の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成されている。
変形分析器は、さらに、測定された第1の信号、第2の信号、第4の信号、第5の信号に基づいて、撓み変形の大きさおよび撓み変形の方向を特定するように構成されている。
変形分析器は、さらに、第1の歪みゲージ対および第2の歪みゲージ対から検出された第1の信号、第2の信号、第4の信号、第5の信号の大きさを比較することによって、第1の方向または第2の方向の撓みのいずれかとして撓み変形方向を判定するように構成されており、
第1の方向の撓みの場合には、変形分析器は、第1の信号および第2の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されており、
第2の方向の撓みの場合には、変形分析器は、第4の信号および第5の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されている。
弾性基板と、
弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された第1の歪みゲージ素子と、
弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、第2の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された第2の歪みゲージ素子と、を備え、
変形検知装置は、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、第3の信号は、第1の歪みゲージ素子の端子と第2の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能であり、
第1の方向は第2の方向に直交しており、
第1の歪みゲージ素子と第2の歪みゲージ素子とは、互いに直交している。
測定回路は、付与された変形に応じて、第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、第3の信号と、を測定するように構成されており、
変形分析器は、第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および測定された第3の信号に基づいて、第1の方向および第2の方向における、検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度をそれぞれ計算するように構成されている。
変形分析器は、さらに、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子から検出された第1の信号および第2の信号の大きさを比較することによって、第1の方向または第2の方向の伸縮のいずれかとして伸縮変形方向を判定するように構成されており、
第1の方向の伸縮の場合には、変形分析器は、第1の信号および第3の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成されており、
第2の方向の伸縮の場合には、変形分析器は、第2の信号および第3の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成されている。
変形分析器は、さらに、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子から検出された第1の信号および第2の信号の大きさを比較することによって、第1の方向または第2の方向の撓みのいずれかとして撓み変形方向を判定するように構成されており、
第1の方向の撓みの場合には、変形分析器は、第1の信号および第3の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されており、
第2の方向の撓みの場合には、変形分析器は、第2の信号および第3の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されている。
1つ以上の変形センサであって、各々の変形センサは、
可撓性の電気絶縁誘電材料を含む弾性基板と、
弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された第1の歪みゲージ素子と、
弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、同じ第1の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された第2の歪みゲージ素子と、を有し、
変形センサは、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、第3の信号は、第1の歪みゲージ素子の第1端子と第2端子のうちの1つと、第2の歪みゲージ素子の第3端子と第4端子のうちの1つと、の間で測定可能である、1つ以上の変形センサと、
付与された変形に応じて、第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、を測定するように構成された測定回路と、
第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および第3の信号に基づいて、付与された変形における、検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算するように構成された変形分析器と、を備える。
ウェアラブルデバイス内の変形センサの第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の各々は、アーチ状ヘッドと、アーチ状ヘッドの両端から延出する一対の細長リードと、を含む馬蹄形状を有し、
第1の歪みゲージ素子と第2の歪みゲージ素子の形状のアライメントは対応しており、それらの形状は、関節動作する関節に外接するように構成されており、その関節の動きによって、結果的に変形センサの対応する変形が生じる。
変形センサの弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子から、第1の歪みゲージ素子の抵抗を示す第1の信号を測定することと、
変形センサの弾性基板の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子から、第2の歪みゲージ素子の抵抗を示す第2の信号を測定することと、
付与された変形に応じて測定された弾性基板の静電容量を示す第3の信号を、第1の歪みゲージ素子と第2の歪みゲージ素子の間で測定することと、
第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および第3の信号に基づいて、付与された変形における、変形センサの伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算することと、を含む。
図1A〜1Cは、(本明細書では、変形センサ100と別称される)変形検知装置100の側面図をそれぞれ示している。図1Aは、1つ以上の実施形態により、変形が付与されていない場合の変形検知装置100の側面図を示している。図1Aに示すように、変形検知装置100は、第1の歪みゲージ素子110と、第2の歪みゲージ素子120と、弾性基板130と、を備える。第1の歪みゲージ素子110は、弾性基板130の第1面130−aに形成されている。第2の歪みゲージ素子は、弾性基板130の第1面130−aとは反対の第2面130−bに形成されている。
バルク抵抗[R1+R2]の測定:
1) 装置325を放電する。電流源(Isrc)を一定の直流電流に設定して、スイッチS1をオンにする。測定点で初期直流電圧(Vdut)を測定し、これはIdut*(R1+R2)である。合成抵抗(R1+R2)は、VdutおよびIdutの測定値に基づいて特定できる。
静電容量(C)の測定:
1) 電圧源(Vsrc)を一定の直流電圧に設定して、スイッチS2をオンにする。例えば、スイッチS2のターンオンを基準として測定される、規定の電流(Idut)尺度まで充電する時間に基づいて、Cの充電時間を測定する。同じバルク抵抗値(R1+R2)の既知の基準コンデンサの同じ規定電流値の放電時間と比較する。静電容量変化は時間に反比例する。このとき、コンデンサ(C)を放電させるために、スイッチS2をオフにするとともに、スイッチS3をオンにして、電流−時間測定を繰り返し、同様の電流−時間測定値を記録することで、その放電特性と基準コンデンサの放電特性との比較から、Cの値を計算する。
Areaは、第1の歪みゲージ素子と第2の歪みゲージ素子とのオーバラップであり、
GFは、歪みと抵抗を関係付けるゲージ率であり、
γは、軸間の変形を関係付ける、弾性基板のポアソン比であり、
L0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
ΔL、ΔL1、ΔL2は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の長さの変化であり、
W0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
εは、弾性基板の誘電率であり、
R0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の基準抵抗であり、
g、g0は、それぞれ弾性基板の変形後の幅および基準幅である。
GFは、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の歪みと抵抗を関係付けるゲージ率であり、
γは、軸間の変形を関係付ける、弾性基板のポアソン比であり、
L0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
ΔL1、ΔL2は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の長さの変化であり、
R0は、第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の基準抵抗であり、
gは、弾性基板の変形後の幅であり、
ρ1およびρ2は、弾性基板の第1面および第2面の曲げ半径である。
一方、幅方向の伸縮(例えば、図5B)の場合には、変形分析器は、幅方向の伸縮では抵抗R1およびR2の変化は無視できるので、式3および式5(静電容量変化)を用いて伸縮の大きさを計算するように構成される。
図6Aは、変形されていない場合の変形センサ100を示している。図6Bは、付与された撓み変形による変形センサ100の長さ方向の撓み変形(リードの長さに沿った撓み)であって、第2の素子120に向けた撓みを示している。図6Cは、逆に、付与された撓み変形による変形センサ100の長さ方向の撓み変形(リードの長さに沿った撓み)であって、第1の素子110に向けた撓みを示している。
1つまたは複数の実施形態において、ウェアラブルデバイスまたはシステムは、(図1〜7を参照して説明したもののような)1つ以上の変形センサを備える。ウェアラブルデバイスまたはシステムは、さらに、(図3を参照して説明した)測定回路および変形分析器を備えることもできる。あるいは、ウェアラブルデバイスは、変形センサ(さらに場合によっては、測定回路)を備えることができ、第1の信号、第2の信号、第3の信号を、遠隔の(例えば、非ウェアラブル)システムまたは装置に送信することができ、遠隔システムまたは装置は、測定回路および/または変形分析器を備えることができる。
Claims (39)
- 変形検知装置であって、
弾性基板と、
前記弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された前記第1の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、同じ第1の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された前記第2の歪みゲージ素子と、を備える変形検知装置。 - 前記第1の歪みゲージ素子は、2つの別個の端子である第1端子および第2端子を有し、
前記第1の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の第1端子と第2端子の間で測定可能であり、
前記第2の歪みゲージ素子は、2つの別個の端子である第3端子および第4端子を有し、
前記第2の信号は、前記第2の歪みゲージ素子の第3端子と第4端子の間で測定可能である、請求項1に記載の変形検知装置。 - 前記弾性基板は、可撓性の電気絶縁誘電材料を含み、
当該変形検知装置は、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、前記第3の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の端子と前記第2の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能である、請求項1に記載の変形検知装置。 - 付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、を測定するように構成された測定回路と、
前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、前記付与された変形における、当該変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算するように構成された変形分析器と、をさらに備える請求項3に記載の変形検知装置。 - 前記第1の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の第1の抵抗を示し、
前記第2の信号は、前記第2の歪みゲージ素子の第2の抵抗を示し、
前記第3の信号は、付与された変形に応じて測定された前記弾性基板の静電容量を示している、請求項4に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、前記第1の信号、前記第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の長さの変化割合((ΔL)/L0)としての伸縮変形の測度を、式:
R1は前記第1の抵抗、R2は前記第2の抵抗、Cは前記静電容量であり、
Areaは、前記第1の歪みゲージ素子と前記第2の歪みゲージ素子とのオーバラップであり、
GFは、歪みと抵抗を関係付けるゲージ率であり、
γは、軸間の変形を関係付ける前記弾性基板のポアソン比であり、
L0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
ΔL、ΔL1、ΔL2は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の長さの変化であり、
W0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
εは、前記弾性基板の誘電率であり、
R0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の基準抵抗であり、
g、g0は、それぞれ前記弾性基板の変形後の幅および基準幅である、請求項5に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、前記第1の信号、前記第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の曲げ半径としての撓み変形の測度を、式:
ただし、R1は前記第1の抵抗、R2は前記第2の抵抗であり、
GFは、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の歪みと抵抗を関係付けるゲージ率であり、
γは、軸間の変形を関係付ける前記弾性基板のポアソン比であり、
L0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
ΔL1、ΔL2は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の長さの変化であり、
R0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の基準抵抗であり、
gは、前記弾性基板の変形後の幅であり、
ρ1およびρ2は、前記弾性基板の第1面および第2面の曲げ半径である、請求項5に記載の変形検知装置。 - 前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の各々は、
アーチ状ヘッドと、前記アーチ状ヘッドの両端から延出する一対の細長リードと、を含む馬蹄形状を有し、
前記第1の歪みゲージ素子の形状と前記第2の歪みゲージ素子の形状のアライメントは、前記弾性基板の第1面および第2面に直交する軸に沿って対応しており、
前記第1の歪みゲージ素子の中心軸および前記第2の歪みゲージ素子の中心軸は、前記弾性基板の第1面および第2面に直交する平面に沿って互いに平行かつ同一平面上に配列されており、
前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の細長リード対の対応するリード同士は、それぞれ、長さ方向に平行であるとともに、略同じ寸法を有する、請求項3に記載の変形検知装置。 - 測定回路は、付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、を測定するように構成されており、
変形分析器は、前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、付与された変形における、当該変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算するように構成されている、請求項8に記載の変形検知装置。 - 前記伸縮変形の測度は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の変形前の長さに対する長さの平均変化を示しており、
前記撓み変形の測度は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子が形成された前記弾性基板の面の角曲がりの曲げ半径を示している、請求項9に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、測定された前記第1の信号、前記第2の信号、前記第3の信号を比較することによって、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の抵抗変化の符号ならびに前記弾性基板の静電容量変化の符号に基づいて、前記伸縮変形が圧縮伸縮に相当するのか、または伸長伸縮に相当するのかを判定するように、さらに構成されている、請求項9に記載の変形検知装置。
- 変形検知装置であって、
弾性基板と、
第1の歪みゲージ対であって、
前記弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された前記第1の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の前記第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、同じ第1の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された前記第2の歪みゲージ素子と、を含み、
当該変形検知装置は、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、前記第3の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の端子と前記第2の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能である、前記第1の歪みゲージ対と、
第2の歪みゲージ対であって、
前記弾性基板の第1面に実質的に形成された第3の歪みゲージ素子であって、第2の方向に付与された歪みに応じた第4の信号を出力するように構成された前記第3の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の第1面とは反対の第2面に実質的に形成された第4の歪みゲージ素子であって、同じ第2の方向に付与された歪みに応じた第5の信号を出力するように構成された前記第4の歪みゲージ素子と、を含み、
当該変形検知装置は、付与された変形に応じた第6の信号を出力するように構成されており、前記第6の信号は、前記第3の歪みゲージ素子の端子と前記第4の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能である、前記第2の歪みゲージ対と、を備え、
前記第1の方向は、前記第2の方向に直交しており、
前記第1の歪みゲージ対の歪みゲージ素子と前記第2の歪みゲージ対の歪みゲージ素子とは、互いに直交している、変形検知装置。 - 付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、前記第3の歪みゲージ素子からの第4の信号と、前記第4の歪みゲージ素子からの第5の信号と、を測定するように構成された測定回路と、
前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、前記第3の歪みゲージ素子から測定された第4の信号、前記第4の歪みゲージ素子から測定された第5の信号に基づいて、前記第1の方向および前記第2の方向における、当該変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度をそれぞれ計算するように構成された変形分析器と、をさらに備える請求項12に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、
前記第1の歪みゲージ対および前記第2の歪みゲージ対から検出された前記第1の信号、前記第2の信号、前記第4の信号、前記第5の信号の大きさを比較することによって、前記第1の方向または前記第2の方向の伸縮のいずれかとして伸縮変形方向を判定するように、さらに構成されており、
前記第1の方向の伸縮の場合には、前記変形分析器は、前記第1の信号および前記第2の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成されており、
前記第2の方向の伸縮の場合には、前記変形分析器は、前記第4の信号および前記第5の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成されている、請求項13に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、
測定された前記第1の信号、前記第2の信号、前記第4の信号、前記第5の信号に基づいて、前記撓み変形の大きさおよび前記撓み変形の方向を特定するように、さらに構成されている、請求項13に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、
前記第1の歪みゲージ対および前記第2の歪みゲージ対から検出された前記第1の信号、前記第2の信号、前記第4の信号、前記第5の信号の大きさを比較することによって、前記第1の方向または前記第2の方向の撓みのいずれかとして撓み変形方向を判定するように、さらに構成されており、
前記第1の方向の撓みの場合には、前記変形分析器は、前記第1の信号および前記第2の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されており、
前記第2の方向の撓みの場合には、前記変形分析器は、前記第4の信号および前記第5の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されている、請求項13に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、測定された前記第1の信号、前記第2の信号、前記第4の信号、前記第5の信号を比較することによって、前記撓み変形が前記弾性基板の第1面に向けた撓みに相当するのか、または前記弾性基板の第2面に向けた撓みに相当するのかを判定するように、さらに構成されている、請求項13に記載の変形検知装置。
- 変形検知装置であって、
弾性基板と、
前記弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された前記第1の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、第2の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された前記第2の歪みゲージ素子と、を備え、
当該変形検知装置は、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、前記第3の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の端子と前記第2の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能であり、
前記第1の方向は、前記第2の方向に直交しており、
前記第1の歪みゲージ素子と前記第2の歪みゲージ素子とは、互いに直交している、変形検知装置。 - 測定回路は、付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、前記第3の信号と、を測定するように構成されており、
変形分析器は、
前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および測定された前記第3の信号に基づいて、前記第1の方向および前記第2の方向における、当該変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度をそれぞれ計算するように構成されている、請求項18に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、
前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子から検出された第1の信号および第2の信号の大きさを比較することによって、前記第1の方向または前記第2の方向の伸縮のいずれかとして伸縮変形方向を判定するように、さらに構成されており、
前記第1の方向の伸縮の場合には、前記変形分析器は、前記第1の信号および前記第3の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成されており、
前記第2の方向の伸縮の場合には、前記変形分析器は、前記第2の信号および前記第3の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成されている、請求項19に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、
前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子から検出された第1の信号および第2の信号の大きさを比較することによって、前記第1の方向または前記第2の方向の撓みのいずれかとして撓み変形方向を判定するように、さらに構成されており、
前記第1の方向の撓みの場合には、前記変形分析器は、前記第1の信号および前記第3の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されており、
前記第2の方向の撓みの場合には、前記変形分析器は、前記第2の信号および前記第3の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されている、請求項19に記載の変形検知装置。 - ウェアラブルデバイスであって、
1つ以上の変形センサであって、前記1つ以上の変形センサの各々は、
可撓性の電気絶縁誘電材料を含む弾性基板と、
前記弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された前記第1の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、同じ第1の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された前記第2の歪みゲージ素子と、を有し、
当該変形センサは、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、前記第3の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の第1端子と第2端子のうちの1つと、前記第2の歪みゲージ素子の第3端子と第4端子のうちの1つと、の間で測定可能である、前記1つ以上の変形センサと、
前記付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、を測定するように構成された測定回路と、
前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、前記付与された変形における、前記変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算するように構成された変形分析器と、を備えるウェアラブルデバイス。 - 当該ウェアラブルデバイス内の変形センサの第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の各々は、
アーチ状ヘッドと、前記アーチ状ヘッドの両端から延出する一対の細長リードと、を含む馬蹄形状を有し、
前記第1の歪みゲージ素子の形状と前記第2の歪みゲージ素子の形状のアライメントは対応しており、前記形状は、関節動作する関節に外接するように構成されており、前記関節の動きによって、結果的に前記変形センサの対応する変形が生じる、請求項22に記載のウェアラブルデバイス。 - 変形センサの変形を検知する方法であって、付与された変形に応じて、
前記変形センサの弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子から、前記第1の歪みゲージ素子の抵抗を示す第1の信号を測定すること、
前記変形センサの弾性基板の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子から、前記第2の歪みゲージ素子の抵抗を示す第2の信号を測定すること、
付与された変形に応じて測定された前記弾性基板の静電容量を示す第3の信号を、前記第1の歪みゲージ素子と前記第2の歪みゲージ素子の間で測定すること、
前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、付与された変形における、前記変形センサの伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算すること、を備える方法。 - 変形検知装置であって、
弾性基板と、
前記弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された第1の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、同じ第1の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された第2の歪みゲージ素子と、を備える変形検知装置。 - 前記第1の歪みゲージ素子は、2つの別個の端子である第1端子および第2端子を有し、
前記第1の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の第1端子と前記第2端子の間で測定可能であり、
前記第2の歪みゲージ素子は、2つの別個の端子である第3端子および第4端子を有し、
前記第2の信号は、前記第2の歪みゲージ素子の第3端子と第4端子の間で測定可能であり、
好ましくは、
前記弾性基板は、可撓性の電気絶縁誘電材料を含み、
当該変形検知装置は、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、前記第3の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の端子と前記第2の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能であり、
好ましくは、当該変形検知装置は、
付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、を測定するように構成された測定回路と、
前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、付与された変形における、当該変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算するように構成された変形分析器と、をさらに備える、請求項25に記載の変形検知装置。 - 前記第1の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の第1の抵抗を示し、
前記第2の信号は、前記第2の歪みゲージ素子の第2の抵抗を示し、
前記第3の信号は、付与された変形に応じて測定された前記弾性基板の静電容量を示している、請求項25または26に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、前記第1の信号、前記第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の長さの変化割合((ΔL)/L0)としての前記伸縮変形の測度を、式:
R1は前記第1の抵抗、R2は前記第2の抵抗、Cは前記静電容量であり、
Areaは、前記第1の歪みゲージ素子と前記第2の歪みゲージ素子とのオーバラップであり、
GFは、歪みと抵抗を関係付けるゲージ率であり、
γは、軸間の変形を関係付ける、前記弾性基板のポアソン比であり、
L0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
ΔL、ΔL1、ΔL2は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の長さの変化であり、
W0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
εは、前記弾性基板の誘電率であり、
R0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の基準抵抗であり、
g、g0は、それぞれ前記弾性基板の変形後の幅および基準幅であるか、または、
前記変形分析器は、前記第1の信号、前記第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の曲げ半径としての前記撓み変形の測度を、式:
R1は前記第1の抵抗、R2は前記第2の抵抗であり、
GFは、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の歪みと抵抗を関係付けるゲージ率であり、
γは、軸間の変形を関係付ける、前記弾性基板のポアソン比であり、
L0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の変形前の長さであり、
ΔL1、ΔL2は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の長さの変化であり、
R0は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の基準抵抗であり、
gは、前記弾性基板の変形後の幅であり、
ρ1およびρ2は、前記弾性基板の第1面および第2面の曲げ半径である、請求項26または27に記載の変形検知装置。 - 前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の各々は、アーチ状ヘッドと、前記アーチ状ヘッドの両端から延出する一対の細長リードと、を含む馬蹄形状を有し、
前記第1の歪みゲージ素子の形状と前記第2の歪みゲージ素子の形状のアライメントは、前記弾性基板の前記第1面および前記第2面に直交する軸に沿って対応しており、
前記第1の歪みゲージ素子の中心軸および前記第2の歪みゲージ素子の中心軸は、前記弾性基板の第1面および第2面に直交する平面に沿って互いに平行かつ同一平面上にアライメントされており、
前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の細長リード対の対応するリード同士は、それぞれ、長さ方向に平行であるとともに、略同じ寸法を有する、請求項25〜28のいずれか1項に記載の変形検知装置。 - 測定回路は、付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、を測定するように構成され、
変形分析器は、前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、前記付与された変形における、当該変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算するように構成されており、
好ましくは、
前記変形検知装置は、
前記伸縮変形の測度は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の変形前の長さに対する長さの平均変化を示し、
前記撓み変形の測度は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子が形成された弾性基板の面の角曲がりの曲げ半径を示しており、
好ましくは、前記分析器は、測定された第1の信号、第2の信号、第3の信号を比較することによって、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子の抵抗変化の符号ならびに前記弾性基板の静電容量変化の符号に基づいて、前記伸縮変形が圧縮伸縮に相当するのか、または伸長伸縮に相当するのかを判定するように、さらに構成されている、請求項26〜29のいずれか1項に記載の変形検知装置。 - 変形検知装置であって、
弾性基板と、
第1の歪みゲージ対であって、
前記弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された前記第1の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、同じ第1の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された前記第2の歪みゲージ素子と、を含み、
当該変形検知装置は、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、前記第3の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の端子と前記第2の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能である、前記第1の歪みゲージ対と、
第2の歪みゲージ対であって、
前記弾性基板の第1面に実質的に形成された第3の歪みゲージ素子であって、第2の方向に付与された歪みに応じた第4の信号を出力するように構成された前記第3の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の第1面とは反対の第2面に実質的に形成された第4の歪みゲージ素子であって、同じ第2の方向に付与された歪みに応じた第5の信号を出力するように構成された前記第4の歪みゲージ素子と、を含み、
当該変形検知装置は、付与された変形に応じた第6の信号を出力するように構成されており、前記第6の信号は、前記第3の歪みゲージ素子の端子と前記第4の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能である、前記第2の歪みゲージ対と、を備え、
前記第1の方向は前記第2の方向に直交しており、
前記第1の歪みゲージ対の歪みゲージ素子と前記第2の歪みゲージ対の歪みゲージ素子とは、互いに直交している、変形検知装置。 - 前記付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、前記第3の歪みゲージ素子からの第4の信号と、前記第4の歪みゲージ素子からの第5の信号と、を測定するように構成された測定回路と、
前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、前記第3の歪みゲージ素子から測定された第4の信号、前記第4の歪みゲージ素子から測定された第5の信号に基づいて、前記第1の方向および前記第2の方向における、当該変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度をそれぞれ計算するように構成された変形分析器と、をさらに備える請求項31に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、前記第1の歪みゲージ対および前記第2の歪みゲージ対から検出された第1の信号、第2の信号、第4の信号、第5の信号の大きさを比較することによって、前記第1の方向または前記第2の方向の伸縮のいずれかとして伸縮変形方向を判定するように、さらに構成され、
前記第1の方向の伸縮の場合には、前記変形分析器は、前記第1の信号および前記第2の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成され、
前記第2の方向の伸縮の場合には、前記変形分析器は、前記第4の信号および前記第5の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成され、
好ましくは、
前記変形分析器は、測定された第1の信号、第2の信号、第4の信号、第5の信号に基づいて、前記撓み変形の大きさおよび前記撓み変形の方向を特定するように、さらに構成され、
好ましくは、
前記変形分析器は、前記第1の歪みゲージ対および前記第2の歪みゲージ対から検出された第1の信号、第2の信号、第4の信号、第5の信号の大きさを比較することによって、前記第1の方向または前記第2の方向の撓みのいずれかとして撓み変形方向を判定するように、さらに構成され、
前記第1の方向の撓みの場合には、前記変形分析器は、前記第1の信号および前記第2の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成され、
前記第2の方向の撓みの場合には、前記変形分析器は、前記第4の信号および前記第5の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されており、
好ましくは、前記変形分析器は、測定された第1の信号、第2の信号、第4の信号、第5の信号を比較することによって、前記撓み変形が前記弾性基板の第1面に向けた撓みに相当するのか、または前記弾性基板の第2面に向けた撓みに相当するのかを判定するように、さらに構成されている、請求項32に記載の変形検知装置。 - 変形検知装置であって、
弾性基板と、
前記弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された第1の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、第2の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された第2の歪みゲージ素子と、を備え、
当該変形検知装置は、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、前記第3の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の端子と前記第2の歪みゲージ素子の端子の間で測定可能であり、
前記第1の方向は、前記第2の方向に直交しており、
前記第1の歪みゲージ素子と前記第2の歪みゲージ素子とは、互いに直交している、変形検知装置。 - 測定回路は、前記付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、前記第3の信号と、を測定するように構成されており、
変形分析器は、前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および測定された第3の信号に基づいて、前記第1の方向および前記第2の方向における、当該変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度をそれぞれ計算するように構成されている、請求項34に記載の変形検知装置。 - 前記変形分析器は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子から検出された第1の信号および第2の信号の大きさを比較することによって、前記第1の方向または前記第2の方向の伸縮のいずれかとして伸縮変形方向を判定するように、さらに構成され、
前記第1の方向の伸縮の場合には、前記変形分析器は、前記第1の信号および前記第3の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成され、
前記第2の方向の伸縮の場合には、前記変形分析器は、前記第2の信号および前記第3の信号を用いて伸縮の大きさを計算するように構成されており、
好ましくは、
前記変形分析器は、前記第1の歪みゲージ素子および前記第2の歪みゲージ素子から検出された第1の信号および第2の信号の大きさを比較することによって、前記第1の方向または前記第2の方向の撓みのいずれかとして撓み変形方向を判定するように、さらに構成され、
前記第1の方向の撓みの場合には、前記変形分析器は、前記第1の信号および前記第3の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成され、
前記第2の方向の撓みの場合には、前記変形分析器は、前記第2の信号および前記第3の信号を用いて撓みの大きさを計算するように構成されている、請求項35に記載の変形検知装置。 - ウェアラブルデバイスであって、
1つ以上の変形センサであって、前記1つ以上の変形センサの各々は、
可撓性の電気絶縁誘電材料を含む弾性基板と、
前記弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子であって、第1の方向に付与された歪みに応じた第1の信号を出力するように構成された第1の歪みゲージ素子と、
前記弾性基板の第1面とは反対の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子であって、同じ第1の方向に付与された歪みに応じた第2の信号を出力するように構成された第2の歪みゲージ素子と、を有し、
該変形センサは、付与された変形に応じた第3の信号を出力するように構成されており、前記第3の信号は、前記第1の歪みゲージ素子の第1端子と第2端子のうちの1つと、前記第2の歪みゲージ素子の第3端子と第4端子のうちの1つと、の間で測定可能である、前記1つ以上の変形センサと、
前記付与された変形に応じて、前記第1の歪みゲージ素子からの第1の信号と、前記第2の歪みゲージ素子からの第2の信号と、を測定するように構成された測定回路と、
前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、前記付与された変形における、変形検知装置の伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算するように構成された変形分析器と、を備えるウェアラブルデバイス。 - 当該ウェアラブルデバイス内の変形センサの第1の歪みゲージ素子および第2の歪みゲージ素子の各々は、
アーチ状ヘッドと、前記アーチ状ヘッドの両端から延出する一対の細長リードと、を含む馬蹄形状を有し、
前記第1の歪みゲージ素子の形状と前記第2の歪みゲージ素子の形状のアライメントは対応しており、前記形状は、関節動作する関節に外接するように構成されており、前記関節の動きによって、結果的に前記変形センサの対応する変形が生じる、請求項37に記載のウェアラブルデバイス。 - 変形センサの変形を検知する方法であって、付与された変形に応じて、
前記変形センサの弾性基板の第1面に形成された第1の歪みゲージ素子から、前記第1の歪みゲージ素子の抵抗を示す第1の信号を測定すること、
前記変形センサの弾性基板の第2面に形成された第2の歪みゲージ素子から、前記第2の歪みゲージ素子の抵抗を示す第2の信号を測定すること、
前記付与された変形に応じて測定された前記弾性基板の静電容量を示す第3の信号を、前記第1の歪みゲージ素子と前記第2の歪みゲージ素子の間で測定すること、
前記第1の歪みゲージ素子から測定された第1の信号、前記第2の歪みゲージ素子から測定された第2の信号、および前記第3の信号に基づいて、前記付与された変形における、前記変形センサの伸縮変形の測度および撓み変形の測度を計算すること、を備える方法。
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