TWI421884B - 電位計 - Google Patents

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TWI421884B
TWI421884B TW097102468A TW97102468A TWI421884B TW I421884 B TWI421884 B TW I421884B TW 097102468 A TW097102468 A TW 097102468A TW 97102468 A TW97102468 A TW 97102468A TW I421884 B TWI421884 B TW I421884B
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Description

電位計
本發明關於一種電位計，具有(a)至少二個導電的片段(12)，該片段各有一接觸側(14)，該接觸側(14)邊緣被一圍繞的邊緣所圍住，該片段各與其邊緣一部段在一平面中互相鄰接，以及(b)一連接裝置，以將一第一片段中一第一接觸點與一個與第一片段不同的第二片段中的至少一第二接觸點連接成導電方式。此外還關於一種使用一種本發明的電位計將一構件的角位置求出的方法。
電位計往往用於測量角位置，換言之，用於求出一物體相對於另一物體的旋轉。為了要能測量所有的角位置，亦即沒有死角，因此必須對習知的電位置作改革。無死角的電位計舉例而言，見於韓公開案KR 10 2001 099 265A。該處所述之電位計的缺點為它不容易封囊(Kapseln,英：encapsulate)。因此易受污染。另一缺點為，電位計的二部分都是導電者，因此電位計易有錯誤。
在德專利DE 34 27 000 C2提到上述種類的電位計，其中二個迴路(Schleifer)互相連接且與一終端放大器連接。利用該二迴路進入該片段中的電流係從一些片段(它們被該迴路接處)導至另一迴路並在該處從揚聲器送出。
該處所述之電位計的缺點為：該迴路接點須在一旋轉點與電源連接，在這點中電阻改變會造成系統測量誤差。此外還有一缺點，即：該電位計只能在0~180∘的角度範 圍操作。因此，在一些需能調整任意角度的用途它就不能使用。
在德專利DE 10 2005 021 890 A1提到一種電位計，它有三個同心導線。經由二條支承成可轉動方式的臂可使各二條導線互相連接。該三條導線的中間那條的電阻較高，因此由外側及內側的電導線之間的電阻可求出臂的一旋轉位置。此電位計的缺點為其構造複雜。
德專利DE 43 39 931 C1提到一種將車輛聯動器的變速(換檔)桿用的位置感測器。此位置感測器的缺點為它不適用於檢出一旋轉運動。
本發明的目的在提供一種強固的電位計，利用它可將在所有角度中的構件的角位置檢出。
本發明利用一種此類電位計達成此目的，在該電位計，在各二個片段之間經常設有一電接點。
依本發明第二標的，這種目的係利用一種求出一構件的角位置的方法達成，此方法包含以下步驟：(a)將該構件與一連接裝置或一電位計的片段作機械連接；(b)將一電源或一電壓源與該電位計連接，如此一股電流流經至少一片段；(c)求出至少一第一電壓，該第一電壓由於電位計一部分上的電流而下降；(d)由該至少一電壓求出該連接裝置的一旋轉位置，且 (e)由該連接裝置的旋轉位置求出該構件的角位置。
在本發明的電位計，最好電流及電壓不須從一個支承成可轉動方式的構件檢出。我們可以只將該片段或只將連接裝置作電接觸。如此該電位計就特別強固。另一優點為：它可簡單地製造且因此可廉價生產。此外可將電位計建構成開路者。
此外還有一優點，即它可製成扁平構造方式。另一優點為：該電位計可封囊成使得在封囊內不需有支承成可轉動方式的構造。因此所得之電位計可很容易在水下使用且對干擾有抵抗性。
在本發明的範疇中可以(但不一定需要)使該連接裝置將正好二個接觸點互相連接成導電方式。舉例而言，也可使該連接裝置將正好三個接觸點互相連接。此外也可(但並非得如此不可)使連接裝置將該接觸點永久性地互相連接。因此可使用一種連接裝置，其中在一些時間沒有接觸點被接觸。此連接裝置可將該二個接觸點跨接成導電方式。換言之，與一個電阻器連接(它比起電位計的其他電阻來顯得很小)，因此當作跨接裝置。但該連接裝置也可將接觸點用以下方式連接：該連接裝置可接在一外電流回路，因此一電流可流經二接觸點。在此情形中，該連接裝置可設計成使得當該連接裝置不與該外電流回路連接時，該二接觸點互相電絕緣。
該片段的「環形閉路設置」一詞特別指如此所設置的片段在數學的意義上構成一種非一次關聯的值域。舉例而 言，此值域可為二次關聯者。為此，可以(但不一定非如此不可)使該環形的設置在中央有一孔。如果這些片段形成一個此類之環形設置，使電流並非在片段之間並非近一中心近似地流過去，且則已足夠。
「電源」一詞特別指一種裝置，利用它可將一預設電壓或預定電流的電施到二個接點上。
在一較佳實施例中，該片段形成一封閉的(特別是環形封閉的)設置。用此方式，得到一旋轉電位置，它可特佳地用於測量角度。但不需要使該片段形成一封閉之位置。反而還可使片段前後設置形成一列。
該電位計宜包含電接點，一股流經所有片段的電流可經這些電接點進入，並不需要使經該電接點進入的電流經常流過所有片段。舉例而言，可使該連接裝置在一位置跨接整個片段，因此電流不流過此片段，或只有微不足道的部分流過此片段。特別是只要該連接裝置有一位置中可經一對電接點使一股流過所有片段的電流進入，就很足夠了。
在一較佳實施例中，各接觸側係平坦者且在一共同接觸側平面中。換言之，這表示，片段互相連接，使它們形成一連貫平滑的共同平面。在此情形中，連接裝置可特別簡單地經由該共同之接觸側平面滑動。
在一較佳實施例中，各片段在一平面中鄰接到正好二個鄰接部。因此造成一種環形閉路的設置。在此，特別是各片段與該二鄰接部在它們在一平面中互相鄰接的位置連 接成導電方式。但並不需使各片段鄰接到正好二個鄰接部。
在一較佳實施例，該片段形成圓環片段。這些圓環片段形成一封閉的環，環的寬度相當於外半徑與內半徑之間的差。如此各圓片段有二個部分的圓形的弧形界線及二個呈直線延伸的界線，其中該呈直線延伸的界限通過圓環的一中點。
特宜的方式中，該片段各一樣大。如此，構造可特別簡單地製造，最好在一片段中的比電阻為恆定。此比電阻係造成一預設距離之片段的二個接觸點之間的電阻。如果二個相鄰片段的比電阻不同，則特佳。在此，舉例而言，該差的值大於10%，但宜大於100%。也可使二個相鄰的片段的比電阻互相為一倍數。
在所有片段中，如比電阻不同，則特佳。如此，可特別簡單地測量個別片段之間的電壓求出連接裝置的旋轉位置。
如果該連接裝置正好跨接二個接觸點，則特佳，如此在該二接觸點間的電阻比起該電位置的其他電阻更小。如此產生一種特別容易分析的電壓信號，用以求出連接裝置的角位置。
如果該連接裝置以可轉動的方式支承在一旋轉點中，則特佳，其中該旋轉點與圓環中心點重疊，用此方式，一種由電位計求出的電壓結果可特別容易地換算成一旋轉角度，這是連接裝置繞旋轉點所轉的角度。
在一特佳實施例中，形成連接裝置，俾形成接觸點以將片段的接觸點連接成導電方式，其中對該旋轉點各二個接觸點互相錯開成一張開角度，且其中至少有一張開角度大到使相關的接觸點不能在一片段中。如此可有利地避免不一致，因此經常可清楚地從在電位計上測量的電壓求出連接裝置的旋轉位置。
該連接裝置宜包含一封閉之可撓性導線，它對導電的片段設置成使它可藉著在一接觸點加壓而與一片段呈導電接觸。為此，舉例而言，有一可撓性導線設成在空間上與該片段的接觸側隔一段距離。藉著在接觸點施壓，該可撓性導線變形，並與該片段的接觸側接觸。如果在一第二位置同樣地將一壓力施到該可撓性導線上，則該可撓性導線在二個位置與片段接觸，且因此在二者間造成電接觸。此可撓性導線的電阻宜很小。舉例而言，該可撓性導線的比電阻比起該片段的比電阻小。
連接裝置的片段與部分，特別是該可撓性導線，係被一可撓性封套圍成密封不透液體的方式。因此很有利地得到一密不透液體的電位計，它可用於製造一種防液體的旋轉感測器。
依本發明，該電位計包含一耦合元件以在至少二個接觸點施一壓力到該可撓性導線上。舉例而言，此耦合單元係為該連接裝置的部分。舉例而言，該耦合裝置支承成可轉動的方式，因此將耦合裝置轉動會使該可撓性導線在二個可變的接觸點將第一片段中的第一接觸點與第二片段中 的第二接觸點連接。用此方式，該耦合裝置的一旋轉位置即使在液體環境中也可檢出，這些片段被一密不透液的封套圍住。
在一較佳實施例中，在各二個片段之間經常設有一電接點。經由此電接點可將經由片段的電壓降檢出。
該電位計宜包含一電壓求出裝置及一控制裝置，該控制裝置設計成將各二個接點與一電源連接，以及將二個接點與該電壓求出裝置連接。在此該控制裝置設計成用於實施本發明的方法，如下文將說明者，該接點可為與片連接的接點或連接裝置的接點。
在一較佳實施例中，該連接裝置將第一片段中的第一接觸點與第二片段(它與第一片段不同)中的第二接觸點以及正好一第三接觸點連接。此第三接觸點特宜在一與第一及第二片段不同的第三片段中。如果使用一本發明的電位計在一義肢(例如義臂或義手)中，則特別有利。由於電位計可封囊，故此義肢也可在水下使用。
一本發明的方法宜包含一步驟：在第一對電接點上求出一第一電壓後，施一電流到第二對電接點。
如此，該方法可只利用一電源及一電壓求出裝置實施。特別是此方法包含將電接點之末端那些對的電接點之間的端電壓求出，其中n>1且該n對選設成使該連接裝置的旋轉位置正好相當於端電壓的組合。如此，可於所測量的電壓用清楚的方式使連接裝置的旋轉位置作配合。
本發明的電位置可具有一連接裝置，它在二個、四個 或五個接觸位和該片段接觸。但特別簡單構造的實施例，二個或三個接觸位就足夠了。
以下配合附圖詳細說明一些實施例。
圖1a顯示一電位計(10)，它具有三個片段(12.1)(12.2)(12.3)，它們各有一接觸側(14.1)(14.20(14.3)。接觸側(14.1)被一邊緣(16.1)圍繞，該邊緣繞片段(12.1)一周。接觸側(14.2)以相同方式被一邊緣(14.3)圍繞，接觸側(14.3)被一邊緣(16.3)圍繞。各相同之物體帶有相同之圖號，但後面附有不同之尾字。
邊緣(16.1)有一第一部段(18.1)及一第二部段(20.1)，邊緣(16.2)及邊緣(16.3)以相同方式具有第一部段(18.2)(18.3)及第二部段(20.2)(20.3)。這些片段(12.1)(12.2)(12.3)的第一部段(18)及第二部段(20)各設成在一平面中，因此它們互相呈導電接觸。藉著這種鄰接方式，片段(12.1)~(12.3)(它們設計成圓環片段形式)形成一封閉的圓環，其中各片段與正好二個相鄰的片段由於它們在一平面中接觸，故互相連接成導電方式。
片段(12.1)(12.2)及(12.3)各一樣大，且具有均勻的(換言之與地點無關的)比電阻。因此片段(12.1)具比電阻r1，它與片段(12.2)的比電阻(r2)及片段(12.3)的比電阻r3不同。
在各二個片段之間有一電接點，因此在片段(12.1)及(12.2)之間有一電接點(22.1)。一電接點(12.2)設在片段(12.2) 及(12.3)之間，一電接點(22.3)設在片段(12.3)與(12.2)之間。經由電接點(22.1)~(22.3)可求出一電壓，它係經過各片段的電壓降。在另一種變更實施例中，接點(22)也可設在片段的任何其他位置，例如在各片段中央。
經由電接點(22.1)與(22.2)可將一預設之電流(1)加入，它可由一電源(24.1)發出。如不用此方式，也可存在一電壓源(24.2)，它施加一預設電壓U1 (例如5V)到該電接點(22.1)及(22.3)。
圖1中所示之片段(12.1)到(12.3)形成電位計(10)的一位置。圖16a顯示沿線A的一剖面圖。如圖所示，電位計(10)包含一載體(26)，片段(12.1)~(12.3)設到該載體上，其中圖16a只顯示片段(12.2)。沿著一外圓環半徑K外 及一內圓環半徑K內 設有一內間隔環(28)及一外間隔環(30)，它們將一蓋膜(32)保持在距載體(26)一段距離處。有一呈一銀層形式的可撓性導體(34)固定在此蓋膜(32)上，它呈圓形設計，且距片段(12.1)~(12.3)一段間隔。
如圖16b所示，用耦合裝置(36)施一壓力到蓋膜(32)上，可使該可撓性導體(34)變形，因此在一接觸點與各片段接觸[此係和片段(12.2)接觸]。如此在可撓性導體(34)與片段(12.2)之間造成電接觸。蓋膜(32)、可撓性導體(34)、以及耦合裝置(36)係為一連接裝置(38)的部分。如不採此方式，也可使連接裝置包含習知之摩擦接點，它支承成可轉動的方式。
圖1a顯示耦合裝置(36)，它支承在一中央點M，可旋 轉一旋轉角度φ。在其兩端上，該耦合裝置(36)在二個接觸P1 、P2 壓到該蓋膜(32)(圖16b)上，且因此將相關的片段[在圖1a中為片段(12.1)及(12.2)]在接觸點P1 及P2 中短路。如此，在二個片段之間的電壓降改變，這點下文將詳細說明。
該二接觸點P1 及P2 相對於中點M互相間隔一「張開角度」α(圖1a)，此角度比由一片段跨越過的角度範圍(在此情形為120∘)更大。
圖1b顯示電位計(10)之與旋轉角度φ相關的替代電路圖。但在此，各片段(12.1)~(12.3)的電阻分成二個「部分電阻」，它們表示沿順時針方向在接觸點P1 、P2 之前或之後的電阻。部分電阻(它們的圖號後加一"a"或"b")的總和各相當於該片段的總電阻。各部分電阻的大小與旋轉角度φ有關--如果該二接觸點P1 或P2 之一位在相關之片段內的話。
由圖1b所示的替代電路圖，可利用克希霍夫規則求出電壓U1 、U2 、U3 ，它們係在一預設電流或一預設電壓時經片段(12.1)(12.2)及(12.3)的電壓降，且它們可用電接點(22.1)(22.2)及(22.3)測量。如果施一預設電壓U1 ，則電壓U2 及U3 可對應地計算。
圖2a顯示電位計(10)，其中該耦合裝置(36)係在另一種旋轉角度φ，因此接觸點P1 在片段(12.3)中，且接觸點P2 在片段(12.1)中。如此造成圖2b中所示之替代電路圖。
圖3a顯示耦合裝置(36)的一第三可能位置，其中第一 接觸點P1 位在片段(12.2)中，而第三接觸點(P2 )位在片段(12.3)中。如此造成圖3b所示的替代電路圖。
利用圖1b、圖2b及圖3b所示的替代電路圖，在預設的電流I或預設的電壓U時，對各所示之旋轉角度φ其出一第一電壓U1 及一第二電壓U2 構成之電壓對，它清楚地對應於旋轉角度φ。因此藉著將三個電壓U1 ~U3 中的二個電壓求出，可以推測到旋轉角度φ。
圖4a顯示一本發明電位計(10)的第二實施例，它具有六個片段(12.1)(12.2)(12.4)(12.5)(12.6)。片段(12.1)~(12.6)設置方式一如上述第一實施例。在個別之片段之間設有電接觸(22.1)~(22.6)。接點(22.1)(22.4)與一電壓源(圖未示)連接，該電壓源經該二電接點施一電壓(例如5V)，該電壓造成一電流I，該電流流經所有片段(12.1)~(12.6)。圖4顯示當耦合裝置(36)位在圖4所示的位置時，電位計(10)的替代電路圖。電阻也是ri ，I=1,2,3,4,5,6。
圖5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b、10a、10b、11a、11b、12a、12b、13a、13b、14a、14b及15a、15b各顯示耦合裝置(36)之可能位置及相關的替代電路圖。關於圖23a、23b的說明，在下文中說明，在個別電接點(22.1)~(22.6)之間對於不同的旋轉角度φ可測到什麼電壓。
圖17a顯示一本發明的電位計(10)的一變更實施例，它有二個片段(12.1)及(12.2)，該片段具有邊緣(16.1)及(16.2)。邊緣(16.1)(16.2)的各第一部段(20.1)(20.2)以及第二部段(20.1)(20.2)在一平面中互相鄰界，使它們互相呈導 電接觸。
該二片段(12.1)(12.2)形成一環形設置，在其中點M中有一連接裝置(38)支承成可繞該中點M轉動的形式。連接裝置(38)有一第一臂(40)、一第二臂(42)及一第三臂(44)，它們之背向中點M的那一端在一第一接觸點P1 、一第二接觸點P2 及一第三接觸點P3 分別與各片段呈導電接觸。用此方式形成摩擦接點。
利用一電流源(圖未示)經一第一通電接點(46)及一第二通電接點(48)將一電流I加入，該電流由電流源經第一臂(40)經接觸點P1 、片段(12.1)或經片段(12.1)及(12.2)、經接觸點P2 及第二臂(42)流回電流源。第一臂(40)對第二臂(42)呈電絕緣，因此只利用該二臂(40)(42)，電流不可能從第一通電接點流到第二通電接點。如不用此電流I，也可將一電壓U施到該二通電接點(46)(48)。
由於上述之電流，在接觸點P3 與P1 之間以及接觸點P3 與P2 之間形成一電壓，它可被一電壓測量裝置測量。為此，在該測量接點(50)與第一通電接點或第二通電接點(48)之間的電壓測量。
圖17b顯示在圖17a所示電位計的替代電路圖在圖中所示之旋轉角位置φ的情形。電阻的表示方式和上述二實施例的表示方式相同。
圖18a顯示在另一角位置時的電位計，圖18b顯示相關之替代電路圖。
圖19a、19b、20a、20b、21a、21b及22a、22b顯示 該傳輸裝置(38)的其他可能的位置及各相關之替代電路圖。[第二實施例之所測量電壓與旋轉角度關係的說明]
由圖17b、18b、19b、20b、21b及22b所示之替代電路圖，在一預設之電流I時，在第一接觸點P1 與第三接觸點P3 之間或在第二接觸點P2 與第三接觸點P3 之間所測之電流如下述方式計算。
要作計算，假設該二對作元件之間的張開角度α為90∘。對於該電阻的覆層，假設10Ω/每度(∘)。它刷過各片段(12.1)~(12.6)，因此一片段的電阻為600歐姆。
如果依圖4a在端子(22.1)(U=+5V)和端子(22.4)(接地)之間施一電壓，且角度φ在0∘與30∘之間變化，則造成圖4b的替代電路。
圖4b中的部分電阻係如下計算：利用克希霍夫定律，得到圖23a中在區間0∘≦φ≦30∘中所示的電壓走勢，它係為接點(22.2)和接地端子間的電壓U1 、接點(22.3)和接地端子間的電壓U2 、接點(22.5)和接地端子之間的端U3 、以及接點(22.6)和接地端子間的電壓U4 。
如果在端子(22.1)(+5V)和端子(22.4)(接地)之間施一電壓U，且角度φ依圖5a在30∘和60∘之變化，則得到依圖5b的替代電路。圖5b中的部分電阻如下計算：r1=φ×10Ω r2=(60-φ)×10Ω r3=600Ω r4=600Ω r5=600Ω r6=600Ω r7=(φ-30)×10Ω r8=(90-φ)×10Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間30∘≦φ≦60∘中所示的電壓走勢。
如果角度φ依圖6a在60∘~90∘之間變化，則得到圖6b的替代電路。圖6b中的部分電阻如下計算：r1=600Ω r2=(φ-60)×10Ω r3=(120-φ)×10Ω r4=600Ω r5=600Ω r6=600Ω r7=(φ-30)×10Ω r8=(90-φ)×10Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間60∘≦φ≦90∘中所示的電壓走勢。
如果角度φ對應於圖7a在90∘~120∘之間變化，則得到圖7b的替代電路。圖7b中的部分電阻如下計算：r1=(φ-90)×10Ω r2=(150-φ)×10Ω r3=(φ-60)×10Ω r4=600Ω r5=600Ω r6=600Ω r7=(φ-30)×10Ω r8=(90-φ)×10Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間90∘≦φ≦120∘中所示的電壓走勢。
如果角度φ依圖8a在120∘~150∘之間變化，則得到圖8b的一替代電路。在圖8b中的部分電阻如下計算：r1=(φ-90)×10Ω r2=(150-φ)×10Ω r3=(φ-120)×10Ω r4=(180-φ)×10Ω r5=600Ω r6=600Ω r7=600Ω r8=600Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間120∘≦φ≦150∘中所示的電壓走勢。
如果角度φ對應於圖9a在120∘~180∘之間變化，則得到依圖9b的一替代電路。圖9b中的部分電阻如下計算：r1=600Ω r2=(φ-150)×10Ω r3=(210-φ)×10Ω r4=(φ-120)×10Ω r5=(180-φ)×10Ω r6=600Ω r7=600Ω r8=600Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間150∘≦φ≦180∘中所示的電壓走勢。
如果角度φ對應於圖10a在180∘和210∘之間變化，則得到圖10b的替代電路。圖10b中的部分電阻如下計算：r1=600Ω r2=(φ-150)×10Ω r3=(210-φ)×10Ω r4=600Ω r5=(φ-180)×10Ω r6=(240-φ)×10Ω r7=600Ω r8=600Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間180∘≦φ≦210∘中所示的電壓走勢。
如果角度依圖11a在210∘~240∘之間變化，則得到圖11b的一替代電路。圖11b中的部分電阻如下計算：r1=600Ω r2=600Ω r3=(φ-210)×10Ω r4=(270-φ)×10Ω r5=(φ-180)×10Ω r6=(240-φ)×10Ω r7=600Ω r8=600Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間210∘≦φ≦240∘中所示的電壓走勢。
如果依圖4a在端子(22.1)(+5V)和端子(22.4)(接地)之間施一電壓，且角度φ依圖12a在240∘~270∘之間變化，則得到圖12b的一替代電路。圖12b中的部分電阻如下計算：r1=600Ω r2=600Ω r3=(φ-210)×10Ω r4=(270-φ)×10Ω r5=600Ω r6=(φ-240)×10Ω r7=(300-φ)×10Ω r8=600Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間240∘≦φ≦270∘中所示的電壓走勢。
如果依圖4a在端子(22.1)(+5V)和端子(22.4)(接地)之間施一電壓，且角度φ依圖13a在270∘~300∘之間變化，則得到圖13b的替代電路。圖13b的部分電阻如下計算： r1=600Ω r2=600Ω r3=600Ω r4=(φ-270)×10Ω r5=(350-φ)×10Ω r6=(φ-240)×10Ω r7=(300-φ)×10Ω r8=600Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間270∘≦φ≦300∘中所示的電壓走勢。
如果角度對應於圖14a在300∘~330∘之間變化，則得到圖14b的一替代電路。圖14b中的部分電阻如下計算：r1=600Ω r2=600Ω r3=600Ω r4=(φ-180)×10Ω r5=(270-φ)×10Ω r6=600Ω r7=(φ-330)×10Ω r8=(360-φ)×10Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間300∘≦φ≦330∘中所示的電壓走勢。
如果依圖15a角度φ在330∘~360∘之間變化，則得到依圖15b的一替代電路。圖8b中的部分電阻如下計算： r1=600Ω r2=600Ω r3=600Ω r4=600Ω r5=(φ-330)×10Ω r6=(390-φ)×10Ω r7=(φ-30)×10Ω r8=(360-φ)×10Ω
利用克希霍夫定律得到圖23a中在區間330∘≦φ≦360∘中所示的電壓走勢。
因此在0∘≦φ≦360∘範圍得到全部在圖23a中所示的曲線走勢。對於旋轉角度大於360∘者，旋轉角始終可看成模數360∘(mudulo 360∘)。
如果在接觸點(22.2)(圖4a)之間施一電壓U=+5V，而接點(22.5)切換到接地，且在(22.3)測電壓U1、在(22.4)測U2、在(22.6)測U3、在(22.1)測U4，則得到圖23b所示之曲線走勢，它的旋轉角度φ移了-60∘。
[由所測量電壓求出旋轉角度]
首先在接點(22.1)和(22.4)之間施一電壓U=5V。當然，二接點都不需接地；如此測量對接點(22.4)的電位的上述電壓。然後檢查，是否滿足U4=3.33±0.2V和U3=1.66±0.2V的條件。如果是的話，則如下文所述，由電壓U4及U3測定旋轉角度。如果不是的話，則經由該沿反時針方向的下個接點(22.2)和(22.5)施電壓U。
圖4a中顯示進一步的切換角度β，它相對於中點M表示接點(22.1)和另一接點(電壓U施在此接點)之間的角度。如果U4=3.33±0.2V和U3=1.66±0.2V的條件滿足，且如果電壓U經接點(22.1)及(22.4)下降，則β=0∘。如果這些條件滿足，如果電壓U經(22.2)和(22.5)下降，則β=60∘。且依此類推。
因此有一些接點[電壓U經由這些接點施加]進一步切換了各一個片段(β=60∘)，直到條件U4=3.33±0.2V及U3=1.66±0.2V滿足為止。
旋轉角度φ可由所測量的電壓如下計算。
如果U1>½U=2.5V，則φ=[β+(900-2.5×U1)/5]mod360,
如果U1≦½U=2.5V，則φ=[β+(900-2.5×U2)/5]mod360
在此mod 360表示模組函數。
對於(a+z 360∘)mod360=a適用於0∘和360∘之間所有的a及所有整數z。
[對第三實施例依旋轉角度計算所測量的電壓]
對於圖17a中所示之實施例，本發明的方法如下實施：將一電流(I)經第一及第二通電接點(46)或(48)供應。為此係施一電壓U或一電流I。
為了作隨後的計算，假設三條臂(40)(42)(44)之間的張開角度α=120∘。對於電阻覆層，對片段(12.2)其值為10Ω/每度，對片段(12.1)為100Ω/每度。
如果經由第一臂(40)的第一通電接點(46)及臂(44)的「測量接點」(50)(圖17a)在接觸點P1(+5V)與P3(接地)之 間施一電壓U=5V，且角度φ在0∘和60∘之間變化，則得到依圖17b的替代電路。在圖17b中的部分電阻ri如下計算：r1=無影響r2=1200Ω r3=(60-φ)×10Ω r4=(60+φ)×100Ω r5=無影響
如果如圖18a所示，角度φ在60∘與120∘之間變化，則得到圖18b的一替代電路。在圖18b中的部分電阻如下計算：r1=無影響r2=(180-φ)×10Ω r3=(φ-60)×100Ω r4=1200 r5=無影響
如果如圖19a所示，角度α在120∘和180∘之間變化，則得到圖19b的替代電路。在圖19b中的部分電阻如下計算：r1=(φ-120)×10Ω r2=無影響r3=(180-φ)×10Ω r4=(φ-60)×100Ω r5=(240-φ)×100
如果，如圖20a所示，角度φ在180∘與240∘之間變化， 則得到圖20b的替代電路。在圖20b中的部分電阻如下計算：r1=(φ-120)×10Ω r2=無影響r3=無影響r4=1200Ω r5=(240-φ)×100Ω
如果，如圖21a所示，角度φ在240∘與300∘之間變化，則得到圖21b的替代電路。在圖21b中的部分電阻如下計算：r1=(φ-240)×10Ω r2=1200 r3=無影響r4=無影響r5=(360-φ)×100Ω
如果，如圖22a所示，角度φ在300∘與360∘之間變化，則得到圖22b的替代電路。在圖22b中的部分電阻如下計算：r1=(φ-240)×10Ω r2=(420-φ)×10Ω r3=無影響r4=無影響r5=(360-φ)×100Ω
由上述部分計算，對於一電壓U=5V得到圖24中所示 之電壓Umess 對旋轉角度φ的曲線走勢，此電壓係施在接觸點P2 及接觸點P3 者。
如果在端子P2 (+5V)和P1 (接地)之間施一電壓，且測量在P3 的電壓Umess,2 ，則得到之曲線走勢移位了一「進一步切換角度」β=-120∘。
如果在端子P3 (+5V)和P2 (接地)之間施一電壓，且測量在P1 測電壓Umess,3 ，則得到之曲線走勢移位了一「進一步切換角度」β=+120∘。
要測量角度，首先在接觸點P1 與P3 之間施一電壓U，然後在接觸點P2 與P1 之間施電壓，然後在P3 與P1 之間施電壓。將上述電壓Umess 、Umess,2 、Umess,3 各作測量，這三種電壓的各種組合正好有一角度φ與之對應，此角度係由一表用內插法求得，該表儲存在一電子分析電路(它呈一微處理機形式)的一數位記憶體中。
一本發明的義肢包含二個元件，它們可互相樞轉一個角度。如果該義肢舉例而言，為一義膝，則該二元件為大腿與小腿。義肢的該二腿互相連接，使該二腿互相的樞轉動作以明確的方式造成該連接裝置相對於該片段轉段。
換言之，該二腿互相作樞轉，使得電位計的連接裝置相對於片段作運動；反之電位計的連接裝置相對於電位計的片段的旋轉運動只能在當二腿互相作運動時才能達成。
如上述，利用此電位計，可測量一角度，舉例而言，在此角度時小腿相對於大腿朝向。如果，舉例而言，本發明的義肢係為義前臂，則該二腿係為上臂(殘肢)和前臂。 如果義肢為一義手指，則對應地為指節。
如果該片段和可撓性導體被一可撓性封套包圍，則特別有利。在此情形中，義肢可浸入水中，而不必擔心會短路。該電位計可包含一電控制裝置，它設計成用於求出電位計的旋轉位置。如此，該電控制裝置宜同樣地被該封套圍住。該控制裝置可設計成能將旋轉位置編碼，用無線或有線方式向封套外傳輸。
(10)‧‧‧電位計
(12.1)(12.2)(12.3)(12.4)(12.5)(12.6)‧‧‧片段
(14)‧‧‧接觸側
(16)‧‧‧邊緣
(18)‧‧‧第一部段
(20)‧‧‧第二部段
(22)‧‧‧電接點
(24)‧‧‧電流源
(26)‧‧‧載體
(28)‧‧‧內間隔環
(30)‧‧‧外間隔環
(32)‧‧‧壓膜
(34)‧‧‧可撓性導體
(36)‧‧‧耦合裝置
(38)‧‧‧連接裝置
(40)‧‧‧第一臂
(42)‧‧‧第二臂
(44)‧‧‧第三臂
(46)‧‧‧第一通電接點
(48)‧‧‧第二通電接點
(50)‧‧‧測量接點
I‧‧‧電流
K外 ‧‧‧外圓環直徑
K內 ‧‧‧內圓環直徑
M‧‧‧中點
φ‧‧‧旋轉角度
α‧‧‧張開角度
β‧‧‧進一步切換角度
P1 ,P2 ,P3 ‧‧‧點
r‧‧‧電阻
U‧‧‧電壓
>
圖1a係一第一本發明之電位置的示意圖，具有在一第一位置的三個片段及一連接裝置，圖1b係依圖1a的電位計的替代電路圖，圖2a係圖1a的電位置，連接裝置在另一位置，圖2b係電位計的替代電路圖，它位在圖2a所示位置，圖3a圖1a及圖2a的電位計，連接裝置在第三位置，圖3b係與圖3a相關的替代電路圖，圖4a係一本發明的電位計的一第二實施例，且用六個片段，其中該連接裝置在第一位置，圖4b係相關的替代電路圖，圖5a係圖4a的電位計，其中連接裝置在一第二位置，圖5b係相關之替代電路圖，圖6a係圖4a的電位計，其中該連接裝置在一第三位置，圖6b係相關之替代電路圖，圖7a係圖4a的電位計，其中該連接裝置在一第四位 置，圖7b係相關之替代電路圖，圖8a係圖4a的電位計，其中該連接裝置在一第五位置，圖8b係相關之替代電路圖，圖9a係圖4a的電位計，其中該連接裝置在一第六位置，圖9b係相關之替代電路圖，圖10a係圖4a之電位計，其中該連接裝置在一第七位置，圖10b係相關之替代電路圖，圖11a係圖4a之電位計，其中該連接裝置在一第八位置，圖11b係相關之替代電路圖，圖12a係圖4a之電位計，其中該連接裝置在一第九位置，圖12b係相關之替代電路圖，圖13a係圖4a之電位計，其中該連接裝置在一第十位置，圖13b係相關之替代電路圖，圖14a係圖4a之電位計，其中該連接裝置在一第十一位置，圖14b係相關之替代電路圖，圖15a係圖4a之電位計，其中該連接裝置在一第十二 位置，圖15b係相關之替代電路圖，圖16a及16b係沿圖1a及圖4a的線A的橫截面圖，圖17a、17b、18a、18b、19a、19b、20a、20b、21a、21b、22a及22b係一本發明電位計的第三實施例與相關之替代電路圖，圖23a、23b係為座標圖，顯示在圖4a～圖15b的電位計的接點的電位降和連接裝置的旋轉角度的關係，圖24在圖17a～圖22b的電位計的360∘旋轉角度範圍由部分計算得到之電壓曲線走勢。
(10)‧‧‧電位計
(12.2)(12.3)‧‧‧片段
(16.1)(16.2)(16.3)‧‧‧邊緣
(18.1)(18.2)(18.3)‧‧‧第一部段
(20.1)(20.2)(20.3)‧‧‧第二部段
(22.2)(22.3)‧‧‧電接點
(24)‧‧‧電流源
(28)‧‧‧內間隔環
(30)‧‧‧外間隔環
(36)‧‧‧耦合裝置
(40)‧‧‧第一臂

Claims (32)

  1. 一種電位計，具有(a)至少二個導電的片段(12)，--該片段各有一接觸側(14)，該接觸側(14)邊緣被一圍繞的邊緣(16)所圍住，--該片段各與其邊緣(16)一部段(18)(20)在一平面中互相鄰接，(b)一連接裝置(38)，以將一第一片段中一第一接觸點與一個與第一片段不同的第二片段中的至少一第二接觸點(P2 )(P3 )連接成導電方式，且(c)在各二片段(12)之間設有一電接點(22)。
  2. 如申請專利範圍第1項之電位計，其中：該二片段(12)形成一閉路的，特別是一環形閉路的設置。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之電位計，其中：有電接點(22)，經由該電接點可使一股流經所有片段的電流(1)進入。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之電位計，其中：該接觸側(14)係平坦者且位在一共同之接觸側平面中。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之電位計，其中：各片段(12)在正好二個鄰接部在一平面中相鄰界。
  6. 如申請專利範圍第5項之電位計，其中：各片段(12)與該二個鄰接部在它們在一平面中相鄰界的位置接觸成導電方式。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項之電位計，其中：該片段(12)係圓環片段。
  8. 如申請專利範圍第7項之電位計，其中：該片段(12)各一樣大。
  9. 如申請專利範圍第7項之電位計，其中：該在一片段(12)中的比電阻係恆定者。
  10. 如申請專利範圍第9項之電位計，其中：二個相鄰片段(12)的比電阻相同。
  11. 如申請專利範圍第10項之電位計，其中：在所有片段(12)中的比電阻相同。
  12. 如申請專利範圍第1或第2項之電位計，其中：該連接裝置(38)正好連接二個接觸點(P1 )(P2 )。
  13. 如申請專利範圍第7項之電位計，其中：該連接裝置(38)以可轉動的方式支承在一旋轉點(M)中且該旋轉點(M)與一圓環中點重合。
  14. 如申請專利範圍第13項之電位計，其中：該連接裝置(38)設計成使第一接觸點(P1 )設成和第二接觸點(P2 )偏離一張開角度(α)，該張開角度的大小係大到使接觸點(P1 )(P2 )不能在一片段(12)中。
  15. 如申請專利範圍第1或第2項之電位計，其中：該連接裝置(38)包含一閉路的可撓性導線(34)，該導線(34)對該導電的片段(12)設置成使它可藉著在一接觸點(P1 )(P2 )中的壓力與一片段(12)作電接觸。
  16. 如申請專利範圍第15項之電位計，其中： 該片段與該可撓性導線(34)被一可撓性封套(26)(28)(30)(32)包圍成密不透液體的方式。
  17. 如申請專利範圍第5項之電位計，其中：有一耦合裝置(36)以施一股壓力到至少二個接觸點(P1 )(P2 )上的可撓導線(34)上。
  18. 如申請專利範圍第17項之電位計，其中：有一電壓求出裝置。
  19. 如申請專利範圍第18項之電位計，其中：有一控制手段，該控制手段設計成將各二個接點(22)與一電源或電壓源作導電連接，以及將至少一個(特別是二個)接點(22)與該電壓求出裝置作導電連接。
  20. 如申請專利範圍第1或第2項之電位計，其中：該連接裝置(38)設計成將第一片段中的第一接觸點(P1 )與該與第一片段不同的第二片段中的第二接觸點(P2 )及正好一個第三接觸點(P3 )連接。
  21. 如申請專利範圍第20項之電位計，其中：所有三個接觸點(P1 )(P2 )(P3 )經常在不同的片段(12)中。
  22. 如申請專利範圍第20項之電位計，其中：該連接裝置(38)有一第一臂(40)、一第二臂(42)、一第三臂(44)，其中該第一臂(40)及第二臂(42)可經由各一通電接點(46)(48)與一電源連接，且其中該第三臂(44)可經一測量接點(50)與該電壓求出裝置連接。
  23. 如申請專利範圍第22項之電位計，其中：該三個臂(40)(42)(44)互相成電絕緣。
  24. 如申請專利範圍第1或第2項之電位計，其中：至少二個相鄰的(特別是所有的)片段(12)有不同的比電阻。
  25. 一種義肢，特別是義臂或義手，其設有一申請專利範圍第1項的電位計。
  26. 一種求出一構件的角位置的方法，包含以下步驟：(a)將該構件與一連接裝置(38)或申請專利範圍第1項的一電位計(10)的片段(12)作機械連接；(b)將一電源或一電壓源與該電位計(10)連接，如此一股電流(1)流經至少一片段(12)；(c)求出至少一第一電壓(U1 ,Umess )，該第一電壓由於電位計(10)一部分上的電流(I)而下降；(d)由該至少一電壓求出該連接裝置(38)的一旋轉位置，且(e)由該連接裝置(38)的旋轉位置(φ)求出該構件的角位置。
  27. 如申請專利範圍第26項之方法，其中：該電源與該電位計(10)連接，使該電流(I)流過所有片段(12)。
  28. 如申請專利範圍第26或27項之方法，其中：求出至少一第一電壓的作業包含將n對電接點(22)之間旳n個電壓求出，其中n≧1，特別是n≧1，且其中該n對電接點選設成使該連接裝置(38)的各旋轉位置(φ)正好相當於該n個電壓的組合。
  29. 如申請專利範圍第26項之方法，其中：該電壓係在正好一個片段(12)上方降低的電壓。
  30. 如申請專利範圍第26項之方法，其中：所用電壓利用相同的電壓求出裝置求出。
  31. 如申請專利範圍第26項之方法，其中：該電源與該連接裝置(38)連接，因此該電流從電源經連接裝置(38)第一臂(40)、一片段(12)的至少一部分以及連接裝置(38)的一第二臂(42)流回電源。
  32. 如申請專利範圍第31項之方法，其中：將該在連接裝置(38)的第三臂(44)以及在第一臂(40)及/或第二臂(42)之間降低的電壓求出。
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