DE102009046408A1 - Force sensor for use in bed for determining weight change of sick person during monitoring of rotation of person, has force-sensitive sensor element elevatedly arranged at side of plate, where force to be detected is exerted at another side - Google Patents

Force sensor for use in bed for determining weight change of sick person during monitoring of rotation of person, has force-sensitive sensor element elevatedly arranged at side of plate, where force to be detected is exerted at another side Download PDF

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Abstract

The sensor (1) has a force-sensitive sensor element (3) i.e. force-dependent resistor, elevatedly arranged at a side of a deformation-resistant plate (2), where force to be detected is exerted at another side of the plate according to the use of the sensor. The former side of the plate is divided into different sections, and the sensor element is attached to one of the sections. The force exerted at the latter side of the plate is determined by a measuring result of the sensor element, where the measuring result is outputted by a Bluetoothconnection. An independent claim is also included for a method for operating an arrangement of a couch device and a force sensor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftsensor und eine Anordnung, die einen solchen Kraftsensor umfasst.The present invention relates to a force sensor and an arrangement comprising such a force sensor.

Kraftsensoren sind im Stand der Technik allgemein bekannt. In einigen Anwendungen kann es unter Umständen notwendig sein, dass ein Kraftsensor, mit dem beispielsweise eine Gewichtskraft gemessen wird, sehr flach bzw. dünn ausgebildet ist.Force sensors are well known in the art. In some applications, it may be necessary for a force sensor, with which, for example, a weight force is measured, to be made very flat or thin.

Aus der europäischen Patentveröffentlichung EP 0 696 782 A1 ist ein optischer Kraftsensor bekannt, bei dem in einer sehr flach ausgebildeten Kontaktmatte ein Lichtwellenleiter verläuft, der durch Belastung der Kontaktmatte mechanisch verformt wird. Aufgrund dieser mechanischen Verformung geht Lichtenergie eines in den Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtstrahles von Lichtmoden niedriger Ordnung auf Lichtmoden höherer Ordnung über. Dieser Modenübergang kann zur Feststellung der auf die Kontaktmatte ausgeübten Kraft ausgenutzt werden.From the European patent publication EP 0 696 782 A1 an optical force sensor is known in which a light waveguide extends in a very flat formed contact mat, which is mechanically deformed by loading the contact mat. Due to this mechanical deformation, light energy of a light beam coupled into the optical waveguide passes from low-order light modes to higher-order light modes. This mode transition can be exploited to determine the force applied to the contact mat.

Nachteilig an solch einem Kraftsensor ist, dass die zu messende Kraft über eine relativ große Fläche auf die Kontaktmatte ausgeübt werden muss, damit eine Beschädigung des Lichtwellenleiters verhindert wird.A disadvantage of such a force sensor is that the force to be measured must be exerted over a relatively large area on the contact mat, so that damage to the optical waveguide is prevented.

Es ist folglich nicht möglich, einen solchen Kraftsensor bei Anwendungen einzusetzen, bei denen die zu messende Kraft über eine kleine Fläche übertragen wird.It is consequently not possible to use such a force sensor in applications in which the force to be measured is transmitted over a small area.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen flachen Kraftsensor zu schaffen, der unabhängig von der Größe der Fläche, über die die zu messende Kraft übertragen wird, einsetzbar ist.The object of the present invention is to provide a flat force sensor which can be used independently of the size of the surface over which the force to be measured is transmitted.

Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Kraftsensor gelöst, wobei der Kraftsensor eine bei bestimmungsgemäßen Gebrauch verformungssteife Platte mit einer ersten Seite, auf die die zu erfassende Kraft auszuüben ist, und einer zweiten Seite, auf der mindestens ein kraftsensitives Sensorelement erhaben angeordnet ist, umfasst.This object is achieved with a force sensor according to the invention, wherein the force sensor comprises a deformation-resistant plate with a first use, on which the force to be detected is to be exerted, and a second side, on which at least one force-sensitive sensor element is raised.

Vorteilhaft bei solch einem Kraftsensor ist, dass dieser relativ dünn ausgebildet und eine Kraft, die über eine relativ kleine Fläche übertragen wird, gemessen werden kann.An advantage of such a force sensor is that it is made relatively thin and a force that is transmitted over a relatively small area, can be measured.

Weiterhin vorzugsweise kann die zweite Seite der ersten Platte flächenmäßig in verschiedene Abschnitte unterteilt und jedem Abschnitt ein kraftsensitives Sensorelement zugeordnet werden, wodurch die auf die erste Seite ausgeübte Kraft über die einzelnen Messergebnisse der Sensorelemente feststellbar ist.Further preferably, the second side of the first plate can be divided into different sections in terms of area and a force-sensitive sensor element can be assigned to each section, whereby the force exerted on the first side can be detected via the individual measurement results of the sensor elements.

Über eine solche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftsensors kann erreicht werden, dass verschiedene Arten von Sensoren als kraftsensitives Sensorelement verwendbar sind, wobei das Messergebnis des erfindungsgemäßen Kraftsensors über die einzelnen Messergebnisse der Sensorelemente berechnet werden kann.By way of such an embodiment of the force sensor according to the invention, it can be achieved that various types of sensors can be used as force-sensitive sensor elements, wherein the measurement result of the force sensor according to the invention can be calculated via the individual measurement results of the sensor elements.

Vorzugsweise weist die zweite Seite eine rechteckige Fläche auf und, bei Aufteilung der rechteckigen Fläche in neun gleichmäßige Abschnitte, ist jeweils einem äußeren Eckabschnitt und einem Mittenabschnitt ein Sensorelement zugeordnet.Preferably, the second side has a rectangular surface and, when dividing the rectangular area into nine uniform sections, one sensor element is associated with each of an outer corner section and a center section.

Vorzugsweise weist die zweite Seite eine rechteckige Fläche auf und, bei Aufteilung der rechteckigen Fläche in zwölf gleichmäßige Abschnitte, ist jeweils einem äußeren Eckabschnitt und jeweils einem von zwei Mittenabschnitten ein Sensorelement zugeordnet.Preferably, the second side has a rectangular surface and, when dividing the rectangular area into twelve uniform sections, one sensor element is associated with each of an outer corner section and one of each of two center sections.

Weiterhin vorzugsweise weist die zweite Seite eine rechteckige Fläche auf und, bei Aufteilung der Fläche in gleichmäßige Abschnitte, ist in drei äußeren Eckabschnitten jeweils ein Sensorelement angeordnet.Further preferably, the second side has a rectangular surface and, when dividing the surface into uniform sections, in each case a sensor element is arranged in three outer corner sections.

Durch solche Anordnungen der Sensorelemente auf der zweiten Seite der ersten Platte kann eine auf die erste Seite ausgeübte Kraft unabhängig von der Lage der Krafteinwirkung festgestellt und berechnet werden.By such arrangements of the sensor elements on the second side of the first plate, a force exerted on the first side force can be determined and calculated regardless of the position of the force.

Vorzugsweise wird bei solch einer Unterteilung als Sensorelement ein kraftabhängiger Widerstand verwendet.Preferably, in such a subdivision, a force-dependent resistor is used as the sensor element.

Weiterhin vorzugsweise kann das Sensorelement derart ausgestaltet sein, dass es eine flexible Kontaktmatte, in der ein optischer Lichtwellenleiter verläuft, aufweist, wobei eine auf die erste Seite der ersten Platte ausgeübte Kraft über eine Änderung der Transmission oder Modenänderung eines in dem Lichtwellenleiter laufenden Lichtes feststellbar ist.Further preferably, the sensor element may be configured such that it has a flexible contact mat in which an optical waveguide extends, wherein a force exerted on the first side of the first plate force is detectable via a change in the transmission or mode change of a current in the optical waveguide light ,

Vorteilhaft an einem solchen Kraftsensor ist, dass durch die erste Platte eine Beschädigung des Lichtwellenleiters verhindert wird, wenn eine Kraft über eine relativ kleine Fläche auf das Sensorelement ausgeübt wird.An advantage of such a force sensor is that damage to the optical waveguide is prevented by the first plate when a force is exerted on the sensor element over a relatively small area.

Weiterhin vorzugsweise kann der erfindungsgemäße Kraftsensor eine zweite Platte aufweisen, die derart angeordnet ist, dass das mindestens eine Sensorelement sich zwischen der ersten und zweiten Platte befindet.Further preferably, the force sensor according to the invention may comprise a second plate which is arranged such that the at least one sensor element is located between the first and second plate.

Durch das Vorsehen einer zweiten Platte werden die Sensorelemente vor einer Beschädigung geschützt, wobei gleichzeitig sich die Dicke des erfindungsgemäßen Kraftsensors nur geringfügig erhöht. By providing a second plate, the sensor elements are protected from damage, at the same time the thickness of the force sensor according to the invention increases only slightly.

Vorzugsweise ist die erste und/oder zweite Platte derart dimensioniert, dass sie eine Dicke aufweisen, die sehr viel kleiner ist als der Umfang der ersten und/oder zweiten Platte. Außerdem ist die erste und/oder zweite Platte aus einem Material mit hoher Torsionssteifigkeit und/oder Biegesteifigkeit gebildet.Preferably, the first and / or second plate is dimensioned to have a thickness that is much smaller than the circumference of the first and / or second plate. In addition, the first and / or second plate is formed of a material with high torsional rigidity and / or bending stiffness.

Hierdurch kann der Kraftsensor in Schichtbauweise sehr dünn gehalten werden.As a result, the force sensor can be kept very thin in layered construction.

Vorzugsweise sind die erste und/oder die zweite Platte des erfindungsgemäßen Kraftsensors aus Aluminium gebildet.Preferably, the first and / or the second plate of the force sensor according to the invention are formed from aluminum.

Weiterhin vorzugsweise umfasst der Kraftsensor eine Kommunikationseinheit zur Ausgabe des Messergebnisses oder eines Ausgangssignals des Sensorelementes.Further preferably, the force sensor comprises a communication unit for outputting the measurement result or an output signal of the sensor element.

Weiterhin vorzugsweise umfasst der Kraftsensor auch eine Auswertungseinheit zur Ermittlung eines Messergebnisses.Furthermore, the force sensor preferably also includes an evaluation unit for determining a measurement result.

Vorteilhafterweise kann hierdurch mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Kraftsensoren ein gesamtes Messsystem aufgebaut werden, wobei die einzelnen Kraftsensoren an verschiedenen Orten angeordnet werden können.Advantageously, an entire measuring system can thereby be constructed with one or more force sensors according to the invention, wherein the individual force sensors can be arranged at different locations.

Weiterhin vorzugsweise sind die Auswertungseinheit und die Kommunikationseinheit zwischen der ersten und der zweiten Platte angeordnet.Further preferably, the evaluation unit and the communication unit are arranged between the first and the second plate.

Hierdurch wird ermöglicht, das Messsystem aufzubauen, wobei gleichzeitig sich die Abmaße des erfindungsgemäßen Kraftsensors nicht ändern.This makes it possible to build the measuring system, at the same time do not change the dimensions of the force sensor according to the invention.

Weiterhin vorzugsweise ist die Kommunikationseinheit eingerichtet, das Messergebnis oder das Ausgangssignal des Sensorelementes über eine Funkverbindung auszugeben.Further preferably, the communication unit is set up to output the measurement result or the output signal of the sensor element via a radio link.

Dies ermöglicht einen leichten und schnellen Aufbau eines Messsystems auch unter extremen Bedingungen.This allows an easy and quick setup of a measuring system even under extreme conditions.

Weiterhin vorzugsweise ist die Kommunikationseinheit des erfindungsgemäßen Kraftsensors eingerichtet, das Messergebnis oder das Ausgangssignal des Sensorelementes über eine W-LAN-Verbindung, Bluetooth®-Verbindung oder eine WPAN-Verbindung oder eine Mobilfunkverbindung auszugeben.Further preferably, the communication unit of the force sensor according to the invention is adapted to output the measurement result or the output signal of the sensor element via a wireless connection, Bluetooth ® connection or a WPAN connection or a cellular connection.

Vorteilhaft hierbei ist, dass ein Messsystem leicht an bestimmte Anwendungserfordernisse und Situationen angepasst werden kann.The advantage here is that a measuring system can be easily adapted to specific application requirements and situations.

Weiterhin vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor ein wasserdichtes Hüllelement vorgesehen, das die einzelnen Elemente des erfindungsgemäßen Kraftsensors einschließt.Further preferably, in the force sensor according to the invention, a watertight enveloping element is provided, which encloses the individual elements of the force sensor according to the invention.

Hierdurch ist der erfindungsgemäße Kraftsensor vor schädlichen Einwirkungen, wie zum Beispiel Feuchtigkeit, geschützt.As a result, the force sensor according to the invention is protected against harmful effects, such as moisture.

Bei einer vorteilhaften Anordnung des erfindungsgemäßen Kraftsensors wird dieser mit einer Liegevorrichtung, wie zum Beispiel einem Bett, zusammen derart angeordnet, dass der Kraftsensor sich unter einem Stützelement oder der Matratze der Liegevorrichtung befindet.In an advantageous arrangement of the force sensor according to the invention this is arranged together with a reclining device, such as a bed, such that the force sensor is located under a support member or the mattress of the reclining device.

Vorzugsweise wird jeweils ein Kraftsensor unter mehreren oder allen Stützelementen der Liegevorrichtung angeordnet.Preferably, in each case one force sensor is arranged under several or all supporting elements of the lying device.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung kann über den/die Kraftsensor(en) eine Gewichtskraftänderung und/oder eine Verlagerung des Belastungspunktes der Liegevorrichtung festgestellt und in Abhängigkeit der erkannten Gewichtskraftänderung ein bestimmter Vorgang durchgeführt werden.In a method according to the invention for operating such an arrangement, a weight force change and / or a displacement of the load point of the lying device can be detected via the force sensor (s) and a specific process can be carried out as a function of the detected change in weight force.

Hierdurch kann vorteilhafterweise eine hilfsbedürftige oder kranke Person überwacht werden, so dass kritische Situationen erkannt werden können.In this way, advantageously, a person in need of care or a sick person can be monitored, so that critical situations can be detected.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zum Beispiel eine Zeitmessung nach dem Erkennen einer Gewichtskraftänderung gestartet und eine Warnmeldung ausgegeben werden, wenn nach Ablauf einer bestimmten Zeit, die über die Zeitmessung erfasst wird, keine weitere Gewichtskraftänderung festgestellt wird.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, for example, a time measurement can be started after the detection of a change in weight force and a warning message issued if no further change in weight force is detected after a certain time has elapsed, which is detected via the time measurement.

Insbesondere kann solch eine Zeitmessung gestartet werden, wenn durch die Erkennung einer Gewichtskraftänderung eine Verringerung der Gewichtskraft der Liegevorrichtung festgestellt wird.In particular, such a time measurement can be started when a reduction in the weight of the reclining device is detected by the detection of a change in weight force.

Hierdurch kann beispielsweise bestimmt werden, dass eine hilfsbedürftige Person die Liegevorrichtung verlassen hat und nach einer bestimmten Zeit nicht wieder zu dieser zurückfindet.In this way, it can be determined, for example, that a person in need of assistance has left the lying device and does not find his way back to it after a certain time.

Weiterhin vorzugsweise kann eine solche Zeitmessung in Abhängigkeit der Tageszeit gestartet werden.Further preferably, such a time measurement can be started depending on the time of day.

Hierdurch wird es ermöglicht, in Abhängigkeit der Tageszeit unterschiedliche Schlüsse aus den Messergebnissen zu ziehen. This makes it possible to draw different conclusions from the measurement results as a function of the time of day.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die erkannten Gewichtskraftänderungen zusammen mit einer Tageszeitangabe und/oder einer Datumsangabe protokolliert.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the detected weight force changes are logged together with a time of day and / or a date.

Hierdurch wird vorteilhafterweise ermöglicht, bestimmte Ursachen für Gewichtskraftänderungen abzuschätzen.This advantageously makes it possible to estimate certain causes of changes in weight.

Unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen werden im Folgenden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftsensors und der Anordnung desselben zusammen mit einer Liegevorrichtung beschrieben werden.With reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the force sensor according to the invention and the arrangement thereof together with a reclining device will be described below.

1a zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Kraftsensor im Schnitt; 1a shows schematically the force sensor according to the invention in section;

1b zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Kraftsensor in einer Draufsicht; 1b shows schematically the force sensor according to the invention in a plan view;

1c zeigt schematisch die Ausgestaltung einer ersten bzw. zweiten Platte, die bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor verwendet werden kann; 1c schematically shows the configuration of a first and second plate, which can be used in the force sensor according to the invention;

2a zeigt schematisch ein Sensorelement, das bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor verwendet werden kann, im Schnitt; 2a schematically shows a sensor element which can be used in the force sensor according to the invention, in section;

2b zeigt schematisch ein alternatives Sensorelement, das bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor verwendet werden kann, im Schnitt; 2 B schematically shows an alternative sensor element which can be used in the force sensor according to the invention, in section;

2c zeigt schematisch ein drittes Sensorelement, das bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor verwendet werden kann, in einer Draufsicht; 2c schematically shows a third sensor element which can be used in the force sensor according to the invention, in a plan view;

3a zeigt ein weiteres Sensorelement, das bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor verwendet werden kann, im Schnitt; 3a shows a further sensor element which can be used in the force sensor according to the invention, in section;

3b3d zeigen einzelne Bestandteile des in 3a gezeigten Sensorelementes 3b - 3d show individual components of in 3a shown sensor element

4a und 4b zeigen schematisch bevorzugte Anordnungspositionen einzelner Sensorelemente auf der Unterseite der ersten Platte des erfindungsgemäßen Kraftsensors; und 4a and 4b schematically show preferred arrangement positions of individual sensor elements on the underside of the first plate of the force sensor according to the invention; and

5 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Auswertung des Messergebnisses, das bei einer bevorzugten Anordnung des erfindungsgemäßen Kraftsensors erfasst wurde. 5 shows a block diagram of an exemplary evaluation of the measurement result, which has been detected in a preferred arrangement of the force sensor according to the invention.

In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Kraftsensor gezeigt, wobei 1b eine schematische Draufsicht und 1a eine schematische Schnittansicht darstellt. Die Schnittansicht in 1a zeigt eine Ansicht entlang der in 1b gezeigten Schnittlinie A-A.In 1 schematically a force sensor according to the invention is shown, wherein 1b a schematic plan view and 1a a schematic sectional view represents. The sectional view in 1a shows a view along the in 1b shown section line AA.

Unter Bezug auf 1a weist der erfindungsgemäße Kraftsensor 1 eine erste Schicht 2 (im Folgenden erste Platte genannt) auf, die auf einem Sensorelement 3 angeordnet ist. Die erste Platte 2 ist aus einem Material mit hoher Steifigkeit, wie zum Beispiel Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder Kunststoff mit den benötigten mechanischen Eigenschaften, gebildet. Die erste Platte 2 und das Sensorelement 3 sind vorzugsweise zusammen auf einer zweiten Platte 4 angeordnet. Die erste und zweite Platte können materialmäßig gleich ausgebildet sein. Die jeweiligen Platten 2, 4 können ebenfalls gleiche beziehungsweise ähnliche Abmaße in den in 1a und 1b gezeigten x-, y-, z-Richtungen aufweisen. Die Platten 2, 4 sind vorzugsweise so dimensioniert, dass deren Dicke sehr viel kleiner ist als deren Umfang (Summe der Abmaße der in 1b gezeigten Seiten 8, 9). Mit anderen Worten sind die Platten sehr dünn ausgebildet. Bevorzugte Abmaße der Platten 2 und 4 betragen (x-, y- und z-Richtung) 200 mm × 200 mm × 7 mm. Außerdem können die Platten 2,4 in der x-y-Ebene eine runde, rechteckige, quadratische oder ovale Form oder auch beliebige Form aufweisen.With reference to 1a has the force sensor according to the invention 1 a first layer 2 (hereinafter referred to as the first plate) on a sensor element 3 is arranged. The first plate 2 is made of a material with high rigidity, such as aluminum, an aluminum alloy, steel or plastic with the required mechanical properties. The first plate 2 and the sensor element 3 are preferably together on a second plate 4 arranged. The first and second plates can be made the same material. The respective plates 2 . 4 can also have the same or similar dimensions in the in 1a and 1b have shown x, y, z directions. The plates 2 . 4 are preferably dimensioned such that their thickness is much smaller than their circumference (sum of the dimensions of in 1b shown pages 8th . 9 ). In other words, the plates are very thin. Preferred dimensions of the plates 2 and 4 amount (x, y and z direction) 200 mm × 200 mm × 7 mm. Besides, the plates can 2 . 4 in the xy plane have a round, rectangular, square or oval shape or any shape.

In 1c ist schematisch eine Schnittansicht der ersten Platte 2 gezeigt. Die zweite Platte 4 kann identisch ausgebildet sein. Die Platte 2 weist in der in 1c gezeigten Ausbildung drei Abschnitte auf. Die Platte 2 ist vorzugsweise aus Gewichtsgründen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet und in einer Schichtbauweise aufgebaut. Die Platte 2 weist eine erste Aluminiumschicht 21 und eine zweite Aluminiumschicht 23 auf, zwischen denen sich eine gewellte dritte Aluminiumschicht 22 befindet. Die dritte Aluminiumschicht 22 ist zur Bildung einer belastbaren und verwindungssteifen Struktur in der in 1c gezeigten x-Richtung periodisch gewellt. In Abhängigkeit der Größe der zu messenden Gewichtskraft G kann die periodische Ausbildung der dritten Aluminiumschicht 23 variiert werden, so dass die Platte 2 in verschiedenen Dicken (z-Richtung in 1c) ausgebildet werden kann.In 1c is a schematic sectional view of the first plate 2 shown. The second plate 4 can be identical. The plate 2 points in the in 1c shown training on three sections. The plate 2 is preferably formed for reasons of weight of aluminum or an aluminum alloy and constructed in a layered construction. The plate 2 has a first aluminum layer 21 and a second aluminum layer 23 on, between which is a corrugated third aluminum layer 22 located. The third aluminum layer 22 is to form a strong and warp resistant structure in the 1c periodically wavy shown x-direction. Depending on the size of the weight G to be measured, the periodic formation of the third aluminum layer 23 be varied so that the plate 2 in different thicknesses (z-direction in 1c ) can be formed.

Bei einem weiteren bevorzugten Aufbau wird die dritte Aluminiumschicht 22 mit einer Wabenstruktur, die in der x-y-Ebene liegt, ausgebildet.In a further preferred construction, the third aluminum layer 22 formed with a honeycomb structure lying in the xy plane.

Zur Bildung einer festen Struktur können die Platten 2, 4 und das Sensorelement 3 durch verschiedene Verbindungsverfahren miteinander verbunden werden. Bevorzugte Verbindungen sind zum Beispiel Klebeverbindungen oder Pressverbindungen, d. h. allgemein stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindungen. Allerdings ist bei diesen Verbindungen darauf zu achten, dass diese eine Relativbewegung der Platten 2, 4 zueinander zulassen. Diese Relativbewegung ist zur Übertragung der zu messenden Kraft auf das Sensorelement 3 notwendig.To form a solid structure, the plates can 2 . 4 and the sensor element 3 connected by different connection methods. Preferred compounds are, for example, adhesive compounds or compression compounds, ie generally material and / or non-positive connections. However, it must be ensured that these compounds have a relative movement of the plates 2 . 4 allow each other. This relative movement is for transmitting the force to be measured to the sensor element 3 necessary.

Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Kraftsensor ein Hüllelement 5, wie zum Beispiel eine Gummihülle, die als Schutz vor Feuchtigkeit oder anderen schädlichen Einwirkungen dient.Furthermore, the force sensor according to the invention comprises an enveloping element 5 such as a rubber cover that protects against moisture or other harmful effects.

Bestimmungsgemäß wird der erfindungsgemäße Kraftsensor derart angeordnet, dass eine zu messende Kraft G auf die erste Platte 2 ausgeübt wird. D. h. eine zu messende Kraft wird auf eine erste Seite 21 (im Folgenden Oberseite genannt) der ersten Platte 2 des Kraftsensors ausgeübt, wohingegen deren zweite Seite 22 (im Folgenden Unterseite genannt) dem Sensorelement 3 zugewandt ist.According to the invention, the force sensor according to the invention is arranged such that a force G to be measured is applied to the first plate 2 is exercised. Ie. a force to be measured is applied to a first side 21 (hereinafter referred to as upper side) of the first plate 2 of the force sensor, whereas its second side 22 (hereinafter referred to as the underside) of the sensor element 3 is facing.

Das in 1a gezeigte Sensorelement ist zwischen den Platten 2, 4 und somit auf der Unterseite der ersten Platte angeordnet. In dieser Ausführungsform hat das Sensorelement die gleichen Abmaße in der x-y-Ebene wie die Platten 2, 4. Der erfindungsgemäße Kraftsensor ist, wie im Folgenden offensichtlich wird, hierauf aber nicht beschränkt.This in 1a shown sensor element is between the plates 2 . 4 and thus arranged on the underside of the first plate. In this embodiment, the sensor element has the same dimensions in the xy plane as the plates 2 . 4 , The force sensor according to the invention is, as will become apparent hereinafter, but not limited thereto.

Unter Bezug auf 1b weist der Kraftsensor weiterhin entweder in der ersten Platte 2 oder der zweiten Platte 4 einen Zugang 6 in den Innenraum des Kraftsensors auf. Über einen solchen Zugang 6 können zum Beispiel ein Batteriefach oder allgemein die Elektronik des Kraftsensors, wie zum Beispiel eine Kommunikationseinheit, erreicht werden. Der Zugang 6 kann derart ausgestaltet sein, dass die Platten 2, 4 mit dem Sensorelement 3 zuerst aus der Hülle 5 genommen werden müssen, damit der Zugang 6 erreichbar ist. Andererseits kann die Hülle 5 entsprechend dem Zugang 6 eine verschließbare Öffnung aufweisen, über die der Zugang 6 erreichbar ist, ohne die Hülle 5 vorher entfernen zu müssen.With reference to 1b the force sensor continues to point either in the first plate 2 or the second plate 4 an access 6 in the interior of the force sensor. About such access 6 For example, a battery compartment or generally the electronics of the force sensor, such as a communication unit, may be achieved. Access 6 may be configured such that the plates 2 . 4 with the sensor element 3 first out of the shell 5 need to be taken to allow access 6 is reachable. On the other hand, the shell 5 according to the access 6 have a closable opening over which the access 6 is achievable without the shell 5 to remove beforehand.

Die Kommunikationseinheit kann mit einer Steuereinheit 7, die in Abhängigkeit der Messanordnung an einem bestimmten Ort vorgesehen werden kann, verbunden werden.The communication unit can be equipped with a control unit 7 , which can be provided depending on the measuring arrangement at a certain location, are connected.

Die Verbindung kann entweder eine Kabel- oder Funkverbindung sein. Bevorzugte Funkverbindungen sind z. B. W-LAN-, Bluethooth®- oder WPAN-Verbindungen. Eine bevorzugte Kabelverbindung, z. B. eine LAN-Verbindung, kann derart ausgestaltet sein, dass jeder Sensor einzeln mit der Steuereinheit verbunden ist. Eine weiterhin bevorzugte Kabelverbindung kann derart ausgestaltet sein, dass die Sensoren untereinander verbunden sind und nur einer der Sensoren direkt mit der Steuereinheit über ein Kabel verbunden ist.The connection can be either a cable or radio connection. Preferred radio links are z. As W-LAN, Bluethooth ® - or WPAN connections. A preferred cable connection, z. As a LAN connection, may be configured such that each sensor is individually connected to the control unit. A further preferred cable connection can be configured such that the sensors are interconnected and only one of the sensors is connected directly to the control unit via a cable.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit 7 derart ausgebildet, dass mehrere Kraftsensoren mit ihr über die oben dargestellten Verbindungen kommunizieren können. Auf diese Weise ist es möglich, eine Messanordnung, die mehrere Kraftsensoren umfasst, schnell und einfach aufzubauen. Die Steuerungseinheit und die Kraftsensoren können beispielsweise in einer Master-Slave-Hierarchie zusammengeschaltet sein (Steuereinheit = Master; Kraftsensor = Slave).Preferably, the control unit 7 designed such that several force sensors can communicate with her via the connections shown above. In this way, it is possible to quickly and easily construct a measuring arrangement comprising a plurality of force sensors. The control unit and the force sensors can be interconnected, for example, in a master-slave hierarchy (control unit = master, force sensor = slave).

Die Steuereinheit kann bevorzugt das über die Kommunikationseinheit erhaltene Sensorsignal auswerten bzw. dieses verarbeiten.The control unit may preferably evaluate or process the sensor signal obtained via the communication unit.

Alternativ hierzu kann aber auch eine Auswertungseinheit, die vorzugsweise innerhalb des Kraftsensors angeordnet ist, ein Ausgangssignals des Sensorelementes 3 erfassen und/oder auswerten und dieses zu der Kommunikationseinheit ausgeben.Alternatively, however, an evaluation unit, which is preferably arranged within the force sensor, an output signal of the sensor element 3 capture and / or evaluate and output this to the communication unit.

Bevorzugt kann die Steuereinheit 7 ein Element eines Kraftsensors sein. In diesem Fall übernimmt einer der Kraftsensoren die Masterfunktion und die verbleibenden Kraftsensoren die Slavefunktion.Preferably, the control unit 7 be an element of a force sensor. In this case, one of the force sensors assumes the master function and the remaining force sensors assume the slave function.

In der Steuereinheit 7 können ein Prozessor und mindestens ein Speicher, auf dem ein Programm abgespeichert ist, vorgesehen sein, wodurch verschiedene Verarbeitungen der/des Ausgangssignal(e) möglich sind.In the control unit 7 For example, a processor and at least one memory on which a program is stored may be provided, whereby various processing of the output signal (s) is possible.

Ferner kann die Steuereinheit derart eingerichtet sein, dass eine Meldung über eine Kabel- oder Funkverbindung 11 ausgegeben werden kann. Bevorzugte Verbindungen sind z. B. W-LAN-, Bluethooth®- oder WPAN-, oder Mobilfunkverbindungen. Hierdurch kann eine fernüberwachte Messanordnung aufgebaut werden.Furthermore, the control unit may be configured such that a message via a cable or radio link 11 can be issued. Preferred compounds are, for. B. W-LAN, Bluethooth ® - or WPAN, or cellular connections. As a result, a remote-controlled measuring arrangement can be set up.

2a2c zeigen verschiedene Ausgestaltungen eines Sensorelementes. Bei diesen alternativen Ausgestaltungen ist das Sensorelement als optischer Kraftsensor ausgebildet, bei dem ein Lichtwellenleiter 31 in einer unter Krafteinwirkung verformbaren Matte 32 verläuft. Zumindest in dem Bereich, in dem der Lichtwellenleiter 31 verläuft, kann die Fläche 35 der Matte 32 derart strukturiert sein, dass bei einer Belastung der Matte 32 (Kraft G) der Lichtwellenleiter 31 in Abhängigkeit der Strukturierung mechanisch verformt wird. Bei dem in 2a gezeigten Sensorelement 3 ist die Strukturierung der Matte 32 periodisch ausgebildet. Eine Periodenlänge beträgt Ip. 2a - 2c show different embodiments of a sensor element. In these alternative embodiments, the sensor element is designed as an optical force sensor, in which an optical waveguide 31 in a deformable under force mat 32 runs. At least in the area where the optical fiber 31 runs, the area can be 35 the mat 32 be structured such that when a load on the mat 32 (Force G) of the optical fibers 31 is mechanically deformed depending on the structuring. At the in 2a shown sensor element 3 is the structuring of the mat 32 periodically formed. One period length is I p .

Zur Erfassung der auf solch ein Sensorelement ausgeübten Kraft G wird an einem ersten Ende 33 des Lichtwellenleiters 31 Licht in den optischen Lichtwellenleiter 31 eingekoppelt und an dessen zweitem Ende nachgewiesen. Bei einer Belastung der Matte 32 mittelbar über die erste Platte 2 und einer damit einhergehenden Verformung des Lichtwellenleiters 31 geht Lichtenergie des in den Lichtwellenleiter 31 eingekoppelten Lichtes von Moden niedriger Ordnung auf Moden höherer Ordnung über. Das Maß des Überganges an Lichtenergie lässt einen Rückschluss auf die auf den Kraftsensor ausgeübte Kraft zu.For detecting the force G exerted on such a sensor element is at a first end 33 of the optical fiber 31 Light in the optical fiber 31 coupled and on its second end proved. With a load on the mat 32 indirectly over the first plate 2 and a concomitant deformation of the optical waveguide 31 goes light energy of the in the optical fiber 31 coupled light from low order modes to higher order modes. The degree of transition to light energy allows a conclusion to be drawn on the force exerted on the force sensor.

Ein lichtemittierendes Element zur Einkopplung von Licht in den Lichtwellenleiter 31 und ein Photodetektor zum Nachweis des eingekoppelten Lichts sind jeweils an einem Ende des Lichtwellenleiters 31 vorgesehen, wobei diese in der Auswertungseinheit angeordnet sein können.A light-emitting element for coupling light into the optical waveguide 31 and a photodetector for detecting the coupled light are respectively at one end of the optical waveguide 31 provided, which may be arranged in the evaluation unit.

2b zeigt schematisch eine weitere Alternative des Sensorelementes 3. Dieses Sensorelement 3 ist insofern identisch mit dem in 2a gezeigten, dass der Bereich, in dem der Lichtwellenleiter 31 verläuft, strukturiert ist. Unterschiedlich ist, dass nicht nur die dem Lichtwellenleiter zugewandte Fläche 35 der Matte 32, sondern auch die andere dem Lichtwellenleiter zugewandte Fläche 36 der Matte 32 strukturiert ist. Die in 2b gezeigten Strukturierungen der dem Lichtwellenleiter zugewandten Flächen der Matte 32 sind phasengleich periodisch ausgebildet. Hierdurch wird eine stärkere mechanische Verformung des Lichtwellenleiters bei Belastung des Kraftsensors mittelbar über die erste Platte 2 erzeugt, wodurch das Sensorelement empfindlicher auf Änderungen der Krafteinwirkung ist. 2 B schematically shows a further alternative of the sensor element 3 , This sensor element 3 is identical to the one in 2a shown that the area where the optical fiber 31 runs, is structured. It is different that not only the surface facing the optical waveguide 35 the mat 32 , but also the other surface facing the optical waveguide 36 the mat 32 is structured. In the 2 B shown structuring of the optical waveguide facing surfaces of the mat 32 are periodically formed in phase. As a result, a stronger mechanical deformation of the optical waveguide under load of the force sensor indirectly via the first plate 2 generated, whereby the sensor element is more sensitive to changes in the force.

2c zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Alternative eines optischen Sensorelementes. In 2c ist insbesondere der Verlauf des Lichtwellenleiters 31 innerhalb der Matte 32 gezeigt. Der Lichtwellenleiter 31 ist derart innerhalb der Matte 32 angeordnet, dass sich der Verlauf an bestimmten Stellen 37 kreuzt. Bei dieser Alternative des optischen Sensorelementes 3 sind die dem Lichtwellenleiter 31 zugewandten Flächen 35, 36 der Matte 32 unstrukturiert. Eine Verformung des Lichtwellenleiters tritt bei Belastung der Matte 32 an den jeweiligen Kreuzungspunkten auf, wodurch die oben beschriebene Modenänderung auftritt. 2c shows a schematic view of another alternative of an optical sensor element. In 2c is in particular the course of the optical waveguide 31 inside the mat 32 shown. The optical fiber 31 is so inside the mat 32 arranged that the course in certain places 37 crosses. In this alternative of the optical sensor element 3 are the the optical fiber 31 facing surfaces 35 . 36 the mat 32 unstructured. A deformation of the optical waveguide occurs when the mat is loaded 32 at the respective crossing points, whereby the mode change described above occurs.

Die Lichteinkopplung des Lichts in den Lichtwellenleiter 31 an dessen einem Ende 33 und der Lichtnachweis an dessen zweitem Ende 34 werden bei allen Alternativen, die in 2a2c gezeigt sind, auf gleiche Weise durchgeführt.The light coupling of the light into the optical waveguide 31 at one end 33 and the proof of light at its second end 34 be with all alternatives in 2a - 2c are shown performed in the same way.

Allgemein kann bei den oben dargestellten Sensorelementen der Verlauf des Lichtwellenleiters in Abhängigkeit der Anwendung gewählt werden. Sollte eine höhere Empfindlichkeit gefordert sein, ist die Verlegung des Lichtwellenleiters dichter, d. h. zum Beispiel ist die Anzahl der Kreuzungspunkte bei dem in 2c. gezeigten Sensorelement höher.In general, in the sensor elements shown above, the course of the optical waveguide can be selected depending on the application. If a higher sensitivity is required, the routing of the optical fiber is denser, ie, for example, the number of crossing points in the in 2c , shown sensor element higher.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor, der eines der oben beschriebenen Sensorelemente aufweist, liegen die messbaren Kräfte in einem Bereich bis zu 20 kN.In the force sensor according to the invention, which has one of the sensor elements described above, the measurable forces are in a range up to 20 kN.

3a zeigt ein weiteres alternatives Sensorelement 3, das bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor Einsatz finden kann. Bei diesem Sensorelement handelt es sich um einen kraftabhängigen Widerstand. Dieser ist in 3a im Schnitt gezeigt, wobei dieser eine Trägerfolie 38 mit einer halbleitenden Polymerschicht, eine Klebeschicht 39 und eine Elektrodenfolie 310 umfasst. Diese drei Elemente sind, wie in 3a gezeigt, derart angeordnet, dass die Klebeschicht 39, die als Abstandselement dient, auf der Elektrodenfolie 310 und die Trägerfolie 38 auf der Klebeschicht 39 angeordnet ist. 3a shows another alternative sensor element 3 that can be used in the force sensor according to the invention. This sensor element is a force-dependent resistor. This one is in 3a shown in section, where this is a carrier film 38 with a semiconductive polymer layer, an adhesive layer 39 and an electrode foil 310 includes. These three elements are as in 3a shown, arranged such that the adhesive layer 39 , which serves as a spacer, on the electrode foil 310 and the carrier film 38 on the adhesive layer 39 is arranged.

Hierdurch entsteht die in 3a gezeigte Schichtfolge, wobei aufgrund der Klebeschicht 39 zwischen der Elektrodenfolie und der Trägerfolie 38 ein Zwischenraum entsteht.This creates the in 3a shown layer sequence, due to the adhesive layer 39 between the electrode foil and the carrier foil 38 a gap arises.

Die Elektroden sind mittels einer Silberleitpaste auf die Elektrodenfolie 310 aufgedruckt, wobei, wie in 3d gezeigt, einzelne Elektrodenfinger der Elektroden 312, 311 alternierend angeordnet sind. In Abhängigkeit der auf die Trägerfolie 38 ausgeübten Kraft werden die Elektroden über die halbleitende Polymerschicht kontaktiert, wodurch sich der Widerstand, der zwischen den in 3d gezeigten Elektroden 311, 312 gemessen werden kann, verringert. Der Druckmessbereich des in 3a gezeigten Sensorelementes überdeckt drei Dekaden von 0,1 N/cm2 bis 100 N/cm2.The electrodes are by means of a Silberleitpaste on the electrode foil 310 imprinted, where, as in 3d shown, individual electrode fingers of the electrodes 312 . 311 are arranged alternately. Depending on the carrier film 38 force applied, the electrodes are contacted via the semiconducting polymer layer, which increases the resistance between the in 3d shown electrodes 311 . 312 can be measured, reduced. The pressure measuring range of in 3a The sensor element shown covers three decades from 0.1 N / cm 2 to 100 N / cm 2 .

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor werden bevorzugt mehrere unter Bezug auf 3a3d erläuterte Sensorelemente verwendet.In the force sensor according to the invention are preferably more with reference to 3a - 3d explained sensor elements used.

4a und 4b zeigen schematisch zwei bevorzugte Anordnungen mehrerer Sensorelemente zwischen den in 1 gezeigten Platten 2, 4. 4a and 4b schematically show two preferred arrangements of several sensor elements between the in 1 shown plates 2 . 4 ,

Unter Bezug auf 4a wird die Platte 2 in verschiedene Abschnitte unterteilt, die dadurch entstehen, dass jeweils eine der Seiten 8, 9 der rechteckig ausgebildeten ersten Platte 2 in drei Abschnitte Unterteilt wird. Hierdurch entsteht eine Aufteilung der Unterseite der ersten Platte 2 in neun gleichmäßige Bereiche. Bevorzugt wird, unter Bezug auf jede Seite, jeweils ein Sensorelement den äußeren Abschnitten (Eckabschnitten) zugeordnet. Weiterhin ist in dem Abschnitt, der unter Bezug auf jede unterteilte Seite dem mittleren Abschnitt entspricht, ein Sensorelement angeordnet.With reference to 4a becomes the plate 2 divided into different sections, which arise from each one of the pages 8th . 9 the rectangular shaped first plate 2 Divided into three sections. This results in a division of the bottom of the first plate 2 in nine even areas. With reference to each side, one sensor element is preferably assigned to the outer sections (corner sections). Further, in the portion corresponding to the central portion with respect to each divided side, a sensor element is arranged.

In 4b ist eine weitere bevorzugte Anordnung des in 3a3d erläuterten Sensorelementes 3 gezeigt. Diese bevorzugte Anordnung unterscheidet sich von der in 4a gezeigten in der Weise, dass die Seite 8 der ersten Platte 2 in vier Abschnitte unterteilt ist. Die rechteckige Fläche der Platten 2, 4 wird folglich in zwölf gleichmäßige Abschnitte unterteilt. Jeweils ein Sensorelement wird den Eckabschnitten und den mittleren Abschnitten, die unter Bezug auf jede Seite zwischen den Eckabschnitten liegen, zugeordnet. In 4b is another preferred arrangement of in 3a - 3d explained sensor element 3 shown. This preferred arrangement differs from that in 4a shown in the way that the page 8th the first plate 2 is divided into four sections. The rectangular area of the plates 2 . 4 is thus divided into twelve equal sections. One sensor element each is associated with the corner portions and the middle portions lying between the corner portions with respect to each side.

Sowohl in der in 4a als auch der in 4b gezeigten Anordnung werden die Messergebnisse in der Auswertungseinheit oder Steuereinheit zusammengeführt und eine resultierende auf die erste Platte 2 ausgeübte Kraft berechnet.Both in the in 4a as well as in 4b As shown arrangement, the measurement results are merged in the evaluation unit or control unit and a resulting on the first plate 2 applied force calculated.

Bei einer weiteren bevorzugten Anordnung mehrerer Sensorelemente wird die Unterseite der ersten Platte, wie in 4a und 4b. gezeigt, aufgeteilt, wobei jeweils drei Eckabschnitten ein Sensorelement zugeordnet ist.In a further preferred arrangement of a plurality of sensor elements, the underside of the first plate, as in 4a and 4b , shown, each having three corner sections associated with a sensor element.

Allgemein werden in Abhängigkeit der Verwendung des Kraftsensors die Anzahl der Sensorelemente und deren Abstände zueinander festgelegt.Generally, the number of sensor elements and their distances from each other are determined depending on the use of the force sensor.

Bei diesem erfindungsgemäßen Kraftsensor können Kräfte in einem Bereich von ca. 10 N bis ca. 20 kN gemessen werden.In this force sensor according to the invention forces can be measured in a range of about 10 N to about 20 kN.

In der obigen Beschreibung ist beschrieben worden, dass die Platten 2, 4 eine hohe Biege- und/oder Verwindungssteifigkeit aufweisen. Hierunter ist zu verstehen, dass die Platten 2, 4 derart dimensioniert sind, dass in dem Bereich der zu messenden Kraft keine plastische Verformung der Platte auftritt.In the above description it has been described that the plates 2 . 4 have a high bending and / or torsional rigidity. By this is meant that the plates 2 . 4 are dimensioned such that no plastic deformation of the plate occurs in the region of the force to be measured.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Anordnung unter Verwendung mindestens eines oben erläuterten Kraftsensors und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung beschrieben werden.Hereinafter, a preferred arrangement using at least one above-described force sensor and a method of operating such an arrangement will be described.

Bevorzugt wird ein erfindungsgemäßer Kraftsensor in Anordnung zusammen mit einer Liegevorrichtung, wie zum Beispiel einem Bett, verwendet.Preferably, a force sensor according to the invention is used in arrangement together with a reclining device, such as a bed.

Sowohl bei der häuslichen als auch bei der heimischen Pflege kann die Erfassung von Daten, die sich auf das Verhalten einer hilfsbedürftigen Person in ihrem Bett beziehen, sehr hilfreich sein.In both domestic and home care, collecting data related to the behavior of a person in need in their bed can be very helpful.

Aufgrund der sehr dünnen Ausbildung des erfindungsgemäßen Kraftsensors kann dieser beispielsweise leicht unter einem Stützelement der Liegevorrichtung, d. h. unter dem Fuß eines Bettes, oder der Matratze angeordnet werden. Bevorzugt wird jeweils ein Kraftsensor entweder unter den Füßen am Bettende (Fußende) oder am Bettkopf (Kopfende) angeordnet.Due to the very thin design of the force sensor according to the invention, this example, easily under a support element of the reclining device, d. H. be placed under the foot of a bed, or the mattress. In each case, a force sensor is preferably arranged either under the feet at the end of the bed (foot end) or at the bed head (head end).

Die Abmaße des erfindungsgemäßen Kraftsensors können in der X-Y-Ebene, die in 1 gezeigt ist, so dimensioniert sein, dass ein einziger Kraftsensor unter beiden Füßen des Bettes am Fuß- oder Kopfende angeordnet werden kann.The dimensions of the force sensor according to the invention can in the XY plane, the in 1 is shown to be dimensioned so that a single force sensor can be placed under both feet of the bed at the foot or head end.

Durch die dünne Ausbildung des erfindungsgemäßen Kraftsensors führt die Anordnung desselben unter den Füßen zu keiner gravierenden Veränderung der Neigung der Bettoberfläche, auf der eine Person liegt.Due to the thin design of the force sensor according to the invention, the arrangement of the same under the feet leads to no serious change in the inclination of the bed surface on which a person lies.

Außerdem kann eine Veränderung dieser Oberfläche dadurch verhindert werden, dass unter allen Füßen des Bettes ein erfindungsgemäßer Kraftsensor angeordnet wird.In addition, a change in this surface can be prevented by placing an inventive force sensor under all feet of the bed.

Wie oben erläutert, können mehrere erfindungsgemäße Kraftsensoren mit der Steuereinheit vorzugsweise in Form einer Master-Slave-Hierarchie verbunden werden. Jeder einzelne Kraftsensor ist mit der Steuereinheit über die Kommunikationseinheit verbunden.As explained above, a plurality of force sensors according to the invention may be connected to the control unit preferably in the form of a master-slave hierarchy. Each individual force sensor is connected to the control unit via the communication unit.

Hieraus ist ersichtlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Kraftsensor in Pflegeheimen, Krankenhäusern und bei der häuslichen Pflege schnell und einfach eine Anordnung geschaffen werden kann, über die hilfreiche Daten gewonnen werden können.It can be seen that with the force sensor according to the invention in nursing homes, hospitals and in home care quickly and easily an arrangement can be created over which helpful data can be obtained.

Bestimmte Vorgänge können durch ein Programm, das in der Steuereinheit ausgeführt wird, gesteuert werden. In Abhängigkeit der von den Kraftsensoren ausgegebenen Messergebnisse werden bestimmte Vorgänge gestartet oder beendet.Certain operations may be controlled by a program executed in the control unit. Depending on the measurement results output by the force sensors, certain operations are started or terminated.

Das Blockdiagramm aus 5 zeigt schematisch einen in Abhängigkeit der erkannten Gewichtskraftänderung durchgeführten Vorgang.The block diagram 5 schematically shows a performed in dependence of the detected weight force change operation.

Wenn ein Kraftsensor eine Kraftänderung ΔG bestimmt, gibt er dieses Ergebnis über die Kommunikationseinheit an die Steuereinheit aus.When a force sensor determines a force change ΔG, it outputs this result to the control unit via the communication unit.

Wenn in der Steuereinheit bei einem Vergleich S1 mit einem Sollwert Festgestellt wird, dass das ausgegebene Messergebnis diesem entspricht oder nicht entspricht, werden verschiedene Schaltausgaben S2, S3 gemacht.When it is judged in the control unit in a comparison S1 with a target value that the output measurement result is equal to or not equal to this, various switching outputs S2, S3 are made.

Auf Basis dieser Schaltausgaben S2, S3 wird ein bestimmter Vorgang gestartet oder beendet.On the basis of these switching outputs S2, S3, a specific process is started or terminated.

Der erwähnte Sollwert kann zum Beispiel eine Gewichtskraft angeben, die auf die Platte des Kraftsensors wirkt, wenn sich eine Person in dem Bett befindet.The mentioned set value may for example indicate a weight force applied to the plate of the Force sensor acts when a person is in the bed.

Wenn der Vergleich ergibt, dass die gesamte auf den/die Kraftsensor(en) wirkende Kraft größer als der Sollwert ist, bedeutet das, dass sich eine Person in dem Bett befindet. Wenn hier entgegen eine dahingehende Schaltausgabe S3 gemacht wird, dass die gesamte Gewichtskraft kleiner als der Sollwert ist, wird bestimmt, dass sich keine Person in dem Bett befindet.If the comparison shows that the total force acting on the force sensor (s) is greater than the setpoint, it means that a person is in the bed. Here, if a pending switching output S3 is made that the total weight is less than the target value, it is determined that no person is in the bed.

Hierauf beruhend kann die Steuereinheit einen bestimmten Vorgang starten. Beispielsweise kann ab der Bestimmung, dass sich keine Person in dem Bett befindet, eine Zeitmessung begonnen werden, über die die seit der Gewichtskraftänderung vergangene Zeit bestimmt wird. Wenn nach Ablauf einer gewissen Zeit keine weitere Gewichtskraftänderung, die angibt, dass sich die Person mit gutvergleichbarem bzw. gleichem Gewicht wieder ins Bett gelegt hat, erkannt wird, gibt die Steuereinheit eine Warnmeldung über die Funkverbindung 11 aus. Eine solche Warnmeldung kann den Inhalt haben, dass die entsprechende hilfsbedürftige Person das Bett verlassen hat und voraussichtlich nicht in der Lage ist, in selbiges zurückzukehren. Grund hierfür kann ein Sturz der Person sein. Wenn andererseits innerhalb der bestimmten Zeit festgestellt wird, dass die Person ins Bett zurückgekehrt ist, wird keine Warnmeldung ausgegeben. Wie hieraus ersichtlich ist, können kritische Situationen mit einer solchen Fernüberwachung leicht und einfach erkannt werden, weshalb z. B. Pflegepersonal in Pflegeheimen oder bei der häuslichen Pflege entlastet werden kann.Based on this, the control unit can start a certain process. For example, starting from the determination that no person is in the bed, a time measurement can be started over which the time elapsed since the weight force change is determined. If, after a certain period of time, no further change in the weight force, which indicates that the person with good comparable or the same weight has returned to bed, is detected, the control unit issues a warning message about the radio connection 11 out. Such a warning may have the content that the person in need has left the bed and is unlikely to be able to return to the bed. Reason for this can be a fall of the person. On the other hand, if it is determined within the specified time that the person has returned to bed, no warning message will be issued. As can be seen, critical situations can be easily and easily detected with such remote monitoring, which is why z. As nurses in nursing homes or home care can be relieved.

Weiterhin können beispielsweise die erfassten Messdaten mit einer Tageszeit und/oder dem Datum zusammen erfasst werden. Hierauf beruhend kann dann die Zeitmessung entsprechend angepasst werden. Untertags kann das Verlassen des Bettes der Person verschiedene unterschiedliche Gründe haben. Beispielsweise kann die Person das Bett verlassen, um sich im Bad zu waschen oder um einem ärztlich angeordneten Verlassen des Bettes Folge zu leisten. Dies erfordert erfahrungsgemäß mehr Zeit als ein Stuhlgang in der Nacht, weshalb obige Warnmeldung erst nach Ablauf einer längeren Zeit ausgegeben wird. Außerdem können die mit der Tageszeit- und/oder der Datumsangabe versehenen Daten dazu dienen, eine bestimmte Zeitdauer, wie z. B. das Verlassen des Bettes an einem Tag, zu berechen.Furthermore, for example, the acquired measurement data can be recorded together with a time of day and / or the date. Based on this, then the time measurement can be adjusted accordingly. During the daytime, leaving the person's bed can have a variety of different reasons. For example, the person may leave the bed to wash himself in the bathroom or to follow a doctor's leave the bed. Experience has shown that this requires more time than a bowel movement at night, which is why the above warning message is issued only after a longer period of time. In addition, the data provided with the time of day and / or the date can be used to a certain period of time, such. B. leaving the bed in a day to calculate.

Bevorzugt kann die Steuerung auch in Abhängigkeit von personenbezogenen Daten durchgeführt werden. Z. B. kann vorweg in der Steuereinheit eingestellt werden, dass die Person demenzkrank ist. Auf Basis dieser Information gibt die Steuereinheit sofort eine Warnmeldung aus, wenn bestimmt wird, dass die Person das Bett verlassen hat, weil die Wahrscheinlichkeit sehr groß ist, dass sie nicht wieder ins Bett zurückfinden Wird. Das Pflegepersonal kann dann sofort reagieren.Preferably, the control can also be carried out as a function of personal data. For example, it may be set beforehand in the control unit that the person is suffering from dementia. Based on this information, the control unit immediately issues a warning message when it is determined that the person has left the bed because of the likelihood that they will not find their way back to bed. The nursing staff can then respond immediately.

Über mehrere Kraftsensoren kann außerdem bestimmt werden, ob sich eine Person in dem Bett gedreht hat oder nicht. Für eine solche Bestimmung ermittelt die Steuereinheit, dass sich die Gewichtskraft, die auf einzelne Kraftsensoren wirkt, von einem auf den anderen Kraftsensor verlagert hat. Hieraus kann geschlossen werden, dass sich die in dem Bett liegende Person gedreht hat. Nach dem Feststellen einer Drehung der Person in dem Bett kann beispielsweise ebenfalls eine Zeitmessung gestartet werden, über die ermittelt wird, dass sich die Person in dem Bett in regelmäßigen Abständen dreht. Hieraus kann zum Beispiel geschlossen werden, dass die Person noch lebt oder sich zur Vermeidung von Druckstellen am Körper ausreichend bewegt. Außerdem kann über das oben erwähnte Protokollieren der Verläufe der Gewichtskraftänderung abgeschätzt werden, ob bestimmte Tätigkeiten (z. B. Waschen, Massage etc.) an der Person durchgeführt wurden.It can also be determined via several force sensors whether a person has turned in the bed or not. For such determination, the control unit determines that the weight acting on individual force sensors has shifted from one force sensor to another. From this it can be concluded that the person lying in the bed has turned. For example, after detecting a person's turn in the bed, a time measurement may also be started to determine that the person in the bed is rotating at regular intervals. From this it can be concluded, for example, that the person is still alive or moves sufficiently to avoid pressure points on the body. In addition, it can be estimated via the above-mentioned logging of the progressions of the weight force change, whether certain activities (eg, washing, massage, etc.) were performed on the person.

Weiterhin können über das Vorsehen verschiedener Sollwerte mehrere mögliche Tätigkeiten abgeschätzt werden. Z. B. kann ein Sollwert, der angibt, dass das Kopfteil des Bettes aufgestellt wurde, gespeichert sein. Wenn eine Kraftmessung unter Verwendung des Sollwertes ergibt, dass das Kopfteil aufgestellt wurde, kann daraus eine mögliche Nahrungsaufnahme (Frühstück, Mittag- oder Abendessen) geschlossen werden.Furthermore, several possible activities can be estimated by providing different setpoints. For example, a set point indicating that the headboard of the bed has been set up may be stored. If a force measurement using the target value shows that the headboard has been set up, it can be used to close a possible food intake (breakfast, lunch or dinner).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0696782 A1 [0003] EP 0696782 A1 [0003]

Claims (24)

Kraftsensor umfassend eine erste bei bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kraftsensors verformungssteife Platte mit einer ersten Seite, auf die die zu erfassende Kraft auszuüben ist, und einer zweiten Seite, auf der mindestens ein kraftsensitives Sensorelement erhaben angeordnet ist.A force sensor comprising a first deformation-resistant plate when the intended use of the force sensor has a first side, on which the force to be detected is to be exerted, and a second side, on which at least one force-sensitive sensor element is arranged raised. Kraftsensor gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Seite der ersten Platte in verschiedene Abschnitte unterteilt ist und mindestens einem Abschnitt ein kraftsensitives Sensorelement zugeordnet ist, wodurch die auf die erste Seite der ersten Platte ausgeübte Kraft über die Messergebnisse der Sensorelemente feststellbar ist.The force sensor according to claim 1, wherein the second side of the first plate is divided into different sections and at least one section is associated with a force-sensitive sensor element, whereby the force exerted on the first side of the first plate can be detected via the measurement results of the sensor elements. Kraftsensor gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Seite eine rechteckige Fläche aufweist und, bei Aufteilung der rechteckigen Fläche in neun gleichmäßige Abschnitte, jeweils einem äußeren Eckabschnitt und einem Mittenabschnitt ein Sensorelement zugeordnet ist.A force sensor according to claim 1, wherein the second side has a rectangular area and, when the rectangular area is divided into nine uniform portions, one outer corner portion and one center portion each have a sensor element associated therewith. Kraftsensor gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Seite eine rechteckige Fläche aufweist und, bei Aufteilung der rechteckigen Fläche in neun gleichmäßige Abschnitte, drei äußeren Eckabschnitten jeweils ein Sensorelement zugeordnet ist.A force sensor according to claim 1, wherein the second side has a rectangular area and, when dividing the rectangular area into nine equal sections, three outer corner sections are each assigned a sensor element. Kraftsensor gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Seite eine rechteckige Fläche aufweist und, bei Aufteilung der rechteckigen Fläche in zwölf gleichmäßige Abschnitte, einem äußeren Eckabschnitt und zwei Mittenabschnitten jeweils ein Sensorelement zugeordnet ist.A force sensor according to claim 1, wherein the second side has a rectangular area and, when dividing the rectangular area into twelve uniform portions, one outer corner portion and two center portions are each assigned a sensor element. Kraftsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement ein kraftabhängiger Widerstand ist.Force sensor according to one of the preceding claims, wherein the sensor element is a force-dependent resistor. Kraftsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement eine Kontaktmatte aufweist, in der ein optischer Lichtwellenleiter verläuft, und die auf die erste Seite ausgeübte Kraft über eine Änderung der Transmission oder Modenänderung eines in dem Lichtwellenleiter laufenden Lichtes feststellbar ist.Force sensor according to one of the preceding claims, wherein the sensor element comprises a contact mat, in which an optical waveguide extends, and the force exerted on the first side force is detectable via a change in the transmission or mode change of a running light in the optical waveguide. Kraftsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftsensor eine zweite Platte aufweist, die derart angeordnet ist, dass das mindestens eine Sensorelement sich zwischen der ersten und zweiten Platte befindet.A force sensor according to any one of the preceding claims, wherein the force sensor comprises a second plate arranged such that the at least one sensor element is located between the first and second plates. Kraftsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder zweite Platte eine Dicke aufweist, die sehr viel kleiner als der Umfang der ersten und/oder zweiten Platte ist und die erste und/oder zweite Platte aus einem Material mit hoher Steifigkeit gebildet ist.A force sensor according to any one of the preceding claims, wherein the first and / or second plate has a thickness which is much smaller than the circumference of the first and / or second plate and the first and / or second plate is formed of a material having high rigidity , Kraftsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftsensor eine Auswertungseinheit zur Ermittlung eines Messergebnisses und eine Kommunikationseinheit zur Ausgabe des Messergebnisses aufweist.Force sensor according to one of the preceding claims, wherein the force sensor has an evaluation unit for determining a measurement result and a communication unit for outputting the measurement result. Kraftsensor gemäß Anspruch 10, wobei die Auswertungseinheit und die Kommunikationseinheit zwischen der ersten und zweiten Platte angeordnet sind.A force sensor according to claim 10, wherein the evaluation unit and the communication unit are disposed between the first and second plates. Kraftsensor gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Kommunikationseinheit eingerichtet ist, das Messergebnis über eine Funkverbindung auszugeben.A force sensor according to claim 10 or 11, wherein the communication unit is arranged to output the measurement result via a radio link. Kraftsensor gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Kommunikationseinheit eingerichtet ist, das Messergebnis über eine W-LAN-Verbindung, Bluetooth®-Verbindung, oder WPAN-Verbindung auszugeben.A force sensor according to claim 10 or 11, wherein the communication unit is arranged to output the measurement result via a Wi- Fi connection, Bluetooth® connection, or WPAN connection. Kraftsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftsensor ein wasserdichtes Hüllelement aufweist, das mindestens die erste Platte und das mindestens eine Sensorelement einschließt.A force sensor according to any one of the preceding claims, wherein the force sensor comprises a watertight sheath member including at least the first plate and the at least one sensor element. Kraftsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die zweite Platte aus folgenden Materialien gebildet sind: Aluminium, Aluminiumlegierung, Stahl, strukturiertem Aluminium.Force sensor according to one of the preceding claims, wherein the first and / or the second plate are formed from the following materials: aluminum, aluminum alloy, steel, structured aluminum. Kraftsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die zweite Platte aus zwei Aluminiumschichten, zwischen denen sich eine periodisch gewellte Aluminiumschicht befindet, gebildet sind.Force sensor according to one of the preceding claims, wherein the first and / or the second plate of two aluminum layers, between which a periodic corrugated aluminum layer is formed. Anordnung einer Liegevorrichtung und eines Kraftsensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei mindestens ein Kraftsensor unter einem Stützelement der Liegevorrichtung angeordnet ist.Arrangement of a reclining device and a force sensor according to one of claims 1 to 16, wherein at least one force sensor is arranged under a support element of the reclining device. Anordnung gemäß Anspruch 17, wobei jeweils ein Kraftsensor unter mehreren oder jedem Stützelement der Liegevorrichtung angeordnet ist.Arrangement according to claim 17, wherein in each case a force sensor is arranged under a plurality or each support element of the lying device. Anordnung gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei die Anordnung weiterhin eine Steuereinheit aufweist, mit der der mindestens eine Kraftsensor über die Kommunikationseinheit verbunden ist.Arrangement according to claim 17 or 18, wherein the arrangement further comprises a control unit, to which the at least one force sensor is connected via the communication unit. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung gemäß Anspruch 17, 18 oder 19, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Erkennen einer Gewichtskraftänderung der Liegevorrichtung über den Kraftsensor; (b) Ausgebender erkannten Gewichtskraftänderung über die Kommunikationseinheit; (c) Durchführen eines bestimmten Vorgangs in Abhängigkeit der erkannten Gewichtskraftänderung.Method for operating an arrangement according to claim 17, 18 or 19, the method comprising the following steps: (a) detecting a weight force change of the reclining device via the force sensor; (b) Issuing detected weight force change via the communication unit; (c) performing a particular operation in response to the detected weight force change. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei in Verfahrensschritt (c) eine Zeitmessung nach dem Erkennen einer Gewichtskraftänderung gestartet und eine Warnmeldung ausgegeben wird, wenn nach Ablauf einer bestimmten Zeit, die über die Zeitmessung erfasst wird, keine weitere Gewichtskraftänderung festgestellt wird.A method according to claim 20, wherein in step (c) a time measurement is started after the detection of a weight force change and a warning message is issued if no further change in weight force is detected after a certain time has elapsed, which is detected via the time measurement. Verfahren gemäß 20, wobei in Verfahrensschritt (c) die Zeitmessung gestartet wird, wenn in Verfahrensschritt (a) erkannt wird, dass sich die Gewichtskraft der Liegevorrichtung verringert.Method according to FIG. 20, wherein in method step (c) the time measurement is started when it is detected in method step (a) that the weight force of the reclining device is reduced. Verfahren gemäß 20, wobei in Verfahrensschritt (c) die Zeitmessung gestartet wird, wenn in Verfahrensschritt (a) die Gewichtskraftänderung zu einer bestimmten Tageszeit festgestellt wird.Method according to 20, wherein in step (c) the time measurement is started if, in method step (a), the change in weight force is detected at a certain time of day. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei in Verfahrensschritt (c) die erkannten Gewichtskraftänderungen zusammen mit einer Tageszeitangabe und/oder einer Datumsangabe protokolliert werden.Method according to one of claims 20 to 23, wherein in step (c) the detected weight changes are logged together with a time of day and / or a date.
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