DE3227550A1

DE3227550A1 - Capacitive pressure distribution measuring mat

Info

Publication number: DE3227550A1
Application number: DE19823227550
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Brunner (FH), 8999 Maierhöfen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1983-01-13

Abstract

In order to reduce disturbing influences in the case of capacitive pressure distribution measuring mats and in order to achieve an increase in the measuring sensor density which is made possible as a result in each case one network having two diodes and one resistor are fitted on each of the rows of a capacitor matrix on the side of the measuring mat from which the measured voltage is directed away. Furthermore, an impedance converter and a further resistor are fitted on the measuring mat. As a result of the impedance conversion of the measured signal which can be achieved in this way and the control of the rows by low-resistance DC voltage sources, disturbances which are caused by the intrinsic capacitance of the connecting leads are prevented. Rows which are not addressed can be connected to a fixed potential by means of this arrangement which prevents adjacent rows influencing the respective measuring row. Surface voltages on the loaded side of the measuring mat are reduced by the use of conductive silicon-rubber strips. These strips act as capacitor plates which are conductively connected to one another in the form of columns. The measuring mat is screened by a conductive silicon-rubber film.

Description

Kapazitive DruckverteilungsmeßmatteCapacitive pressure distribution mat

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Druckverteilungsmeßmatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a capacitive pressure distribution measuring mat according to the preamble of claim 1.

Stand der Technik Kapazitive Druckverteilungsmeßmatten bestehen aus einer Vielzahl von einzelnen Kondensatoren, von denen jeder durch die Verwendung eines elastischen Dielektrikums als Druckmeßfühler wirkt..State of the art Capacitive pressure distribution measuring mats consist of a variety of individual capacitors, each of which through the use an elastic dielectric acts as a pressure sensor.

Um nicht jeden Kondensator einzeln beschalten zu müssen was eine große Anzahl von Zuleitungsadern zur Folge hätte, wird das Dielektrikum beidseitig mit Längs- bzw. querliegenden elektrisch leitenden Streifen aus Metallfolie oder metallisierter Kunststoffolie beschichtet. Jede Kreuzungsfläche dieser Matrix bildet einen Kondensator.In order not to have to wire each capacitor individually, which was a big one Number of lead wires would result, the dielectric is on both sides with Longitudinal or transverse electrically conductive strips made of metal foil or metallized Plastic film coated. Each intersection of this matrix forms a capacitor.

Die einzelnen Druckmeßkondensatoren werden nacheinander so abgefragt, daß z.B. auf je eine der Spalten eine Wechselspannung angelegt und an jeweils einer Zeile abgenommen wird. Die Durchsteuerung der einzelnen Zeilen und Spalten sowie die Verarbeitung des Meßsignals erfolgt mittels einer separaten Multiplex- und Meßelektronik.The individual pressure measuring capacitors are queried one after the other in such a way that that e.g. an alternating voltage is applied to one of the columns and to one each Line removed will. The control of the individual lines and Splitting and processing of the measurement signal is carried out by means of a separate multiplex and measurement electronics.

Die nicht an die Wechselspannung angeschlossenen Spalten werden, um Beeinflussungen benachbarter Druckmeßkondensatoren zu vermeiden, an ein festes Potential gelegt.The columns not connected to the AC voltage are in order to To avoid influencing neighboring pressure measuring capacitors at a fixed potential placed.

Literatur: Nicol K. und' Henning E., A -Time Depend.ent Method for Measuring Force Disribution Using a Flexible Mat as a Capasitor, in: P.Komi' (Hrsg.) Biomechanics V-B, Baltimore:-University Park Press 1976 (S.433 - 440) NachteiLe der bisher bekannten Ausführungen Während die Wechselspannung bzw. die Gleichspannungen mit niederohmigen Spannungsquellen auch über längere Zuleitungen z.B. auf- die Oberseite der Meßmatte störungsfrei aufgescha-ltet werden können, sind die von der Unterseite der Druckverteilungsmeßmatte weg-führenden Meßsignale besonders störanfällig gegen Änderungen der Eigenkapazität der Verbindungsleitungen zur Meßelektronik.Literature: Nicol K. and Henning E., A-Time Depend.ent Method for Measuring Force Disribution Using a Flexible Mat as a Capasitor, in: P.Komi '(Ed.) Biomechanics V-B, Baltimore: -University Park Press 1976 (p.433 - 440) Disadvantages of the previously known designs While the alternating voltage or the direct voltages with low-resistance voltage sources also via longer supply lines, e.g. on the top the measuring mat can be peeled on without interference, are those from the underside the measurement signals leading away from the pressure distribution measuring mat are particularly susceptible to interference Changes in the intrinsic capacitance of the connecting lines to the measuring electronics.

Die Größe dieser Eigenkapazitätsänderung, die sich z.B.The size of this self-capacitance change, which is e.g.

durch eine Bewegung der Anschlußleitungen ergibt, kann bei entsprechend kleinen Meßkondensatoren um ein vielfaches höher sein als die zu messende Kapazitätsänderung der Druckmeßkondensatoren.results from a movement of the connecting lines, can with accordingly small measuring capacitors many times higher than the change in capacitance to be measured the pressure measuring capacitors.

Da die Eigenkapazität der Anschlußleitungen von deren Länge abhängt ändert sich hiermit auch die Größe des Meßsignals.Since the self-capacitance of the connecting cables depends on their length this also changes the size of the measurement signal.

Bei Belastung der Meßmatte tritt -auf deren Oberseite ein Durchhängeeffekt entlang der relativ unelastischen Folienstreifen auf, wodurch- sich eine mechanische Beeinflussung nicht belasteter Druckmeßfühler ergibt. Das macht sich besonders bei einer hohen Meßfühlerdichte bemerkbar.When the measuring mat is loaded, a sagging effect occurs on its upper side along the relatively inelastic film strips, whereby a mechanical Influence of unloaded pressure sensors results. This is especially useful for noticeable with a high sensor density.

Durch diese Störeinflüsse sind einer möglichen Verkleinerung der Druckmeßkondensatoren bzw. einer Erhöhung der Meßfühlerdichte Grenzen gesetzt.These interfering influences are a possible reduction in size of the pressure measuring capacitors or an increase in the probe density limits.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Druckverteilungsmessmatte, bei der Störungen der Meßsignale durch die Anschlußleitungen sowie die gegenseitige Beeinflussung der Messfühler weitgehend ausgeschlossen sind.OBJECT AND ADVANTAGES OF THE INVENTION The object of the invention is to create a pressure distribution measuring mat in which the measuring signals are disturbed by the connection lines as well as the mutual influence of the measuring sensors are largely excluded.

Dies wird. erreicht durch das Aufbringen von einem elektrischen Netzwerk, bestehend aus zwei Dioden und einem Widerstand, auf jede Zeile vorzugsweise der Unterseite der Meßmatte, sowie der Aufbringung eines Impedanzwandlers und eines weiteren Widerstandes auf die Druckverteilungsmeßmatte.This will. achieved by applying an electrical network, consisting of two diodes and a resistor, preferably the one on each line Underside of the measuring mat, as well as the application of an impedance converter and one further resistance on the pressure distribution measuring mat.

Damit kann direkt am Abgriff der Kondensator zeilen eine Impedanzwandlung vorgenommen werden, wodurch Störeinflüsse verursacht durch die Anschlußleitungen,. verhindert werden.This means that an impedance conversion can be carried out directly at the tap of the capacitor lines be made, whereby interference caused by the connecting lines. be prevented.

Ferner wird dadurch ermöglicht auch die Zeilen, bei denen gerade kein Meßsignal abgegriffen wird, auf ein festes Potential zu legen. Dies verhindert kapazitive Beeinflussungen der Nachbarzeilen auf die Meßzeile.This also enables the lines for which there is currently no Measurement signal is tapped to put on a fixed potential. This prevents capacitive Influences of the neighboring lines on the measuring line.

Durch diese Maßnahmen kann die Meßfühlerdichte bzw. die Anzahl der Druckmeßfühler pro Fläche gegenüber bekannten Ausführungen.beträchtlich erhöht werden.Through these measures, the probe density or the number of Pressure sensors per area are considerably increased compared to known designs.

Die Dioden und Widerstände sowie der Impedanzwandler können so auf der Meßmatte untergebracht werden, daß keine wesentlichen Beeinträchtigungen gegenüber bekannten Ausführungen in Bezug auf die Flexibilität sowie den äußeren Abmessungen auftreten.The diodes and resistors as well as the impedance converter can so on the measuring mat can be accommodated so that there are no significant impairments known designs in terms of flexibility and external dimensions appear.

Die mechanischen Beeinflussungen der nicht belasteten Druckmeßkondensatoren durch einen Durchbängeeffekt der Folienstreifen werden dadurch vermindert, daß auf der Oberseite des ' Dielektrikums elektrisch leitfähige Silikonkautschukstreifen verwendet werden. Ferner kann eine Abschirmung aus einer leitfähigen Silikonkautschukfolie auf der Meßmatte angebracht werden.The mechanical influences of the unloaded pressure measuring capacitors by a sagging effect of the film strips are reduced by the fact that on the top of the 'dielectric is electrically conductive silicone rubber strips be used. A shield made of a conductive silicone rubber film can also be used be attached to the measuring mat.

Die Druckverteilungsmeßmatte eignet sich u.a. für Messungen in der Orthopädiemedizin, z.B. um die Druckverteilungen an der Fußsohle des Menschen zu quantifizieren.The pressure distribution mat is suitable for measurements in the Orthopedic medicine, e.g. to reduce the pressure distribution on the soles of the feet quantify.

Es ist mit der- Erfindung möglich, Auflösungen von 10 - 20 Meßfühlern pro Quadratzentimeter zu erziehlen.It is possible with the invention, resolutions of 10-20 sensors to achieve per square centimeter.

Beschreibung des Funktionsprinzips Die Zeichnung zeigt die Verschaltung der Meßmatte mit neun Meßkondensatoren, wobei sich deren Anzahl praktisch beliebig w erweitern läßt. Die Dioden Dl - D6 und die Widerstände Rl-R3 sorgen für die Auswahl der Zeile der Kondensatormatrix, von der die Meßspannung abgenommen und auf den Widerstand R4 und den Impedanzwandler.V gesc;haltet wird.Description of the functional principle The drawing shows the interconnection the measuring mat with nine measuring capacitors, the number of which is practically arbitrary w can expand. The diodes Dl - D6 and the resistors Rl-R3 ensure the selection the row of the capacitor matrix from which the measurement voltage is taken and transferred to the Resistor R4 and the impedance converter V is held.

Sie sorgen auch für das Aufschalten eines festen Potentials auf die nicht angesprochenen Zeilen.They also ensure that a fixed potential is applied to the unaddressed lines.

Die Funktionsweise soll im einzelnen bei angeschaltetem Druckmeßkondensator C1 erklärt werden. Alle anderen Meßkondensatoren sollen abgeschaltet sein.The mode of operation should in detail with the pressure measuring capacitor switched on C1 can be explained. All other measuring capacitors should be switched off.

Wie bei herkömmlichen Meßmatten wird hierzu auf Punkt a eine Wechselspannung gelegt; die beiden Punkte b und c werden mit einer Gleichspannung beschaltet.As with conventional measuring mats, an alternating voltage is applied to point a placed; the two points b and c are connected to a DC voltage.

-Das Meßsignal wird zeilenförmig abgenommen. Von den Dioden D4 - D6 wird jeweils eine,'in diesem Falle D4, durchgeschaltet. Dies geschieht dadurch, daß auf Punkt d eine positive Gleichspannung gelegt wird, die größer ist als +UR. Hierdurch sperrt die Diode D1. Es ergibt sich einmal ein Spannungsteiler mit der Gleichspannung +UR über R1, D4, R4 und zum anderen mit der Wechselspannung von Punkt a über C1, D4, R4. Am Punkt (4) kann eine mit der Meßwechselspannung überlagerte Gleichspannung abgenommen und nach dem Impedanzwandler über Punkt g zur Meßelelektromik übertragen werden.-The measurement signal is taken in lines. From diodes D4 - D6 one, 'in this case D4, is switched through. This is done by that a positive DC voltage is applied to point d, which is greater than + UR. Through this blocks the diode D1. There is once a voltage divider with the direct voltage + UR via R1, D4, R4 and on the other hand with the alternating voltage from point a via C1, D4, R4. At point (4), an alternating measurement voltage can be superimposed DC voltage removed and after the impedance converter via point g to Messelelektromik be transmitted.

Das Sperren der Dioden D5 und D6 ergibt sich durch die Aufschaltung von Massepotential- auf die Punkte e und f.The blocking of diodes D5 and D6 results from the connection from ground potential to points e and f.

Dadurch werden die Dioden D2 und D3 über die Widerstände R2 und R3 leitend und bringen ein Potential der Große ihrer Diffusionsgleichspannung auf die Punkte (2) und (3).This causes the diodes D2 and D3 to cross the resistors R2 and R3 conductive and bring a potential the size of their diffusion DC voltage to the Points (2) and (3).

Claims

Claims: Capacitive pressure distribution measuring mat for high sensor density, especially with low interference on the connecting lines, consisting of a capacitor matrix with an electrical network attached to each row as well as an impedance converter, d u r c h e k e n ri z e i c h n e t that each this network consists of two diodes and a resistor and that these together the side of the measuring mat with an impedance converter and another resistor form, from which the measuring voltage is taken.

2. Capacitive pressure distribution mat for high sensor density, d a d u r-c h e k e n n n z e i c h n e t that the columns of the page on which the AC voltage is switched on, made of electrically conductive silicone rubber film strips consist and that the shielding of the pressure distribution measuring mat consists of a conductive Consists of silicone rubber sheet.