[发明专利]用于测量载荷变化的换能器装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种用于测量载荷变化的换能器装置。更具体而言，本发明涉及一种被设置在鞋底内或者鞋子镶嵌物上以用于评估施加于其上的载荷变化的换能器装置。

背景技术

本领域公知，可以借助于传感器来测量施加在表面或者体上的载荷变化。换能器将一个物理量(例如，压力)的变化定量地转换为另一个物理量(例如，电压)的变化。本发明涉及一种具有用于将载荷变化转换为电压变化的换能器的改进的换能器装置。

该传感器的一个特定实施例是所谓的力传感电阻器(FSR)。FSR在本领域是众所周知的，并且可以用于许多应用中。该力传感电阻器通常包括具有被设置于其之间的力敏感材料的至少两个电极。如果将载荷施加在FSR上，那么跨力敏感材料的电极之间的电阻会发生变化。耦合到电极的电气电路对电阻变化进行监测。

根据优选应用，为了测量在步行、跳跃以及特别是奔跑期间人施加在鞋底上的力，可以将FSR设置在鞋底内。US2010/0063778揭示了具有不同力传感电阻器的这种鞋传感器系统，该不同力传感电阻器操作地连接到电气模块。电气模块能够收集来自不同力传感电阻器的测量结果，并且能够经由通信端口向外部设备发送数据以作进一步使用。

然而，力传感电阻器具有低速响应，并且因此可以仅用于测量静态载荷变化或者准静态载荷变化。它们不足以精确地提供与用户的足部解剖(anatomy)或者步态动态有关的信息。然而，此信息在运动员监测中或者对于医疗应用(例如，足部诊断和健康预防)会是非常有用的。

技术问题

因此，本发明的目的在于，提供一种可以更加精确地测量载荷变化的换能器装置。通过如权利要求1中所要求保护的换能器装置来描述该换能器装置。

发明内容

本发明涉及一种用于将载荷变化转换为一个或多个电气输出信号的换能器装置。该换能器装置包括至少一个换能器元件以及操作地连接到该换能器元件的评估单元。该换能器装置尤其可以用于医疗应用、体育休闲活动、汽车工业中用于安全应用的碰撞检测以及工业上的安全监测系统。

换能器元件包括第一换能器与第二换能器的组合。评估单元包括：

第一评估电路，该第一评估电路关联到将静态载荷变化或者准静态载荷变化转换为第一输出信号的第一换能器，该静态载荷变化或者准静态载荷变化包括>0.1sec的典型时间帧，

第二评估电路，该第二评估电路关联到用于将高动态载荷变化转换为第二输出信号的第二换能器，该高动态载荷变化通常是比准静态信号变化快10-100倍的因子，以及

输出电路，该输出电路操作地连接到第一评估电路和第二评估电路，以输出第一电气输出信号和/或第二电气输出信号。

由于此换能器装置，可以以较高的精度来测量载荷变化。

本发明具体涉及(但并非排他地)一种换能器元件，其中，第一换能器或/和第二换能器是基于箔的。第一换能器和第二换能器可以具体化为(例如至少在其特定位置处层合在一起的)若干箔的多层装置。由于箔的柔韧性、轻和薄，可以将其设置在多种不同的材料上或者多种不同的材料内。

根据本发明的特定的有利的实施例，第一换能器是箔型压力传感器。该箔型压力传感器包括：

第一载体箔，

第二载体箔，该第二载体箔通过被设置在第一载体箔与第二载体箔之间的一个或多个间隔体与第一载体箔隔离，以及

至少两个电极和压力敏感材料层，该至少两个电极和该压力敏感材料层被设置在第一换能器的有效区域中。该压力敏感材料连接第一电极和第二电极。

响应于作用在有效区域上的载荷变化，第一载体箔向第二载体箔靠近，并且跨第一电极与第二电极之间的压力敏感材料层建立电气接触，以使得第一电极与第二电极之间所测量的电阻改变。间隔体可以由海绵或者可以在压力下压缩并且在压缩之后恢复其初始尺寸的任意其它材料制成。

根据本发明的优选实施例，第一电极设置在第一载体箔上，第一电极面向被设置在第二载体箔上的第二电极。压力敏感材料层覆盖箔型压力传感器的有效区域中的第一电极和/或第二电极，并且将第一电极连接到第二电极。响应于作用在箔型压力传感器的有效区域上的压力，第一电极向第二电极靠近，并且跨压力敏感材料(其被设置在电极之间)的电极之间的电阻改变。通过操作地连接到第一电极和第二电极的评估电路来测量电阻变化。