DE102011076219A1 - Arrangement for performing contactless detection of moisture in e.g. commercial diaper, has oscillating circuit directly stitched on or into incontinence material that is releasably arranged on or in support material - Google Patents
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Abstract
Description
Die automatische Detektion von Körperausscheidungen bietet insbesondere im Heil- und Pflegebereich eine oft gewünschte Erleichterung. Jedoch auch in privaten Haushaltungen kann eine solche Detektion eine Erleichterung bei der Pflege alter Menschen oder der Babypflege bieten. Um eine leichte Handhabbarkeit zu gewährleisten, bietet es sich an, die Detektionsmittel in den Inkontinenzschutz, bspw. die Windeln, zu integrieren. Insbesondere der Einsatz von Wegwerfartikeln, der sich in den letzten Jahrzehnten durchgesetzt hat, impliziert dann auch die Wegwerfbarkeit des Detektionsmittels. Es hat eine Reihe von Ansätzen gegeben, um kostengünstige zuverlässige Sensoren für dieses Einsatzgebiet zu entwickeln.The automatic detection of body exudates offers an often desired relief, especially in the healing and care sector. However, even in private households, such detection can provide relief in caring for the elderly or caring for the baby. To ensure easy handling, it makes sense to integrate the detection means in the incontinence, for example, the diapers. In particular, the use of disposable articles, which has prevailed in recent decades, then implies the disposability of the detection means. There have been a number of approaches to developing cost-effective, reliable sensors for this application.
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Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Sensoranordnung vorzustellen, die neben geringen Kosten und einer hohen Detektionssicherheit auch eine hohe technische Sicherheit und gute Handhabbarkeit liefert.It is therefore the task of presenting a sensor arrangement which, in addition to low costs and high detection reliability, also provides high technical safety and good handleability.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit der Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen offenbart.According to the invention the object is achieved with the arrangement according to
Die erfindungsgemäße Anordnung sieht vor, das Inkontinenzmaterial mit einem oder mehreren Sensoren zu versehen, die auf die Außenseite des Inkontinenzmaterial aufgestickt werden oder auf eine oder mehrere Zwischenlagen des Inkontinenzmaterials gestickt sind oder auf ein Trägermaterial aufgestickt sind, dass auf dem Inkontinenzmaterial aufgeklebt, lösbar an dieses angeheftet oder in dieses eingesteckt wird.The arrangement according to the invention provides for the incontinence material to be provided with one or more sensors which are embroidered on the outside of the incontinence material or embroidered on one or more intermediate layers of the incontinence material or embroidered on a carrier material which is adhesively attached to the incontinence material and detachable therefrom attached or plugged into this.
Bei dem Inkontinenzmaterial handelt es sich um handelsübliche Windeln oder sonstige, meist mehrlagig ausgeführte Umschläge zur Aufnahme der vom Patienten (Träger des Inkontinenzmaterials) abgesonderten Exkremente.The incontinence material is a commercially available diaper or other, usually multi-layered envelopes for receiving excrement secreted by the patient (wearer of the incontinence material).
Die Anordnung zur kontaktlosen Detektion von Feuchtigkeit in Inkontinenzmaterial weist einen Resonanzsensor mit einem Schwingkreis auf. Dieser Schwingkreis besteht aus einem leitfähigen fadenförmigen Träger und ist als durchgehende Struktur ausgebildet. Sowohl die Spulenstruktur als auch die Kondensatorstruktur des Schwingkreises werden durch den fadenförmigen Träger ausbildet. Dieser ist direkt auf oder in das Inkontinenzmaterial gestickt oder auf ein Trägermaterial gestickt ist, dass an oder in dem Inkontinenzmaterial angeordnet ist.The arrangement for the contactless detection of moisture in incontinence material has a resonance sensor with a resonant circuit. This resonant circuit consists of a conductive thread-like carrier and is formed as a continuous structure. Both the coil structure and the capacitor structure of the resonant circuit are formed by the filamentary carrier. This is embroidered directly on or in the incontinence material or embroidered on a carrier material that is arranged on or in the incontinence material.
Der Sensor besteht aus einem gestickten Metalldraht oder einem gestickten metallisierten Trägermaterial, bspw. einem Garn mit eingesponnenen leitfähigen Fasern oder einer leitfähigen Beschichtung auf diesem Garn oder einem sonstigen fadenförmigen Trägermaterial (fadenförmiger Träger). Der Sensor arbeitet nach dem Prinzip des Schwingkreises und weist dazu eine Spulenstruktur und eine Kondensatorstruktur auf. Vorzugsweise werden Spulenstruktur und Kondensatorstruktur durch einen gemeinsamen fadenförmigen Träger realisiert. Zur Ausbildung der Spulenstruktur wird der fadenförmige Träger dazu in Form einer Spirale oder einer sonstigen mäandernden oder anderweitig ineinander verschlungenen Struktur gestickt. Die Ausbildung der Kondensatorstruktur erfolgt, indem die beiden Enden des fadenförmigen Trägers, die zu der Spulenstruktur führen über eine Strecke parallel geführt gestickt werden. Der Eintritt von Feuchtigkeit in das Inkontinenzmaterial wird erkannt, wenn Feuchtigkeit in die Kondensatorstruktur eintritt und dabei durch Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Inkontinenzmaterials eine Verschiebung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises hervorruft.The sensor consists of an embroidered metal wire or an embroidered metallized carrier material, for example a yarn with spun conductive fibers or a conductive coating on this yarn or another thread-like carrier material (thread-like carrier). The sensor operates on the principle of the resonant circuit and has a coil structure and a capacitor structure for this purpose. Preferably, coil structure and capacitor structure are realized by a common thread-shaped carrier. To form the coil structure of the thread-like carrier is embroidered in the form of a spiral or other meandering or otherwise intertwined structure. The formation of the capacitor structure is carried out by the two ends of the thread-shaped carrier, which lead to the coil structure are guided over a distance in parallel embroidered. The entry of moisture into the incontinence material is detected when moisture enters the capacitor structure causing a shift in the resonant frequency of the resonant circuit by altering the dielectric constant of the incontinence material.
Der fadenförmige Träger ist als durchgehende Struktur ausgebildet, d. h. er ist bereits vor dem Aufsticken auf das Inkontinenzmaterial in seiner gesamten Länge vorgefertigt und wird durch den Stickprozess in den vorgesehenen Verläufen als Spulen- bzw. Kondensatorstruktur fixiert. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der fadenförmige Träger aus einem Draht geeigneter Leitfähigkeit, der mit einer Isolation versehen ist. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen Kupferdraht mit Lackisolation, dessen Durchmesser vorzugsweise im Bereich von 0,025 mm und 0,1 mm liegt.The thread-like carrier is formed as a continuous structure, i. H. it is prefabricated in its entire length before embroidering on the incontinence material and is fixed by the embroidery process in the intended courses as a coil or capacitor structure. In a preferred embodiment, the thread-like support consists of a wire of suitable conductivity, which is provided with an insulation. Particularly preferred is a copper wire with lacquer insulation, whose diameter is preferably in the range of 0.025 mm and 0.1 mm.
Vorzugsweise liegt die Gesamtlänge des fadenförmigen Trägers im Bereich von ca. 2500 mm bis ca. 4000 mm, wobei die Spule bevorzugt flächig als Spirale mit einem Durchmesser von z.B. innen 25 mm und außen 55 mm ausgeführt ist, wobei die bevorzugt 8 bis 12 Windungen der Spule vorzugsweise äquidistant angeordnet sind. Preferably, the total length of the thread-like carrier is in the range of about 2500 mm to about 4000 mm, wherein the coil is preferably flat as a spiral with a diameter of e.g. inside 25 mm and outside 55 mm is executed, the preferred 8 to 12 turns of the coil are preferably arranged equidistantly.
Der Sensor erfasst über das Maß der Änderung der Resonanzfrequenz die Menge des Feuchteeintrages halbquantitativ, d.h. es wird bestimmt, ob der Feuchteeintrag groß oder weniger groß ist. Tatsächliche Mengen werden nicht bestimmt.The sensor senses, via the rate of change in the resonant frequency, the amount of moisture input semi-quantitatively, i. It is determined whether the moisture input is large or less. Actual quantities are not determined.
Der gesamte Sensor ist vorteilhaft flach ausgebildet.The entire sensor is advantageously flat.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere Resonanzstrukturen eingesetzt. Vorteilhaft werden die mehreren Resonanzstrukturen über den gesamten Umfang des Inkontinenzmaterials verteilt, so dass möglichst der gesamte Umfang überwacht und ein Austritt von Exkrementen sofort erfasst und in seinem Ausmaß bestimmt werden kann. In a preferred embodiment, multiple resonant structures are employed. Advantageously, the plurality of resonance structures are distributed over the entire circumference of the incontinence material, so that as far as possible monitors the entire circumference and a leakage of excrement can be detected immediately and determined in its extent.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor so ausgebildet, dass die beiden, die Kondensatorstruktur bildenden Enden des fadenförmigen Trägers durch alle Bereiche geführt sind, in denen mit einer Durchnässung zu rechnen ist.In a preferred embodiment, the sensor is designed such that the two ends of the filamentary carrier forming the capacitor structure are guided through all areas in which wetting is to be expected.
Der Sensor ist bevorzugt als Stickerei auf der Oberfläche des Inkontinenzmaterials angeordnet. Er kann bspw. als mit Isolationsmaterial ummantelter Draht ausgeführt sein, dem dann auch ästhetische Funktionen zugeordnet sein können. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, den oder die Sensoren in einer oder mehreren Lagen des Inkontinenzmaterials anzuordnen. So wird ein Kontakt der Haut des Patienten mit dem Sensor zuverlässig ausgeschlossen.The sensor is preferably arranged as an embroidery on the surface of the incontinence material. It may, for example, be designed as a wire coated with insulation material, which may then also be assigned aesthetic functions. Further Preferred embodiments provide for placing the sensor or sensors in one or more layers of the incontinence material. Thus, contact of the skin of the patient with the sensor is reliably excluded.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, den oder die Sensoren auf einem oder mehreren Trägermaterialien (bevorzugt Vlies) anzuordnen. Diese Trägermaterialien können dann bevorzugt lösbar auf dem Inkontinenzmaterial angeheftet werden. Dies geschieht vorteilhaft mit Klebelösungen oder klettverschlussartigen Konstruktionen. Auch das Einschieben von Trägermaterial zwischen Lagen des Inkontinenzmaterials oder in dafür vorgesehene Taschen im Inkontinenzmaterial ist vorteilhaft möglich.A further preferred embodiment provides for arranging the sensor or sensors on one or more carrier materials (preferably fleece). These carrier materials may then preferably be releasably adhered to the incontinence material. This is done advantageously with adhesive solutions or velcro-like constructions. The insertion of carrier material between layers of the incontinence material or in pockets provided in the incontinence material is advantageously possible.
Die Form und das Layout der gestickten Resonanzstruktur beeinflussen die Ansprechempfindlichkeit des Sensors.The shape and layout of the embroidered resonant structure affect the responsiveness of the sensor.
Die Resonanzstruktur des Sensors wird durch induktive Einkopplung mit Energie versorgt. The resonant structure of the sensor is powered by inductive coupling with energy.
Die Einkopplung erfolgt, indem in Bettuch, Matratze oder sonstigen Unterlagen im Lager des Inkontinenzpatienten bzw. des Babys eingestickte Antennenstrukturen und/oder eine oder mehrere Spulenanordnungen zur Energieübertragung an die Resonanzstruktur vorgesehen werden. Bevorzugt ist der mit einer Antennenstruktur versehene Teil der Unterlagen im Lager des Inkontinenzpatienten auf den Bereich begrenzt, in dem das Inkontinenzmaterial üblicherweise aufliegen kann. So werden Körperteile des Patienten, die nicht mit Inkontinenzmaterial versehen sind auch weniger dem Feld der Antennenstrukturen ausgesetzt. The coupling takes place by embedding antenna structures and / or one or more coil arrangements for transmitting energy to the resonant structure, which are embroidered in sheets, mattresses or other documents in the camp of the incontinence patient or the baby. Preferably, the part of the documents provided with an antenna structure in the camp of the incontinence patient is limited to the area in which the incontinence material can usually rest. Thus, body parts of the patient who are not provided with incontinence material are less exposed to the field of antenna structures.
Die Antennenstrukturen stehen mit einer Auswerteeinheit in Verbindung. Diese Verbindung ist vorteilhaft lösbar, bspw. durch eine Klemm-, oder Steckverbindung. Das Betttuch oder die Matratze oder sonstige Unterlage können dann konventionell gereinigt werden. Vorteilhaft weist die Auswerteeinheit eine, bevorzugt wiederaufladbare, Batterie auf, so dass das Bett des Patienten bewegt werden kann, ohne die Datenerfassung zu unterbrechen.The antenna structures are connected to an evaluation unit. This connection is advantageous solvable, for example. By a terminal or plug connection. The sheet or mattress or other pad can then be cleaned conventionally. Advantageously, the evaluation unit has a, preferably rechargeable, battery, so that the bed of the patient can be moved without interrupting the data acquisition.
Bei Erkennung eines Feuchteeintrages in das Inkontinenzmaterial verändert sich die Resonanzfrequenz der Resonanzstruktur des Sensors. Die Auswerteeinheit verändert daraufhin die Frequenz des von der Antennenstruktur ausgesandten Feldes. Aus der Stärke der notwendigen Veränderung lässt sich auf das Ausmaß des Feuchteeintrages in den Sensor schließen. Die Auswerteeinheit verarbeitet diese Information weiter und kann geeignete weitere Signale auslösen. Diese weiteren Signale können von einer einfachen Registrierung bis zur Auslösung von optischem und/oder akustischem Alarm reichen.Upon detection of a moisture entry into the incontinence material, the resonance frequency of the resonance structure of the sensor changes. The evaluation unit then changes the frequency of the field emitted by the antenna structure. From the strength of the necessary change can be concluded on the extent of moisture input into the sensor. The evaluation unit further processes this information and can trigger suitable further signals. These further signals can range from a simple registration to the triggering of visual and / or audible alarm.
Zur Reduzierung des elektromagnetischen Feldes, dem der Träger des Inkontinenzmaterials ausgesetzt ist, kann die Auswerteeinheit vorzugsweise so eingestellt werden, dass sie die Antennenstruktur nur zu bestimmten Zeiten, in vorgegebenen Zeitabständen oder auf Anforderung in Betrieb nimmt und so diskontinuierlich Messwerte erfasst. In order to reduce the electromagnetic field to which the carrier of the incontinence material is exposed, the evaluation unit can preferably be set such that it only starts the antenna structure at certain times, at predetermined time intervals or on request and thus intermittently acquires measured values.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sensor ständig mit Energie versorgt und überwacht wird, d. h. es ist eine kontinuierlicher Betrieb vorgesehen.In a further preferred embodiment it is provided that the sensor is constantly supplied with energy and monitored, d. H. there is a continuous operation provided.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass erst ab einer bestimmten Stärke des Feuchteeintrages von der Auswerteeinheit ein geeignetes Signal ausgelöst wird. Dies dient insbesondere dazu, dass Feuchtigkeitsmengen, die von dem Inkontinenzmaterial ohne weiteres aufgenommen werden, nicht zu einer Alarmmeldung führen. A preferred embodiment provides that a suitable signal is triggered by the evaluation unit only after a certain strength of the moisture entry. This serves, in particular, to ensure that quantities of moisture that are readily absorbed by the incontinence material do not lead to an alarm message.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Übertragungsfrequenzen, Energiemengen und damit auch die Reichweiten der Übertragung an der Auswerteeinheit mittels übertragener oder eingegebener Befehle verändert werden können. Dazu trägt die Auswerteeinheit vorteilhaft eine Datenverarbeitungseinheit mit zugeordneter Speichereinheit. A preferred embodiment provides that the transmission frequencies, amounts of energy and thus also the ranges of transmission at the evaluation unit can be changed by means of transmitted or entered commands. For this purpose, the evaluation unit advantageously carries a data processing unit with assigned memory unit.
Vorteilhaft speichert die Auswerteeinheit im Zeitverlauf Zwischenwerte der Sensordaten ab und übermittelt diese regelmäßig, auf Anforderung oder beim Überschreiten von Grenzwerten an nachgeschaltete Datenverarbeitungsanlagen.Advantageously, the evaluation unit stores intermediate values of the sensor data over time and transmits them regularly, on request or when limit values are exceeded, to downstream data processing systems.
Als besonders vorteilhaft an dem offenbarten Sensor ist anzusehen, dass der einfache Aufbau eine sehr preisgünstige Herstellung und damit die Verwendung in Einwegprodukten ermöglicht. Darüber hinaus kommt der Patient nicht mit stromführenden Teilen oder Batterien bzw. Akkumulatoren in Berührung. To be regarded as particularly advantageous in the disclosed sensor is that the simple structure allows a very inexpensive production and thus the use in disposable products. In addition, the patient does not come in contact with live parts or batteries or accumulators.
Ausführungsbeispielembodiment
Ein Sensor aus einem 4000 mm langen Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,1 mm und einer Lackisolation wird in der Form einer planaren Spule mit 12 Windungen und einem Durchmesser von 55 mm auf ein textiles Trägermaterial gestickt und am Inkontinenzmaterial befestigt. Bei dem Inkontinenzmaterial handelt es sich um eine handelsübliche Windel des Herstellers SCA Hygiene Products GmbH mit der Bezeichnung „Tena comfort super“. Die Kondensatorstruktur wird als mäandernde Struktur ausgebildet, wobei die beiden Enden des Kupferdrahtes, die aus der Spule herausführen, in einem Abstand von 5 mm in dieser Mäanderstruktur parallel geführt werden. Zwischen Spule und Mäanderstruktur befindet sich ein Zwischenraum von 80 mm, in dem die Leiterzüge parallel geführt werden. Hierdurch wird eine bessere Anpassung an die menschliche Körperform gewährleistet. Insgesamt erreicht die Länge der Mäanderstruktur 150 mm, und die Breite 25 mm, so dass der gesamte Sensor 55 mm + 80 mm + 150 mm lang ist. Die Spule wird induktiv mit Strom versorgt. Das dazu notwendige magnetische Wechselfeld wird durch eine Spule in einem Einstecklaken des Patientenbettes erzeugt. Diese Spule ist ebenfalls als planare Spule, hier jedoch mit einem Durchmesser von 600 mm und 6 Windungen erzeugt. Die Drahtdicke dieser Spule beträgt 0,1 mm. Es kommt Wechselstrom mit 25 MHz bei einer Anregespannung von 9 V zum Einsatz. Bei dieser Frequenz liegt die Resonanzfrequenz des Sensors im Falle trockenen Inkontinenzmaterials. Bei Feuchtigkeitseintritt in das Inkontinenzmaterial verschiebt sich diese Resonanzfrequenz zu niedrigeren Frequenzen, die Amplitude der Resonanzantwort wird bedämpft. Im Falle durchschnittlichen Feuchtigkeitseintritts von ca. 50 ml in das Inkontinenzmaterial wird eine Verschiebung der Resonanzfrequenz auf 23 MHz von der Auswerteeinheit registriert.A sensor made of a 4,000 mm diameter copper wire with a diameter of 0.1 mm and a lacquer insulation is embroidered in the form of a planar coil with 12 turns and a diameter of 55 mm onto a textile carrier material and attached to the incontinence material. The incontinence material is a commercially available diaper of the manufacturer SCA Hygiene Products GmbH with the name "Tena comfort super". The capacitor structure is formed as a meandering structure, wherein the two ends of the copper wire, which lead out of the coil, are guided in parallel at a distance of 5 mm in this meandering structure. Between coil and meander structure there is a gap of 80 mm, in which the conductor tracks are guided in parallel. This ensures better adaptation to the human body shape. Overall, the length of the meandering structure reaches 150 mm, and the width 25 mm, so that the entire sensor is 55 mm + 80 mm + 150 mm long. The coil is inductively powered. The necessary magnetic alternating field is generated by a coil in a Einstecklaken of the patient bed. This coil is also produced as a planar coil, but here with a diameter of 600 mm and 6 turns. The wire thickness of this coil is 0.1 mm. It uses AC at 25 MHz with a starting voltage of 9 V is used. At this frequency, the resonant frequency of the sensor is in the case of dry incontinence material. When moisture enters the incontinence material, this resonant frequency shifts to lower frequencies, the amplitude of the resonance response is attenuated. In the case of average incidence of moisture of about 50 ml in the incontinence material, a shift of the resonance frequency to 23 MHz is registered by the evaluation unit.
Figurencharacters
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Sensorsensor
- 1111
- Spulenstruktur des SensorsCoil structure of the sensor
- 1212
- Kondensatorstruktur des SensorsCapacitor structure of the sensor
- 22
- Trägermaterial (Vlies)Carrier material (fleece)
- 33
- Inkontinenzmaterialincontinence material
- 44
- Lager des Patienten (Bett)Patient's bed (bed)
- 55
- Einstecklaken mit planarer SpuleSlip sheet with planar coil
- 5151
- planare Spuleplanar coil
- 6161
- Anschlüsse für die AuswerteeinheitConnections for the evaluation unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 19937779 A1 [0003] DE 19937779 A1 [0003]
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- WO 20041100763 A2 [0006] WO 20041100763 A2 [0006]
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