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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Sensorgerät
zum Detektieren einer Bewegung einer Person, und insbesondere ein
Sensorgerät,
auf welchem eine Person liegt, wobei diese Bewegung die Atmung,
der Herzschlag, Zuckungen oder Ähnliches
sein kann. Die Erfindung befasst sich auch mit einem System zum Überwachen
der Atembewegung einer Person.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
Verwendung von Sensorgeräten,
um eine Atembewegung in Kindern zu detektieren, ist bekannt. Solche
Geräte
können
in der Form von Gürteln oder
Matten vorliegen, und typischerweise umfasst das Gerät einen
piezoelektrischen Sensor, welcher ein elektrisches Signal in Antwort
auf die Bewegung eines atmenden Kindes erzeugt. Dieses elektrische Signal
wird überwacht,
um zu bestimmen, ob das Kind aufhört zu atmen. Bekannte Sensormatten
besitzen eine begrenzte Sensibilität, insbesondere wenn das Kind
zu einer äußeren Kante
der Matte rollt, und somit können
sie nicht immer einen genauen Hinweis bereitstellen, ob ein Atmen
stattfindet.
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Wir
haben Kenntnis von der PCT Anmeldung, die als WO 91/19456 veröffentlich
ist, welche ein Bewegungssensorgerät offenbart, in welchem zwei
Platten für
eine Bewegung relativ zueinander montiert sind. Jede Relativbewegung
der Platten wird aufgrund der Einwirkung einer Protuberanz an der oberen
Platte detektiert, welche gegen einen Hebel drückt, der an einem piezoelektrischen
Sensor an einer unteren Platte befestigt ist. Dieses Dokument bildet
den Oberbegriff der Ansprüche
1 und 2.
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Wir
haben auch Kenntnis von der
GB
2 261 290 , welche einen Stoffflicken mit piezoelektrischen Geräten darin
offenbart, welcher die Bewegung des Trägers (typischerweise ein Kind)
misst; und von der
FR 2 274 648 ,
welche einen Bewegungssensor für ein Kinderbett
offenbart, welcher zwei Platten und einen piezoelektrischen Sensor
dazwischen umfasst.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Sensorgerät zum Detektieren einer Atembewegung
in einer Person bereitgestellt, wobei das Gerät eine untere Platte, eine
obere Platte, die federnd auf der unteren Platte montiert ist und
für eine
begrenzte Relativbewegung in eine Richtung zu oder weg von der unteren
Platte geführt
wird, und Messmittel umfasst, die zwischen den Platten positioniert sind
und betriebsbereit sind, um ein elektrisches Signal zu erzeugen,
das für
eine Bewegung der oberen Platte in Bezug auf die untere Platte repräsentativ
ist, und Rippen sind vorgesehen, um die obere Platte zu verstärken und
eine Steifigkeit zu verbessern. Auf diese Art und Weise gleitet
die obere Platte auf der unteren Platte, während sichergestellt wird,
dass die entsprechenden Bereiche der oberen Platte und der unteren
Platte lagegenau miteinander erhalten bleiben. Somit kann sich im
Betrieb, mit einer Person, welche auf der oberen Platte ruht, die
obere Platte in Antwort auf die Bewegung der Person federnd verlagern.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Sensorgerät die wie
in Anspruch 2 definierten Merkmale.
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Das
Sensorgerät
kann von Kunststoffmaterial umgeben sein, welches eine im Wesentlichen
wasserdichte Abdichtung um das Gerät herum bereitstellt, um einen
Eintritt von Wasser und Urin zu verhindern. Solch ein Gehäuse verbessert
die langfristige Zuverlässigkeit
des Geräts,
da eine Verschlechterung der Messmittel aufgrund von Korrosion wesentlich
reduziert wird.
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Vorzugsweise
wird sowohl die obere Platte als auch die untere Platte aus einem
steifen oder halbsteifen Kunststoffmaterial, wie z.B. ABS, geformt,
und dieses Formen kann durch Spritzgießen durchgeführt werden.
Wo die obere Platte und die untere Platte aus Kunststoffmaterial
geformt werden, ist das Vorsehen von Rippen auf der inneren Oberfläche der
oberen Platte von besonderem Vorteil, da dies die obere Platte verstärkt und
eine Steifigkeit verbessert. Die Rippen verhindern auch eine langfristige Verformung
der oberen Platte, da sich die obere Platte im Betrieb ohne das
Vorsehen von Rippen irreversibel verformen kann, bis sie aufhört, sich
in Antwort auf eine Bewegung einer Person zu bewegen.
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Wo
die Platten durch Spritzgießen
hergestellt sind, werden die Rippen integral in der obere Platte
geformt. Die Rippen sind dann von weiterem Vorteil, indem sie sicherstellen,
dass die Platte nach dem Spritzgießen eben bleibt. Wünschenswerterweise
sind die Rippen geformt, um Kanäle
zu bilden, wo eine elektrische Verdrahtung zwischen den einzelnen Sensoren
platziert werden kann.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung besitzt eine der Platten
eine hervorstehende Umfangslippe, welche innerhalb eines Umfangsrands
an der anderen Platte angeordnet ist, um die Führung bereitzustellen. Die
Umfangslippe und der Umfangsrand können entsprechende Abschnitte
umfassen, welche ineinander eingreifen, um eine Schnappverschlussverbindung
zwischen der oberen und unteren Platte bereitzustellen.
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Eine
Vielzahl von federnden Belägen,
welche zwischen den Platten angeordnet und über den überlappenden Bereich der Platten
verteilt sind, stellt vorzugsweise die federnde Montage der oberen
Platte auf der unteren Platte bereit, und die Messmittel können eine
Vielzahl von piezoelektrischen Sensoren sein, die mit den Belägen wechselwirken.
Typischerweise liegt jeder piezoelektrische Sensor auf einem federnden
Belag auf, wenn die Platten ineinander eingreifen. Im Betrieb wird,
während
sich die obere Platte in Antwort auf die Bewegung einer Person zu
oder weg von der unteren Platte bewegt, die resultierende variable
Gewichtsverteilung quer über
die Platte auf die federnden Beläge übertragen,
welche komprimiert werden oder expandieren. Dies veranlasst den
piezoelektrischen Sensor, ein elektrisches Signal in Antwort auf
die Bewegung der Person zu erzeugen.
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Die
Verwendung einer Vielzahl von Sensoren erhöht die Empfindlichkeit des
Sensorgeräts,
und es werden vorteilhafterweise fünf Sensoren vorgesehen, wobei
ein Sensor nahe an der Mitte der inneren Oberfläche der oberen Platte befestigt
ist und vier Sensoren jeweils an voneinander beabstandeten Stellen
nahe der Kante der inneren Oberfläche der oberen Platte positioniert
sind. Somit können
die Sensoren auf einer Platte elektrisch miteinander verdrahtet
werden. Wo die obere Platte eine rechteckige oder quadratische Konfiguration
besitzt, führt
die bevorzugte Positionierung der Vielzahl von Sensoren zu einer "X" Konfiguration der Sensoren. Diese Positionierung
von Sensoren an diskreten, voneinander beabstandeten Stellen über der
inneren Oberfläche der
oberen Platte, stellt eine verbesserte Empfindlichkeit bereit und
ein elektrisch paralleles Schalten der Sensoren miteinander kann
auch erfolgen. Da die höchste
Biegungsamplitude in der Mitte der oberen Platte auftritt, muss
nur ein Sensor im Mittelbereich platziert werden, und das Positionieren
der anderen vier Sensoren an den Eckpositionen der oberen Platte
gleicht die geringen Empfindlichkeiten der Matte nahe der Kanten
und Ecken aus. Dies ist von Vorteil, wenn das Gerät in Betrieb
ist, da, falls sich eine Person wesentlich weg von dem Sensorgerät bewegt, mindestens
einer der Ecksensoren noch ausreichend nahe an der Person ist, um
eine Bewegung zu detektieren.
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Im
Betrieb wird das Sensorgerät
unter einer Person platziert, typischerweise ein kleines Kind, und eine
Atembewegung der Person führt
zu einer Bewegung der oberen Platte, wodurch die Sensormittel dazu
veranlasst werden, ein elektrisches Signal zu erzeugen. Das elektrische
Signal wird dann typischerweise an ein Detektionsmittel übermittelt,
welches die Bewegung der Person überwacht
und somit kann das Sensorgerät
beispielsweise verwendet werden, um die Atembewegung eines Kindes
zu überwachen.
Somit wird gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ein System zum Übersetzen der Bewegung einer
Person in ein Signal zum Überwachen
der Atembewegung bereitgestellt, welches ein Sensorgerät wie vorstehend,
einen Sender und einen Empfänger
umfasst, wobei die elektrischen Signale, welche von dem Sensorgerät erzeugt
werden, an den Sender übermittelt
werden und der Sender diese Signale dann an einen Empfänger übermittelt.
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Der
Empfänger
ist typischerweise entfernt von dem Sensorgerät und dem Sender angeordnet. Der
Sender kann auch entfernt von dem Sensorgerät angeordnet sein oder kann
alternativ mit einer direkten Verbindung zu dem Sensorgerät vorgesehen sein.
Somit kann der Sender direkt mit dem Sensorgerät verkabelt sein oder kann
mit dem Sensorgerät durch
Telemetrie kommunizieren. Vorzugsweise ist der Empfänger mit
einer LCD Anzeige zum visuellen Anzeigen von Information versehen,
die von den elektrischen Signalen abgeleitet wird, welche von dem
Sensorgerät
und von anderen Quellen kommen.
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Ein
Sensorgerät,
welches ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung bildet, wird nun beispielhaft mit Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen
beschrieben werden, in denen:
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1 eine
diagrammatische perspektivische Ansicht des beispielhaften Sensorgeräts ist,
wenn es in Betrieb ist, um eine Atembewegung eines Kindes zu messen;
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2 eine
Draufsicht der inneren Oberfläche
einer oberen Platte ist, welche einen Teil des Sensorgeräts bildet;
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3 eine
Schnittansicht an der Linie III-III der 2 ist;
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4 eine
Draufsicht der inneren Oberfläche
einer unteren Platte ist, welche einen Teil des Sensorgeräts bildet;
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5 eine
Schnittansicht an der Linie V-V der 4 ist;
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6 eine
Seitenansicht der oberen Platte und der unteren Platten ist, wenn
sie zusammengebaut sind, um das Sensorgerät zu formen;
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7 eine
Explosionsansicht der Teile in 6 ist, welche
eine Seitenansicht der oberen und unteren Platte vor zum Zusammenbau
zeigt.
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8 eine
fragmentarische Ansicht ist, um zu erklären, wie einzelne Sensoren
innerhalb des Sensorgeräts
arbeiten;
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9 eine
diagrammatische Schnittansicht entlang der Linie IX-IX der 2 ist,
welche ein beispielhaftes Verfahren des Montierens eines Sensors zeigt;
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10 eine
diagrammatische Schnittansicht entlang der Linie IX-IX der 2 ist,
welche eine Modifikation der oberen Platte zum Montieren eines Sensors
zeigt;
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11 eine
Draufsicht entlang der Linie IX-IX der 2 ohne dem
Sensor in Position ist, welche eine Modifikation der oberen Platte
zum Montieren eines Sensors zeigt; und
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12 eine schematische Ansicht unterschiedlicher
Anzahlen von Sensorgeräten
ist, welche verbunden sind, um einen Messbereich zu vergrößern.
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In 1 umfasst
das Sensorgerät 10 eine obere
Platte 20, eine untere Platte 70 (wie in 2 bzw. 4 gezeigt)
und Messmittel, und ist unter einer Kinderbettmatratze 12 positioniert
dargestellt, auf der ein Kind 14 ruht. Das Sensorgerät 10 bedeckt
einen kleineren Bereich als die Matratze und kann von Kunststoffmaterial,
wie z.B. PVC, umgeben sein, welches eine im Wesentlichen wasserdichte
Abdichtung um das Gerät 10 herum
bereitstellt, um einen Eintritt von Wasser und Urin in das Gerät 10 zu
verhindern. Während
das Kind atmet, wird die damit zusammenhängende Körperbewegung durch das Messmittel detektiert,
welches ein elektrisches Signal erzeugt, das mit der Bewegung des
Kindes zusammenhängt. Dieses
Signal wird an eine Signalverarbeitungseinheit 16 übergeben,
entweder durch eine Kabelverbindung oder eine Hochfrequenztelemetrie
sehr kurzer Strecke, und dann durch Telemetrie zu einem portablen
Empfänger 18,
der die Atmungsantwort im Zeitablauf detektiert und anzeigt. Die
Signalverarbeitungseinheit 16 kann auch Daten zum Adressieren
zu eine späteren
Phase speichern, beispielsweise wo ein Krankenhaus ein Kind in einer
häuslichen
Umgebung überwacht.
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Das
in 1 illustrierte System ist für die Verwendung zuhause geeignet
und kann durch Verwendung von Telemetrie sehr kurzer Strecke auch
in Bereichen mit einer Anzahl von empfindlichen elektrischen Geräten verwendet
werden, wie z.B. Krankenhäusern.
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Das
Sensorgerät 10 wird
nun detaillierter in Bezug auf die 2 bis 11 beschrieben
werden. Eine Draufsicht der inneren Oberfläche der oberen Platte 20 wird
in 2 gezeigt, mit einer in 4 gezeigten
Draufsicht der unteren Platte 70. 6 und 7 zeigen
das Ineinandereingreifen der oberen und unteren Platten beim Zusammenbau
des Geräts 10. 9 bis 11 zeigen
unterschiedliche Wege des Zusammenbauens individueller Sensoren,
welche innerhalb des Sensorgeräts
enthalten sind.
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Die
obere Platte 20 besitzt eine im Wesentlichen rechteckige
Form und ist aus Kunststoffmaterial, z.B. ABS, spritzgegossen, um
im Wesentlichen steif oder halbsteif zu sein. Die Platte 20 ist
mit gerundeten Ecken 22 geformt, da sich spitze Ecken im
Betrieb als Gefahr erweisen können.
Die äußere Oberfläche der
oberen Platte 20 ist glatt, jedoch, wie in 2 gezeigt,
ist die innere Oberfläche
mit einer Anzahl von integral geformten Merkmalen versehen, wie
z.B. einem Umfangsrand 23 mit Ansätzen 24, aufrechten
Rippen und kreisförmigen
Rippen.
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Die
aufrechten Rippen, die beispielhaft mit 30, 32, 34 und 36 gekennzeichnet
sind, stellen eine verbindende Reihe von Rechtecken bereit, welche die
obere Platte 20 verstärken
und ihre Steifigkeit steigern. Die aufrechten Rippen stellen auch
sicher, dass, während
die obere Platte die Formungsmaschine verlässt, sie im Wesentlichen eben
bleibt. Kreisförmige
Rippen 38, 40 und 42 werden auch in die
obere Platte geformt. Jede kreisförmige Rippe stellt eine Führung für das Platzieren
der einzelnen Sensoren bereit, welche Messmittel umfassen. Somit werden
in 2 fünf
piezoelektrische Sensoren in der Form von ebenen Scheiben bereitgestellt,
mit einem größeren Sensor
mit einem Durchmesser von 35 mm, der innerhalb der kreisförmigen Rippe 42 platziert
wird, und den vier restlichen Ecksensoren mit einem Durchmesser
von 27 mm, welche jeweils innerhalb einer der vier kreisförmigen Rippen 38 und 40 platziert
sind. Der größere mittige
Sensor 44 wird in der Schnittansicht der 3 gezeigt.
Das Vorsehen von Sensoren sowohl in der Mitte als auch an den Eckpositionen
der oberen Platte 20 verbessert die Empfindlichkeit des
Geräts 10,
insbesondere wenn ein Kind zu einem Teil der Matratze rollt, der nicht
direkt über
dem Gerät
ist, indem dies den effektiven Bereich des Belags gegenüber dem
erweitert, der erreicht wird, wenn nur ein mittiger Sensor verwendet
wird. Die Verwendung von kleineren Sensoren als die Kantensensoren
stellt eine Kostenersparung bereit, ohne übermäßig Leistung aufs Spiel zu setzen.
Außerdem
sind die Sensoren elektrisch parallel geschaltet.
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Der
Weg der elektrischen Verkabelung zwischen den Sensoren wird durch
die aufrechten Rippen vereinfacht, welche Kanäle 46, 48, 50, 52 und 54 bereitstellen,
in denen die elektrische Verkabelung zwischen den einzelnen Sensoren
geführt
wird. Auch jede kreisförmige
Rippe besitzt eine oder mehrere Öffnungen,
um für
die elektrischen Kabel einen Verbindungsweg zu den einzelnen Sensoren
bereitzustellen, und der Umfangsrand 23 besitzt eine Ausschnittsnut 56,
durch welche das elektrische Kabel passiert, um das kombinierte
elektrische Signal von den Sensoren zu einer Signalverarbeitungseinheit
zu übermitteln.
Eine weitere Ausschnittsnut in dem Rand 23, typischerweise
diametrisch gegenüber
der Nut 56, erlaubt dem elektrischen Kabel zu einem anderen
Sensorgerät 10 zu
führen,
wenn mehrere Sensorgeräte
wie in 12 gezeigt zu einem Feld miteinander
verbunden werden.
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Die
obere Platte 20 ist in 3 im Schnitt dargestellt,
mit der in 2 gesehenen inneren Oberfläche, welche
entlang der Richtung des Pfeils A gesehen wird. Die Merkmale des
Umfangsrands 23, der kreisförmigen Rippe 42 und
des piezoelektrischen Sensors 44 sind sichtbar.
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In 4 ist
die innere Oberfläche
der unteren Platte 70 gezeigt, mit dem Schnitt entlang
der Linie V-V wie in 5 gesehen, welche die innere Oberfläche entlang
der Richtung des Pfeils B zeigt. Die untere Platte 70 ist
aus dem gleichen geformten Kunststoffmaterial hergestellt wie die
obere Platte 20 und ist somit auch im Wesentlichen steif
oder halbsteif. Wie die obere Platte 20 ist die untere
Platte 70 im Wesentlichen rechteckig, wobei die Ecken des Rechtecks
aus Sicherheitsgründen
abgerundet sind. Die Platte 70 besitzt einen Umfangsrand 72,
welcher Kerben 74 umfasst, und die Lippe ist mit einer
Ausschnittsnut 76 versehen, welche komplementär ist zu der
Nut 56 in der oberen Platte 20. Eine weitere Nut, typischerweise
diametrisch gegenüber
der Nut 76, ist auch enthalten und komplementär zu der
in der oberen Platte 20 beschriebenen.
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Die
untere Platte 70 umfasst eine Reihe von integral geformten
hervorstehenden Bereichen, wie beispielhaft mit 78, 80 und 82 gekennzeichnet.
Wie in 5 gesehen, werden diese hervorstehenden Bereiche 78, 80 und 82 von
der äußeren Oberfläche der unteren
Platte als im Wesentlichen rechteckige Vertiefungen gesehen, welche
wirken, um die untere Platte 70 zu verstärken und
ihre Steifigkeit in einer gleichen Art und Weise wie die aufrechten
Rippen zu verbessern, welche in der oberen Platte 20 vorgesehen
sind. Die Positionierung der hervorstehenden Bereiche 78, 80 und 82 ist
derart, dass, wenn die obere Platte 20 und die untere Platte 70 zum
Ineinandereingreifen gebracht werden, die hervorstehenden Bereiche 78, 80 und 82 in
die rechteckigen Bereich fallen, welche durch die aufrechten Rippen
an der oberen Platte 20 definiert sind.
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Eine
Reihe von kreisförmigen
Rippen, beispielhaft mit 84, 86, 88, 90, 92 und 94 gezeigt,
wird beim Formen einbezogen, um Bereiche zu definieren, wo federnde
Beläge
positioniert werden. Fünf
federnde Beläge
in der Form von Zylindern und typischerweise aus Schaumstoff hergestellt,
werden über
die untere Platte innerhalb kreisförmiger Rippen 84, 86, 90, 92 und 94 verteilt,
wobei jeder Belag in einem Bereich platziert wird, der durch eine
kreisförmige
Rippe definiert wird, und ein federnder Beispielbelag 96 kann
in 5 gesehen werden. Bis zu elf federnde Beläge können über der
unteren Platte verwendet werden. Entsprechende Zeichen wurden verwendet,
um Merkmale in 5 zu kennzeichnen, welche in 4 gezeigt
werden.
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In 6 ist
die obere Platte 20 auf die untere Platte 70 montiert
gezeigt, wobei dies durch ein Eingreifen der Ansätze 24 in die Kerben 74 erreicht
wird, welche im Umfangsrand 72 der unteren Platte 70 vorgesehen
sind. Die Ansätze 24 und
Kerben 74 greifen mit einer Schnappverschlussverbindung
ineinander ein, wobei der Schnappverschluss eine geführte Bewegung
der oberen Platte 20 in Richtung zu und weg von der unteren
Platte 70 erlaubt. Die ineinander eingreifenden Elemente 24, 74 führen somit
die obere Platte in Bezug auf die untere Platte, während sichergestellt
wird, dass die zwei Platten 20, 70 immer lagegenau
bleiben. Die Explosionsansicht der 7 zeigt
deutlich die Positionierung der Ansätze 24 und Kerben 74.
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Bei
der Konstruktion des Sensorgeräts 10 werden
die fünf
piezoelektrischen Sensoren innerhalb der kreisförmigen Rippen 38, 40 und 42 angeklebt
und miteinander verkabelt, indem elektrische Kabel entlang der Kanäle 46, 48, 50, 52 und 54 geführt werden.
Die fünf
federnden Beläge
werden dann in den Bereichen angeklebt, welche auf der unteren Platte 70 durch
die kreisförmigen
Rippen 84, 86, 90, 92 und 94 definiert
werden, um eine Vielzahl von voneinander beabstandeten federnden
Aufbauten bereitzustellen, welche den Sensoren gegenüberliegen.
Die oberen und unteren Platten werden dann in Eingriff gebracht,
indem die Ansätze 24 und Kerben 74 zusammenschnappen.
Die entsprechenden Nuten 56 und 76 stellen sicher,
dass eine Ausgangsöffnung
für ein
elektrisches Kabel von den ineinander eingreifenden Platten bereitgestellt
ist.
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Wenn
die Platten wie in 6 zusammenmontiert werden, wirken
die zylinderförmigen,
federnden Beläge,
um die Platten 20, 70 voneinander zu beabstanden.
Die fünf
piezoelektrischen Sensoren wirken jeweils mit einem federnden Belag
zusammen, wo bei jeder verbleibende Belag, der nicht mit einem Sensor
zusammenwirkt, lediglich als Abstandshalter zwischen den zwei Platten 20, 70 wirkt. Wo
ein federnder Belag mit einem Sensor zusammenwirkt, kontaktiert
der federnde Belag nur einen mittigen Abschnitt des Bereichs, der
durch den Sensor abgedeckt wird, und liegt nicht auf dem gesamten Sensorbereich
auf, wie in 8 gezeigt, wo ein federnder
Belag 100 und ein piezoelektrischer Sensor 104 zwischen
oberen und unteren Platten 20, 70 angeordnet sind,
mit elektrischen Kabeln 108, welche vom Sensor 104 weg
leiten. Im Normalbetrieb ist die Steifigkeit der Platten in Bezug
auf die Federung der Beläge
so, dass die Platten nicht einander kontaktieren, ausgenommen dort,
wo die Ansätze
und Kerben ineinander eingreifen, und somit gleitet die obere Platte 20 auf
der unteren Platte 70. Die Steifigkeit der Platten ist
so, dass die obere Platte zu keiner Zeit auf der unteren Platte
aufliegen kann.
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Die
obere Platte 20 und die untere Platte 70 sind
ziemlich steif, aber wenn eine variierende Kraft auf die obere Platte 20 angewandt
wird, biegt sich die obere Platte 20 nach unten, etwas
mehr über
ihre nicht gestützten
Bereiche als dort wo sie federnd auf den federnden Belägen 100 gestützt ist.
Daher, während
sich ein Kind beim Atmen bewegt und seine Gewichtsverteilung über die
obere Platte variiert, biegt sich die obere Platte etwas und bewegt
sich aufgrund der federnden Montage in Richtung zu und weg von der
unteren Platte. Diese leichte Biegung der oberen Platte 20 veranlasst
den piezoelektrischen Sensor 104 leicht gebogen zu werden,
konvex nach oben und konkav nach unten. Zur gleichen Zeit wird der Sensor
aufgrund von Gewicht auf der oberen Platte komprimiert, welche die
federnden Beläge 100 komprimiert,
und sowohl das Biegen als auch die Kompression des Sensors verursacht
die Erzeugung eines elektrischen Signals zwischen der Metallgrundplatte 102 und
der aktiven Schicht 106 des piezoelektrischen Sensors 104.
Somit wird die variierende Gewichtsverteilung über die obere Platte 20,
während sich
das Kind bewegt, über
die sich verändernde
Biegung und Kompression der federnden Beläge 100 zu den piezoelektrischen
Sensoren 104 übermittelt,
welche elektrische Signale generieren, die entlang der Kabel 108 geleitet
werden. Die Kabel 108 verbinden die piezoelektrischen Sensoren
parallel, um die Empfindlichkeit durch Abdeckung eines größeren Bereichs
zu erhöhen.
Die elektrischen Signale werden dann analysiert, um eine Information über Atembewegung,
Bewegungsmuster oder Herzschlag zu erzeugen.
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Das
Ankleben der piezoelektrischen Sensoren direkt auf die ebene Oberfläche der
oberen Platte 20 innerhalb der kreisförmigen Rippen 38, 40 und 42 kann
Schwierigkeiten beim genauen Positionieren der Sensoren hervorrufen,
da eine ungleiche Verteilung von Klebemittel ein ebenes Montieren
der Sensoren innerhalb der kreisförmigen Rippen stören kann.
Andere alternative Montageanordnungen für die Sensoren sind möglich. Beispielsweise
wird, wie in 9 gezeigt, ein kleines Abstandshaltersegment 112 von
ungefähr
0,5 mm Dicke und 3 mm Länge
unter einer Kante jedes piezoelektrischen Sensors 104 bereitgestellt.
Klebemittel wird verwendet, um den Abstandshalter 112 und
eine Kante des Sensors 104 innerhalb der kreisförmigen Rippe 42 an
Position C zu sichern, mit einem kleinen Tropfen Klebemittel, der
an Position D platziert wird, innerhalb der Rippe und diametrisch
gegenüber
dem Abstandshalter, um den Sensor an einer zweiten Position zu halten.
Der Sensor wird somit innerhalb der Rippe leicht aufwärts geneigt
und eine konsistente Montage jedes Sensors kann erreicht werden.
Der Abstandshalter kann alternativ durch einen einzigen hervorstehenden
Hügel oder
Kern von ungefähr
0,5 mm Höhe
und integral geformt an einer Kante des Bereichs bereitgestellt werden,
der durch die kreisförmige
Rippe geformt wird. In dieser Anordnung ruht eine Kante des Sensors
auf dem Kern, wobei Klebemittel an der Kernseite und auch diametrisch
gegenüber
dem Kern platziert ist.
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Ein
weiteres Verfahren zum Montieren von Sensoren ist in der Seitenansicht
in 10 gezeigt, wo eine vertiefte Ausnehmung 114 innerhalb
der kreisförmigen
Rippe 42 vorgesehen ist, wobei der Sensor 104 direkt
auf dem äußeren Umfang
der vertieften Ausnehmung aufsitzt und durch eine dünne Schicht
Klebemittel an diametrisch gegenüberliegenden
Positionen E und F in Position angeklebt ist. Diese Konfiguration
stützt
den Sensor nur um seinen äußeren Rand
herum und vermeidet das Platzieren jeglichen Klebemittels direkt
unter der Mitte des Sensors.
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Als
eine noch weitere Alternative zum Montieren des Sensors kann der
ebene kreisförmige
Bereich, der durch jede kreisförmige
Rippe umgeben ist, mit drei hervorstehenden Hügeln oder Kernen versehen werden,
welche gleichmäßig um den
Umfang des kreisförmigen
Bereichs verteilt sind, so dass der Sensor auf den Vorsprüngen aufsitzt
und durch einen kleinen Abstand, beispielsweise 0,5 mm, weg von
der ebenen Basis der unteren Platte angehoben ist, die durch die
kreisförmige
Rippe umgeben wird. Klebe mittel wird an jedem Kern aufgebracht,
so dass der Sensor an drei separaten, im Umfang voneinander beabstandeten
Stellen angeklebt ist.
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Ein ähnlicher
Effekt kann wie in 11 gezeigt durch Verwendung
einer mittigen Vertiefung 116 innerhalb des kreisförmigen Bereichs 120,
der durch die kreisförmige
Rippe 42 bereitgestellt wird, mit drei radialen Armen 124, 126, 128,
welche sich von der Vertiefung aufwärts zu der äußeren Kante des Bereichs 120 erstrecken,
erzeugt werden, so dass der Sensor auf drei erhobenen Bereichen 130, 132, 134 aufsitzt.
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Während das
beschriebene Sensorgerät
von speziellem Nutzen bei der Detektierung von Atembewegung eines
Kindes ist, kann es auch verwendet werden, um eine allgemeine Bewegung
oder Herzschlag zu detektieren, abhängig von der Empfindlichkeit
der Sensoren. Das Sensorgerät
ist auch zur Verwendung mit größeren Kindern
oder Erwachsenen geeignet, wenn es geeignet dimensioniert ist, oder
alternativ können
mehrere Sensorgeräte
zusammen verbunden werden, um einen vergrößerten Messbereich bereitzustellen,
der zum Detektieren von Bewegung eines Erwachsenen geeignet ist,
wie in 12(a), 12(b), 12(c) und 12(d) gezeigt,
mit Anordnungen von drei, vier, sechs und acht Sensorgeräten, welche
elektrisch parallel geschaltet sind. Es ist vorgesehen, dass eine
Kunststoffhülse
mit Fächern
verwendet werden kann, um eine Vielzahl von miteinander verbundenen
Sensorgeräten
zu halten, und somit einen vergrößerten Messbereich
bereitzustellen.