WO2022152353A1 - Textile for determining a weight - Google Patents

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WO2022152353A1
WO2022152353A1 PCT/DE2022/100031 DE2022100031W WO2022152353A1 WO 2022152353 A1 WO2022152353 A1 WO 2022152353A1 DE 2022100031 W DE2022100031 W DE 2022100031W WO 2022152353 A1 WO2022152353 A1 WO 2022152353A1
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WO
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sensors
sensor
textile
electrodes
weight
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100031
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German (de)
French (fr)
Inventor
Willi Keckstein
Sebastian BRATO
Thomas FRÖIS
Original Assignee
Willi Keckstein
Brato Sebastian
Froeis Thomas
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Publication date
Application filed by Willi Keckstein, Brato Sebastian, Froeis Thomas filed Critical Willi Keckstein
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/44—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G7/00—Beds specially adapted for nursing; Devices for lifting patients or disabled persons
    • A61G7/05—Parts, details or accessories of beds
    • A61G7/0527—Weighing devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/146—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays
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    • A61G2200/30—Specific positions of the patient
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    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/30—General characteristics of devices characterised by sensor means
    • A61G2203/44—General characteristics of devices characterised by sensor means for weight

Definitions

  • the present invention relates to a textile for determining the weight of a person lying on the textile, the use of the textile for determining the weight, a device for determining the weight and a method for determining the weight.
  • Bedridden people should be weighed regularly depending on the care situation. This can also apply to patients in whom, for example, water retention or dehydration must be monitored through weight checks. As a rule, the person is lifted out of bed and weighed at the same time using an auxiliary device with integrated scales. Alternatively, high-priced care beds equipped with load cells can be used.
  • a disadvantage of the known devices for determining the weight of a bedridden person is that carrying out the weighing process is uncomfortable for the person to be weighed and that the weighing devices are error-prone, maintenance-intensive and/or expensive. It also costs a lot of time, which the nursing staff, who are already under a lot of stress, have to spend.
  • the object of the invention is to provide a device which overcomes the disadvantages known from the prior art.
  • the object of the invention can be seen, inter alia, as providing a device which enables a bedridden person to be weighed without the person having to be moved.
  • the object of the invention can also be seen as providing a device for weight determination/monitoring that requires only a small amount of space and has a low susceptibility to errors and can also be produced inexpensively.
  • a textile for determining or monitoring the weight of a person lying on the textile, the textile having a first sensor layer with a large number of first sensors, which are designed as capacitive sensors, and a second sensor layer with a large number comprised of second sensors.
  • Such a textile can continuously determine the weight or the increase and decrease in weight of the person lying on the textile without the person having to be moved.
  • the textile can be designed as a cloth, bed sheet or mattress cover, or it can be integrated into a mattress.
  • the textile can have more than two sensor layers.
  • the first sensor layer includes one or more connecting lines for connecting two of the first sensors to each other.
  • the second sensor layer preferably includes one or more connecting lines for connecting two of the second sensors to each other.
  • the textile thus has at least two layers, each with a large number of sensors.
  • the first and the second layer are preferably identical in construction. However, the second layer can have a different type of sensors and/or a different arrangement of the sensors.
  • the first and second sensors are arranged one above the other.
  • the sensors of the first sensor layer are arranged directly above or below the sensors of the second sensor layer in the plan view of the textile.
  • the first and the second sensors are arranged offset one above the other.
  • the sensors of the first sensor layer are not arranged directly above or below the sensors of the second sensor layer. This allows the sensor grid to be increased.
  • Such a design results in increased sensitivity, since only a reduced pressure is required for detection compared to sensors arranged one above the other. Improved detection is also effected, in particular when the person on the textile moves, and improved detection of the direction of movement is made possible.
  • the textile includes resistive sensors, capacitive sensors and/or piezoelectric sensors.
  • the sensors are selected from the group consisting of resistive sensors, capacitive sensors and piezoelectric sensors, it also being possible for different types of sensors to be used in a textile. Only one type of sensor is preferably used for each sensor location used. The sensors used preferably have a high level of linearity in order to ensure correct measured values even after a washing process. A low hysteresis is also advantageous.
  • Resistive sensors are preferably used.
  • the resistive sensors preferably each have two electrodes between which a conductive material, preferably in the form of a conductive polyester material, is arranged.
  • This conductive material can be referred to as a conductive resistance material and exhibits a change in conductance under pressure.
  • the capacitive sensors preferably each have two electrodes, between which a dielectric, preferably a foam, particularly preferably in the form of a polyurethane foam, is arranged. Under pressure, the distance between the electrodes changes and with it the capacitance of the capacitor in the form of the sensor.
  • a dielectric preferably a foam, particularly preferably in the form of a polyurethane foam
  • capacitive sensors are used, which include comb electrodes.
  • a comb electrode is understood to mean an electrode in the form of a comb.
  • Such electrodes have a base from which tine fingers extend, preferably in a meandering fashion.
  • Conductive threads can be used as a base and as a tine finger.
  • two tine fingers of different comb electrodes are regarded as one sensor.
  • the comb electrodes are preferably arranged in the sensor layer in such a way that the base runs along an edge of the textile. The tine fingers may extend from the base almost parallel to each other.
  • the bases of these comb electrodes preferably run on opposite edges of the textile.
  • the tine fingers of the two comb electrodes are preferably arranged alternately, so that the tine fingers of one comb electrode are arranged between two tine fingers of the other comb electrode and vice versa.
  • the sensor itself does not include any dielectric.
  • the person lying on the textile can serve as a dielectric.
  • the first sensors are capacitive sensors and the second sensors are resistive or capacitive sensors.
  • the textile thus comprises a layer with a large number of capacitive sensors and a layer with a large number of resistive or capacitive sensors.
  • resistive sensors together with capacitive sensors in a textile is advantageous because the resistive sensors provide almost linear resistance values in a high pressure range, while the capacitive sensors provide optimal values for a low pressure range via a loading curve with a time factor.
  • Each sensor layer may include one or more contact strips for connection to a control unit.
  • the textile can also have a common contact strip for connection to a control unit, the contact strip being connected to the sensors of all sensor layers.
  • the textile preferably comprises one or more further sensor layers.
  • the textile preferably comprises 1 to 10 additional sensor layers, particularly preferably 2 to 6 additional sensor layers.
  • These further sensor layers are preferably structurally identical to the first and/or second sensor layer.
  • These further sensor layers preferably each comprise a multiplicity of further sensors.
  • These additional sensors can be arranged in the same way as or differently from the sensors in the first and/or second sensor layer.
  • the sensors of these further sensor layers can be selected from the group consisting of capacitive, resistive and piezoelectric sensors.
  • the sensors within each sensor layer are of the same type. However, the sensors of the different sensor layers can differ from one another.
  • the capacitive sensors of the further sensor layers can comprise two electrodes, between which a dielectric is arranged, or electrodes which are in the form of comb electrodes.
  • the comb electrodes of the two sensor layers are preferably aligned in such a way that the tine fingers of the comb electrodes of the two sensor layers run orthogonally to one another.
  • the textile can thus comprise two or more sensor layers, each sensor layer preferably in each case a carrier material for receiving the sensors, a variety of Sensors, connecting lines, and particularly preferably a contact strip includes.
  • the carrier material can consist of textile fibers such as a cotton-polyester blend.
  • a layer of an outer fabric can be arranged as the uppermost layer above the sensor layers, which layer is preferably configured in a customer-specific manner.
  • the outer fabric can consist of textile fibers such as a cotton-polyester blend.
  • An intermediate layer can be arranged between the outer fabric layer and the sensor layer or layers.
  • the intermediate layer may be a moisture barrier layer, preferably in the form of a semi-permeable membrane.
  • the individual layers of the textile can be laminated and/or sewn together.
  • the top layer is preferably laminated on.
  • the one or more sensor layers preferably each have a multiplicity of sensors.
  • “plurality” means “two or more”.
  • Each sensor layer of the textile according to the invention preferably has at least 10, particularly preferably at least 20, very particularly preferably at least 30 sensors.
  • the sensors can be pressed, glued and/or sewn to the carrier material.
  • the one or more sensor layers can also each have a multiplicity of connecting lines which are designed to connect two of the sensors, in particular two of the sensor electrodes of two sensors, of a sensor layer to one another.
  • Each sensor, in particular each sensor electrode, of a sensor layer is preferably connected to at least one other sensor, in particular to another sensor electrode, of the same sensor layer by means of at least one connecting line.
  • connection lines can be designed as conductive threads.
  • the connecting lines are preferably embroidered onto the carrier material of the respective sensor layer.
  • the connection lines can consist of a conductive yarn, a conductive thread or a conductive twine.
  • Metal wires, metal fiber yarns, plastics, carbon materials or mixtures thereof can be used as the material for the conductive connecting lines will.
  • a yarn, preferably a polyester (PES) yarn, which comprises stainless steel filaments, is particularly preferably used for the connecting lines.
  • the stainless steel filaments are preferably twisted with the yarn.
  • the counter-thread for the embroidery of the connecting lines preferably consists of a non-conductive textile yarn, thread or twine.
  • the electrodes of the resistive sensors and/or the electrodes of the capacitive sensors can be designed as conductive threads.
  • the electrodes are preferably embroidered directly onto the carrier material of a sensor layer. Alternatively, the entire sensor, including the two sensor electrodes, can be manufactured separately and then completely applied to the carrier material.
  • the sensor electrodes can consist of a conductive yarn, a conductive thread or a conductive twine. Metal wires, metal fiber yarns, plastics, carbon materials or mixtures thereof can be used as the material for the electrodes.
  • the counter-thread for the embroidery of the electrodes preferably consists of a non-conductive textile yarn, thread or twine.
  • the electrodes can be made of the same material as the connecting lines. While connecting lines preferably connect two points to one another by the shortest route, the electrodes are preferably designed in a meandering fashion in order to ensure an optimal pressure surface for contacting the conductive material or to produce an optimal electrode for the capacitor function.
  • the conductive material between the electrodes of the resistive sensors, the electrodes and/or the connecting lines of the textile can be provided with an electrically conductive coating.
  • the coating is preferably applied on both sides.
  • the coating is preferably an anionic polyurethane dispersion with carbon.
  • the electrodes can also be provided with an adhesive layer.
  • the electrodes are preferably glued on both sides.
  • Each sensor of a sensor layer is preferably connected to at least one other sensor of the same sensor layer.
  • Each sensor of a sensor layer is preferably connected to at least two other sensors of the same sensor layer.
  • Each sensor electrode of a sensor in a sensor layer is preferably connected to at least one other sensor electrode of a sensor in the same sensor layer.
  • the sensors of a sensor layer preferably form a matrix structure. In such a matrix structure, the sensors of a sensor layer are arranged in rows and columns.
  • each sensor of the matrix is connected to the immediately adjacent sensors both in rows and in columns via connecting lines, with one sensor electrode of each sensor preferably being connected to the adjacent sensor electrodes in rows and the other sensor electrode of each sensor being connected to the adjacent sensor electrodes in columns.
  • Such a matrix structure in which the sensor electrodes are connected to the adjacent sensor electrodes, requires only a short length of connecting lines, for example in comparison to an embodiment in which each sensor electrode is connected to an electrical contact point by means of separate connecting lines. Likewise, fewer contact points are required on the contact strip.
  • the first sensors of the first sensor layer and the second sensors of the second sensor layer preferably form a congruent matrix structure.
  • the textile preferably each sensor layer, includes at least one contact strip.
  • Each contact strip is preferably connected to at least two sensor electrodes, preferably from different sensors.
  • the contact strip is preferably connected to each sensor electrode of the respective sensor layer, at least indirectly—that is, via other sensor electrodes of the respective sensor layer and connecting lines.
  • the contact strip is preferably connected to the first sensor electrode of each row of the matrix and to the first sensor electrode of each column of the matrix.
  • the contact strip can also be arranged on another layer of the textile.
  • the textile or each sensor layer can have more than one contact strip.
  • Each sensor preferably includes two electrodes.
  • each electrode of a sensor is connected to at least one electrode of another sensor tied together.
  • the connection between two sensor electrodes is preferably made by a connecting line.
  • the two electrodes of each sensor are preferably connected to electrodes of different sensors or connected directly to a contact strip.
  • one of the electrodes of each sensor is connected to one electrode of each directly adjacent sensor of the matrix row, and the other electrode of each sensor is connected to the non-row-connected other electrode of each directly adjacent sensor of the matrix column.
  • the first and the last electrode of an electrode chain connected in rows and the first and the last electrode of an electrode chain connected in columns are only connected to one other electrode, while the remaining electrodes are each connected to two adjacent electrodes.
  • the top electrodes of each row of a sensor matrix in the top view are connected to one another via connecting lines in such a way that they form a chain
  • the bottom electrodes of each column of a sensor matrix in the top view are connected to one another via connecting lines in such a way that that they form a chain - or vice versa.
  • the rows formed by the sensor electrode chains and/or the rows formed by the sensor electrode chains of such a sensor matrix do not run parallel to one another, so that such a matrix comprising rows and columns is also understood to be a matrix in which the sensor electrode chains are not arranged in rows and columns, but in a different way, with the sensor electrodes being connected to one another and to the contact strip according to the same scheme as was previously described as an example for a matrix consisting of sensor electrode chains arranged in columns and rows consists.
  • the connecting lines between the sensor electrodes and/or the connecting lines between the contact points of a contact strip and the sensor electrodes contain metal filaments, preferably stainless steel filaments.
  • the metal filaments are preferably twisted with a yarn, preferably a synthetic yarn, particularly preferably a PES yarn.
  • the contact strip enables signals to be transmitted from the sensors for evaluation to a control unit, for example in the form of an evaluation unit, for which 30 channels, for example, may be required.
  • the contact bar contains a large number of contact points. There is preferably one contact point on the contact strip for each connecting line that is routed from a sensor to the contact strip.
  • the contact strip is preferably a plug strip with a large number of contact points designed, via which the connection can be made from the sensor textile to the evaluation unit.
  • Each electrode is preferably connected directly or at least indirectly via connecting lines and other electrodes to a contact point on the connector strip.
  • One of the two electrodes of a first sensor in a matrix row and one of the two electrodes of a first sensor in a matrix column are preferably connected to a contact point via a respective connecting line.
  • the sensor textile is preferably connected to the control unit by means of a connector.
  • the contacting of the contact points with the connector is preferably carried out via snaps, magnetic contacts or plug connections.
  • the contact strip and the connector thus have corresponding contact points.
  • Contact is preferably made via snap fasteners, particularly preferably via S-spring snap fasteners.
  • snap fasteners the contact points of the textile can be in the form of knobs and the contact points of the connector can be in the form of a bowl - or vice versa.
  • a contact strip in which the contact points can be connected to the control unit in such a simple manner is particularly advantageous for the end user, since the contact can be established and released quickly. This also ensures a robust signal transmission quality.
  • the contact strip can preferably include a printed circuit board or a film on which the contact points are applied.
  • the contact points are preferably soldered and/or pressed to the printed circuit board.
  • the connector can preferably also comprise a printed circuit board or a film on which the contact points of the connector are applied.
  • the contact points are preferably soldered and/or pressed to the printed circuit board.
  • the printed circuit board or the foil of the connector is preferably flexible in order to ensure that the connector can be bent during the detachment process from the contact strip of the textile.
  • the connector preferably has tabs to make it easier to pull it off the contact strip of the textile.
  • the connector can comprise a lead which can be connected to a control unit, preferably by means of a plug such as a DIN plug.
  • the printed circuit board or foil of the connector can be partially or completely encased in plastic.
  • the connector can include more than one printed circuit board or foil with contact points.
  • Multiple circuit boards or foils are provided in particular when a contact strip of a sensor layer has a large number of contact points.
  • the contact strips attached to the sensor layer preferably differ from one another.
  • the contact strips differ in that the contact points are arranged differently.
  • the arrangement of the contact points on the corresponding circuit boards/foils of a connector is designed accordingly, so that the arrangement of the contact points of the circuit boards or foils of a connector can differ from one another.
  • the tab for removing the circuit board/foil from the contact strip of the sensor layer can be on the left side of the circuit board/foil in one embodiment and on the right side in the other embodiment be arranged.
  • the different arrangements of the contact points on the printed circuit boards/foils ensure that one printed circuit board/foil of the connector only corresponds to one contact strip of the sensor layer and the other printed circuit board/foil of the connector only to the other corresponding contact strip of the sensor layer can be connected.
  • the sensor data can be read in using a multiplex process, combined into a profile and assigned a weight value.
  • the textile must be calibrated once before a weight determination or a weight change monitoring.
  • the respective sensors of a sensor layer can be queried one after the other.
  • the resistance or capacitance values of each sensor can be determined one after the other by a control unit, e.g. in the form of a measuring device, determining the values via the two contact points that are directly or indirectly connected to the two electrodes of the sensor to be queried, i.e. via other connecting lines and electrodes , are connected.
  • the contact point which is directly or indirectly connected to the electrode of the sensor to be queried is connected and which is connected to the other electrodes of the row and on the other hand the contact point which is directly or indirectly connected to the other electrode of the sensor to be interrogated and which is connected to the other electrodes of the column is interrogated.
  • the sensor textile can be weighed down with different weights across the entire area.
  • a weight containing water is preferably used for calibration.
  • these combinations of pressure and defined weights can now be used to create a state space, a Kalman filter or a support vector machine model, which is preferably used in connection with an additional iterative process with K1 elements.
  • Such a model provides exact weight values under real load. Values with a tolerance of +/- 200 grams can be determined. In order to achieve this high level of accuracy, it is necessary to carry out a large number of weight calibration cycles.
  • a textile-specific weight characteristic pressure to weight
  • the weight of the person to be cared for is determined once using a scale. This weight is assigned to a "point" on the curve. This system thus provides an adequate weight value for pressure changes along this characteristic.
  • the sensor data can be evaluated by a control unit, which for this purpose is preferably connected to the textile via the connector.
  • the evaluation of the signals can be generated by modeling through the mutual influence of the sensors within the rows and columns of the matrix.
  • the evaluation and transmission of the signals is preferably transmitted to the evaluation unit using the contact strip with FPGA technology (field-programmable gate array) and a CAN bus application.
  • the number of lines can be reduced by using a CAN bus transmission.
  • the textile can also be used to check the presence and/or position of the person on the textile.
  • the sensor data can be used to determine whether the person is moving, sitting or lying down and where the person is on the Textile sits or lies. Provision can also be made for the textile to transmit an alarm signal as soon as the person to be monitored sits on the edge of the bed and/or leaves the bed.
  • the textile can include additional sensors.
  • the textile can also have one or more sensors for detecting wetness and/or one or more sensors for recording vital parameters.
  • the textile preferably includes a sensor for detecting vital parameters, which is based on a flexible piezoelectric material.
  • a sensor for detecting vital parameters, which is based on a flexible piezoelectric material.
  • Such a sensor is preferably arranged in the area of the textile in which the chest of the person to be monitored rests.
  • This sensor is preferably designed as a separate sensor module that can be fixed with the aid of a pocket below or above the sensor layer(s).
  • the object of the invention is also to provide a device for determining or monitoring weight.
  • a device for determining or monitoring the weight of a person comprising the textile according to the invention and a control unit.
  • a highly integrated microprocessor solution can be used in the control unit.
  • the control can be self-sufficient and suitable for inpatient use as well as for use at home and for outpatient use in care.
  • the following hardware elements can be integrated on a double-sided printed circuit board:
  • Communication module for WiFi, LoRa, LTE (5G), BTLE, DECT, eSIM, as well as radio modules for connection to nurse call systems or to home emergency call systems or to gateways for transferring information to a patient database memory, such as an SD card, for storing sensor data
  • Memory such as flash memory, for local storage of configuration data CAN bus communication module
  • the object of the invention is also to provide a method that enables the weight of a person to be determined or monitored.
  • a method for determining or monitoring the weight of a person using a textile according to the invention comprising the steps of a) calibrating the textile, b) placing the person on the textile c) acquiring the sensor data d) calculating the weight of the person or the change in weight from the data collected in step c).
  • Step a) of the method can include the application of weights of different weights.
  • the calibration according to step a) can include the creation of a state space, a Kalman filter or a support vector machine model or the creation of a pressure/weight characteristic.
  • Step c) can include determining the resistance values and/or the charging curve as a function of time.
  • Step c) preferably comprises applying a multiplexing method.
  • a compensation parameter which is preferably stored in the evaluation software, is taken into account in the calculation according to step d).
  • This compensation parameter can be set based on an aging profile of the textile. The aging profile can be determined by washing tests.
  • the invention is also aimed at the use of the textile according to the invention for determining the weight or monitoring the weight of a person lying on the textile.
  • FIG. 1A shows an exemplary embodiment of a sensor layer of a textile according to the invention in plan view.
  • FIG. 1B shows an exemplary embodiment of a sensor layer of a textile according to the invention viewed from below.
  • FIG. 2A shows an exemplary embodiment of a capacitive sensor of a textile according to the invention.
  • FIG. 2B shows an exemplary embodiment of a resistive sensor of a textile according to the invention.
  • FIG 3 shows an exemplary embodiment of a connector.
  • FIG. 4A shows an exemplary embodiment of a sensor layer of a textile according to the invention in plan view.
  • FIG. 4B shows an exemplary embodiment of a sensor layer of a textile according to the invention in a plan view.
  • FIG. 1A shows an exemplary embodiment of a sensor layer 1 in plan view with a multiplicity of sensors 2 arranged in matrix form.
  • the sensors 2 each comprise two electrodes, the electrodes seen in the top view being referred to as upper electrodes and the electrodes seen in the bottom view being referred to as lower electrodes.
  • the upper electrodes are connected row by row via connecting lines 3 to the adjacent electrodes of the respective row.
  • the upper row is thus formed by the upper electrodes 30, 31, 32, 33, the adjacent electrodes of the row being connected to one another via a connecting line.
  • the electrode 33 is referred to as the first electrode of the row, since it is connected to a contact point of the contact strip 6 via the connecting line 5 .
  • FIG. 1B shows the sensor layer 1 from FIG. 1A viewed from below.
  • the lower electrodes can be seen in the bottom view.
  • the lower electrodes are connected column by column to the adjacent electrodes of the respective column via connecting lines 4 .
  • the column on the left is thus formed by the lower electrodes 40, 41, 42, 43, 44, 45, with the adjacent electrodes of the column being connected to one another via a connecting line.
  • the electrode 45 is referred to as the first electrode of the column since it is connected to a contact point of the contact strip 6 via the connecting line 7 .
  • an evaluation unit is located at the contact point on the contact strip 6 at which the connecting line 5 ends and at the contact point on the contact strip 6 at which the connecting line 7 ends to connect.
  • the capacitive sensor includes two electrodes that are separated from one another by a dielectric 14 .
  • the dielectric 14 is a polyurethane foam.
  • the electrodes are each sewn into a tissue 12,13.
  • the seams each consist of a top yarn 9, 10 and a bottom yarn 8, 11.
  • the top yarns 9, 10 are the electrodes, being conductive yarns in the form of polyester yarns twisted with conductive stainless steel filaments.
  • the upper threads 9,10 are also provided with a conductive coating.
  • the lower yarns 8, 11 are polyester yarns.
  • the resistive sensor includes two electrodes separated by a conductive material 22 .
  • the conductive material 22 is a conductive knitted polyester fabric.
  • the electrodes are each sewn into a fabric 20,21.
  • the sutures each consist of a top yarn 17, 18 and a bottom yarn 16, 19.
  • the top yarns 17, 18 are the electrodes, being conductive yarns in the form of polyester yarns twisted with conductive stainless steel filaments.
  • the upper threads 17, 18 are also provided with a conductive coating.
  • the bobbin yarns 16, 19 are polyester yarns.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a connector 24.
  • the connector 24 is designed to be connected via the plugs 25, 26 to a control unit for determining and evaluating the sensor data.
  • the other end of the connector 24 has two flexible printed circuit boards 28, 28', each with a plurality of contact points, each printed circuit board 28, 28' being designed in such a way that it can be connected to the corresponding contact strip of the textile.
  • the contact points of the circuit boards 28, 28' of the connector are designed as key parts of snap fasteners, which can be slipped onto the contact points of the contact strips of the textile, which are designed as nubs.
  • the arrangement of the contact points on the printed circuit boards 28, 28' differs only in that the contact point 27 on the printed circuit board 28 is arranged differently than the contact point 29 on the printed circuit board 28'.
  • the other contact points of the printed circuit boards 28, 28' are arranged identically.
  • the printed circuit board 28 can only be connected to the corresponding contact strip of the textile and the printed circuit board 28′ can only be connected to
  • FIG. 4A shows an exemplary embodiment of a sensor layer 46 in plan view with a plurality of comb electrodes.
  • One of the comb electrodes has a base 47 which runs along the left edge of the textile and from which a large number of tine fingers 48, in this case exactly two tine fingers, extend in the direction of the opposite textile edge.
  • Another comb electrode has a base 49 that runs along the right edge of the textile and from which a large number of tine fingers 50, here exactly eleven, extend in the direction of the opposite edge of the textile.
  • further comb electrodes run along the left edge of the textile, each of which has a large number of tine fingers, here two. Each comb electrode is connected to a contact point on the circuit board.
  • FIG. 4B shows an exemplary embodiment of a sensor layer 51 in plan view with a plurality of comb electrodes.
  • One of the comb electrodes has a base 52 which runs along the lower edge of the fabric and from which a plurality of tine fingers 53 extend towards the upper edge of the fabric.
  • Another comb electrode has a base 54 which runs along the upper fabric edge and from which a plurality of tine fingers 55 extend towards the lower fabric edge.

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Abstract

The invention relates to a textile for determining a weight or for monitoring the weight of a person lying on the textile, wherein the textile comprises a first sensor layer with a plurality of first sensors, which are designed in the form of capacitive sensors, and a second sensor layer with a plurality of second sensors.

Description

Textil zur
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textile for
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Textil zur Gewichtsbestimmung einer auf dem Textil liegenden Person, die Verwendung des Textils zur Gewichtsbestimmung, eine Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung sowie ein Verfahren zur Gewichtsbestimmung. The present invention relates to a textile for determining the weight of a person lying on the textile, the use of the textile for determining the weight, a device for determining the weight and a method for determining the weight.
Bettlägerige Personen sind je nach Pflegesituation regelmäßig zu wiegen. Dies kann auch für Patienten gelten, bei denen beispielsweise Wasseransammlungen oder Dehydratationen durch Gewichtskontrollen zu überwachen sind. In der Regel wird die Person hierzu mittels einer Hilfsvorrichtung, in der eine Waage integriert ist, aus dem Bett gehoben und zeitgleich gewogen. Alternativ können hochpreisige Pflegebetten eingesetzt werden, die mit Wägezellen ausgestattet sind. Bedridden people should be weighed regularly depending on the care situation. This can also apply to patients in whom, for example, water retention or dehydration must be monitored through weight checks. As a rule, the person is lifted out of bed and weighed at the same time using an auxiliary device with integrated scales. Alternatively, high-priced care beds equipped with load cells can be used.
Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen zur Gewichtsbestimmung einer bettlägerigen Person ist, dass die Durchführung des Wiegevorganges unangenehm für die zu wiegende Person ist und dass die Wiegevorrichtungen fehleranfällig, wartungsintensiv und/oder teuer sind. Zudem kostet es sehr viel Zeit, die von den ohnehin schon sehr belasteten Pflegekräften aufzubringen ist. A disadvantage of the known devices for determining the weight of a bedridden person is that carrying out the weighing process is uncomfortable for the person to be weighed and that the weighing devices are error-prone, maintenance-intensive and/or expensive. It also costs a lot of time, which the nursing staff, who are already under a lot of stress, have to spend.
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Die Aufgabe der Erfindung kann unter anderem darin gesehen werden, eine Vorrichtung bereitzustellen, die das Wiegen einer bettlägerigen Person ermöglicht, ohne dass die Person bewegt werden muss. Die Aufgabe der Erfindung kann zudem darin gesehen werden, eine Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung/- überwachung bereitzustellen, die nur einen geringen Platzbedarf und eine geringe Fehleranfälligkeit aufweist und zudem kostengünstig herstellbar ist. The object of the invention is to provide a device which overcomes the disadvantages known from the prior art. The object of the invention can be seen, inter alia, as providing a device which enables a bedridden person to be weighed without the person having to be moved. The object of the invention can also be seen as providing a device for weight determination/monitoring that requires only a small amount of space and has a low susceptibility to errors and can also be produced inexpensively.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Textil zur Gewichtsbestimmung oder Gewichtsüberwachung einer auf dem Textil liegenden Person vorgesehen, wobei das Textil eine erste Sensor- Lage mit einer Vielzahl von ersten Sensoren, die als kapazitive Sensoren ausgebildet sind, und eine zweite Sensor-Lage mit einer Vielzahl von zweiten Sensoren umfasst. Ein derartiges Textil kann das Gewicht bzw. die Gewichtszu- und abnahme der auf dem Textil liegenden Person kontinuierlich ermitteln, ohne dass die Person bewegt werden muss. To solve the problem, a textile is provided for determining or monitoring the weight of a person lying on the textile, the textile having a first sensor layer with a large number of first sensors, which are designed as capacitive sensors, and a second sensor layer with a large number comprised of second sensors. Such a textile can continuously determine the weight or the increase and decrease in weight of the person lying on the textile without the person having to be moved.
Das Textil kann als Tuch, Bettlaken oder Matratzenbezug ausgestaltet sein, oder in einer Matratze integriert sein. Das Textil kann mehr als zwei Sensor-Lagen aufweisen. The textile can be designed as a cloth, bed sheet or mattress cover, or it can be integrated into a mattress. The textile can have more than two sensor layers.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Sensor-Lage eine oder mehrere Verbindungsleitungen zur Verbindung von jeweils zwei der ersten Sensoren untereinander. Vorzugsweise umfasst die zweite Sensor-Lage eine oder mehrere Verbindungsleitungen zur Verbindung von jeweils zwei der zweiten Sensoren untereinander. Das Textil weist somit mindestens zwei Lagen mit je einer Vielzahl von Sensoren auf. Die erste und die zweite Lage sind bevorzugt baugleich. Die zweite Lage kann allerdings eine andere Art von Sensoren und/oder eine andere Anordnung der Sensoren aufweisen. In an advantageous embodiment of the invention, the first sensor layer includes one or more connecting lines for connecting two of the first sensors to each other. The second sensor layer preferably includes one or more connecting lines for connecting two of the second sensors to each other. The textile thus has at least two layers, each with a large number of sensors. The first and the second layer are preferably identical in construction. However, the second layer can have a different type of sensors and/or a different arrangement of the sensors.
In einer Ausgestaltung sind die ersten und zweiten Sensoren übereinander angeordnet. In einer solchen Ausgestaltung sind, in der Draufsicht auf das Textil, die Sensoren der ersten Sensor-Lage direkt ober- oder unterhalb der Sensoren der zweiten Sensor-Lage angeordnet. In one configuration, the first and second sensors are arranged one above the other. In such a configuration, the sensors of the first sensor layer are arranged directly above or below the sensors of the second sensor layer in the plan view of the textile.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten und die zweiten Sensoren versetzt übereinander angeordnet. In einer solchen Ausgestaltung sind, in der Draufsicht auf das Textil, die Sensoren der ersten Sensor-Lage nicht direkt ober- oder unterhalb der Sensoren der zweiten Sensor-Lage angeordnet. Hierdurch kann die Sensor-Rasterung erhöht werden. Eine solche Ausgestaltung bewirkt eine erhöhte Sensitivität, da im Vergleich zu übereinander angeordneten Sensoren nur ein verringerter Druck zur Detektion notwendig ist. Ebenso wird eine verbesserte Detektion, insbesondere bei einer Bewegung der auf dem Textil befindlichen Person bewirkt und eine verbesserte Erkennung der Bewegungsrichtung ermöglicht. In an advantageous embodiment of the invention, the first and the second sensors are arranged offset one above the other. In such a configuration, in the plan view of the textile, the sensors of the first sensor layer are not arranged directly above or below the sensors of the second sensor layer. This allows the sensor grid to be increased. Such a design results in increased sensitivity, since only a reduced pressure is required for detection compared to sensors arranged one above the other. Improved detection is also effected, in particular when the person on the textile moves, and improved detection of the direction of movement is made possible.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Textil resistive Sensoren, kapazitive Sensoren und/oder piezoelektrische Sensoren. Somit sind die Sensoren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus resistiven Sensoren, kapazitiven Sensoren und piezoelektrischen Sensoren, wobei auch verschiedene Sensor-Arten in einem Textil verwendet werden können. Je Sensor-Lage wird vorzugsweise nur eine Art von Sensoren verwendet. Die verwendeten Sensoren weisen vorzugweise eine hohe Linearität auf, um auch nach einem Waschvorgang korrekte Messwerte sicherzustellen. Ebenso ist eine geringe Hysterese vorteilhaft. In an advantageous embodiment of the invention, the textile includes resistive sensors, capacitive sensors and/or piezoelectric sensors. Thus, the sensors are selected from the group consisting of resistive sensors, capacitive sensors and piezoelectric sensors, it also being possible for different types of sensors to be used in a textile. Only one type of sensor is preferably used for each sensor location used. The sensors used preferably have a high level of linearity in order to ensure correct measured values even after a washing process. A low hysteresis is also advantageous.
Bevorzugt werden resistive Sensoren verwendet. Die resistiven Sensoren weisen vorzugsweise jeweils zwei Elektroden auf, zwischen denen ein leitfähiges Material, vorzugsweise in Form eines leitfähigen Polyestermaterials, angeordnet ist. Dieses leitfähige Material kann als leitfähiges Widerstandmaterial bezeichnet werden und zeigt unter Druck eine Leitwertänderung. Resistive sensors are preferably used. The resistive sensors preferably each have two electrodes between which a conductive material, preferably in the form of a conductive polyester material, is arranged. This conductive material can be referred to as a conductive resistance material and exhibits a change in conductance under pressure.
Die kapazitiven Sensoren weisen vorzugsweise jeweils zwei Elektroden auf, zwischen denen ein Dielektrikum, bevorzugt ein Schaumstoff, besonders bevorzugt in Form eines Polyurethan-Schaumstoffs, angeordnet ist. Unter Druck ändert sich der Abstand der Elektroden zueinander und somit die Kapazität des Kondensators in Form des Sensors. The capacitive sensors preferably each have two electrodes, between which a dielectric, preferably a foam, particularly preferably in the form of a polyurethane foam, is arranged. Under pressure, the distance between the electrodes changes and with it the capacitance of the capacitor in the form of the sensor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden kapazitive Sensoren verwendet, die Kammelektroden umfassen. Als Kammelektrode wird eine Elektrode in Kammform verstanden. Derartige Elektroden weisen eine Basis auf, von der sich Zinkenfinger, vorzugsweise mäanderförmig, weg erstrecken. Als Basis und als Zinkenfinger können leitfähige Fäden verwendet werden. Je Basis können zwei oder mehr Zinkenfinger vorhanden sein. Je Basis sind vorzugsweise 2-100, bevorzugt 4 bis 20 Zinkenfinger vorhanden. Je Sensor-Lage sind vorzugsweise zwei oder mehr Kammelektroden vorhanden. Erfindungsgemäß werden zwei Zinkenfinger verschiedener Kammelektroden als ein Sensor angesehen. Die Kammelektroden sind vorzugsweise derart in der Sensor- Lage angeordnet, dass die Basis entlang eines Randes des Textils verläuft. Die Zinkenfinger können sich beinahe parallel zueinander von der Basis weg erstrecken. In Ausführungsformen, bei denen zwei Kammelektroden in einer Sensor-Lage vorhanden sind, verlaufen die Basen dieser Kammelektroden vorzugsweise an gegenüberliegenden Rändern des Textils. Die Zinkenfinger der beiden Kammelektroden sind vorzugsweise alternierend angeordnet, sodass die Zinkenfinger der einen Kammelektrode zwischen zwei Zinkenfingern der anderen Kammelektrode angeordnet sind und umgekehrt. Bei Kammelektroden umfasst der Sensor selbst kein Dielektrikum. In diesem Fall kann die auf dem Textil liegende Person als Dielektrikum dienen. Durch das Einsinken der Person in das Textil, wird ein Teil der Person zwischen zwei Elektroden geschoben und stellt das Dielektrikum dar, sodass die Kapazität bestimmt werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Sensoren kapazitive Sensoren und die zweiten Sensoren resistive oder kapazitive Sensoren. In einer solchen Ausführungsform umfasst das Textil somit eine Lage mit einer Vielzahl an kapazitiven Sensoren und eine Lage mit einer Vielzahl an resistiven oder kapazitiven Sensoren. In an advantageous embodiment, capacitive sensors are used, which include comb electrodes. A comb electrode is understood to mean an electrode in the form of a comb. Such electrodes have a base from which tine fingers extend, preferably in a meandering fashion. Conductive threads can be used as a base and as a tine finger. There may be two or more tine fingers per base. There are preferably 2-100, preferably 4 to 20, tine fingers per base. There are preferably two or more comb electrodes for each sensor layer. According to the invention, two tine fingers of different comb electrodes are regarded as one sensor. The comb electrodes are preferably arranged in the sensor layer in such a way that the base runs along an edge of the textile. The tine fingers may extend from the base almost parallel to each other. In embodiments in which two comb electrodes are present in a sensor layer, the bases of these comb electrodes preferably run on opposite edges of the textile. The tine fingers of the two comb electrodes are preferably arranged alternately, so that the tine fingers of one comb electrode are arranged between two tine fingers of the other comb electrode and vice versa. With comb electrodes, the sensor itself does not include any dielectric. In this case, the person lying on the textile can serve as a dielectric. When the person sinks into the textile, part of the person is pushed between two electrodes and represents the dielectric, so that the capacitance can be determined. In an advantageous embodiment of the invention, the first sensors are capacitive sensors and the second sensors are resistive or capacitive sensors. In such an embodiment, the textile thus comprises a layer with a large number of capacitive sensors and a layer with a large number of resistive or capacitive sensors.
Die Verwendung von resistiven Sensoren zusammen mit kapazitiven Sensoren in einem Textil ist vorteilhaft, da die resistiven Sensoren beinahe lineare Widerstandswerte in einem hohen Druckbereich liefern, während die kapazitiven Sensoren über eine Ladekurve mit Zeitfaktor optimale Werte für einen niedrigen Druckbereich liefern. The use of resistive sensors together with capacitive sensors in a textile is advantageous because the resistive sensors provide almost linear resistance values in a high pressure range, while the capacitive sensors provide optimal values for a low pressure range via a loading curve with a time factor.
Jede Sensor-Lage kann eine oder mehrere Kontaktleisten zur Verbindung mit einer Steuereinheit umfassen. Ebenso kann das Textil eine gemeinsame Kontaktleiste zur Verbindung mit einer Steuereinheit aufweisen, wobei die Kontaktleiste mit den Sensoren aller Sensor-Lagen verbunden ist. Vorteilhaft bei einer solchen Ausgestaltung ist, dass der Endanwender nur eine Kontaktleiste zur Auswertung verbinden muss. Each sensor layer may include one or more contact strips for connection to a control unit. The textile can also have a common contact strip for connection to a control unit, the contact strip being connected to the sensors of all sensor layers. The advantage of such an embodiment is that the end user only has to connect one contact strip for evaluation.
Vorzugweise umfasst das Textil neben der ersten und der zweiten Sensor-Lage eine oder mehrere weitere Sensor-Lagen. Bevorzugt umfasst das Textil 1 bis 10 weitere Sensor- Lagen, besonders bevorzugt 2 bis 6 weitere Sensor-Lagen. Vorzugsweise sind diese weiteren Sensor-Lagen baugleich zu der ersten und/oder zweiten Sensor-Lage. Diese weiteren Sensor-Lagen umfassen vorzugsweise jeweils eine Vielzahl von weiteren Sensoren. Diese weiteren Sensoren können gleich oder unterschiedlich zu den Sensoren der ersten und/oder zweiten Sensor-Lage angeordnet sein. Die Sensoren dieser weiteren Sensor-Lagen können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus kapazitiven, resistiven und piezoelektrischen Sensoren. Vorzugsweise sind die Sensoren innerhalb jeder Sensor-Lage von gleicher Art. Die Sensoren der verschiedenen Sensor-Lagen können sich jedoch voneinander unterscheiden. Die kapazitiven Sensoren der weiteren Sensor-Lagen können zwei Elektroden, zwischen denen ein Dielektrikum angeordnet ist, oder Elektroden, die als Kammelektroden ausgebildet sind, umfassen. Bei Verwendung von zwei Sensor-Lagen mit kapazitiven Sensoren in Form von Kammelektroden, sind die Kammelektroden der beiden Sensor-Lagen vorzugsweise derart ausgerichtet, dass die Zinkenfinger der Kammelektroden der beiden Sensor-Lagen orthogonal zueinander verlaufen. In addition to the first and the second sensor layer, the textile preferably comprises one or more further sensor layers. The textile preferably comprises 1 to 10 additional sensor layers, particularly preferably 2 to 6 additional sensor layers. These further sensor layers are preferably structurally identical to the first and/or second sensor layer. These further sensor layers preferably each comprise a multiplicity of further sensors. These additional sensors can be arranged in the same way as or differently from the sensors in the first and/or second sensor layer. The sensors of these further sensor layers can be selected from the group consisting of capacitive, resistive and piezoelectric sensors. Preferably, the sensors within each sensor layer are of the same type. However, the sensors of the different sensor layers can differ from one another. The capacitive sensors of the further sensor layers can comprise two electrodes, between which a dielectric is arranged, or electrodes which are in the form of comb electrodes. When using two sensor layers with capacitive sensors in the form of comb electrodes, the comb electrodes of the two sensor layers are preferably aligned in such a way that the tine fingers of the comb electrodes of the two sensor layers run orthogonally to one another.
Das Textil kann somit zwei oder mehr Sensor-Lagen umfassen, wobei jede Sensor-Lage vorzugsweise jeweils ein Trägermaterial zur Aufnahme der Sensoren, eine Vielzahl von Sensoren, Verbindungsleitungen, und besonders bevorzugt eine Kontaktleiste, umfasst. Das Trägermaterial kann aus textilen Fasern, wie einem Baumwoll-Polyester-Gemisch, bestehen. The textile can thus comprise two or more sensor layers, each sensor layer preferably in each case a carrier material for receiving the sensors, a variety of Sensors, connecting lines, and particularly preferably a contact strip includes. The carrier material can consist of textile fibers such as a cotton-polyester blend.
Oberhalb der Sensor-Lagen kann eine Lage eines Oberstoffs als oberste Lage angeordnet sein, die vorzugsweise kundenspezifisch ausgestaltet ist. Der Oberstoff kann aus textilen Fasern, wie einem Baumwoll-Polyester-Gemisch, bestehen. Zwischen der Oberstoff-Lage und der Sensor-Lage bzw. den Sensor-Lagen kann eine Zwischenlage angeordnet sein. Die Zwischenlage kann eine Lage zum Schutz vor Feuchtigkeit, vorzugsweise in Form einer semipermeablen Membran, sein. A layer of an outer fabric can be arranged as the uppermost layer above the sensor layers, which layer is preferably configured in a customer-specific manner. The outer fabric can consist of textile fibers such as a cotton-polyester blend. An intermediate layer can be arranged between the outer fabric layer and the sensor layer or layers. The intermediate layer may be a moisture barrier layer, preferably in the form of a semi-permeable membrane.
Die einzelnen Lagen des Textils können laminiert werden und/oder miteinander vernäht werden. Die oberste Lage ist vorzugsweise auflaminiert. The individual layers of the textile can be laminated and/or sewn together. The top layer is preferably laminated on.
Die eine oder die mehreren Sensor-Lagen weisen vorzugsweise jeweils eine Vielzahl von Sensoren auf. Unter „Vielzahl“ ist erfindungsgemäß „zwei oder mehr“ zu verstehen. Bevorzugt weist jede Sensor-Lage des erfindungsgemäßen Textils mindestens 10, besonders bevorzugt mindestens 20, ganz besonders bevorzugt mindestens 30 Sensoren auf. The one or more sensor layers preferably each have a multiplicity of sensors. According to the invention, “plurality” means “two or more”. Each sensor layer of the textile according to the invention preferably has at least 10, particularly preferably at least 20, very particularly preferably at least 30 sensors.
Die Sensoren können mit dem Trägermaterial verpresst, verklebt und/oder vernäht sein. The sensors can be pressed, glued and/or sewn to the carrier material.
Die eine oder die mehreren Sensor-Lagen können zudem jeweils eine Vielzahl von Verbindungsleitungen aufweisen, die ausgebildet sind, jeweils zwei der Sensoren, insbesondere zwei der Sensorelektroden zweier Sensoren, einer Sensor-Lage untereinander zu verbinden. Vorzugsweise ist jeder Sensor, insbesondere jede Sensorelektrode, einer Sensor-Lage mit mindestens einem anderen Sensor, insbesondere mit einer anderen Sensorelektrode, derselben Sensor-Lage mittels mindestens einer Verbindungsleitung verbunden. The one or more sensor layers can also each have a multiplicity of connecting lines which are designed to connect two of the sensors, in particular two of the sensor electrodes of two sensors, of a sensor layer to one another. Each sensor, in particular each sensor electrode, of a sensor layer is preferably connected to at least one other sensor, in particular to another sensor electrode, of the same sensor layer by means of at least one connecting line.
Diese Verbindungsleitungen, und auch die weiteren Verbindungsleitungen des Textils, können als leitfähige Fäden ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Verbindungsleitungen auf das Trägermaterial der jeweiligen Sensor-Lage gestickt. Die Verbindungsleitungen können aus einem leitfähigen Garn, einem leitfähigen Faden oder einem leitfähigen Zwirn bestehen. Als Material für die leitfähigen Verbindungsleitungen können Metalldrähte, Metallfasergarne, Kunststoffe, Karbon-Materialien oder Mischungen davon verwendet werden. Besonders bevorzugt wird für die Verbindungsleitungen ein Garn, vorzugsweise ein Polyester (PES)-Garn, verwendet, das Edelstahlfilamente umfasst. Die Edelstahlfilamente sind vorzugsweise mit dem Garn verdrillt. Der Gegenfaden für die Stickerei der Verbindungsleitungen besteht vorzugsweise aus einem nicht leitfähigen textilen Garn, Faden oder Zwirn. These connecting lines, and also the other connecting lines of the textile, can be designed as conductive threads. The connecting lines are preferably embroidered onto the carrier material of the respective sensor layer. The connection lines can consist of a conductive yarn, a conductive thread or a conductive twine. Metal wires, metal fiber yarns, plastics, carbon materials or mixtures thereof can be used as the material for the conductive connecting lines will. A yarn, preferably a polyester (PES) yarn, which comprises stainless steel filaments, is particularly preferably used for the connecting lines. The stainless steel filaments are preferably twisted with the yarn. The counter-thread for the embroidery of the connecting lines preferably consists of a non-conductive textile yarn, thread or twine.
Die Elektroden der resistiven Sensoren und/oder die Elektroden der kapazitiven Sensoren können als leitfähige Fäden ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Elektroden direkt auf das Trägermaterial einer Sensor-Lage gestickt. Alternativ kann der komplette Sensor einschließlich der beiden Sensorelektroden separat gefertigt werden, um dann anschließend komplett auf das Trägermaterial aufgebracht zu werden. Die Sensorelektroden können aus einem leitfähigen Garn, einem leitfähigen Faden oder einem leitfähigen Zwirn bestehen. Als Material für die Elektroden können Metalldrähte, Metallfasergarne, Kunststoffe, Karbon-Materialien oder Mischungen davon verwendet werden. Besonders bevorzugt wird für die Elektroden ein Garn, vorzugsweise ein Polyester (PES)-Garn, verwendet, das Edelstahlfilamente umfasst. Die Edelstahlfilamente sind vorzugsweise mit dem Garn verdrillt. Der Gegenfaden für die Stickerei der Elektroden besteht vorzugsweise aus einem nicht leitfähigen textilen Garn, Faden oder Zwirn. The electrodes of the resistive sensors and/or the electrodes of the capacitive sensors can be designed as conductive threads. The electrodes are preferably embroidered directly onto the carrier material of a sensor layer. Alternatively, the entire sensor, including the two sensor electrodes, can be manufactured separately and then completely applied to the carrier material. The sensor electrodes can consist of a conductive yarn, a conductive thread or a conductive twine. Metal wires, metal fiber yarns, plastics, carbon materials or mixtures thereof can be used as the material for the electrodes. A yarn, preferably a polyester (PES) yarn, which comprises stainless steel filaments, is particularly preferably used for the electrodes. The stainless steel filaments are preferably twisted with the yarn. The counter-thread for the embroidery of the electrodes preferably consists of a non-conductive textile yarn, thread or twine.
Somit können die Elektroden aus dem gleichen Material bestehen wie die Verbindungsleitungen. Während Verbindungsleitungen vorzugsweise zwei Punkte auf dem kürzesten Weg miteinander verbinden, sind die Elektroden vorzugsweise mäanderförmig ausgestaltet, um eine optimale Druckfläche zur Kontaktierung des leitfähigen Materials sicherzustellen bzw. eine optimale Elektrode für die Kondensatorfunktion zu erzeugen. Thus, the electrodes can be made of the same material as the connecting lines. While connecting lines preferably connect two points to one another by the shortest route, the electrodes are preferably designed in a meandering fashion in order to ensure an optimal pressure surface for contacting the conductive material or to produce an optimal electrode for the capacitor function.
Das leitfähige Material zwischen den Elektroden der resistiven Sensoren, die Elektroden und/oder die Verbindungsleitungen des Textils können mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen sein. Vorzugsweise ist die Beschichtung beidseitig aufgebracht. Die Beschichtung ist vorzugsweise eine anionische Polyurethandispersion mit Kohlenstoff. The conductive material between the electrodes of the resistive sensors, the electrodes and/or the connecting lines of the textile can be provided with an electrically conductive coating. The coating is preferably applied on both sides. The coating is preferably an anionic polyurethane dispersion with carbon.
Die Elektroden können zudem mit einer Kleberschicht versehen sein. Vorzugsweise sind die Elektroden beidseitig verklebt. The electrodes can also be provided with an adhesive layer. The electrodes are preferably glued on both sides.
Durch die beidseitige Beschichtung bzw. Verklebung wird die Gefahr eines Kurzschlusses durch herausstehende Filamente erheblich verringert. Vorzugsweise ist jeder Sensor einer Sensor-Lage mit mindestens einem anderen Sensor derselben Sensor-Lage verbunden. Bevorzugt ist jeder Sensor einer Sensor-Lage mit mindestens zwei anderen Sensoren derselben Sensor-Lage verbunden. Bevorzugt ist jede Sensorelektrode eines Sensors einer Sensor-Lage mit mindestens einer anderen Sensorelektrode eines Sensors derselben Sensor-Lage verbunden. Bevorzugt bilden die Sensoren einer Sensor-Lage eine Matrixstruktur aus. In einer solchen Matrixstruktur sind die Sensoren einer Sensor-Lage zeilen- und spaltenweise angeordnet. Ganz besonders bevorzugt ist jeder Sensor der Matrix sowohl zeilenweise als auch spaltenweise mit den unmittelbar benachbarten Sensoren über Verbindungsleitungen verbunden, wobei bevorzugt die eine Sensorelektrode jedes Sensor zeilenweise mit den benachbarten Sensorelektroden verbunden ist und die andere Sensorelektrode jedes Sensors spaltenweise mit den benachbarten Sensorelektroden verbunden ist. Coating or gluing on both sides significantly reduces the risk of a short circuit caused by protruding filaments. Each sensor of a sensor layer is preferably connected to at least one other sensor of the same sensor layer. Each sensor of a sensor layer is preferably connected to at least two other sensors of the same sensor layer. Each sensor electrode of a sensor in a sensor layer is preferably connected to at least one other sensor electrode of a sensor in the same sensor layer. The sensors of a sensor layer preferably form a matrix structure. In such a matrix structure, the sensors of a sensor layer are arranged in rows and columns. Very particularly preferably, each sensor of the matrix is connected to the immediately adjacent sensors both in rows and in columns via connecting lines, with one sensor electrode of each sensor preferably being connected to the adjacent sensor electrodes in rows and the other sensor electrode of each sensor being connected to the adjacent sensor electrodes in columns.
Eine solche Matrixstruktur, bei der die Sensorelektroden mit den benachbarten Sensorelektroden verbunden sind, benötigt nur eine geringe Länge an Verbindungsleitungen, beispielsweise im Vergleich zu einer Ausgestaltung, bei der jede Sensorelektrode mittels separater Verbindungsleitungen mit einem elektrischen Kontaktpunkt verbunden ist. Ebenso sind weniger Kontaktpunkte auf der Kontaktleiste notwendig. Such a matrix structure, in which the sensor electrodes are connected to the adjacent sensor electrodes, requires only a short length of connecting lines, for example in comparison to an embodiment in which each sensor electrode is connected to an electrical contact point by means of separate connecting lines. Likewise, fewer contact points are required on the contact strip.
Vorzugsweise bilden die ersten Sensoren der ersten Sensorlage und die zweiten Sensoren der zweiten Sensorlage eine kongruente Matrixstruktur aus. The first sensors of the first sensor layer and the second sensors of the second sensor layer preferably form a congruent matrix structure.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Textil, vorzugweise jede Sensor-Lage, mindestens eine Kontaktleiste. Bevorzugt ist jede Kontaktleiste mit mindestens zwei Sensorelektroden, bevorzugt von verschiedenen Sensoren, verbunden. Die Kontaktleiste ist vorzugsweise, zumindest indirekt - also über andere Sensorelektroden der jeweiligen Sensor-Lage und Verbindungsleitungen - mit jeder Sensorelektrode der jeweiligen Sensor-Lage verbunden. Vorzugsweise ist die Kontaktleiste mit der ersten Sensorelektrode jeder Zeile der Matrix und mit der ersten Sensorelektrode jeder Spalte der Matrix verbunden. Die Kontaktleiste kann ebenso an einer anderen Lage des Textils angeordnet sein. Das Textil bzw. jede Sensor-Lage kann mehr als eine Kontaktleiste aufweisen. In an advantageous embodiment of the invention, the textile, preferably each sensor layer, includes at least one contact strip. Each contact strip is preferably connected to at least two sensor electrodes, preferably from different sensors. The contact strip is preferably connected to each sensor electrode of the respective sensor layer, at least indirectly—that is, via other sensor electrodes of the respective sensor layer and connecting lines. The contact strip is preferably connected to the first sensor electrode of each row of the matrix and to the first sensor electrode of each column of the matrix. The contact strip can also be arranged on another layer of the textile. The textile or each sensor layer can have more than one contact strip.
Jeder Sensor umfasst vorzugsweise zwei Elektroden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jede Elektrode eines Sensors mit mindestens einer Elektrode eines anderen Sensors verbunden. Die Verbindung zwischen zwei Sensorelektroden erfolgt vorzugsweise durch eine Verbindungsleitung. Vorzugsweise sind die beiden Elektroden eines jeden Sensors mit Elektroden verschiedener Sensoren verbunden oder direkt mit einer Kontaktleiste verbunden. Vorzugsweise ist eine der Elektroden eines jeden Sensors mit einer Elektrode jedes direkt benachbarten Sensors der Matrix-Zeile verbunden, und die andere Elektrode eines jeden Sensors ist mit der nicht zeilenweise-verbundenen anderen Elektrode jedes direkt benachbarten Sensors der Matrix-Spalte verbunden. Somit sind die erste und die letzte Elektrode einer zeilenweise verbundenen Elektroden-Kette sowie die erste und die letzte Elektrode einer spaltenweise verbundenen Elektroden-Kette nur mit einer anderen Elektrode verbunden, während die übrigen Elektroden jeweils mit zwei benachbarten Elektroden verbunden sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die in der Draufsicht oberen Elektroden einer jeden Zeile einer Sensor-Matrix über Verbindungsleitungen derart miteinander verbunden, dass sie eine Kette ausbilden, und die in der Draufsicht unteren Elektroden einer jeden Spalte einer Sensor-Matrix über Verbindungsleitungen derart miteinander verbunden, dass sie eine Kette ausbilden - oder umgekehrt. Es ist erfindungsgemäß ebenso vorgesehen, dass die durch die Sensorelektroden-Ketten ausgebildeten Zeilen und/oder die durch die Sensorelektroden-Ketten ausgebildeten Zeilen einer solchen Sensor-Matrix nicht parallel zueinander verlaufen, sodass unter einer solchen Zeilen- und Spalten umfassenden Matrix ebenso eine Matrix verstanden wird, bei der die Sensorelektrodenketten nicht zeilen- und spaltenmäßig, sondern andersartig angeordneten sind, wobei die Sensorelektroden untereinander und mit der Kontaktleiste nach dem gleichen Schema verbunden sind, wie es zuvor beispielhaft für eine Matrix beschrieben wurde, die aus spalten- und zeilenartig angeordneten Sensorenelektrodenketten besteht. Each sensor preferably includes two electrodes. In an advantageous embodiment, each electrode of a sensor is connected to at least one electrode of another sensor tied together. The connection between two sensor electrodes is preferably made by a connecting line. The two electrodes of each sensor are preferably connected to electrodes of different sensors or connected directly to a contact strip. Preferably, one of the electrodes of each sensor is connected to one electrode of each directly adjacent sensor of the matrix row, and the other electrode of each sensor is connected to the non-row-connected other electrode of each directly adjacent sensor of the matrix column. Thus, the first and the last electrode of an electrode chain connected in rows and the first and the last electrode of an electrode chain connected in columns are only connected to one other electrode, while the remaining electrodes are each connected to two adjacent electrodes. In an advantageous embodiment, the top electrodes of each row of a sensor matrix in the top view are connected to one another via connecting lines in such a way that they form a chain, and the bottom electrodes of each column of a sensor matrix in the top view are connected to one another via connecting lines in such a way that that they form a chain - or vice versa. It is also provided according to the invention that the rows formed by the sensor electrode chains and/or the rows formed by the sensor electrode chains of such a sensor matrix do not run parallel to one another, so that such a matrix comprising rows and columns is also understood to be a matrix in which the sensor electrode chains are not arranged in rows and columns, but in a different way, with the sensor electrodes being connected to one another and to the contact strip according to the same scheme as was previously described as an example for a matrix consisting of sensor electrode chains arranged in columns and rows consists.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthalten die Verbindungsleitungen zwischen den Sensorelektroden und/oder die Verbindungsleitungen zwischen den Kontaktpunkten einer Kontaktleiste und den Sensorelektroden Metall-Filamente, bevorzugt Edelstahl-Filamente. Die Metall-Filamente sind vorzugsweise mit einem Garn, bevorzugt einem synthetischen Garn, besonders bevorzugt einem PES-Garn, verdrillt. In an advantageous embodiment, the connecting lines between the sensor electrodes and/or the connecting lines between the contact points of a contact strip and the sensor electrodes contain metal filaments, preferably stainless steel filaments. The metal filaments are preferably twisted with a yarn, preferably a synthetic yarn, particularly preferably a PES yarn.
Die Kontaktleiste ermöglicht die Übertragung von Signalen von den Sensoren zur Auswertung an eine Steuereinheit, beispielsweise in Form einer Auswerteeinheit, wozu beispielsweise 30 Kanäle erforderlich sein können. Die Kontaktleiste enthält eine Vielzahl von Kontaktpunkten. Vorzugsweise ist an der Kontaktleiste je Verbindungsleitung, die von einem Sensor an die Kontaktleiste geführt ist, ein Kontaktpunkt vorhanden. Die Kontaktleiste ist vorzugsweise als Steckerleiste mit einer Vielzahl von Kontaktpunkten ausgestaltet, über welche die Verbindung von dem Sensortextil zur Auswerteeinheit herstellt werden kann. Vorzugsweise ist jede Elektrode direkt oder zumindest indirekt über Verbindungsleitungen und andere Elektroden mit einem Kontaktpunkt auf der Steckerleiste verbunden. Vorzugsweise ist eine der beiden Elektroden eines ersten Sensors einer Matrix- Zeile und eine der beiden Elektroden eines ersten Sensors einer Matrix-Spalte über jeweils eine Verbindungsleitung mit einem Kontaktpunkt verbunden. The contact strip enables signals to be transmitted from the sensors for evaluation to a control unit, for example in the form of an evaluation unit, for which 30 channels, for example, may be required. The contact bar contains a large number of contact points. There is preferably one contact point on the contact strip for each connecting line that is routed from a sensor to the contact strip. The contact strip is preferably a plug strip with a large number of contact points designed, via which the connection can be made from the sensor textile to the evaluation unit. Each electrode is preferably connected directly or at least indirectly via connecting lines and other electrodes to a contact point on the connector strip. One of the two electrodes of a first sensor in a matrix row and one of the two electrodes of a first sensor in a matrix column are preferably connected to a contact point via a respective connecting line.
Die Verbindung von dem Sensortextil zur Steuereinheit erfolgt vorzugsweise mittels eines Konnektors. Die Kontaktierung der Kontaktpunkte mit dem Konnektor erfolgt vorzugsweise über Druckknöpfe, Magnetkontakte oder Steckverbindungen. Die Kontaktleiste und der Konnektor weisen somit korrespondierende Kontaktpunkte auf. Vorzugsweise erfolgt die Kontaktierung über Druckknöpfe, besonders bevorzugt über S-Feder-Druckknöpfe. Bei Verwendung von Druckknöpfen können die Kontaktpunkte des Textils als Noppen und die Kontaktpunkte des Konnektors als Schüssel ausgebildet sein - oder umgekehrt. Eine Kontaktleiste, bei der die Kontaktpunkte auf derart einfache Weise mit der Steuereinheit verbunden werden können, ist für den Endanwender besonders vorteilhaft, da die Kontaktierung schnell hergestellt und gelöst werden kann. Ebenso wird hierdurch eine robuste Signalübertragungsqualität sichergestellt. The sensor textile is preferably connected to the control unit by means of a connector. The contacting of the contact points with the connector is preferably carried out via snaps, magnetic contacts or plug connections. The contact strip and the connector thus have corresponding contact points. Contact is preferably made via snap fasteners, particularly preferably via S-spring snap fasteners. When using snap fasteners, the contact points of the textile can be in the form of knobs and the contact points of the connector can be in the form of a bowl - or vice versa. A contact strip in which the contact points can be connected to the control unit in such a simple manner is particularly advantageous for the end user, since the contact can be established and released quickly. This also ensures a robust signal transmission quality.
Die Kontaktleiste kann vorzugsweise eine Leiterplatte oder eine Folie umfassen, auf der die Kontaktpunkte aufgebracht sind. Die Kontaktpunkte sind vorzugsweise mit der Leiterplatte verlötet und/oder verpresst. The contact strip can preferably include a printed circuit board or a film on which the contact points are applied. The contact points are preferably soldered and/or pressed to the printed circuit board.
Der Konnektor kann vorzugsweise ebenso eine Leiterplatte oder eine Folie umfassen, auf der die Kontaktpunkte des Konnektors aufgebracht sind. Die Kontaktpunkte sind vorzugsweise mit der Leiterplatte verlötet und/oder verpresst. Vorzugsweise ist die Leiterplatte oder die Folie des Konnektors flexibel, um ein Biegen des Konnektors während des Lösevorganges von der Kontaktleiste des Textils zu gewährleisten. Bevorzugt weist der Konnektor Laschen auf, um das Abziehen von der Kontaktleiste des Textils zu erleichtern. Der Konnektor kann eine Zuleitung umfassen, die mit einer Steuereinheit, vorzugsweise mittels eines Steckers, wie einem DIN Stecker, verbunden werden kann. Die Leiterplatte oder Folie des Konnektors kann partiell oder vollständig mit einem Kunststoff umhüllt sein. Ebenso kann der Konnektor mehr als eine Leiterplatte oder Folie mit Kontaktpunkten umfassen. Ebenso können mehr als eine Zuleitung und mehr als ein Stecker zum Anschluss an die Steuereinheit vorhanden sein. Mehrere Leiterplatten oder Folien sind insbesondere dann vorgesehen, wenn eine Kontaktleiste einer Sensor-Lage eine hohe Anzahl an Kontaktpunkten aufweist. The connector can preferably also comprise a printed circuit board or a film on which the contact points of the connector are applied. The contact points are preferably soldered and/or pressed to the printed circuit board. The printed circuit board or the foil of the connector is preferably flexible in order to ensure that the connector can be bent during the detachment process from the contact strip of the textile. The connector preferably has tabs to make it easier to pull it off the contact strip of the textile. The connector can comprise a lead which can be connected to a control unit, preferably by means of a plug such as a DIN plug. The printed circuit board or foil of the connector can be partially or completely encased in plastic. Likewise, the connector can include more than one printed circuit board or foil with contact points. Likewise, there can be more than one supply line and more than one plug for connection to the control unit. Multiple circuit boards or foils are provided in particular when a contact strip of a sensor layer has a large number of contact points.
Vorzugsweise unterscheiden sich, bei mehr als einer Kontaktleise einer Sensor-Lage, die an der Sensor-Lage angebrachten Kontaktleisen voneinander. Insbesondere unterscheiden sich die Kontaktleisen darin, dass die Kontaktpunkte unterschiedlich angeordnet sind. Hierzu ist es ausreichend, wenn nur ein Kontaktpunkt auf der einen Leiterplatte oder der einen Folie versetzt zu dem entsprechenden Kontaktpunkt der zweiten Leiterplatte oder Folie angeordnet ist, während die übrigen Kontaktpunkte identisch angeordnet sind. Dementsprechend ist die Anordnung der Kontaktpunkte auf den korrespondierenden Leiterplatten/Folien eines Konnektors ausgestaltet, sodass sich die Anordnung der Kontaktpunkte der Leiterplatten bzw. Folien eines Konnektors voneinander unterscheiden kann. Zur einfachen Identifizierung bzw. Unterscheidung der beiden Konnektor-LeiterplattenAFolien mit unterschiedlich angeordneten Kontaktpunkten kann die Lasche zum Abziehen der Leiterplatte/Folie von der Kontaktleise der Sensor-Lage bei einer Ausführungsform auf der linken und bei der anderen Ausführungsform auf der rechten Seite der Leiterplatte/Folie angeordnet sein. Durch die unterschiedlichen Anordnungen der Kontaktpunkte auf den Leiterplatten/Folien ist gewährleistet, dass die eine Leiterplatte/Folie des Konnektors nur mit der einen korrespondieren Kontaktleise der Sensor-Lage und die andere Leiterplatte/Folie des Konnektors nur mit der anderen korrespondierenden Kontaktleise der Sensor-Lage verbunden werden kann. Durch Verwendung unterschiedlicher Anordnungen der Kontaktpunkte bei verschiedenen Leiterplatten/Folien bei ansonsten gleichem Aufbau der Leiterplatten/Folien ist gewährleistet, dass dieselbe Vorrichtung bei der Herstellung aller Leiterplatten/Folien des Konnektors verwendet werden kann, was insbesondere im Falle der kunststoffumhüllten Leiterplatten/Folien vorteilhaft ist. If there is more than one contact strip in a sensor layer, the contact strips attached to the sensor layer preferably differ from one another. In particular, the contact strips differ in that the contact points are arranged differently. To this end, it is sufficient if only one contact point on one printed circuit board or one film is offset from the corresponding contact point on the second printed circuit board or film, while the other contact points are arranged identically. The arrangement of the contact points on the corresponding circuit boards/foils of a connector is designed accordingly, so that the arrangement of the contact points of the circuit boards or foils of a connector can differ from one another. For easy identification and differentiation of the two connector circuit boards/foils with differently arranged contact points, the tab for removing the circuit board/foil from the contact strip of the sensor layer can be on the left side of the circuit board/foil in one embodiment and on the right side in the other embodiment be arranged. The different arrangements of the contact points on the printed circuit boards/foils ensure that one printed circuit board/foil of the connector only corresponds to one contact strip of the sensor layer and the other printed circuit board/foil of the connector only to the other corresponding contact strip of the sensor layer can be connected. The use of different arrangements of the contact points on different printed circuit boards/foils with an otherwise identical structure of the printed circuit boards/foils ensures that the same device can be used in the production of all printed circuit boards/foils of the connector, which is particularly advantageous in the case of plastic-coated printed circuit boards/foils.
Die Sensordaten können mittels eines Multiplexverfahrens eingelesen, zu einem Profil zusammengefügt und einem Gewichtswert zugeordnet werden. Vor einer Gewichtsbestimmung bzw. einer Gewichtsänderungsüberwachung ist das Textil einmalig zu kalibrieren. Bei einem solchen Multiplexverfahren können die jeweiligen Sensoren einer Sensor-Lage nacheinander abgefragt werden. Hierzu können die Widerstands- bzw. Kapazitätswerte jedes Sensors nacheinander bestimmt werden, indem eine Steuereinheit, z.B. in Form einer Messvorrichtung, die Werte über die beiden Kontaktpunkte ermittelt, die mit den beiden Elektroden des abzufragenden Sensors direkt oder indirekt, also über andere Verbindungsleitungen und Elektroden, verbunden sind. Somit wird zum einen der Kontaktpunkt, der direkt oder indirekt mit der Elektrode des abzufragenden Sensors verbunden ist und der mit den anderen Elektroden der Zeile verbunden ist und zum anderen der Kontaktpunkt, der direkt oder indirekt mit der anderen Elektrode des abzufragenden Sensors verbunden ist und der mit den anderen Elektroden der Spalte verbunden ist, abgefragt. The sensor data can be read in using a multiplex process, combined into a profile and assigned a weight value. The textile must be calibrated once before a weight determination or a weight change monitoring. With such a multiplex method, the respective sensors of a sensor layer can be queried one after the other. For this purpose, the resistance or capacitance values of each sensor can be determined one after the other by a control unit, e.g. in the form of a measuring device, determining the values via the two contact points that are directly or indirectly connected to the two electrodes of the sensor to be queried, i.e. via other connecting lines and electrodes , are connected. Thus, on the one hand, the contact point, which is directly or indirectly connected to the electrode of the sensor to be queried is connected and which is connected to the other electrodes of the row and on the other hand the contact point which is directly or indirectly connected to the other electrode of the sensor to be interrogated and which is connected to the other electrodes of the column is interrogated.
Zur Kalibrierung kann das Sensor-Textil nacheinander flächendeckend mit unterschiedlichen Gewichten beschwert werden. Bei Verwendung von Kammelektroden als kapazitive Sensoren wird vorzugsweise ein Gewicht umfassend Wasser zur Kalibrierung verwendet. Auf diese Weise kann ein datengetriebenes Modell erstellt werden. Insbesondere kann durch diese Kombinationen von Druck und definierten Gewichten nun ein Zustandsraum-, ein Kalman Filter- oder ein Supportvektormaschinenmodell erstellt werden, welches vorzugsweise in Verbindung mit einem zusätzlichen iterativen Prozess mit Kl Elementen zum Einsatz kommt. Ein solches Modell liefert bei realer Belastung genaue Gewichtswerte. Es können Werte mit einer Toleranz von +/- 200 Gramm ermittelt werden. Um diese hohe Genauigkeit zu erreichen ist es notwendig, eine Vielzahl an Gewichtskalibrierzyklen durchzuführen. For calibration, the sensor textile can be weighed down with different weights across the entire area. When using comb electrodes as capacitive sensors, a weight containing water is preferably used for calibration. In this way, a data-driven model can be created. In particular, these combinations of pressure and defined weights can now be used to create a state space, a Kalman filter or a support vector machine model, which is preferably used in connection with an additional iterative process with K1 elements. Such a model provides exact weight values under real load. Values with a tolerance of +/- 200 grams can be determined. In order to achieve this high level of accuracy, it is necessary to carry out a large number of weight calibration cycles.
Eine weitere Möglichkeit ist die Definition einer textilspezifischen Gewichtskennlinie (Druck zu Gewicht). Hierzu wird einmalig das Gewicht der zu pflegenden Person mit Hilfe einer Waage ermittelt. Dieses Gewicht wird einem „Punkt“ auf der Kennlinie zugeordnet. Somit liefert dieses System bei Druckänderungen entlang dieser Kennlinie einen adäquaten Gewichtswert. Another possibility is the definition of a textile-specific weight characteristic (pressure to weight). For this purpose, the weight of the person to be cared for is determined once using a scale. This weight is assigned to a "point" on the curve. This system thus provides an adequate weight value for pressure changes along this characteristic.
Die Auswertung der Sensordaten kann durch eine Steuereinheit erfolgen, die hierzu vorzugsweise mit dem Textil über den Konnektor verbunden ist. The sensor data can be evaluated by a control unit, which for this purpose is preferably connected to the textile via the connector.
Die Auswertung der Signale kann durch die gegenseitige Beeinflussung der Sensoren innerhalb der Zeilen und Spalten der Matrix durch Modellbildungen generiert werden. Die Auswertung und Übertragung der Signale wird vorzugsweise mit der Kontaktleiste mit FPGA Technologie (Field-programmable gate array) und einer CAN Bus Applikation an die Auswerteeinheit übertragen. Durch den Einsatz einer CAN Bus Übertragung kann die Anzahl der Leitungen verringert werden. The evaluation of the signals can be generated by modeling through the mutual influence of the sensors within the rows and columns of the matrix. The evaluation and transmission of the signals is preferably transmitted to the evaluation unit using the contact strip with FPGA technology (field-programmable gate array) and a CAN bus application. The number of lines can be reduced by using a CAN bus transmission.
Das Textil kann ebenso zu Anwesenheits- und/oder Positionskontrolle der auf dem Textil befindlichen Person verwendet werden. So kann anhand der Sensordaten beispielsweise ermittelt werden, ob die Person sich bewegt, sitzt oder liegt und wo die Person auf dem Textil sitzt oder liegt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Textil ein Alarmsignal übermittelt, sobald sich die zu überwachende Person auf die Bettkante setzt und/oder das Bett verlässt. The textile can also be used to check the presence and/or position of the person on the textile. For example, the sensor data can be used to determine whether the person is moving, sitting or lying down and where the person is on the Textile sits or lies. Provision can also be made for the textile to transmit an alarm signal as soon as the person to be monitored sits on the edge of the bed and/or leaves the bed.
Zudem kann das Textil weitere Sensoren umfassen. So kann das Textil zudem einen oder mehrere Sensoren zur Nässedetektion und/oder ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung von Vitalparametern aufweisen. In addition, the textile can include additional sensors. The textile can also have one or more sensors for detecting wetness and/or one or more sensors for recording vital parameters.
Vorzugsweise umfasst das Textil einen Sensor zur Erfassung von Vitalparametern, der auf Basis eines flexiblen piezoelektrischen Materials besteht. Ein derartiger Sensor ist vorzugsweise im Bereich des Textils angeordnet, in dem der Brustkorb der zu überwachenden Person zur Auflage kommt. Vorzugsweise ist dieser Sensor als separates Sensorikmodul ausgestaltet, das mit Hilfe einer Tasche unter- oder oberhalb der Sensorlage(n) fixierbar ist. The textile preferably includes a sensor for detecting vital parameters, which is based on a flexible piezoelectric material. Such a sensor is preferably arranged in the area of the textile in which the chest of the person to be monitored rests. This sensor is preferably designed as a separate sensor module that can be fixed with the aid of a pocket below or above the sensor layer(s).
Die Aufgabe der Erfindung ist zudem, eine Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung oder Gewichtsüberwachung bereitzustellen. Zur Lösung der Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung oder Gewichtsüberwachung einer Person vorgesehen, umfassend das erfindungsgemäße Textil und eine Steuereinheit. In der Steuereinheit kann eine hochintegrierte Mikroprozessorlösung zum Einsatz kommen. Die Steuerung kann autark sein und sowohl für den stationären als auch für den häuslichen Einsatz als auch für den ambulanten Einsatz in der Pflege geeignet sein. Folgende Hardware- Elemente können auf einer doppelseitig bestückten Leiterplatte integriert sein: The object of the invention is also to provide a device for determining or monitoring weight. To solve the problem, a device for determining or monitoring the weight of a person is provided, comprising the textile according to the invention and a control unit. A highly integrated microprocessor solution can be used in the control unit. The control can be self-sufficient and suitable for inpatient use as well as for use at home and for outpatient use in care. The following hardware elements can be integrated on a double-sided printed circuit board:
DIN Anschlussbuchsen für die Auswertung von resistiven und kapazitiven Sensoren, sowie ein HF Anschluss für die Auswertung eines piezoelektrischen Sensors und diverse Anschlussmöglichkeiten für SchwesternrufsystemeDIN connection sockets for the evaluation of resistive and capacitive sensors, as well as an HF connection for the evaluation of a piezoelectric sensor and various connection options for nurse call systems
Kommunikationsmodul für WiFi, LoRa, LTE (5G), BTLE, DECT, eSIM, sowie Funkmodule zur Anbindung an Schwesternrufanlagen bzw. an Hausnotrufsysteme oder an Gateways zur Übertragung von Informationen in eine Patientendatenbank Speicher, wie eine SD-Karte, für die Speicherung von Sensordaten Communication module for WiFi, LoRa, LTE (5G), BTLE, DECT, eSIM, as well as radio modules for connection to nurse call systems or to home emergency call systems or to gateways for transferring information to a patient database memory, such as an SD card, for storing sensor data
Speicher, wie ein Flash-Speicher, zur lokalen Speicherung von Konfigurationsdaten CAN Bus Kommunikationsmodul Memory, such as flash memory, for local storage of configuration data CAN bus communication module
Widerange Spannungsversorgung mit separatem Netzteil. Wide range power supply with separate power pack.
Die Aufgabe der Erfindung ist zudem, ein Verfahren bereitzustellen, das die Gewichtsbestimmung bzw. Gewichtsüberwachung einer Person ermöglicht. Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Gewichtsbestimmung oder Gewichtsüberwachung einer Person unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Textils vorgesehen, umfassend die Schritte a) Kalibrieren des Textils, b) Auflegen der Person auf das Textil c) Erfassen der Sensordaten d) Berechnen des Gewichts der Person bzw. der Gewichtsänderung aus den in Schritt c) erfassten Daten. The object of the invention is also to provide a method that enables the weight of a person to be determined or monitored. To solve the The object is a method for determining or monitoring the weight of a person using a textile according to the invention, comprising the steps of a) calibrating the textile, b) placing the person on the textile c) acquiring the sensor data d) calculating the weight of the person or the change in weight from the data collected in step c).
Schritt a) des Verfahrens kann das Auflegen von verschieden schweren Gewichten umfassen. Das Kalibrieren gemäß Schritt a) kann die Erstellung eines Zustandsraum-, eines Kalman Filter- oder eines Supportvektormaschinenmodell oder die Erstellung einer Druck/Gewicht-Kennlinie umfassen. Step a) of the method can include the application of weights of different weights. The calibration according to step a) can include the creation of a state space, a Kalman filter or a support vector machine model or the creation of a pressure/weight characteristic.
Schritt c) kann das Ermitteln der Widerstandswerte und/oder der Ladekurve in Abhängigkeit der Zeit umfassen. Vorzugsweise umfasst Schritt c) das Anwenden eines Multiplexverfahrens. Step c) can include determining the resistance values and/or the charging curve as a function of time. Step c) preferably comprises applying a multiplexing method.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der Berechnung gemäß Schritt d) ein Kompensationsparameter, der vorzugsweise in der Auswertesoftware hinterlegt ist, berücksichtigt. Dieser Kompensationsparameter kann auf Basis eines Alterungsprofils des Textils festgelegt werden. Das Alterungsprofil kann durch Waschversuche ermittelt werden. In an advantageous embodiment, a compensation parameter, which is preferably stored in the evaluation software, is taken into account in the calculation according to step d). This compensation parameter can be set based on an aging profile of the textile. The aging profile can be determined by washing tests.
Die Erfindung ist zudem gerichtet auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Textils zur Gewichtsbestimmung oder Gewichtsüberwachung einer auf dem Textil liegenden Person. The invention is also aimed at the use of the textile according to the invention for determining the weight or monitoring the weight of a person lying on the textile.
Die Beschreibung des erfindungsgemäßen Textils und der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Verwendung sind als komplementär zueinander zu verstehen, sodass Verfahrensangaben bzw. Verwendungsangaben, die im Zusammenhang mit dem Textil oder der Vorrichtung erläutert sind, ebenfalls einzeln oder kombiniert als Verfahrensangaben bzw. Verwendungsangaben zu verstehen sind. Merkmale des Textils oder der Vorrichtung, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Verwendung erläutert sind, sind einzeln oder miteinander kombiniert auch als Merkmale des erfindungsgemäßen Textils oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verstehen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren nochmals erläutert. The description of the textile according to the invention and the device according to the invention and the method according to the invention or the use according to the invention are to be understood as complementary to one another, so that details of the method or details of use that are explained in connection with the textile or the device can also be used individually or in combination as method details or . Features of the textile or the device that are explained in connection with the method according to the invention or the use according to the invention are to be understood individually or combined with one another as features of the textile or the device according to the invention. The invention is explained again below with reference to the figures.
Fig. 1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensor-Lage eines erfindungsgemäßen Textils in der Draufsicht. 1A shows an exemplary embodiment of a sensor layer of a textile according to the invention in plan view.
Fig. 1 B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensor-Lage eines erfindungsgemäßen Textils in der Untersicht. 1B shows an exemplary embodiment of a sensor layer of a textile according to the invention viewed from below.
Fig. 2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines kapazitiven Sensors eines erfindungsgemäßen Textils. 2A shows an exemplary embodiment of a capacitive sensor of a textile according to the invention.
Fig. 2B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines resistiven Sensors eines erfindungsgemäßen Textils. 2B shows an exemplary embodiment of a resistive sensor of a textile according to the invention.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Konnektors. 3 shows an exemplary embodiment of a connector.
Fig. 4A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensor-Lage eines erfindungsgemäßen Textils in der Draufsicht. 4A shows an exemplary embodiment of a sensor layer of a textile according to the invention in plan view.
Fig. 4B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensor-Lage eines erfindungsgemäßen Textils in der Draufsicht. 4B shows an exemplary embodiment of a sensor layer of a textile according to the invention in a plan view.
Fig. 1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensor-Lage 1 in der Draufsicht mit einer Vielzahl an Sensoren 2, die in Matrixform angeordnet sind. Die Sensoren 2 umfassen jeweils zwei Elektroden, wobei die in der Draufsicht zu sehenden Elektroden als obere Elektroden und die in der Untersicht zu sehenden Elektroden als untere Elektroden bezeichnet werden. Die oberen Elektroden sind zeilenweise über Verbindungsleitungen 3 mit den benachbarten Elektroden der jeweiligen Zeile verbunden. So wird die obere Zeile durch die oberen Elektroden 30, 31 , 32, 33 ausgebildet, wobei die benachbarten Elektroden der Zeile jeweils über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Die Elektrode 33 wird als erste Elektrode der Zeile bezeichnet, da diese über die Verbindungsleitung 5 mit einem Kontaktpunkt der Kontaktleise 6 verbunden ist. 1A shows an exemplary embodiment of a sensor layer 1 in plan view with a multiplicity of sensors 2 arranged in matrix form. The sensors 2 each comprise two electrodes, the electrodes seen in the top view being referred to as upper electrodes and the electrodes seen in the bottom view being referred to as lower electrodes. The upper electrodes are connected row by row via connecting lines 3 to the adjacent electrodes of the respective row. The upper row is thus formed by the upper electrodes 30, 31, 32, 33, the adjacent electrodes of the row being connected to one another via a connecting line. The electrode 33 is referred to as the first electrode of the row, since it is connected to a contact point of the contact strip 6 via the connecting line 5 .
Fig. 1 B zeigt die Sensor-Lage 1 aus Fig. 1A in der Untersicht. In der Untersicht sind die unteren Elektroden zu sehen. Die unteren Elektroden sind spaltenweise über Verbindungsleitungen 4 mit den benachbarten Elektroden der jeweiligen Spalte verbunden. So wird die linke Spalte durch die unteren Elektroden 40, 41 , 42, 43, 44, 45 ausgebildet, wobei die benachbarten Elektroden der Spalte jeweils über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Die Elektrode 45 wird als erste Elektrode der Spalte bezeichnet, da diese über die Verbindungsleitung 7 mit einem Kontaktpunkt der Kontaktleiste 6 verbunden ist. FIG. 1B shows the sensor layer 1 from FIG. 1A viewed from below. The lower electrodes can be seen in the bottom view. The lower electrodes are connected column by column to the adjacent electrodes of the respective column via connecting lines 4 . The column on the left is thus formed by the lower electrodes 40, 41, 42, 43, 44, 45, with the adjacent electrodes of the column being connected to one another via a connecting line. The electrode 45 is referred to as the first electrode of the column since it is connected to a contact point of the contact strip 6 via the connecting line 7 .
Zur Ermittlung eines Sensorwertes, beispielsweise des Sensors, der die obere Elektrode 30 und die untere Elektrode 40 umfasst, ist eine Auswerteeinheit an dem Kontaktpunkt auf der Kontaktleise 6, an dem die Verbindungsleitung 5 endet, und an dem Kontaktpunkt auf der Kontaktleise 6, an dem die Verbindungsleitung 7 endet, anzuschließen. To determine a sensor value, for example the sensor that includes the upper electrode 30 and the lower electrode 40, an evaluation unit is located at the contact point on the contact strip 6 at which the connecting line 5 ends and at the contact point on the contact strip 6 at which the connecting line 7 ends to connect.
Fig. 2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines kapazitiven Sensors 15 eines erfindungsgemäßen Textils. Der kapazitive Sensor umfasst zwei Elektroden, die durch ein Dielektrikum 14 voneinander getrennt sind. Das Dielektrikum 14 ist ein Polyurethan- Schaumstoff. Die Elektroden sind in jeweils ein Gewebe 12,13 eingenäht. Die Nähte bestehen jeweils aus einem Obergarn 9, 10 sowie einem Untergarn 8, 11. Die Obergarne 9, 10 sind die Elektroden, wobei sie leitfähige Garne in Form von Polyester-Garnen sind, die mit leitfähigen Edelstahlfilamenten verdrillt sind. Die Obergarne 9,10 sind zudem mit einer leitfähigen Beschichtung versehen. Die Untergarne 8, 11 sind Polyester-Garne. 2A shows an exemplary embodiment of a capacitive sensor 15 of a textile according to the invention. The capacitive sensor includes two electrodes that are separated from one another by a dielectric 14 . The dielectric 14 is a polyurethane foam. The electrodes are each sewn into a tissue 12,13. The seams each consist of a top yarn 9, 10 and a bottom yarn 8, 11. The top yarns 9, 10 are the electrodes, being conductive yarns in the form of polyester yarns twisted with conductive stainless steel filaments. The upper threads 9,10 are also provided with a conductive coating. The lower yarns 8, 11 are polyester yarns.
Fig. 2B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines resistiven Sensors 23 eines erfindungsgemäßen Textils. Der resistive Sensor umfasst zwei Elektroden, die durch ein leitfähiges Material 22 voneinander getrennt sind. Das leitfähige Material 22 ist ein leitfähiges Polyestergestrick. Die Elektroden sind in jeweils ein Gewebe 20,21 eingenäht. Die Nähte bestehen jeweils aus einem Obergarn 17, 18 sowie einem Untergarn 16, 19. Die Obergarne 17, 18 sind die Elektroden, wobei sie leitfähige Garne in Form von Polyester- Garnen sind, die mit leitfähigen Edelstahlfilamenten verdrillt sind. Die Obergarne 17, 18 sind zudem mit einer leitfähigen Beschichtung versehen. Die Untergarne 16, 19 sind Polyester-Garne. 2B shows an exemplary embodiment of a resistive sensor 23 of a textile according to the invention. The resistive sensor includes two electrodes separated by a conductive material 22 . The conductive material 22 is a conductive knitted polyester fabric. The electrodes are each sewn into a fabric 20,21. The sutures each consist of a top yarn 17, 18 and a bottom yarn 16, 19. The top yarns 17, 18 are the electrodes, being conductive yarns in the form of polyester yarns twisted with conductive stainless steel filaments. The upper threads 17, 18 are also provided with a conductive coating. The bobbin yarns 16, 19 are polyester yarns.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Konnektors 24. Der Konnektor 24 ist ausgebildet, über die Stecker 25, 26 mit einer Steuereinheit zur Ermittlung und Auswertung der Sensordaten verbunden zu werden. Das andere Ende des Konnektors 24 weist zwei flexible Leiterplatten 28, 28' mit jeweils einer Vielzahl von Kontaktpunkten auf, wobei jede Leiterplatte 28, 28' so ausgebildet ist, dass sie mit der jeweils korrespondierenden Kontaktleiste des Textils verbunden werden kann. Die Kontaktpunkte der Leiterplatten 28, 28' des Konnektors sind als Schüssel-Teile von Druckknöpfen ausgebildet, die auf die als Noppen ausgebildeten Kontaktpunkte der Kontaktleisten des Textils gestülpt werden können. Die Anordnung der Kontaktpunkte auf den Leiterplatten 28, 28' unterscheidet sich einzig darin, dass der Kontaktpunkt 27 der Leiterplatte 28 anders angeordnet ist als der Kontaktpunkt 29 der Leiterplatte 28'. Die übrigen Kontaktpunkte der Leiterplatten 28, 28' sind identisch angeordnet. Somit kann die Leiterplatte 28 nur mit der korrespondierenden Kontaktleiste des Textils und die Leiterplatte 28'nur mit der korrespondieren Kontaktleiste des Textils verbunden werden. 3 shows an exemplary embodiment of a connector 24. The connector 24 is designed to be connected via the plugs 25, 26 to a control unit for determining and evaluating the sensor data. The other end of the connector 24 has two flexible printed circuit boards 28, 28', each with a plurality of contact points, each printed circuit board 28, 28' being designed in such a way that it can be connected to the corresponding contact strip of the textile. The contact points of the circuit boards 28, 28' of the connector are designed as key parts of snap fasteners, which can be slipped onto the contact points of the contact strips of the textile, which are designed as nubs. The arrangement of the contact points on the printed circuit boards 28, 28' differs only in that the contact point 27 on the printed circuit board 28 is arranged differently than the contact point 29 on the printed circuit board 28'. The other contact points of the printed circuit boards 28, 28' are arranged identically. Thus, the printed circuit board 28 can only be connected to the corresponding contact strip of the textile and the printed circuit board 28′ can only be connected to the corresponding contact strip of the textile.
Fig. 4A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensor-Lage 46 in der Draufsicht mit mehreren Kammelektroden. Eine der Kammelektroden weist eine Basis 47 auf, die entlang des linken Textilrandes verläuft und von der sich eine Vielzahl von Zinkenfingern 48, hier genau zwei Zinkenfinger, in Richtung des gegenüberliegenden Textilrandes erstrecken. Eine weitere Kammelektrode weist eine Basis 49 auf, die entlang des rechten Textilrandes verläuft und von der sich eine Vielzahl von Zinkenfingern 50, hier genau elf, in Richtung des gegenüberliegenden Textilrandes erstrecken. Neben der Kammelektrode mit der Basis 47 und den Zinkenfingern 48 verlaufen an dem linken Textilrand weitere Kammelektroden, die jeweils eine Vielzahl von Zinkenfingern, hier zwei, aufweisen. Jede Kammelektrode ist mit einem Kontaktpunkt auf der Leiterplatte verbunden. FIG. 4A shows an exemplary embodiment of a sensor layer 46 in plan view with a plurality of comb electrodes. One of the comb electrodes has a base 47 which runs along the left edge of the textile and from which a large number of tine fingers 48, in this case exactly two tine fingers, extend in the direction of the opposite textile edge. Another comb electrode has a base 49 that runs along the right edge of the textile and from which a large number of tine fingers 50, here exactly eleven, extend in the direction of the opposite edge of the textile. In addition to the comb electrode with the base 47 and the tine fingers 48, further comb electrodes run along the left edge of the textile, each of which has a large number of tine fingers, here two. Each comb electrode is connected to a contact point on the circuit board.
Fig. 4B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensor-Lage 51 in der Draufsicht mit mehreren Kammelektroden. Eine der Kammelektroden weist eine Basis 52 auf, die entlang des unteren Textilrandes verläuft und von der sich eine Vielzahl von Zinkenfingern 53 in Richtung des oberen Textilrandes erstrecken. Eine weitere Kammelektrode weist eine Basis 54 auf, die entlang des oberen Textilrandes verläuft und von der sich eine Vielzahl von Zinkenfingern 55 in Richtung des unteren Textilrandes erstrecken. FIG. 4B shows an exemplary embodiment of a sensor layer 51 in plan view with a plurality of comb electrodes. One of the comb electrodes has a base 52 which runs along the lower edge of the fabric and from which a plurality of tine fingers 53 extend towards the upper edge of the fabric. Another comb electrode has a base 54 which runs along the upper fabric edge and from which a plurality of tine fingers 55 extend towards the lower fabric edge.
Bezugszeichenliste Reference List
1 . Sensor-Lage 1 . sensor location
2. Sensor 2. Sensor
3. Verbindungsleitung 3. Connection line
4. Verbindungsleitung 4. Connection line
5. Verbindungsleitung 5. Connection line
6. Kontaktleiste 6. Contact bar
7. Verbindungsleitung 7. Connection line
8. Untergarn 9. Obergarn 8. Underthread 9. upper thread
10. Obergarn 10. upper thread
11. Untergarn 11. Underthread
12. Gewebe 12. Tissue
13. Gewebe 13. Tissue
14. Dielektrikum 14. Dielectric
15. Kapazitiver Sensor15. Capacitive sensor
16. Untergarn 16. Underthread
17. Obergarn 17. upper thread
18. Obergarn 18. Top yarn
19. Untergarn 19. Underthread
20. Gewebe 20. Tissue
21. Gewebe 21. Tissue
22. Leitfähiges Material22. Conductive Material
23. Resistiver Sensor23. Resistive sensor
24. Konnektor 24. Connector
25. Stecker 25. Plug
26. Stecker 26. Plug
27. Kontaktpunkt 27. Point of contact
28. Leiterplatte 28. Circuit board
28'. Leiterplatte 28'. circuit board
29. Kontaktpunkt 29. Point of contact
30. Obere Sensor-Elektrode30. Upper sensor electrode
31. Obere Sensor-Elektrode31. Upper sensor electrode
32. Obere Sensor-Elektrode32. Upper sensor electrode
33. Obere Sensor-Elektrode33. Upper sensor electrode
40. Untere Sensor-Elektrode40. Lower sensor electrode
41. Untere Sensor-Elektrode41. Lower sensor electrode
42. Untere Sensor-Elektrode42. Lower sensor electrode
43. Untere Sensor-Elektrode43. Lower sensor electrode
44. Untere Sensor-Elektrode44. Lower sensor electrode
45. Untere Sensor-Elektrode45. Lower sensor electrode
46. Sensor-Lage 46. Sensor location
47. Basis 47th base
48. Zinkenfinger 48. Tine fingers
49. Basis 50. Zinkenfinger49th base 50. Tine fingers
51. Sensor-Lage51. Sensor location
52. Basis 52nd base
53. Zinkenfinger 54. Basis 53. Tine fingers 54. Base
55. Zinkenfinger 55. Tine fingers

Claims

Patentansprüche patent claims
1) Textil zur Gewichtsbestimmung oder Gewichtsüberwachung einer auf dem Textil liegenden Person, wobei das Textil eine erste Sensor-Lage mit einer Vielzahl von ersten Sensoren, die als kapazitive Sensoren ausgebildet sind, und eine zweite Sensor-Lage mit einer Vielzahl von zweiten Sensoren umfasst. 1) Textile for determining the weight or monitoring the weight of a person lying on the textile, the textile comprising a first sensor layer with a multiplicity of first sensors, which are designed as capacitive sensors, and a second sensor layer with a multiplicity of second sensors.
2) Textil nach Anspruch 1 , wobei die erste Sensor-Lage eine oder mehrere Verbindungsleitungen zur Verbindung von jeweils zwei der ersten Sensoren untereinander umfasst und/oder wobei die zweite Sensor-Lage eine oder mehrere Verbindungsleitungen zur Verbindung von jeweils zwei der zweiten Sensoren untereinander umfasst. 2) Textile according to claim 1, wherein the first sensor layer comprises one or more connecting lines for connecting two of the first sensors to one another and/or wherein the second sensor layer comprises one or more connecting lines for connecting two of the second sensors to one another .
3) Textil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweiten Sensoren resistive Sensoren, kapazitive Sensoren und/oder piezoelektrische Sensoren umfassen, vorzugsweise wobei die zweiten Sensoren als kapazitive oder resistive Sensoren ausgebildet sind. 3) Textile according to claim 1 or 2, wherein the second sensors comprise resistive sensors, capacitive sensors and/or piezoelectric sensors, preferably wherein the second sensors are designed as capacitive or resistive sensors.
4) Textil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten und die zweiten Sensoren versetzt übereinander angeordnet sind. 4) Textile according to one of claims 1 to 3, wherein the first and the second sensors are arranged offset one above the other.
5) Textil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Textil eine oder mehrere weitere Sensor-Lagen, bevorzugt 1 bis 10 weitere Sensor-Lagen, besonders bevorzugt 2 bis 6 weitere Sensor-Lagen, umfasst, wobei die weiteren Sensor-Lagen jeweils eine Vielzahl von weiteren Sensoren aufweisen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus kapazitiven, resistiven und piezoelektrischen Sensoren, vorzugsweise wobei die Sensoren innerhalb jeder Sensor-Lage gleicher Art sind. 5) Textile according to one of claims 1 to 4, wherein the textile comprises one or more additional sensor layers, preferably 1 to 10 additional sensor layers, particularly preferably 2 to 6 additional sensor layers, the additional sensor layers each a plurality of further sensors selected from the group consisting of capacitive, resistive and piezoelectric sensors, preferably wherein the sensors within each sensor layer are of the same type.
6) Textil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweiten Sensoren als resistive Sensoren ausgebildet sind, die jeweils zwei Elektroden aufweisen, zwischen denen ein leitfähiges Material, vorzugsweise in Form eines leitfähigen Polyestermaterials, angeordnet ist. 6) Textile according to one of claims 1 to 5, wherein the second sensors are designed as resistive sensors, each having two electrodes between which a conductive material, preferably in the form of a conductive polyester material, is arranged.
7) Textil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die ersten Sensoren Kammelektroden umfassen. 8) Textil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die ersten Sensoren jeweils zwei Elektroden aufweisen, zwischen denen ein Dielektrikum, vorzugsweise in Form eines Schaumstoffs, angeordnet ist. 7) Textile according to one of claims 1 to 6, wherein the first sensors comprise comb electrodes. 8) Textile according to one of claims 1 to 6, wherein the first sensors each have two electrodes between which a dielectric, preferably in the form of a foam, is arranged.
9) Textil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder Sensor mit mindestens einem anderen Sensor derselben Sensor-Lage verbunden ist, bevorzugt wobei die ersten Sensoren der ersten Sensorlage und/oder die zweiten Sensoren der zweiten Sensorlage jeweils eine Matrixstruktur ausbilden, bei der die Sensoren der jeweiligen Sensor-Lage zeilen- und spaltenweise miteinander verbunden sind. 9) Textile according to one of claims 1 to 8, wherein each sensor is connected to at least one other sensor of the same sensor layer, preferably wherein the first sensors of the first sensor layer and/or the second sensors of the second sensor layer each form a matrix structure in which the sensors of the respective sensor layer are connected to each other in rows and columns.
10) Textil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Textil, vorzugsweise jede Sensor- Lage, mindestens eine Kontaktleiste umfasst, wobei jede Kontaktleiste mit mindestens zwei Sensorelektroden, bevorzugt von verschiedenen Sensoren, verbunden ist. 10) Textile according to one of claims 1 to 9, wherein the textile, preferably each sensor layer, comprises at least one contact strip, each contact strip being connected to at least two sensor electrodes, preferably from different sensors.
11) Textil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jede Elektrode eines Sensors mit mindestens einer Elektrode eines anderen Sensors verbunden ist, bevorzugt wobei die beiden Elektroden eines Sensors mit Elektroden verschiedener Sensoren verbunden sind. 11) Textile according to one of claims 1 to 10, wherein each electrode of a sensor is connected to at least one electrode of another sensor, preferably wherein the two electrodes of a sensor are connected to electrodes of different sensors.
12) Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung oder Gewichtsüberwachung einer Person, umfassend ein Textil nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und eine Steuereinheit. 12) Device for determining or monitoring the weight of a person, comprising a textile according to any one of claims 1 to 11 and a control unit.
13) Verfahren zur Gewichtsbestimmung oder Gewichtsüberwachung einer Person unter Verwendung eines Textils nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfassend die Schritte a) Kalibrieren des Textils, b) Auflegen der Person auf das Textil c) Erfassen der Sensordaten d) Berechnen des Gewichts der Person bzw. der Gewichtsänderung aus den in Schritt c) erfassten Daten. 13) A method for determining or monitoring the weight of a person using a textile according to one of claims 1 to 11, comprising the steps of a) calibrating the textile, b) placing the person on the textile, c) acquiring the sensor data, d) calculating the weight of the person or The change in weight from the data collected in step c).
14) Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Kalibrierung gemäß Schritt a) das Auflegen von verschieden schweren Gewichten und das Erstellen eines Zustandsraum-, eines Kalman Filter- oder eines Supportvektormaschinenmodell oder die Erstellung einer Druck/Gewicht-Kennlinie umfasst, und/oder wobei das Erfassen gemäß Schritt c) das Anwenden eines Multiplexverfahrens umfasst, und/oder wobei Schritt c) das Ermitteln der Widerstandswerte und/oder der Ladekurve in Abhängigkeit der Zeit umfasst. ) Verwendung eines Textils nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Gewichtsbestimmung oder Gewichtsüberwachung einer auf dem Textil liegenden Person. 14) Method according to claim 13, wherein the calibration according to step a) comprises the application of weights of different weights and the creation of a state space model, a Kalman filter model or a support vector machine model or the creation of a pressure/weight characteristic curve, and/or wherein the detection according to step c) includes the application of a multiplex method, and/or wherein step c) includes the determination of the resistance values and/or the charging curve as a function of time. ) Use of a textile according to any one of claims 1 to 11 for determining the weight or monitoring the weight of a person lying on the textile.
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