DE10156652B4

DE10156652B4 - Sensor for local and / or time-resolved force or pressure measurement

Info

Publication number: DE10156652B4
Application number: DE2001156652
Authority: DE
Inventors: Axel Schoft
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-11-17
Filing date: 2001-11-17
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2021-11-18
Also published as: DE10156652A1

Abstract

Sensor zur orts- und/oder zeitauflösenden Kraft- oder Druckmessung, der Widerstandselemente (5, 15) aufweist, welche ein matrixartiges Raster mit Zeilen und Spalten voneinander beabstandeter Kontaktbereiche (K) der Widerstandselemente (5, 15) ausbilden, wobei ein elektrischer Widerstand an einem Kontaktbereich (K) zweier Widerstandselemente (5, 15) von der Kraft- oder Druckbelastung des Kontaktbereichs (K) abhängig ist, wobei zumindest eines der Widerstandselemente (5, 15) zumindest an einem der Kontaktbereiche (K) durch ein an diesem Kontaktbereich (K) mit dem Widerstandselement (5, 15) in elektrischem Kontakt befindliches, elektrisch leitendes Element (4, 14; 20) spannungsbeaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das matrixartige Raster in einem Gewebe (1, 2, 11, 12) angeordnet ist und daß an diesem Gewebe Elektroden (3, 13) befestigt sind, welche in Zeilen und Spalten angeordnet sind, und welche wiederum die elektrisch leitenden Elemente (4, 14) kontaktieren.Sensor for spatially and / or time-resolved force or pressure measurement, the resistance elements (5, 15) which form a matrix-like grid with rows and columns of spaced contact areas (K) of the resistive elements (5, 15), wherein an electrical resistance a contact region (K) of two resistance elements (5, 15) is dependent on the force or pressure loading of the contact region (K), wherein at least one of the resistance elements (5, 15) at least at one of the contact regions (K) by a contact region ( K) with the resistance element (5, 15) in electrical contact befindlichem, electrically conductive element (4, 14, 20) is voltage acted upon, characterized in that the matrix-like grid in a fabric (1, 2, 11, 12) is arranged and in that electrodes (3, 13), which are arranged in rows and columns, and which in turn make contact with the electrically conductive elements (4, 14), are fastened to this fabric.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zur orts- und/oder zeitauflösenden Kraft- oder Druckmessung, der Widerstandselemente aufweist, welche ein matrixartiges Raster mit Zeilen und Spalten voneinander beabstandeter Kontaktbereiche der Widerstandselemente ausbilden, wobei ein elektrischer Widerstand an einem Kontaktbereich zweier Widerstandselemente von der Kraft- oder Druckbelastung des Kontaktbereichs abhängig ist.The invention is based on a sensor for spatially and / or time-resolved force or pressure measurement, the resistance elements which form a matrix-like grid with rows and columns of spaced contact areas of the resistive elements, wherein an electrical resistance at a contact region of two resistive elements of the force - or pressure load of the contact area is dependent.

Ein solcher Sensor ist bekannt aus der DE 198 26 484 . Der bekannte Sensor besteht aus einem in ein Gewebe eingebetteten matrixartigen Raster von leitfähigen Zeilenfasern und Spaltenfasern, wobei die Zeilenfasern und die Spaltenfasern an Kontaktstellen, welche an den Kreuzungsbereichen der Zeilen- und Spaltenfasern ausgebildet sind, jeweils lose übereinanderliegend angeordnet sind. Die Zeilenfasern und die Spaltenfasern sind als elastische Fasern aus Kohlefaser oder einem halbleitenden Polymer ausgebildet. Die Enden der Spalten- und Zeilenfasern sind über elektrische Verbindungskabel mit einer Auswerteelektronik verbunden. Die Fasern sind elastisch und weisen eine hohe Biege- und Wölb-Flexibilität auf, um sich an eine Deformation des Gewebes anpassen zu können. Das Material der Spalten- und Zeilenfasern ist derart gewählt, daß ein Kontaktwiderstand zwischen einer Spaltenfaser und einer Zeilenfaser von der Druckbeaufschlagung der Kontaktstelle abhängig ist. Wird eine solche Kontaktstelle druckbeaufschlagt, so verringert sich der Kontaktwiderstand zwischen der betreffenden Zeilenfaser und Spaltenfaser. Diese Widerstandsänderung wird durch die angeschlossene Auswerteelektronik erfaßt, wodurch Druckänderungen an den Kontaktstellen ortsaufgelöst und/oder zeitaufgelöst gemessen werden können.Such a sensor is known from the DE 198 26 484 , The known sensor consists of a matrix-like grid of conductive row fibers and column fibers embedded in a fabric, wherein the row fibers and the column fibers are loosely superimposed on contact points which are formed at the intersection areas of the row and column fibers. The row fibers and the column fibers are formed as elastic fibers of carbon fiber or a semiconductive polymer. The ends of the column and row fibers are connected via electrical connection cable with a transmitter. The fibers are elastic and have high bending and arching flexibility to accommodate deformation of the fabric. The material of the column and row fibers is chosen such that a contact resistance between a column fiber and a row fiber depends on the pressurization of the pad. If such a contact point is pressurized, the contact resistance between the relevant row fiber and column fiber decreases. This resistance change is detected by the connected evaluation, whereby pressure changes at the contact points spatially resolved and / or can be measured time resolved.

Bei dem bekannten Sensor sind die Spalten- und Zeilenfasern jeweils an ihren Enden mit Verbindungskabeln kontaktiert, über die der Sensor mit der Auswerteelektronik verbunden ist. Die als Spalten- bzw. Zeilenfasern verwendeten elastischen Kohlefasern oder Polymerfasern bilden gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Verbindungskabeln und der Kontaktstelle, an der die zu messende Widerstandsänderung stattfindet. Elastische Kohlefasern oder Polymerfasern haben einen höheren spezifischen Widerstand als metallische Zuleitungen, wie sie in der Regel bei einer Widerstandsmessung als elektrische Verbindungen zwischen Meßgeräten und der Stelle, an der gemessen werden soll, verwendet werden. Der hierdurch bedingte Meßfehler ist zwar gering und die Meßgenauigkeit in den meisten Anwendungsfällen völlig ausreichend. Es kann jedoch erforderlich sein, den Sensor für Messungen einzusetzen, bei denen eine erhöhte Meßgenauigkeit gefordert wird, welche beim Einsatz von Kohle- oder Polymerfasern als elektrische Verbindungen zwischen den Verbindungskabeln der Auswerteelektronik und den Kontaktstellen nicht erreicht wird. Der Einsatz von gut leitfähigen Metallfasern als Spalten- bzw. Zeilenfasern verbietet sich dabei aus dem Grund, da diese bei einer Deformation des Sensors, wie sie beispielsweise bei einer Anwendung des Sensors in einem Airbag für Kraftfahrzeuge vorkommen kann, leicht brechen oder reißen können und deshalb störanfällig sind und überdies leicht oxidieren, wobei eine Oxidation an einer Kontaktstelle das Meßergebnis verfälscht.In the known sensor, the column and row fibers are each contacted at their ends with connecting cables, via which the sensor is connected to the transmitter. At the same time, the elastic carbon fibers or polymer fibers used as column fibers form the electrical connection between the electrical connection cables and the contact point at which the resistance change to be measured takes place. Elastic carbon fibers or polymer fibers have a higher resistivity than metal leads, which are typically used in resistance measurement as electrical connections between meters and the location to be measured. The resulting measurement error is indeed low and the measurement accuracy in most applications completely sufficient. However, it may be necessary to use the sensor for measurements in which an increased measurement accuracy is required, which is not achieved when using carbon or polymer fibers as electrical connections between the connecting cables of the transmitter and the contact points. The use of highly conductive metal fibers as column or line fibers is ruled out for the reason that they can easily break or tear in a deformation of the sensor, as may occur for example in an application of the sensor in an airbag for motor vehicles and therefore are susceptible to interference and also oxidize easily, with an oxidation at a contact point falsifying the measurement result.

Aus der DE 36 38 641 A1 ist ein gattungsgemäßer Sensor bekannt. Der Sensor wird zur elektrischen Messung eines kleinen mechanischen flächenförmigen Druckes, insbesondere zur Ermittlung des Auflagedruckes einer liegenden oder stehenden Person eingesetzt. Der Sensor besteht aus ein oder zwei elektrisch leitfähigen Silikon-Kautschuk-Elementen zwischen zwei metallischen Kontakten. Aus der DE 200 14 200 U1 ist eine weitere Sensoranordnung bekannt. Die Sensoranordnung dient zur Messung der örtlichen Verteilung einer Messgröße. Die Sensoranordnung kann als eine Sensorsitzmatte zur Sitzbelegungserkennung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein.From the DE 36 38 641 A1 is a generic sensor known. The sensor is used for the electrical measurement of a small mechanical surface pressure, in particular for determining the contact pressure of a person lying or standing. The sensor consists of one or two electrically conductive silicone rubber elements between two metallic contacts. From the DE 200 14 200 U1 is another sensor arrangement known. The sensor arrangement is used to measure the local distribution of a measured variable. The sensor arrangement can be designed as a sensor seat mat for seat occupancy detection in a motor vehicle.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Sensor der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine höhere Meßgenauigkeit gegeben ist.It is therefore an object of the invention to develop a sensor of the type mentioned in such a way that a higher accuracy is given.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest eines der Widerstandselemente zumindest an einem der Kontaktbereiche durch ein an diesem Kontaktbereich mit dem Widerstandselement in elektrischem Kontakt befindliches elektrisch leitendes Element spannungsbeaufschlagbar ist.The object is achieved in that at least one of the resistive elements is at least at one of the contact areas by a befindliches at this contact area with the resistive element in electrical contact electrically conductive element spannungsbeaufschlagbar.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß die Ableitung des eine Widerstandsänderung anzeigenden Signals von dem Kreuzungsbereich zweier Widerstandselemente zu einer elektrischen Anschlußleitung nicht über die Widerstandselemente selbst erfolgt, sondern über das niederohmige elektrisch leitende Element. Dies führt zu einer erhöhten Meßgenauigkeit, auch wenn die Widerstandselemente aus einem flexiblen und dehnbaren elastischen Material gefertigt werden, welches zwar elektrisch leitend, aber relativ hochohmig ist.The inventive measures is achieved in an advantageous manner that the derivative of the signal indicating a change in resistance from the crossing region of two resistance elements to an electrical connection line does not take place via the resistance elements themselves, but via the low-resistance electrically conductive element. This leads to an increased accuracy of measurement, even if the resistance elements are made of a flexible and stretchable elastic material, which is indeed electrically conductive, but relatively high impedance.

Es kann nun vorgesehen sein, für jeden Kontaktbereich ein separates Paar von Widerstandselementen vorzusehen. Vorzugsweise sind jedoch die Widerstandselemente streifenförmig und in Zeilen und Spalten angeordnet. Dadurch werden die Kontaktbereiche einer Zeile bzw. die Kontaktbereiche einer Spalte jeweils durch das selbe in dieser Zeile bzw. Spalte angeordnete Widerstandselement gebildet. Dies hat den Vorteil, daß die Herstellung des erfindungsgemäßen Sensors vereinfacht wird. Es ist dann nicht mehr nötig, jeden Kontaktbereich einzeln durch Aufeinanderlegen von separaten Widerstandselementen auszubilden, sondern die Kontaktbereiche werden in einfacher Art und Weise durch Kreuzungsbereiche der in Zeilen und Spalten angeordneten streifenförmigen Widerstandselemente ausgebildet, wodurch der Fertigungsaufwand des erfindungsgemäßen Sensors reduziert wird.It can now be provided to provide a separate pair of resistive elements for each contact area. Preferably, however, the resistive elements are strip-shaped and arranged in rows and columns. As a result, the contact areas of a row or the contact areas of a column are each arranged by the same resistance element arranged in this row or column educated. This has the advantage that the manufacture of the sensor according to the invention is simplified. It is then no longer necessary to form each contact area individually by juxtaposing separate resistance elements, but the contact areas are formed in a simple manner by crossing areas arranged in rows and columns strip-shaped resistance elements, whereby the manufacturing cost of the sensor according to the invention is reduced.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das elektrisch leitende Element streifenförmig ist und entlang einer Zeile oder Spalte der Kontaktbereiche angeordnet ist. Dadurch wird jeder Kontaktbereich einer Zeile bzw. Spalte durch ein elektrisch leitendes Element spannungsbeaufschlagt. Es muß nicht mehr jeder Kontaktbereich einzeln mit einem elektrisch leitenden Element kontaktiert werden, so daß der Fertigungsaufwand des erfindungsgemäßen Sensors reduziert wird. Besonders einfach wird die Kontaktierung erreicht, wenn das streifenförmige elektrisch leitende Element entlang einem streifenförmigen Widerstandselement in Kontakt zu diesem angeordnet ist. Hierbei ist das betreffende Widerstandselement zumindest über einen Teil seiner Länge und damit auch jeder in diesem Teil der Länge des Widerstandselements befindliche Kontaktbereich durch das elektrisch leitende Element kontaktiert. Hieraus resultiert eine weitere Reduzierung des Fertigungsaufwands des erfindungsgemäßen Sensors.It is preferably provided that the electrically conductive element is strip-shaped and is arranged along a row or column of the contact regions. As a result, each contact region of a row or column is subjected to voltage by an electrically conductive element. It no longer has to contact each contact area individually with an electrically conductive element, so that the production cost of the sensor according to the invention is reduced. Particularly easy contacting is achieved when the strip-shaped electrically conductive element is arranged along a strip-shaped resistance element in contact therewith. In this case, the relevant resistance element is contacted by the electrically conductive element at least over part of its length and thus also each contact area located in this part of the length of the resistance element. This results in a further reduction of the production cost of the sensor according to the invention.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das elektrisch leitende Element eine in ein Widerstandselement eingebettete elektrisch leitende Faser ist. Durch die Einbettung in des Widerstandselement wird auf besonders zuverlässige Art erreicht, daß das betreffende Widerstandselement mit dem als Faser ausgebildeten elektrisch leitenden Element in elektrischem Kontakt ist und der Kontaktbereich oder die Kontaktbereiche des Widerstandselements spannungsbeaufschlagt werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Widerstandselemente streifenförmig ausgebildet sind und sich die elektrisch leitende Faser zumindest über einen Teil der Länge, vorzugsweise über die gesamte Länge mindestens eines der Widerstandselemente erstreckt. Dadurch wird der gesamte Teil der Länge des Widerstandselements und somit alle in diesem Teil der Länge befindlichen Kontaktbereiche durch die Faser kontaktiert und spannungsbeaufschlagt. Es ist desweiteren von Vorteil, wenn die elektrisch leitende Faser im Widerstandselement mäanderförmig verläuft. Dadurch wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß bei einer Dehnung des Widerstandselements, wie sie beispielsweise bei einer Druckbeaufschlagung auftreten kann, lediglich das Mäander der Faser auseinander gezogen wird, ohne daß diese mit Zugkräften beaufschlagt wird und abreißen kann.A further advantageous development of the invention provides that the electrically conductive element is an electrically conductive fiber embedded in a resistance element. By embedding in the resistance element is achieved in a particularly reliable manner that the resistive element concerned is in electrical contact with the fiber-formed electrically conductive element and the contact region or the contact regions of the resistive element can be subjected to voltage. It is particularly advantageous if the resistance elements are strip-shaped and extends the electrically conductive fiber at least over part of the length, preferably over the entire length of at least one of the resistive elements. Thereby, the entire part of the length of the resistive element and thus all located in this part of the length contact areas is contacted by the fiber and subjected to voltage. It is furthermore advantageous if the electrically conductive fiber in the resistance element runs meandering. This achieves in an advantageous manner that when an elongation of the resistive element, as may occur, for example, when pressurized, only the meander of the fiber is pulled apart without this being subjected to tensile forces and can tear off.

Es kann vorgesehen sein, daß zumindest an einem Teil der Kontaktbereiche zwischen zwei Widerstandselementen ein Element aus einem schlecht leitfähigen Material angeordnet ist. Dies erhöht den elektrischen Widerstand zwischen den beiden Widerstandselementen an deren Kontaktbereich, so daß eine Druckbeaufschlagung des Kontaktbereichs eine größere absolute Widerstandsänderung hervorruft, als wenn die Widerstandselemente an diesem Kontaktbereich direkt in Kontakt wären. Daraus resultiert eine erhöhte Meßgenauigkeit des Sensors. Besonders effektiv wird diese Widerstandserhöhung erreicht, wenn das Element aus schlecht leitfähigem Material die gesamte Fläche des betreffenden Kontaktbereichs abdeckt. Dadurch wird verhindert, daß die beiden Widerstandselemente an diesem Kontaktbereich miteinander in Kontakt kommen können.It can be provided that at least at one part of the contact regions between two resistance elements, an element made of a poorly conductive material is arranged. This increases the electrical resistance between the two resistive elements at their contact area so that pressurization of the contact area causes a greater absolute resistance change than if the resistive elements were in direct contact at that contact area. This results in an increased measurement accuracy of the sensor. This increase in resistance is achieved particularly effectively if the element of poorly conductive material covers the entire area of the relevant contact area. This prevents that the two resistive elements can come into contact with each other at this contact area.

Es kann vorgesehen sein, daß das Element oder die Elemente aus schlecht leitfähigem Material streifenförmig ausgebildet ist oder sind und entlang einem oder mehreren streifenförmigen Widerstandselementen angeordnet ist bzw. sind. Dadurch werden mehrere, vorzugsweise alle Kontaktbereiche der betreffenden Widerstandselemente durch ein einzelnes durchgehendes Element aus schlecht leitfähigem Material versehen, so daß nicht jeder Kontaktbereich einzeln mit einem solchen Element versehen werden muß. Daraus resultiert eine Verringerung des Fertigungsaufwands des erfindungsgemäßen Sensors.It can be provided that the element or the elements of poorly conductive material is or are strip-shaped and is arranged along one or more strip-shaped resistance elements or are. As a result, several, preferably all contact areas of the relevant resistance elements are provided by a single continuous element of poorly conductive material, so that not every contact area must be provided individually with such an element. This results in a reduction of the production cost of the sensor according to the invention.

Es kann vorgesehen sein, daß zwischen den in Zeilen angeordneten Widerstandselementen und den in Spalten angeordneten Widerstandselementen eine Schicht angeordnet ist, welche isolierende Spalten- und Zeilenbereiche sowie durch diese Spalten- und Zeilenbereiche abgrenzte, schlecht leitfähige Bereiche aufweisen, welche schachbrettmusterartig angeordnet sind, und welche an den Kontaktbereichen der Widerstandselemente zwischen diesen angeordnet sind. Dadurch wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß durch den Einsatz eines einzelnen Bauteils, nämlich der die schlecht leitfähigen Elemente aufweisenden Schicht, zwischen den Widerstandselementen an einer Vielzahl, vorzugsweise an allen Kreuzungsbereichen, ein Element aus einem schlecht leitfähigen Material angeordnet ist, wobei diese Elemente aus einem schlecht leitfähigen Material gegeneinander elektrisch isoliert sind. Daraus resultiert eine weitere Reduzierung des Fertigungsaufwands des erfindungsgemäßen Sensors.It can be provided that between the arranged in rows resistance elements and arranged in columns resistance elements, a layer is arranged, which has insulating column and row areas and defined by these column and row areas, poorly conductive areas which are arranged like a checkerboard, and which are arranged at the contact areas of the resistance elements between them. This achieves in an advantageous manner that is arranged by the use of a single component, namely the layer having poor conductivity elements, between the resistive elements at a plurality, preferably at all intersection regions, an element made of a poorly conductive material, said Elements of a poorly conductive material against each other are electrically insulated. This results in a further reduction of the production cost of the sensor according to the invention.

Erfindungsgemäß ist das matrixartige Raster in einem Gewebe angeordnet, an dem Elektroden befestigt sind, welche in Zeilen und Spalten angeordnet sind, und welche wiederum die elektrisch leitenden Elemente kontaktieren. Durch die Integration in ein Gewebe wird erreicht, daß der Sensor leicht an seinem Einsatzort einbaubar ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß der Sensor bereits in ein Bauteil integriert ist, an dem eine Druckbeaufschlagung gemessen werden soll. Die Anordnung von Elektroden in dem Gewebe, welche die elektrisch leitenden Elemente kontaktieren, bewirkt, daß bei eventuell auftretenden Rissen in den elektrisch leitenden Elementen diese Risse durch die Elektroden überbrückt werden, wodurch eine noch zuverlässigere Spannungsbeaufschlagung der Kontaktbereiche an den Widerstandselementen erreicht wird.According to the invention, the matrix-like grid is arranged in a fabric on which electrodes are fixed, which are arranged in rows and columns, and which in turn contact the electrically conductive elements. The integration into a tissue ensures that the sensor can be installed easily at its place of use. Preferably provided that the sensor is already integrated in a component to which a pressurization is to be measured. The arrangement of electrodes in the tissue which contact the electrically conductive elements causes any cracks in the electrically conductive elements to bridge these cracks through the electrodes, thereby achieving an even more reliable voltage application of the contact regions to the resistance elements.

Es kann vorgesehen sein, daß mehrere, vorzugsweise alle in Spalten und/oder mehrere, vorzugsweise alle in Zeilen angeordneten Widerstandselemente in eine flächenförmige Anordnung integriert sind und durch elektrisch isolierende Bereiche voneinander getrennt sind. Dies bewirkt eine Vereinfachung des Fertigungsvorgangs für den erfindungsgemäßen Sensor, da dann nicht mehr jedes Widerstandselement einzeln in den Sensor eingebaut werden muß, sondern mehrere, vorzugsweise alle Widerstandselemente in ein einzelnes Bauteil integriert sind und bei der Fertigung des Sensors nur dieses eine Bauteil in den Sensor eingebaut werden muß.It can be provided that several, preferably all in columns and / or more, preferably all arranged in rows resistance elements are integrated into a sheet-like arrangement and are separated from each other by electrically insulating regions. This causes a simplification of the manufacturing process for the sensor according to the invention, since then no longer each resistor element must be installed individually in the sensor, but several, preferably all resistor elements are integrated into a single component and in the manufacture of the sensor only this one component in the sensor must be installed.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den beiden Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im folgenden anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:Further details of the invention can be taken from the two exemplary embodiments, which are described below with reference to the figures. Show it:

1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a section through a sensor according to the invention according to a first embodiment,

2 eine Draufsicht auf ein erstes Teil des Sensors gemäß 1 in Richtung II, teilweise im Schnitt, 2 a plan view of a first part of the sensor according to 1 in direction II, partly in section,

3 eine Draufsicht auf ein zweites Teil des Sensors gemäß 1 in Richtung III, teilweise im Schnitt, 3 a plan view of a second part of the sensor according to 1 in direction III, partly in section,

4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 4 a schematic representation of a sensor according to the invention according to a second embodiment,

5 eine Draufsicht auf ein flächenförmiges Element, und 5 a plan view of a sheet-like element, and

6 eine Draufsicht auf eine flächenförmige Anordnung von Widerstandselementen. 6 a plan view of a sheet-like arrangement of resistive elements.

Die 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors. Der Sensor weist streifenförmige, in Zeilen angeordnete Widerstandselemente 5 und streifenförmige, in Spalten angeordnete Widerstandselemente 15 auf, welche einander so überlappen, daß sie ein matrixartiges Raster von Kontaktbereichen K ausbilden. An den Kontaktbereichen K ist zwischen den in Zeilen angeordneten Widerstandselementen 5 und den in Spalten angeordneten Widerstandselementen 15 jeweils ein Element 6 aus einem schlecht leitfähigen Material angeordnet, das den gesamten betreffenden Kontaktbereich K abdeckt. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Elemente 6 aus schlecht leitfähigem Material ebenfalls streifenförmig ausgebildet und verlaufen entlang den streifenförmig ausgebildeten, in Spalten angeordneten Widerstandselementen 15.The 1 to 3 show a first embodiment of a sensor according to the invention. The sensor has strip-shaped resistance elements arranged in rows 5 and strip-shaped resistor elements arranged in columns 15 which overlap each other so as to form a matrix-like raster of contact areas K. At the contact areas K is between the resistor elements arranged in rows 5 and the resistor elements arranged in columns 15 one element each 6 arranged from a poorly conductive material covering the entire contact area K concerned. In the embodiment shown here are the elements 6 made of poorly conductive material also strip-shaped and extend along the strip-shaped, arranged in columns resistance elements 15 ,

Längs zu den Widerstandselementen 5, 15 und im Kontakt mit diesen sind streifenförmige elektrisch leitende Elemente 4, 14 aus einem gut leitenden Material, im hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus Metall, angeordnet, so daß über diese elektrisch leitenden Elemente 4, 14 die Widerstandselemente 5, 15 und somit auch die Kontaktbereiche K an den Widerstandselementen 5, 15 spannungsbeaufschlagbar sind. Der hier gezeigte Sensor ist, was aber nicht zwingend erforderlich ist, in ein Gewebe integriert, welches Deckschichten 1, 11 aufweist, an welchen der Sensor mittels Klebeschichten 2, 12 befestigt ist. Der Sensor weist des weiteren Elektroden 3, 13 auf, welche aus Metall gefertigt sind, und welche entlang den streifenförmigen elektrisch leitenden Elementen 4, 14 verlaufen und mit diesen in Kontakt sind. Die elektrisch leitenden Elemente 4, 14, oder alternativ die Elektroden 3, 13 sind über Anschlußleitungen (hier nicht gezeigt) mit einer Auswertevorrichtung verbindbar. Das Gewebe wird durch Nähte 7 zusammengehalten, welche gleichzeitig die Spalten, welche die in Spalten angeordneten Elektroden 13, die in Spalten angeordneten elektrisch leitenden Elemente 14 und die in Spalten angeordneten Widerstandselemente 15 sowie die Elemente 6 aus schlecht leitfähigem Material aufweisen, voneinander trennen.Longitudinal to the resistance elements 5 . 15 and in contact with these are strip-shaped electrically conductive elements 4 . 14 made of a highly conductive material, in the embodiment shown here of metal, arranged so that these electrically conductive elements 4 . 14 the resistance elements 5 . 15 and thus also the contact areas K on the resistance elements 5 . 15 are susceptible to voltage. The sensor shown here is, but this is not absolutely necessary, integrated into a fabric which covers layers 1 . 11 to which the sensor by means of adhesive layers 2 . 12 is attached. The sensor further has electrodes 3 . 13 which are made of metal, and which along the strip-shaped electrically conductive elements 4 . 14 and are in contact with them. The electrically conductive elements 4 . 14 , or alternatively the electrodes 3 . 13 are connectable via leads (not shown here) with an evaluation device. The fabric is made by stitching 7 held together, which at the same time the columns, which are arranged in columns electrodes 13 , the arranged in columns electrically conductive elements 14 and the resistor elements arranged in columns 15 as well as the elements 6 have from poorly conductive material, separate from each other.

Das Meßprinzip des Sensors, welches im wesentlichen dem Meßprinzip des aus der DE 198 26 484 bekannten Sensors entspricht, beruht nun darauf, daß in den Kontaktbereichen K die Widerstandselemente 5, 15 und das zwischen diesen angeordnete Element 6 aus einem schlechtleitfähigen Material im wesentlichen nur lose miteinander in Kontakt sind. Bei einer Druck- oder Kraftbeaufschlagung an dem betreffenden Kontaktbereich K werden das Widerstandselement 5 der Zeile, das Element 6 und das Widerstandselement 15 der Spalte zusammengepresst. Dies bewirkt eine Abnahme des elektrischen Widerstands zwischen dem Widerstandselement 5 der Zeile und dem Widerstandselement 15 der Spalte an deren Kontaktbereich K. Über eine Messung des Widerstands kann somit die Größe der Druck- oder Kraftbeaufschlagung des Kontaktbereichs K bestimmt werden. Bei einer Spannungsbeaufschlagung des Kontaktbereichs K ist des Meßsignal der Widerstandsmessung der durch den Kontaktbereich K vom Widerstandselement 5 der Zeile zum Widerstandselement 15 der Spalte fließende Strom.The measuring principle of the sensor, which essentially corresponds to the measuring principle of the DE 198 26 484 corresponds to known sensor, it is now based on that in the contact areas K, the resistance elements 5 . 15 and the element arranged between them 6 of a poorly conductive material substantially only loosely in contact with each other. When pressure or force is applied to the respective contact area K, the resistance element 5 the line, the element 6 and the resistance element 15 the column pressed together. This causes a decrease in the electrical resistance between the resistor element 5 the row and the resistor element 15 the gap at the contact region K. Thus, the magnitude of the pressure or force application of the contact region K can be determined by measuring the resistance. When voltage is applied to the contact region K, the measurement signal of the resistance measurement is that of the resistance element through the contact region K 5 of the Line to the resistance element 15 the column flowing current.

Die direkte Spannungsbeaufschlagung der Kontaktbereiche K durch die Metallstreifen 4, 14 hat gegenüber dem aus der DE 198 86 484 bekannten Sensor den zusätzlichen wesentlichen Vorteil, daß ein elektrisches Meßsignal, in diesem Fall der den Widerstand charakterisierende Strom durch den Kontaktbereich K, nicht über die relativ hochohmigen Widerstandselemente 5, 15 selbst abgeleitet werden muß, sondern über die mit dem Kontaktbereich K in Kontakt befindlichen niederohmigen Metallstreifen 4, 14. Die Widerstandselemente 5, 15 bilden somit lediglich, im Zusammenwirken mit den zwischen ihnen befindlichen schlecht leitfähigen Elementen 6, an den Kontaktbereichen K elektrische Widerstände aus, die durch Kraft- oder Druckbeaufschlagung veränderbar sind und somit geeignet sind, eine Kraft- oder Druckbeaufschlagung der Kontaktbereiche K zu charakterisieren. Die Kontaktbereiche sind somit über die Metallstreifen 4, 14 und weitere Anschlußleitungen (hier nicht gezeigt) direkt mit der Auswertevorrichtung verbindbar.The direct voltage application of the contact areas K through the metal strips 4 . 14 has opposite to that from the DE 198 86 484 known sensor the additional significant advantage that an electrical measurement signal, in this case the current characterizing the resistance through the contact region K, not on the relatively high resistance elements 5 . 15 itself must be derived, but via the contact area K in contact low-resistance metal strip 4 . 14 , The resistance elements 5 . 15 thus form only, in cooperation with the poorly conductive elements between them 6 , At the contact areas K electrical resistances, which are variable by force or pressure and thus are suitable to characterize a force or pressure of the contact areas K. The contact areas are thus over the metal strips 4 . 14 and further leads (not shown here) directly connectable to the evaluation device.

Die Metallstreifen 4, 14 sind dabei nicht vollflächig an den streifenförmigen Widerstandselementen 5, 15 fixiert, sondern liegen an diesen lose an oder sind nur punktuell an diesen fixiert, um eine Beschädigung der Metallstreifen 4, 14 zu vermeiden, wenn die Widerstandselemente 5, 15 infolge Druckbeaufschlagung gedehnt werden. Im Fall einer dennoch auftretenden Beschädigung eines Metallstreifens 4, 14 beispielsweise durch Risse, werden solche Beschädigungen durch die Elektroden 3, 13 elektrisch überbrückt. Die Elektroden 3, 13 erhöhen somit die Zuverlässigkeit des Sensors, sind aber nicht zwingend erforderlich. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Metallstreifen 4, 14 mit den Zeilen- bzw. Spaltenleiterbahnen 5, 15 im wesentlichen über deren gesamte Länge in Kontakt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die elektrisch leitenden Elements 4, 14 so auszubilden und anzuordnen, daß sie lediglich ausgewählte Kontaktbereiche K kontaktieren.The metal strips 4 . 14 are not the entire surface of the strip-shaped resistance elements 5 . 15 fixed, but are loosely attached to these or are only selectively fixed to these, to damage the metal strip 4 . 14 to avoid when the resistance elements 5 . 15 be stretched due to pressurization. In case of any damage to a metal strip 4 . 14 for example, by cracks, such damage by the electrodes 3 . 13 electrically bridged. The electrodes 3 . 13 thus increase the reliability of the sensor, but are not mandatory. In the embodiment shown here, the metal strips 4 . 14 with the row or column conductors 5 . 15 essentially over the entire length in contact. However, it may also be provided, the electrically conductive element 4 . 14 so form and arrange that they contact only selected contact areas K.

Es ist beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, die Widerstandselemente 5, 15 an jedem Kontaktbereich K durch ein schlecht leitendes Element 6 zu trennen. Es ist jedoch auch möglich, Elemente 6 nun an einzelnen Kontaktbereichen K vorzusehen oder ganz wegzulassen. Dabei bleibt das Meßprinzip dasselbe, bei einem direkten Kontakt zwischen zwei Widerstandselementen 5, 15 ist der elektrische Widerstand im Kontaktbereich K jedoch wesentlich kleiner, so daß bei einer Druckbeaufschlagung nur eine wesentlich geringere absolute Widerstandsänderung gemessen werden kann. Desweiteren kann vorgesehen sein, die Elements 6 nicht streifenförmig auszubilden, sondern lediglich in der Größe, daß sie den jeweiligen Kontaktbereich K abdecken.It is provided in the embodiment shown here, the resistance elements 5 . 15 at each contact area K by a poorly conductive element 6 to separate. However, it is also possible elements 6 now provide at individual contact areas K or omit altogether. The measuring principle remains the same, with a direct contact between two resistive elements 5 . 15 However, the electrical resistance in the contact region K is much smaller, so that when a pressure is applied only a significantly lower absolute resistance change can be measured. Furthermore, it can be provided, the elements 6 not form strip-shaped, but only in size that they cover the respective contact area K.

Durch die Trennung der Spalten 6, 12, 13, 14, 15 mittels Nähte 7 wird erreicht, daß benachbarte Spalten nicht verrutschen, und daß kein elektrischer Kurzschluß zwischen benachbarten Spalten zustandekommt, welcher das Messergebnis verfälschen könnte. Ebenso kann vorgesehen sein, was hier nicht gezeigt ist, daß Zeilen voneinander durch Nähte getrennt sind.By separating the columns 6 . 12 . 13 . 14 . 15 by means of seams 7 is achieved that adjacent columns do not slip, and that no electrical short circuit occurs between adjacent columns, which could falsify the measurement result. It can also be provided, which is not shown here, that lines are separated from each other by seams.

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Sensor zwei Zeilen und zwei Spalten auf. Diese Darstellung wurde der Anschaulichkeit halber gewählt, wobei ein erfindungsgemäßer Sensor in der Regel mehr als zwei Zeilen und mehr als zwei Spalten aufweist. Das Meßprinzip an sich läßt sich jedoch auch verwirklichen, wenn nur eine Spalte und eine Zeile vorhanden sind, welche einen Kontaktbereich K ausbilden.In the embodiment shown here, the sensor has two rows and two columns. This representation has been chosen for the sake of clarity, with a sensor according to the invention generally having more than two rows and more than two columns. However, the measuring principle per se can also be realized if only one column and one row are present, which form a contact region K.

Es ist nicht zwingend, die Widerstandselemente 5, 15 sowie die elektrisch leitenden Elemente 4, 14 streifenförmig auszubilden. Es kann vielmehr ebenso vorgesehen sein, daß jeder Kontaktbereich K durch ein separates Widerstandselement 5 und ein weiteres separates Widerstandselement 15 gebildet wird, zwischen denen ein Element 6 aus schlecht leitfähigem Material angeordnet sein kann. Ebenso kann vorgesehen sein, daß die Widerstandselemente 5, 15 nur an den Kontaktbereichen K durch die elektrisch leitenden Elements 4, 14 kontaktiert sind. Des weiteren kann vorgesehen sein, daß jeder Kontaktbereich K durch ein separates elektrisch leitendes Element 4 auf der durch das erste Widerstandselement 5 ausgebildeten Seite und durch ein separates elektrisch leitendes Element 14 auf der durch das weitere Widerstandselement 15 ausgebildeten Seite kontaktiert ist.It is not mandatory, the resistance elements 5 . 15 and the electrically conductive elements 4 . 14 form strip-shaped. Rather, it can also be provided that each contact area K by a separate resistance element 5 and another separate resistance element 15 is formed, between which an element 6 can be arranged from poorly conductive material. Likewise, it can be provided that the resistance elements 5 . 15 only at the contact areas K through the electrically conductive element 4 . 14 are contacted. Furthermore, it can be provided that each contact region K by a separate electrically conductive element 4 on the first resistance element 5 trained side and by a separate electrically conductive element 14 on the other by the resistance element 15 educated site is contacted.

4 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors. Dieser weist wiederum eine Anzahl streifenförmiger, in Zeilen angeordneter Widerstandselemente 5 sowie eine Anzahl streifenförmiger, in Spalten angeordneter Widerstandselemente 15 auf, die wiederum ein matrixartiges Raster von Kontaktbereichen K bilden. An Stelle der Metallstreifen 4, 14 des ersten Ausführungsbeispiels sind hier elektrisch leitende Fasern 20 in die Widerstandselemente 5, 15 eingebettet. Über die Fasern 20, welche in diesem Ausführungsbeispiel aus Metall ausgebildet sind, sind die Kontaktbereiche K der Widerstandselemente 5, 15 spannungsbeaufschlagbar. Zu diesem Zweck sind die Metallfasern 20 über Anschlußleitungen (hier nicht gezeigt) mit einer Auswerteeinrichtung verbindbar. Die Fasern 20 verlaufen mäanderförmig in den Widerstandselementen 5, 15, so daß bei einer Dehnung der Widerstandselemente 5, 15 lediglich das Mäander der Fasern 20 auseinander gezogen wird, die Fasern 20 jedoch nicht gedehnt oder abgerissen werden. Der Einfachheit halber wurde im zweiten Ausführungsbeispiel auf die Darstellung weiterer Bestandteile des Sensors verzichtet. Es versteht sich von selbst, daß auch der Sensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel an den Kontaktpunkten K ein oder mehrere Elemente 6 aus schlechtleitfähigem Material zwischen den Widerstandselementen 5, 15 aufweisen kann, sowie in ein Gewebe integriert und an diesem fixiert sein kann, wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Wie schon beim ersten Ausführungsbeispiel ist es auch hier nicht unbedingt erforderlich, daß die Widerstandselemente 5, 15, wie in 4 gezeigt, über ihre gesamte Länge durch Fasern 20 kontaktiert werden. Es kann durchaus ausreichend sein, wenn die Widerstandselemente 5, 15 durch die Fasern 20 nur an den Kontaktbereichen K oder an ausgewählten Kontaktbereichen K kontaktiert werden. 4 schematically shows a second embodiment of a sensor according to the invention. This in turn has a number of strip-shaped, arranged in rows resistance elements 5 and a number of strip-shaped resistor elements arranged in columns 15 which in turn form a matrix-like grid of contact areas K. In place of the metal strip 4 . 14 of the first embodiment are here electrically conductive fibers 20 into the resistance elements 5 . 15 embedded. About the fibers 20 , which are formed in this embodiment of metal, are the contact areas K of the resistive elements 5 . 15 spannungsbeaufschlagbar. For this purpose, the metal fibers 20 Connected via connecting lines (not shown here) with an evaluation. The fibers 20 run meandering in the resistance elements 5 . 15 such that upon stretching of the resistive elements 5 . 15 only the meander of the fibers 20 pulled apart, the fibers 20 but not stretched or torn off. For the sake of simplicity, the illustration of further components of the sensor was omitted in the second exemplary embodiment. It goes without saying that the sensor according to the second embodiment at the contact points K one or more elements 6 made of poorly conductive material between the resistor elements 5 . 15 may be, as well as integrated into a tissue and fixed thereto, as already described in the first embodiment. As in the first embodiment, it is not essential here that the resistor elements 5 . 15 , as in 4 shown over its entire length by fibers 20 be contacted. It may well be enough if the resistor elements 5 . 15 through the fibers 20 be contacted only at the contact areas K or at selected contact areas K.

5 zeigt eine vom ersten Ausführungsbeispiel abweichende Ausgestaltung der Elemente 6 aus schlecht leitfähigem Material. In diesem Fall sind die Elemente 6 aus schlecht leitfähigem Material nicht streifenförmig ausgebildet, sondern als Bestandteile einer flächenförmigen Schicht 16. Die Schicht 16 weist mehrere Elemente 16 aus schlecht leitfähigem Material auf, deren Anzahl der Anzahl von Kontaktbereichen K des Sensors entspricht. In der Schicht 16 sind die Elemente 6 aus schlecht leitfähigem Material schachbrettmusterartig angeordnet und von einander durch Spalten- und Zeilenbereiche 6a aus einem isolierenden Material abgegrenzt. Die Integration der Elemente 6 aus schlecht leitfähigem Material in die Schicht 16 hat den Vorteil, daß die Schicht 16 bei der Herstellung des Sensors als Ganzes zwischen die Widerstandselemente 5, 15 eingelegt werden kann, woraus sich ein geringerer Fertigungsaufwand ergibt, als wenn einzelne Elemente 6 aus schlecht leitfähigem Material zwischen die Widerstandselemente 5, 15 eingesetzt werden müssen. 5 shows a deviating from the first embodiment embodiment of the elements 6 made of poorly conductive material. In this case, the elements 6 made of poorly conductive material not strip-shaped, but as components of a sheet-like layer 16 , The layer 16 has several elements 16 made of poorly conductive material whose number corresponds to the number of contact areas K of the sensor. In the shift 16 are the elements 6 made of poorly conductive material arranged like a checkerboard and of each other by column and row areas 6a separated from an insulating material. The integration of the elements 6 made of poorly conductive material in the layer 16 has the advantage that the layer 16 in the manufacture of the sensor as a whole between the resistive elements 5 . 15 can be inserted, resulting in a lower production costs, as if individual elements 6 made of poorly conductive material between the resistive elements 5 . 15 must be used.

6 zeigt eine vom ersten Ausführungsbeispiel abweichende Anordnung von streifenförmigen Widerstandselementen 15. Diese sind integrale Bestandteile einer flächenförmigen Anordnung 25, in der die Widerstandselemente 15 durch isolierende Bereiche 15a voneinander abgegrenzt sind. Hierbei ergibt sich, wie schon bei der die Elemente 6 aus schlecht leitfähigem Material enthaltenden Schicht 16 der Vorteil, daß die Widerstandselemente 15 bei der Herstellung des Sensors nicht einzeln in diesen eingebracht werden müssen, sondern daß nur die flächenförmige Anordnung mit den Widerstandselementen 15 als Einbauteil in den Sensor eingebracht werden muß. Daraus ergibt sich ebenfalls ein reduzierter Fertigungsaufwand des Sensors. 6 shows a deviating from the first embodiment arrangement of strip-shaped resistor elements 15 , These are integral components of a sheet-like arrangement 25 in which the resistance elements 15 through insulating areas 15a are delimited from each other. This results, as with the elements 6 made of poorly conductive material containing layer 16 the advantage that the resistance elements 15 in the manufacture of the sensor need not be individually introduced into this, but that only the sheet-like arrangement with the resistive elements 15 must be introduced as a built-in part in the sensor. This also results in a reduced production cost of the sensor.

Claims

Sensor for local and / or time-resolved force or pressure measurement, the resistance elements ( 5 . 15 ) having a matrix-like grid with rows and columns of spaced contact areas (K) of the resistive elements ( 5 . 15 ), wherein an electrical resistance at a contact region (K) of two resistance elements ( 5 . 15 ) is dependent on the force or pressure load of the contact region (K), wherein at least one of the resistance elements ( 5 . 15 ) at least at one of the contact regions (K) by a contact region (K) with the resistance element ( 5 . 15 ) in electrically contact, electrically conductive element ( 4 . 14 ; 20 ), characterized in that the matrix-like grid in a tissue ( 1 . 2 . 11 . 12 ) and that electrodes ( 3 . 13 ), which are arranged in rows and columns, and which in turn the electrically conductive elements ( 4 . 14 ) to contact.

Sensor according to claim 1, characterized in that the resistance elements ( 5 . 15 ) are strip-shaped and arranged in rows and columns.

Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the electrically conductive element ( 4 . 14 ) is strip-shaped and along a row or column of contact areas (K) of the resistive elements ( 5 . 15 ) is arranged.

Sensor according to claim 3, characterized in that the strip-shaped electrically conductive element ( 4 . 14 ) along a strip-shaped resistance element ( 5 . 15 ) is arranged in contact with this.

Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the electrically conductive element is inserted into a resistance element ( 5 . 15 ) embedded electrically conductive fiber ( 20 ).

Sensor according to Claims 2 and 5, characterized in that the electrically conductive fiber ( 20 ) over at least part of the length, preferably over the entire length of the strip-shaped resistance element ( 5 . 15 ).

Sensor according to claim 6, characterized in that the electrically conductive fiber ( 20 ) in the resistance element ( 5 . 15 ) meanders.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least at a part of the contact regions (K) between the resistor elements ( 5 . 15 ) an element ( 6 ) is arranged from a poorly conductive material.

Sensor according to claim 8, characterized in that the element ( 6 ) covers the entire surface of the contact area (K) made of poorly conductive material.

Sensor according to claims 2 and 8 or 9, characterized in that the element ( 6 ) or the elements ( 6 ) is formed of poorly conductive material strip-shaped and are along one or more strip-shaped resistance element (s) ( 5 . 15 ) is arranged or are.

Sensor according to one of claims 2 to 9, characterized in that between the resistor elements arranged in rows ( 5 ) and the resistor elements arranged in columns ( 15 ) a layer ( 16 ), which isolating column and row areas ( 6a ) as well as these column and row areas ( 6a ) delimited, poorly conductive elements ( 6 ), which are arranged in a checkerboard pattern, and which at the contact areas (K) of the resistance elements ( 5 . 15 ) are arranged between them.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that several, preferably all in columns ( 15 ) and / or a plurality, preferably all resistor elements arranged in rows ( 5 ) in a planar arrangement ( 25 ) are integrated and by electrically insulating areas ( 15a ) are separated from each other.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive element ( 4 . 14 . 20 ) or the electrically conductive elements ( 4 . 14 . 20 ) is connectable via at least one connecting line with an evaluation device or are.