用于检测脚与支撑表面之间的力的传感器构造制造技术

本公开提供了一种用于检测脚与支撑表面之间的力的传感器构造(100)。该传感器构造具有改进的耐用性，同时允许精确测量力。传感器构造(100)包括：多个基于箔的传感器元件(120)，这些传感器元件作为单独的元件布置在由载体(110)形成的至少基本上共同的平面中；多个垫元件(130)，这些垫元件的数量与传感器元件(120)的数量相对应，并且这些垫元件作为单独的元件布置成使得多个垫元件(130)中的相应一个垫元件的区域延伸部与多个传感器元件(120)中的对应一个传感器元件的区域延伸部至少部分地重叠。少部分地重叠。少部分地重叠。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测脚与支撑表面之间的力的传感器构造


[0001]本专利技术涉及运动医学和/或步态分析的领域，特别是涉及用于检测脚与支撑表面之间的力的传感器构造。此外，本专利技术涉及用于鞋的鞋底构造、用于检测脚与支撑表面之间的力的检测系统以及用于提供传感器构造的方法。

技术介绍

[0002]例如，在运动医学、步态分析等中，存在应尽可能精确地测量在步态、步行期间产生的力(例如，地面反作用力)以根据它来确定步态的应用。为此目的，可以将传感器构造应用于鞋以测量所产生的力。根据期望的测量精度，传感器构造可以包括多个传感器元件。
[0003]在鞋内，传感器元件可以例如嵌入聚合物泡沫中。嵌入泡沫可能对传感器构造导致机械应力，因为泡沫会引起例如剪切应力、拉伸应力等，其使多个传感器元件的传感器膜层和/或与多个传感器元件连接的导线受到机械应力。此外，泡沫引起传感器构造的稍微非线性的传感器特性，这需要在传感器信号处理期间被考虑到，使得可能需要计算密集、功能复杂的校准和/或补偿。

技术实现思路

[0004]因此，可能需要提供将传感器构造集成在鞋中的改进装置。本专利技术的目的是提供一种适用于鞋的传感器构造，其提供耐用性和/或精确的力测量。
[0005]本专利技术由独立权利要求的主题来解决，其中在从属权利要求中限定其他实施方式。
[0006]在第一方面，提供了一种用于检测脚与支撑表面之间的至少一个力的传感器构造。该传感器构造可以被配置为用于移动步态分析等。该传感器构造包括多个基于箔的传感器元件，这些传感器元件作为单独的元件布置在由载体形成的至少基本上共同的平面中。此外，该传感器构造包括多个垫元件，这些垫元件的数量与传感器元件的数量相对应，并且这些垫元件作为单独的元件布置成使得多个垫元件中的相应一个垫元件的区域延伸部与多个传感器元件中的对应一个传感器元件的区域延伸部至少部分地重叠。
[0007]这样，与将传感器元件嵌入泡沫中不同，垫元件仅覆盖多个传感器元件中的相应一个传感器元件的一侧，而不是完全围绕它。这可以减小传感器元件上的机械应力，因为拉伸力和/或剪切力的影响至少被减小，从而增加耐用性。此外，由于导线可以围绕垫元件布线，可以减小与传感器元件连接的导线上的机械应力。此外，与嵌入泡沫中时、特别是泡沫同时嵌入多个传感器元件时可能的情况相比，单独布置的垫元件允许检测更高比例的力，因为力耗散和/或反作用比嵌入在泡沫中时更直接。因此，第一方面的传感器构造提供了精确的力测量。虽然泡沫由于其布置和/或材料特性而非线性地表现，但是多个垫元件的布置和/或材料特性允许减少关于非线性信号特性的校准和/或补偿的工作量。
[0008]如本文所使用的，基于箔的传感器元件可以利用力感测电阻器(FSR)技术，或箔和导电和/或半导电材料的任何其他种类的层布置，并且可以被配置为产生指示当脚撞击地
板表面时产生的力的传感器信号。
[0009]例如，传感器元件可以包括：第一层，该第一层包括非导电载体箔和第一半导电层，该第一半导电层至少部分地沿着第一层的纵向方向延伸并且与导电区域接触；包括多个导电区段的层；至少一个电连接区域；以及第二层，该第二层包括非导电载体箔和第二半导电层，该第二半导电层至少部分地沿着第二层的纵向方向延伸，其中至少一个电连接区域与第一层和第二层的一个半导电层接触，并且适于与电能源连接，并且其中第一半导电层和第二半导电层布置成彼此相距一定距离并且适于根据施加到传感器元件上的力而选择性地彼此接触，从而改变传感器元件的电阻值。
[0010]此外，传感器构造的每个传感器元件可以被配置为输出分配信号，该分配信号可以根据由所施加的力引起的负载状况而变化。第一层和/或第二层的载体箔可以由诸如聚酯等合适的塑料形成，并且可以具有约50
‑
150微米(μm)、优选约80
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120μm、优选约100μm的厚度。第一半导电层和/或第二半导电层可以形成为油墨，特别是碳油墨。导电区域可以由导电油墨形成，例如含银油墨或银油墨等。导电区域可以用作与电路的连接部，并且还可以用作可以布置在第一层和第二层之间的碳中间层的导体和连接器。该碳层可以具有限定的电阻，该电阻可以由表面以及混合物确定。该表面的电阻可以根据应用来选择。例如，银具有比石墨高的电导率，这显著地降低了电阻，尤其是输入阻抗。对于传感器元件的进一步细节和/或实施方式，参照WO2020/224937A1，其内容整体并入本文。垫元件还可以被理解为一种印模(stamp)，其被配置为将力引入到鞋的相邻部分中，该部分可以是鞋内底(insole)。优选地，垫元件仅与相关联的传感器元件的平坦侧接触，其中平坦侧可以由箔表面形成。垫元件可以例如是板状、长方体形状等，其平面侧基本上具有所分配的传感器元件的对应平面侧的尺寸或面积。单独布置可以被理解为这些元件根本不彼此连接，或者至少只是很弱地彼此连接，使得几乎没有任何力能在单独的垫元件之间传递。
[0011]如本文所使用的，多个垫元件中的相应一个垫元件与多个传感器元件中的对应一个传感器元件(即，被分配的一个传感器元件)的重叠可以是相对于力施加方向的。优选地，垫元件和传感器元件的彼此面对的表面可以(基本上)相同和/或具有(基本上)相同的表面积。
[0012]优选地，传感器元件和/或传感器元件的数量可以是n，其中n是大于1(一)的整数。换句话说，传感器构造可以包括多个传感器元件。这些传感器元件可以被布置成分布在假想的脚表面上，载体在几何上适于该假想的脚表面以实现要测量的力的精确测量。传感器构造也可以被称为传感器阵列。
[0013]此外，单个垫元件可以附接到单个传感器元件。
[0014]根据一个实施方式，可以将多个垫元件中的正好一个垫元件分配给多个传感器元件中的正好一个传感器元件。换句话说，单个传感器元件与单个垫元件附接。这样，垫元件根本不彼此连接，并且仅与单个传感器元件相互作用，使得可以进行特别精确的力测量。此外，单个垫元件几乎不会在单个传感器元件和/或连接传感器元件的导线或布线上施加任何机械应力。
[0015]在一个实施方式中，多个传感器元件中的每个传感器元件与多个垫元件中的被分配的一个垫元件一起可以布置为相对于多个传感器元件中的其他传感器元件和它们分配的垫元件是独立式的。这样，垫元件根本不彼此连接，并且仅与单个传感器元件相互作用。
此外，这样，垫元件不会对连接传感器元件的导线或布线施加任何机械应力。
[0016]根据一个实施方式，多个垫元件和多个传感器元件可以至少部分地和/或部分地彼此附接。这可以是适于将多个垫元件中的相应一个垫元件和多个传感器元件中的对应一个传感器元件彼此固定的任何类型的锁定。例如，附接可以是例如通过使用粘合剂等的材料锁定，或者是通过例如突出部和凹部的相互作用等的形状配合，等等。这防止了垫元件相对于传感器元件的移位或移动，反之亦然。
[0017]在一个实施方式中，多个垫元件中的相应一个垫元件可以被施加在载体的面对支撑表面的一侧上。例如，如果传感器构造或传感器元件的面对脚的一侧是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测脚与支撑表面之间的力的传感器构造(100)，其包括：多个基于箔的传感器元件(120)，其作为单独的元件布置在由载体(110)形成的至少基本上共同的平面中；多个垫元件(130)，所述多个垫元件的数量与传感器元件(120)的数量相对应，并且所述多个垫元件作为单独的元件布置成使得所述多个垫元件(130)中的相应一个垫元件的区域延伸部与所述多个传感器元件(120)中的对应一个传感器元件的区域延伸部至少部分地重叠。2.根据权利要求1所述的传感器构造(100)，其中，所述多个垫元件中的正好一个垫元件被分配给所述多个传感器元件中的正好一个传感器元件。3.根据权利要求1或2所述的传感器构造(100)，其中，所述多个传感器元件中的每个传感器元件与所述多个垫元件中的被分配的一个垫元件一起布置为相对于所述多个传感器元件中的其他传感器元件和它们分配的垫元件是独立式的。4.根据前述任一项权利要求所述的传感器构造(100)，其中，所述多个垫元件和所述多个传感器元件至少部分地和/或部分地彼此附接。5.根据前述任一项权利要求所述的传感器构造(100)，其中，所述多个垫元件(130)中的相应一个垫元件被施加在所述载体(110)的面对所述支撑表面的一侧上。6.根据前述任一项权利要求所述的传感器构造(100)，其中，所述多个垫元件(130)的材料具有至少弹性或橡胶弹性的特性。7.根据前述任一项权利要求所述的传感器构造(100)，其中，所述多个垫元件(130)的材料的肖氏A硬度在10至60的范围内，优选地在20至50的范围内，进一步优选地在25至45的范围内，还进一步优选地在30至40的范围内，并且最优选地为35。8.根据前述任一项权利要求所述的传感器构造(100)，其中，传感器元件(120)的数量和/或垫元件(130)的数量在3和30之间，优选地在13和18之间，并且最优选地为15或16。9.根据前述任一项权利要求所述的传感器构造(100)，其中，所述载体(110)由至少一个箔形成。10.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈特穆特，
申请(专利权)人：SEN运动有限公司，
类型：发明
国别省市：