接近度传感器的制作方法

专利名称：接近度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及接近度传感器(proximity sensors )。更具体地,本发明涉及通 过探测电荷转移中的变化来探测物体距传感器的相对距离的传感器。
背景技术：
在本技术领域中已知用于探测传感器与物体之间的实际或相对距离的接 近度传感器。例如，Arie Ariav的美国专利号6,621,278公开了通过发射循环 重复波(cyclically-repeating wave )来测量距离的方法。然后在介质中的第二 位置处接收该波。系统探测在第二位置处所接收的循环重复波中的预定点， 并根据在第二位置处所接收的每个接收的循环重复波的探测点来连续改变循 环重复能量波的发射频率，以便在第二位置处所接收的波的数量是整数。为 产生预定参数的测量的频率变化被用于确定波已经传播的距离。但是，这种 系统具有缺点，尤其在于在电子实现和传感器构建中，该传感器过于复杂。
主要用于探测物体的出现或离开的其它类型的探测器使用超声波和无线 电频率发射器和探测器，该探测器接收当物体出现在感兴趣的区域中时反射 的能量。但是，这些探测器不能实际地用于探测实际或相对距离，尤其是在 短距离中。在某些设置中，由于干扰，这些类型的设备所生成的RF能量的 量是不可接受的。此外，有些人已经开始关注对RF能量的恒定曝光(constant exposure )。
很多应用要求低功率消耗和探测在感兴趣的范围内的相对距离。例如， 必须膨胀轮椅的坐垫以承受足够的压力，以使人合适地陷入坐垫中而防止轮 椅上的人形成褥疮溃疡。但是，诸如截瘫或四肢瘫痪的被束缚在轮椅上的人 通常没有能力感觉他们何时合适地陷入坐垫中。对于这些人，其他人必须定 期检查他陷入坐垫的程度，以确保他既没有处于过度膨胀的状态，以致仅人 体的一小部分在承受其重量，也没有处于膨胀不足的状态，以致他已经"降 至最低点"并且不再完全受坐垫的支撑。在坐垫没有充气的情况下也类似， 当确定合适的坐垫陷入时，还是存在问题。但是，目前，不存在探测人的陷入的可接受的手段。仅可利用坐垫中内在压力的间接测量。这种类型的测量 取决于所有在测量的适用性方面产生重大限制的构建材料和结构构造。
类似地，当要在床上躺很久时，被束缚在医院的病床上的人们必须避免 褥疮溃疡。为了实现该目的，通常使用膨胀气垫，并且必须监视气垫的膨胀 程度，以便维持合适的陷入，以防止气垫的过度膨胀或膨胀不足。此外，由 于人的重量集中在整个背部上，所以必须检查多个位置的膨胀不足或过度膨 胀。结果，需要被分成区域传感器来检查病人陷入床垫的程度。

发明内容
本发明包括用于测量人陷入坐垫或床垫的陷入深度的坐垫或床垫使用的 陷入传感器，该坐垫或床垫包括传感器、地面和/或防护罩以及用于测量容量 的电路。传感器包括导电材料片，并且地面包括第二导电材料片。该电路适 用于将短电流脉冲发送到传感器和参考电容器。电路还适用于测量电流脉冲 向电容器充电所花费的时间的长度。基于所测量的时间，电路基于向电容器 充电所花费的时间计算物体的接近度。本发明还包括可以用陷入传感器实现 的方法。


图1是根据本发明的实施例的轮椅坐垫接近度检测设备的分解透视图； 图2是根据本发明的实施例的接近度检测设备的导电和非导电层的平面
图3是根据本发明的实施例的电路图； 图4是根据本发明的实施例的电荷转移设备的电路图； 图5A、 5B、 5C、 5D是示出图3的电路的硬件和软件操作的流程图； 图6是用于根据本发明的实施例的床的空气坐垫的接近度探测器的分解 透视图7是根据本发明的另一实施例的电路图8是在根据本发明的实施例的床的坐垫接近度探测器上的传感器布置
图9是根据本发明的另一实施例的电路图10是在根据本发明的另一实施例的床的坐垫的接近度探测器上的传感器布置图11是在根据本发明的另一实施例的床的坐垫的接近度探测器上的传 感器布置图12是根据本发明的实施例的自动调整的轮椅坐垫的分解透视图13是根据本发明的实施例的包括相对较大区域的第一传感器和相对
较小表面区域的第二传感器的设备的实施例的透视图14是根据本发明的实施例的、带有地平面的、包括相对较大区域的第
一传感器和相对较小表面区域的第二传感器的设备的实施例的透视图； 图15是用于操作图i4的实施例的电路图； 图16是包括可视显示设备的本发明的实施例的图；以及 图17是在根据本发明的另一实施例的床的坐垫的接近度探测器上的传
感器布置图。
具体实施例方式
虽然本发明能以很多不同形式的实施例实现，但是在图中已示出并且将 在此详细描述本发明的优选实施例，被理解为将本公开看作是本发明的原理 的范例，而不是要将本发明的广阔方面限制于所示的实施例。
本发明的优选实施例是利用电荷转移测量技术和大区域电容性薄板来确 定物体距电容性薄板的距离的接近度传感器。用短、低工作循环脉冲(duty cycle burst)的功率使用电荷转移测量。脉冲模式允许功率消耗在低的微安培 范围内，由此显著降低无线电频率(RF)发射，并且还允许有极好的响应时 间。内在地，优选数字地处理信号以生成所需的输出信号。优选电荷转移测 量设备开关和电荷测量硬件功能都在电荷转移测量设备的内部。
最后，将通过例子而不是限制来参考轮椅的坐垫描迷本发明。参考图1， 示出了可膨胀坐垫10，例如美国专利号4,541,136中描述的坐垫。坐垫下面 安放的是根据本发明的用于检测人在坐垫内的陷入的传感器12。传感器12 包括两个氯丁橡胶的外部片14。夹在橡胶片之间的是薄泡沫层16,在泡沫层 16之间的是传感器18。
图2的传感器层18包括粘在非导电片22上的导电片20。优选导电片20 由铜制成，并且优选非导电片22由聚酯膜制成。传感器18也可以由任何其 他导电材料制成，比如导电聚合物。当优选由铜制成时，导电片20具有大约0.0005英尺的厚度。优选通过沿着区域24蚀刻或冲切来切割导电片20以形 成传感器区26和地平面(grounding plane)区28。当将传感器层18被描述 为铜和聚酯层时，不需要非导电片并且其可以省略，并且导电片可以由诸如 在非导电基地上印制了导电材料的导电带、网、或屏的导电材料制成。另夕卜， 虽然示出了传感器区24是矩形，但是可以适当地改变传感器区26的形状和 位置，以便向要感测的物体提供最适宜的几何形状。在图2的例子中，传感 器区被限定于传感器的后方部分，当坐在轮椅中时一个人的臀部将位于该部 分。由于当坐下时，人的大部分重量分布在该位置，所以该位置最可能降至 最低点。但是，这在要在所坐区域的任意位置或多个位置提供传感器的本发 明的范围内。
给轮椅坐垫使用电荷转移或电容技术由接地层解决的问题是没有可供使 用作为参考的好的接地。位于传感器区26周围的区域中的地平面区域39允 许相对于人与传感器和接地区26和28的距离来做出电容测量。本发明被附 于如图3所示的电路30。该电路通常包括微控制器32，比如可从亚利桑那州 的Chandler公司的微型芯片技术中获得的16LF 818。由3.5伏特的电池34为 微控制器32供电。与微控制器32的使能线36相连的是电压稳压器39，用 于调整微控制器32的输入电压。与时钟线38和数据线40相连的是电荷转移 传感器42。数据线40将数据从电荷转移传感器42传输到指示物体的距离的 微控制器，即在此情况下，该物体的距离是人的臀部距传感器区26的距离。 优选地，该数据是以代表人距传感器区的相对距离的十六进制数字的形式。 在优选实施例中，电荷转移传感器42是可从英国南安普顿Hamble的量子研 究中获得的QProxQT 117。地线44也与电荷转移传感器42连接，还与地平 面28连接。电容性传感器42还需要与传感器42的两条线连接的、具有电容 Cs的电容器46。优选地，电容器46的电容是0.022 juF并且是诸如COG的 温度稳定的电介质，但是这个值将基于传感器的尺寸和应用而变化。
还与微控制器32连接的是到报警器和指示器48的各种输出、来自开/关 开关50和操作者输入开关52的输入、以及来自其他控制54的输入，比如如 果电路30用作自动控制坐垫的膨胀的反馈环路，如下所述。
参考图4,电荷转移传感器42采用脉冲控制器58的短、低工作循环脉 冲，以及获取其信号的放大器62。在内部，用模拟到数字转换器(ADC) 60 对信号进行数字化处理，以生成所需的输出信号。电荷转移传感器42的开关和电荷测量硬件功能都在传感器42的内部。以提供直接的ADC转换的配置， ADC 60是包括了所需的传感器42的电荷和转移开关的14-位单向 (single-slope)开关的电容器ADC。脉冲长度与电容器46 ( Cs )上的电荷积 累的比率成反比，该电荷积累的比率依次取决于Cs、 Cx(传感器的负载电容)和Vce的值。Vce用作电荷参考电压。越大Cx的值导致转移到Cs中的电荷聚集得越快。结果，Cs、 Cx和Vcc的值应该在期望的工作温度范围内相当稳定。 内部ADC60将Cs当作不固定的转移电容器。直接的结果是，传感器26 可以与SNS 1连接，也可以与SNS2连接，而没有性能的差别。在任一情况 下，脉沖期间在Cs之间的电荷积累的极性是相同的。Cs必须在合适操作的某 一范围内。限制在两端的寄生电容的量是重要的，尤其如果负载Cx已经很大， 例如，通过最小化轨迹和电线的长度和宽度来限制在两端的寄生电容的量， 以便不超过Cx负载规格、以及如果期望的话允许更大的传感电极尺寸。电路 板轨迹、配线、以及与SNS 1和SNS 2关联或有关的任何组件将变得接近度 灵敏的并且应该谨慎对待。微控制器32根据图5的流程图操作。在第一步，接通设备100并进入持 续监视状态102。从这个状态起，在判断步骤104，微控制器32监视是否已 经按压输入操作者输入开关52。如果还没有，那么微控制器32返回监视状 态102。如果已经按下开关52，那么下一步骤是在判断步骤106中确定按压 是否持续了三秒钟或更少，如果持续了三秒钟或更少，那么在步骤108中检 查电池的状况，并在步骤110中确定当前读取人距传感器区26的距离。如果在步骤106中确定已经按下按钮52超过三秒钟，那么，在步骤112 中，微控制器32使报警器48立即发出报警声，并继续到步骤114,在该步中，微控制器32在一连串的五个灵敏度设置间循环，该五个灵敏度设置是通 过报警器48的快速连续报警指示给用户的。然后，在步骤118中存储灵敏度 设置，并且电路继续到步骤110,以读取当前距离。如果在步骤114中确定还没有按压按钮52达另外的三秒，那么在步骤 120中，存储指示当前距离的值作为优选的设置点，并且电路发出报警并继 续到步骤110，以读取当前距离。如果在步骤110中，人距传感器区26的距离的当前值不可读，那么电路 继续到步骤122并交替闪烁黄色和红色LED。如果该值是可读的，那么微控制器32继续到步骤124并在当前设置点以上和以下设置容忍量，该容忍量将 在距设置点可接受的范围内考虑。接下来，在步骤126中，微控制器32判断 当前读取是否在范围内或在范围以上或以下。如果读取在范围以上，那么在步骤128中，微控制器32确定当前读取是否大于或等于在当前选择并存储的灵敏度加上设置点以上的两个计数。如果 条件满足，那么微控制器32继续到步骤130，在该步骤中微控制器32确定 其当前没有使用并且进行休眠直到读取在正常的范围内。如果条件不满足， 那么微控制器32闪烁黄色LED 48,以指示坐垫过度膨胀。在任何一种情况 下，接下来微控制器32可选地继续到步骤134,在该步骤中其记录当前条件 曰期和时间。如果本实施例不是在其中记录了指示膨胀状况的数据的一个实 施例，那么微控制器将继续到步骤136。在步骤136中，如果当前读取在可接受的范围以下，如果当前读取是第 二连续读取以确定膨胀不足，那么微控制器将闪烁红色LED并发出听得见的 报警48以指示膨胀不足，并继续到步骤134。在步骤134后，微控制器32在步骤138中确定用户是否已经按下按钮 52以静止听得见的报警48。如果是，那么微控制器32继续到步骤140并中 止听得见的报警48，直到第二次按下按钮或当前传感器读取示出读取在可接 受的范围内。在步骤138和140后，微控制器32继续到步骤102。如果在步骤126中确定设置点在可接受的范围内，那么微控制器32继续 到步骤142,在该步骤中，微控制器32确定是否通过按下按钮52启动当前 读取。如果是，那么在步骤144中，闪烁绿色LED48,并且微控制器32返 回步骤102中的监视阶段。如果不是，那么在步骤146中，微控制器32恢复 计时器并返回步骤102。返回到步骤102，如果在监视阶段中已经过去了十分钟，那么微控制器 将通过继续到步骤148进行电池检查并继续到步骤IIO来自动启动当前读取。如图6所示的另一例子，传感器可以用于医院的病床中，以确定当使用 可膨胀空气床垫时，病人是否已经降至最低点。在该示例中，该床包括床框 架200,床框架200包括弹簧支撑202。安放在弹簧支撑上的是防护罩平面 204和传感器平面206。在传感器平面之上安放空气床垫208。防护罩平面204 用于隔离传感器平面206与床200的金属物，尤其是弹簧支撑202。最简单 应用中的传感器平面206包括单个导电材料片，如先前讨论的实施例中的。驱动防护罩隔离床的金属物和传感器平面206下的支架。在没有驱动防护罩 的设备中，通过用户基于期望的陷入程度和在该陷入处观测的相关读取而创 建设置点来去除周围金属的影响。与轮椅坐垫接近度探测器一样，电路30以除驱动防护罩平面204以提供 与床的金属结构的隔离以外的相同的方式操作。传感器平面206与防护罩平 面204之间的距离优选是大约1/8"到大约3/8"。医院的病床情况带来的问题 是床和床垫支撑结构中的金属量。在传感器或在多个单元(以下描述)情况 下的传感器区下方的驱动防护罩防护防护罩平面204的位置的那个方向上的 防护传感器平面206，其中，防护罩平面204在期望的方向上给出增加的灵敏度并忽略随该设备与床或其他设备的相对位置的位置变化而产生的导电材 料和噪声生成设备中的变化。在这点上，参考图7，修改原始电路30以形成电路30'。与电路30对应 的电路30，的标记没有改变。但是，电路30'还包括放大器302,其由电荷转 移传感器42的输出驱动，并用来驱动防护罩平面204,以隔离传感器平面206 与床200的金属部分。在图8所示的另一实施例中，床200可以在传感器平面206中装配有多 个传感器400-414。例如，可以将第一传感器400安方文在病人的头部区域中， 将另两个传感器402和404安放在病人的肩部区域中，还有一个传感器406 安放在病人的臀部区域中，并且最后两个传感器408和410安放在病人的脚 部区域中。还将陷下(entrapment)传感器412和414安装在床围栏附近，以 提供病人已经翻向床的一侧并且可能已经陷在围栏中的指示。传感器400-414都导电地与电荷转移传感器相连，以形成单个传感器平 面206。类似地将防护罩平面204划分成与传感器400-414的尺寸和形状对应 的部分。结果，每个传感器400-414需要一个电荷转移传感器42。为了提供监视更多数量的传感器的能力，可以实现如图9所示的电路 30"。除将复用器500插在电荷转移传感器204的输出与多个传感器206、206'、 206"之间以外，该电路与电路30，相同。复用器500从传感器206依次切换到 传感器206，、到传感器206",以便确定躺着的人的相关部分距传感器206、 206'、 206"的距离。以这种方式，仅需要一个电路30，，来轮询多个传感器 400-414。由于可用的电荷转移传感器的定时限制，可以将有限数量的传感器 链接。同样，由于寄生电容得出可以合理复用的传感器的数量，可以实现复以便最大化传感器的数量。因此，例如，可以通过 将传感器排布成被复用给电路的八个传感器链、每个链具有八个传感器，来实现六十四个传感器，如图17所示。在这点上，参考图10，示出了一个实施例，其中，提供了十三个传感器 500-524，其确定病人在空气坐垫中的陷入，并提供了另外两个传感器526和 528,其确定病人是否已经困在床围栏中。这些传感器500-528既可以成链与 它们本身的电路相连，也可以被复用。此外，可以进行链传感器和复用传感 器的组合。在图11中，示出了另一实施例，其中，床的覆盖区更高，但是具有更少 的传感器600-610。这种排布更适合于监视病人是否在病床上或离开病床，而 不是监视病人是否适当地陷入。这种应用在医院和疗养院中是有用的。此外，用于权利要求中所定义的本发明的另 一应用是用作轮椅的坐垫的自动膨 胀或自动放气中的反馈环路。参考图12,示出了这种实施例。具体地，微控 制器32的输出通知阀700基于坐垫10的膨胀状况来改变位置以添加空气、 释放空气或保持关闭。阀700与压缩的空气源702相连，当检测到膨胀不足 状况时，该阀700供应压缩的空气。类似地，当检测到过度膨胀状况时，阀 700緩慢地从坐垫IO释放空气，直到达到合适的膨胀程度。类似地，在用于 医院病床的低空气流失坐垫中，电路可以类似地用作控制床垫膨胀的反馈环 路，比如通过向床的送风控制(blower control)提供反馈。在以上所示的实施例中，有必要通过向微控制器指示探测物体的接近区 来人为地"教会"微控制器活动的区。以这种方式，微控制器可以确定探测 物体在已知范围内的相对接近程度。在图13的实施例中，设备可以包括在传 感器内的传感器。在该实施例中，提供了第一传感器800,其包括相对于第二、较小的传 感器802的更大的区域。在图13的实施例中，第一、较大的传感器800围绕 着第二、较小的传感器802。在第一和第二传感器800和802以下，与其电 隔离的是地平面804和驱动防护罩。将第一传感器800制作得相当大，以期望与感兴趣的表面上的点(例如， 在轮椅坐垫应用中的人的臀部下的区域)接触。大传感器800给出了电荷转 移的读取，其很大程度上取决于传感器上的个体的大小。结果，不人为设置轮椅应用例子中的人的活动区的范围，难以确定未知大小的人的精确接近程度。仅通过例子，高大的人可以在此人对传感器800的接近程度的活动区的 值76和120之间的范围活动。矮小的人可以在接近程度区域的值100和150 之间的范围活动。因此，在最近的活动区处，高大的人可以示出读取为76而 矮小的人示出读取为100,这难于确定未知大小的人的接近程度。但是，仅小传感器802的电荷转移不取决于传感器上的人的大小。因为 相对于传感器之上的人，传感器的区域很小。但是，不幸的是，小传感器不 能监视感兴趣的大区域。在图13的实施例中，复用器或开关806 (图15 )，例如诸如可从Fairchild Semiconductor of South Portland, Maine荻得的FSA 3157的单刀双掷模拟开 关，可以用于交替地电连接电荷转移传感器42与小传感器802或大传感器 800和小传感器802两者。然后，微控制器32可以读取小传感器802的接近 度值，并在小区域上确定上面的物体的相对接近程度。接下来，大传感器800 和小传感器802与电荷转移传感器42电连接，并且将确定感兴趣的物体的接 近度值。通过关联该值与由小传感器802确定的值，可以基于用于小传感器 802的当前值一起确定对于大传感器800的接近度值和小传感器802的接近 度值的范围。可替换地，不使用小传感器802的值来与大传感器800和小传 感器802的值一起关联，还可以单独检测大传感器800的值，并将其与小传 感器802的值相关联，以获取仅在大传感器800的区域之上的接近度值。另外，当感测小传感器802的接近度值时，期望电连接大传感器800与 地平面804。这可以通过使用来自微控制器的控制线实现，该微控制器控制 开关806并将外围传感器区与地或部分传感器连接。可替换地，这也可以通 过利用电荷转移设备的帧输出来在每次设备通电时第一次读取后进行逻辑切 换来实现。虽然示出图13和14的实施例具有驱动防护罩和地平面，但是，本领域 的普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，也可以实现没 有驱动防护罩的实施例。参考图15，本发明的另一实施例提供了用于图形表示一个传感器或传感 器组的相对接近度值的可视显示。在该实施例中，图14的传感器阵列和与其 相关的微控制器32 (图15中示为参考标记900 )与读取器设备902电连接，其包括提供传感器与微控制器32之间的接口的电路板和显示设备904,显示 设备904在优选实施例中是计算机。优选地读取器设备902通过USB电缆906 与显示设备904连接。显示设备904运行这种程序该程序连续读取阵列中 的每个传感器的数值，并图形表示这些值。读取器设备卯2不必是分离的单 元。可以将其功能性合并到传感器电路或者显示设备904中。由于没有校准 传感器，并且由于具体接近程度的实际数值受大量因素(诸如传感器尺寸、 形状和材料、以及床垫或坐垫密度和厚度)影响，显示设备904应该提供将 实际数值与用于每个具体系统、每个传感器的接近程度相关联的方法。例如， 可以提供用于每个传感器的最大和最小值的表格。将最大值设置为得自无限 大的接近程度(以最远的接近度的形体)的实际数值，并且将最小值设置为 得自零接近程度(以最近的接近度的形体)的实际值。那么，更有意义地译 出并显示在最大和最小范围内的数值作为接近度值。人为或通过显示设备中 的自动范围模式确定并输入这些值。在该模式中，将监视每个传感器的数值， 并在观察到新的最大和最小值并且当技术人员提供了对每个传感器的合适的 近刺激和远刺激时，自动调整表格条目。虽然以上作为用在与医院病床或轮椅面有关的分离设备描述了本发明， 但是在不脱离本发明的范围的情况下，这些设备也可以与轮椅坐垫或医院床 垫或与轮椅或医院病床形成整体。接近度传感器的其他应用可以作为通知医院或疗养院服务人员病人是否 在床或椅子上或离开的床/椅子占据量探测器。类似地，它可以用作厕所座位 占据量设备，用于当丧失能力的病人已经坐在厕所座位上太久时来通知。此 外，可以用于汽车座位占据量检测，以控制撞击时的气嚢展开。另一应用将 是用于飞机上的座位占据量检测。本发明还有一些兽医方面的应用。例如，在马生产前，马将躺在它们的 厩里。饲马者通常将留心照看将要生产马。为了减轻查看马匹的负担，可以 在马厩的地面安装传感器。当动物躺下时，可以通过电路来通知饲养者关注 马匹。另外，可以将其用在马车中来监视马匹。类似地可以将其用在人身上作为老人跌倒监视器。可以将传感器安放在 人体上，并且当检测到接近地面时，自动发出求助报警。可能的位置将是人 的臀部或肩膀。最后，如果将导电层安放得很接近躯体，那么可以用于监视病人的生命征兆，比如呼吸和心3兆。以上例子示出了如权利要求限定的本发明具有深远的应用范围，并且不 仅限于所示及详细描述的实施例。相反，本发明仅受权利要求的明确语言限 制，并且不应该随意将权利要求限制于说明书中所示的实施例。仅由所附权 利要求的范围来限制保护范围，并且审查员应该在此基础上审查权利要求。相关申请本申请要求于2005年10月12日提交的美国临时申请序列号60/725,901 、 于2005年10月6日提交的美国临时申请序列号60〃25,006、以及于2005年 4月27日提交的美国临时申请序列号60/675,315的优先权。通过引用将所述 申请的内容合并于此。
权利要求
1.一种用于测量人陷入坐垫或床垫的陷入深度的与坐垫或床垫一起使用的陷入传感器，包括包括导电材料的传感器；地面，包括与所述传感器电隔离并至少部分地围绕所述传感器的第二导电材料；电路，包括参考电容器，该电路适用于将短电流脉冲发送到所述传感器和参考电容器，该电路适用于测量所述电流脉冲向所述参考电容器充电所花费的时间的长度，并且该电路适用于基于向所述参考电容器充电所花费的时间来计算物体的接近度。
2. 如权利要求1所述的陷入传感器，其中，当平放所述陷入传感器时， 所述设备的传感器和地面名义上是共面的。
3. 如权利要求1所述的陷入传感器，还包括布置在所述传感器和地面上 的至少一层非导电材料。
4. 如权利要求3所述的陷入传感器，其中，所述非导电材料是泡沫。
5. 如权利要求1所述的陷入传感器，其中，所述传感器被布置在保护套内。
6. 如权利要求1所述的陷入传感器，其中，所述设备与坐垫形成整体。
7. 如权利要求1所述的陷入传感器，其中，所述设备与床垫形成整体。
8. 如权利要求1所述的陷入传感器，其中，所述电路包括微处理器和电
9. 如权利要求1所述的陷入传感器，其中，当平放所述设备时，由所述 传感器和地面形成的平面名义上是平行的。
10. 如权利要求1所述的陷入传感器，还包括驱动防护罩，用于将所述 传感器与电磁干扰的效应隔离，或将在该驱动防护罩方向上的金属物体与所述传感器隔离。
11. 如权利要求1所述的陷入传感器，其中，所述传感器包括多个传感 器，并且所述地面提供多个地面。
12. 如权利要求11所述的陷入传感器，其中，所述电路与多个传感器中 的两个或更多个相连，以同时确定物体对每个传感器的接近度。
13. 如权利要求1所述的陷入传感器，还包括第二传感器，该第二传感 器包括比所述第一传感器覆盖更小的面积的导电材料。
14. 如权利要求13所述的陷入传感器，其中，所述电路适用于获取来自 所述第二传感器接近度测量，以确定来自所述第一传感器的接近度测量的接近度范围。
15. 如权利要求11所述的陷入传感器，其中，所述电路包括复用器，该 复用器与所述传感器中的两个或更多个相连、并且还与所述电路相连，并且 该复用器适用于可选地将所述传感器与电路连接。
16. —种用于测量人陷入坐垫或床垫的陷入深度的与坐垫或床垫一起使 用的陷入传感器，包括防护罩，包括与所述传感器相邻的、且通常具有与传感器相同的形状和 面积的第二导电材料片；电路，包括参考电容器，该电路适用于将短电流脉冲发送到所述传感器 和参考电容器，该电路适用于测量所述电流脉冲向所述参考电容器充电所花 费的时间的长度，并且该电路适用于基于向所述参考电容器充电所花费的时 间来计算物体的接近度，且其中该电路适用于驱动所述防护罩以电隔离该防 护罩与外部电容或电磁干扰。 如权利要求15所述的陷入传感器，进一步包括布置在传感器上的至 少一层非导电材料。
17. 如权利要求16所述的陷入传感器，其中，所述非导电材料是泡沫。
18. 如权利要求15所述的陷入传感器，其中，所述传感器被布置在保护 套内。
19. 如权利要求15所述的陷入传感器，其中，所述设备与坐垫形成整体。
20. 如权利要求15所述的陷入传感器，其中，所述设备与床垫形成整体。
21. 如权利要求15所述的陷入传感器，其中，当平放所述陷入传感器时， 由所述传感器和防护罩形成的平面名义上是平行的。
22. 如权利要求21所述的陷入传感器，其中，所述传感器包括多个传感 器，并且调整所述防护罩的大小以隔离该多个传感器。
23. 如权利要求22所述的陷入传感器，其中，所述电路与所述多个传感 器中的两个或更多个相连，以同时确定物体对每个传感器的接近度。
24. 如权利要求23所述的陷入传感器，其中，所述电路包括复用器，该 复用器与所述传感器中的两个或更多个相连、还与所述电路相连，并且该复 用器适用于可选地连接所述传感器与所述电路。
25. —种用于测量人陷入坐垫或床垫的陷入深度的与坐垫或床垫一起使 用的陷入传感器，包括包括导电材料片的传感器；防护罩，包括与所述传感器相邻的、且通常具有与传感器相同的形状和 面积的第二导电材料片；
26. 如权利要求25所述的陷入传感器，还包括被布置在所述传感器上的 至少一层非导电材料。
27. 如权利要求26所述的陷入传感器，其中，所述非导电材料是泡沫。
28. 如权利要求25所述的陷入传感器，其中，将所述传感器被布置在氯 丁橡胶套内。
29. 如权利要求25所述的陷入传感器，其中，所述设备与坐垫形成整体。
30. 如权利要求25所述的陷入传感器，其中，所述设备与床垫形成整体。
31. 如权利要求25所述的陷入传感器，其中，并且当平放所述陷入传感 器时，由所述传感器和防护罩形成的平面名义上是平行的。
32. 如权利要求31所述的陷入传感器，其中，所述传感器包括多个传感 器，并且调整所述防护罩的大小以隔离该多个传感器。
33. 如权利要求32所述的陷入传感器，其中，所述电路与所述多个传感 器中的两个或更多个相连，以同时确定物体对每个传感器的接近度。
34. 如权利要求33所述的陷入传感器，其中，所述电路包括复用器，该 复用器与所述传感器中的两个或更多个相连、并且还与所述电路相连，并且 该复用器适用于可选地连接所述传感器与电路。
35. —种确定人在坐垫或床垫中的合适陷入的方法，包括步骤使用所述传感器感测人对于所述传感器的接近度，以确定人在坐垫或床 垫中的陷入；以及当人在坐垫或床垫中或者过于陷入或者陷入不足时，生成信号。
36. —种确定人在坐垫或床垫中的合适陷入的方法，包括步骤在坐垫或床垫下提供包括了导电材料片的第 一传感-将短电流脉沖发送到所述传感器和电容器；测量所述电流脉冲向电容器充电所花费的时间的长度；以及基于向所述电容器充电所花费的时间计算物体的接近度。
37. 如权利要求36所述的方法，还包括步骤提供包括了与所述第一传 感器相邻的第二导电材料片的地面。
38. 如权利要求36所述的方法，还包括步骤提供包括了导电材料片的 防护罩层，并驱动所述防护罩以将所述传感器与寄生电容效应和电磁干扰隔 离。
39. 如权利要求36所述的方法，还包括步骤提供包括了第二导电材料片的、比所述第 一传感器的面积更小的第二传 感器；将短电流脉冲发送到所述第二传感器和电容器； 测量电流脉冲向所述电容器充电所花费的时间的长度；以及 基于向所述电容器充电所花费的时间来计算物体的接近度；以及 由从所述第二传感器获得的计算值确定用于来自所述第一传感器的计算 值的范围。
40. —种确定人在坐垫或床垫中的合适陷入的方法，包括步骤提供包括了第二导电材料片的地面；将短电流脉冲发送到所述传感器和电容器；测量电流脉冲向所述电容器充电所花费的时间的长度；以及基于向所述电容器充电所花费的时间来计算物体的接近度。
41. 如权利要求40所述的方法，还包括步骤提供包括了导电材料片的 防护罩层，并驱动所述防护罩以将所述传感器与寄生电容效应和电^t干扰隔 离。
42. 如权利要求40所述的方法，还包括步骤提供包括了第二导电材料片的、比所述第一传感器的面积更小的第二传 感器；将短电流脉冲发送到所述第二传感器和电容器；测量电流脉冲向所述电容器充电所花费的时间的长度；以及基于向所述电容器充电所花费的时间来计算物体的接近度；以及 由从所述第二传感器获得的计算值确定用于所述第一传感器的计算值的范围。
全文摘要
一种用于确定人在坐垫或床垫中的相对陷入的与坐垫10或床垫208一起使用的陷入传感器12，坐垫或床垫包括传感器18、地面28和用于测量电容的电路30。该传感器包括导电材料片，并且地面包括第二导电材料片。该电路适用于将短电流脉冲发送到传感器和电容器46。该电路还适用于测量电流脉冲向所述电容器充电所花费的时间的长度。基于所测量的时间，电路基于向电容器充电所花费的时间计算物体的接近度。还公开了一种可以用陷入传感器实现的方法。
文档编号G01B7/14GK101248329SQ200680021544
公开日2008年8月20日 申请日期2006年4月27日 优先权日2005年4月27日
发明者埃文·W·考尔, 肯特·W·梅比 申请人:罗霍股份有限公司