(57)【要約】  圧力または力センサを平衡化および較正するためのシステムおよび方法を提供する。システムは、センサを受け入れるように構成された可撓性バッグと、可撓性バッグに接続可能で可撓性バッグ内を減圧するようになされた真空源とを有する。可撓性バッグの内側の圧力がバックの外側の圧力より低くなるようにバッグ内を減圧し、その結果センサ上に作用する一様な圧力をセンサの較正および平衡化のために使用する。システムは、減圧するときに可撓性バッグ内からの空気の排出を容易にするために、可撓性バッグ内に多孔性材を備えることができる。システムはまた、センサがバッグ内に配置されたとき、制御部と通信するためにセンサの一部がバッグの外側へ延出するように、開口を備えることができる。開口は、可撓性バッグ、または可撓性バッグに装着される締具のいずれに設けてもよい。センサ較正および平衡化システムおよび方法は、センサの変動を補正し、かつ／またはセンサ出力を力または圧力と対応付けるために用いられる。
2008508514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバを内側に形成する可撓性バッグであって、力または圧力センサを収容するように構成、配置された可撓性バッグと、
前記チャンバに接続可能で、前記チャンバ内を減圧するように構成された真空源と、
前記チャンバ内に配置された前記センサと通信するように構成、配置された制御部と
を備えるシステムであって、前記制御部は、前記センサを較正および／または平衡化するために前記チャンバ内を前記真空源によって減圧したときに前記センサ上に掛かる外部圧力の作用によって前記センサに加わる力または圧力を表す少なくとも１つの信号を、前記センサから受信するように構成される、力または圧力センサを較正および／または平衡化するシステム。
【請求項２】
前記チャンバ内に配置された多孔性材をさらに備え、前記多孔性材が、前記チャンバ内を減圧するときチャンバ内部からの空気の排出を容易にするように構成、配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記多孔性材が、前記センサの外周の周りに少なくとも部分的に延在するように構成、配置される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記多孔性材が発泡材、フェルト材、または織地材を少なくとも１つ含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
チャンバ内に配置された基板をさらに備え、前記基板は、前記センサが前記チャンバ内にあるとき、前記センサを支持するように構成、配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記基板に支持された多孔性材をさらに備え、前記多孔性材が、チャンバ内が減圧されるとき前記チャンバ内部からの空気の排出を容易にするように構成、配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記可撓性バッグと協働する締具をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記締具がそれを貫通する開口を備え、それにより、前記制御部に結合するようになされた電気リードを有する前記センサが前記チャンバ内に配置され、前記締具が閉鎖位置にあるとき、少なくとも前記電気リードの一部が前記締具の前記開口を通って前記チャンバの外へ延出するようになっている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記センサと組み合わされたシステムであって、前記センサが、
少なくとも１つの基盤層と、
前記基盤層に関して効果的に配置された複数の個々のセンサ要素と
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサが、前記制御部に結合するように構成された少なくとも１つの電気リードをさらに備える、請求項９に記載の組合せ物。
【請求項１１】
前記可撓性バッグが適合する非多孔性材からなる少なくとも２枚の層を備え、前記２枚の層の少なくとも一部が一体に密封されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記２枚の層の少なくとも一部が一体に溶接されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記可撓性バッグが、前記真空源と連通するように構成された少なくとも１つの出入孔をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記真空源が、前記少なくとも１つの出入孔に接続するように構成されたポンプと導管とを備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
非多孔性材の前記２枚の層が、適合する一枚の非多孔性材を折り重ねることにより形成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
可撓性バッグを準備するステップと、
圧力または力センサを較正および／または平衡化するために、前記センサを前記可撓性バッグ内に配置するステップと、
前記可撓性バッグの外側の圧力より低い第１の圧力を前記可撓性バッグ内に加えるステップと、
前記センサを前記第１の圧力下で較正および／または平衡化するために、前記第１の圧力を加えることによって前記可撓性バッグ内を減圧したとき、前記センサ上に作用する前記バッグ外側の圧力によって前記センサに掛かる力を表わす前記センサからの信号を測定するステップと、
前記センサを前記可撓性バッグから取り外すステップと
を含む、センサを較正および／または平衡化する方法。
【請求項１７】
前記センサが、制御部に結合するようになされた少なくとも１本の電気リードを備え、前記電気リードが、前記センサから前記制御部へセンサに加えられた力を表す信号を伝送するように構成、配置され、前記第１の圧力が前記バッグ内に掛けられたとき、少なくとも前記電気リードの一部が前記可撓性バッグの外側に位置するように、前記センサが前記可撓性バッグ内に配置される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記可撓性バッグ内に第２の圧力を掛けるステップであって、前記第２の圧力が前記可撓性バッグの外側の圧力より低いステップと、
前記センサを前記第２の圧力下で較正および／または平衡化するために、前記第２の圧力を加えることによって前記可撓性バッグ内を減圧したとき、前記センサ上に作用する前記バッグ外側の圧力によって前記センサに掛かる力を表わす前記センサからの信号を測定するステップと
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記センサが複数の個々のセンサ要素を備え、
前記センサと通信するように構成、配置された制御部を準備するステップであって、前記制御部が、前記個々のセンサ要素に加えられた力を表わす前記個々のセンサ要素からの少なくとも１つの信号を受信するようになされたステップと、
少なくとも１つのセンサ要素の出力を、前記センサ要素からの前記少なくとも１つの信号、および複数のセンサ要素からの信号の平均値に基づいて調整するステップと
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記センサが複数の個々のセンサ要素を備え、
前記センサと通信するように構成、配置された制御部を準備するステップであって、前記制御部が、前記個々のセンサ要素から、センサ要素に掛かった力または圧力を表わす少なくとも１つの信号を受信するようになされたステップと、
前記センサの面積および前記第１の負荷圧力に基づいて、少なくとも１つのセンサ要素の出力を信号から力または圧力に変換するステップと
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記センサが、前記センサから制御部へ少なくとも１つの信号を伝送するために前記制御部に結合されるようになされた電気リードを備え、
前記センサを較正および／または平衡化している間、前記電気リードの少なくとも一部が前記可撓性バッグの外側に配置されるように、前記可撓性バッグ中へ通じる開口を設けるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記可撓性バッグの一部に配置された締具を設けるステップと、
前記センサが少なくとも部分的に前記可撓性バッグ内に配置された後に前記締具を閉位置に固定するステップと
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記開口を前記締具に設けることによって、その開口を通して前記電気リードの少なくとも一部を前記可撓性バッグの外側に配置する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記可撓性バッグの外側の圧力が大気圧である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の圧力が実質的に真空である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の圧力が大気圧より低いが、前記第１の圧力よりは高い、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記可撓性バッグを減圧するとき前記可撓性バッグ内部からの空気の排出を容易にするように構成、配置された多孔性材を可撓性バッグ内に設けるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
前記可撓性バッグ内に配置された基板を設けるステップであって、前記基板は、前記センサが前記可撓性バッグ中にあるとき、前記センサを支持するように構成、配置されているステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
前記多孔性材が基板によって支持され、前記多孔性材が、前記センサ外周の周りに少なくとも部分的に延在する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
チャンバを内側に形成する可撓性バッグであって、圧力または力センサを収容するように構成、配置された可撓性バッグと、
前記可撓性バッグと協働する締具であって、締具が閉鎖位置にあるとき前記チャンバを密封するようになされた締具と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を減圧するようになされた真空源と、
前記センサの少なくとも一部を前記可撓性バッグの中に配置し、その後、前記チャンバが前記真空源によって減圧されたとき、前記センサ上に作用する前記チャンバ外側の圧力によって前記センサに掛かる力または圧力を表わす少なくとも１つの信号を前記センサから受信することによって前記センサを較正および／または平衡化するための諸命令と
を備える、前記圧力または力センサを較正および／または平衡化するためのシステム。
【請求項３１】
前記締具がそれを貫通する開口をさらに備え、前記締具が閉位置にあるとき、前記開口が、前記センサの一部をチャンバの内側に保持すると共に、前記センサの一部を前記チャンバの外側に保持するようになされた、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記センサと組み合わされたシステムであって、前記センサが、
少なくとも１つの基盤層と、
前記基盤層に関して動作可能に配置された複数の個々のセンサ要素と
を備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記センサと組み合わされたシステムであって、前記センサが、
少なくとも１つの基盤層と、
前記基盤層に関して動作可能に配置された複数の個々のセンサ要素と、
制御部に結合され、少なくとも１つの信号を前記センサから前記制御部に伝達するようになされた電気リード線であって、前記締具が閉位置にあるとき前記締具の前記開口を通って、少なくともその一部が前記可撓性バッグから外へ延出している少なくとも１本の電気リード線と
を備える、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
前記チャンバ内に配置されるようになされた多孔性材をさらに備え、前記多孔性材が、前記チャンバ内を減圧するときチャンバ内部からの空気の排出を容易にするように構成、配置される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３５】
前記可撓性バッグが、前記真空源と連通するようになされた少なくとも１つの出入孔をさらに備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３６】
前記真空源が、前記少なくとも１つの出入孔に接続するようになされたポンプおよび導管を備える、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
チャンバを内側に形成する可撓性バッグであって、圧力または力センサを収容するように構成、配置された可撓性バッグと、
前記チャンバ内に配置された多孔質発泡材であって、前記センサが前記チャンバ内に配置され、前記チャンバ内が大気圧より低く減圧されたとき、前記チャンバ内の気体の排出を容易にするように構成、配置された多孔質発泡材と
を備える、圧力または力センサを較正および／または平衡化するためのシステム。
【請求項３８】
前記チャンバ内に配置された基板をさらに備え、前記基板は、前記センサが前記チャンバ内にあるとき、前記センサを支持するように構成、配置される、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記システムが、旅行または収納のために小さな形状に巻き上げられ、または折り畳まれるようになされた、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記多孔性発泡材が、前記基板によって支持され、前記センサ外周の周りに少なくとも部分的に延在するように構成、配置される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４１】
前記可撓性バッグの縁部に沿って配置された締具をさらに備える、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４２】
前記締具がそれを貫通する開口を備え、それにより、制御部に結合するように構成された電気リードを有する前記センサが前記チャンバ内に配置され、前記締具が閉鎖位置にあるとき、少なくとも前記電気リードの一部が前記締具の前記開口を通って前記チャンバの外へ延出する、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記センサと組み合わされたシステムであって、前記センサが、
少なくとも１つの基盤層と、
前記基盤層に関して動作可能に配置された複数の個々のセンサ要素と
を備える、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４４】
可撓性バッグを準備するステップと、
多孔性材を前記可撓性バッグ内に配置するステップと、
圧力または力センサを較正および／または平衡化するために、前記センサを前記多孔性材に隣接して前記可撓性バッグ内に配置するステップと、
第１の圧力を前記可撓性バッグ内に加えるステップであって、前記第１の圧力は前記可撓性バッグの外側の圧力より低く、前記多孔性材が前記可撓性バッグ内の気体の排出を容易にするステップと、
前記センサを前記第１の圧力下で較正および／または平衡化するために、前記第１の圧力を加えることによって前記可撓性バッグ内を減圧したとき、前記センサ上に作用する大気圧によって前記センサに掛かる力または圧力を測定するステップと
を含む、圧力または力センサを較正および／または平衡化する方法。
【請求項４５】
前記第１の圧力が実質的に真空である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記可撓性バッグの外側の圧力が大気圧である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記可撓性バッグ内の気体が空気である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記可撓性バッグ内に第２の圧力を掛けるステップであって、前記第２の圧力は前記可撓性バッグの外側の圧力より低くかつ前記第１の圧力より高く、前記多孔性材が前記可撓性バッグ内の気体の排出を容易にするステップと、
前記センサを前記第２の圧力下で較正および／または平衡化するために、前記第２の圧力を加えることによって前記バッグ内を減圧したとき、前記センサ上に作用する前記バッグ外側の圧力によって前記センサに掛かる力または圧力を測定するステップと
をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記可撓性バッグ内に配置された基板を設けるステップであって、前記基板は、前記センサが前記可撓性バッグ中にあるとき、前記センサを支持するように構成、配置されているステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記多孔性材が前記基板によって支持され、前記センサの外周の周りに少なくとも部分的に延在する、請求項４９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、センサを基準化するシステムおよび方法に関し、より詳細には、力または圧力センサを、相対的に負圧の環境中に置くことによって、平衡化および較正するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面の力または圧力を測定し記録する様々なタイプのセンサが存在する。そのようなセンサの１つは、基盤層上にある形のパターンまたはマトリックスに配置された複数のセンサ要素を有する。各センサ要素位置で得られた測定値は、表面全体の力の分布を求めるのに用いることができる。
【０００３】
詳細には、図１の例示的センサに示すように、センサ１０は、行および列電極２０ａ、２０ｂを有する。センサ要素３０を形成するために、圧力感応インクを、行および列電極２０ａ、２０ｂの交差位置で、それらの間に付着させる。交差位置に作用する力が、それに応じる圧力感応インクの電気抵抗の変化を生じさせ、引き続き、その変化が行および列電極を介して制御回路によって検出される。このタイプのセンサが、本願の譲受人に譲渡された米国特許第４，８５６，９９３号にさらに記載されており、同特許は参照により全体が本明細書に組み込まれる。同様なタイプのセンサの別の例が、本願の譲受人に譲渡された係属中の２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第１０／７４８，７１８号に記載されており、同出願も参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００４】
複数のセンサ要素を有するセンサの測定精度を維持するために、センサは使用に先立って基準化することができ、センサ要素間の変動が計量され（平衡化）、各センサ要素の出力が力または圧力値と対応付けられる（較正）。平衡化ステップでは、センサ要素に一様な圧力が掛けられる。完全なセンサは、一様な圧力下では各センサ要素が生じる信号は同一である。しかし、製作誤差および／または一般用途におけるセンサの取り扱いによって、センサ要素は、一様な圧力下で実際には一様に応答しないことがある。したがって、平衡化ステップでは、センサが力または圧力を正確に測定することを確実に可能にするために、一様な圧力を加えたときのセンサ要素間の信号の変動を検出する。検出されたこれらの信号変動は、各センサ要素に作用し記録された局所的力または圧力について、変動を補正するために調整するのに使用される。較正ステップでは、センサからのデータは、センサ要素の出力信号を力または圧力測定値に変換するために取得される。たとえば、センサに、図１を参照して記述したような局所的圧力または力の関数として変化する圧力抵抗性材料を用いる場合、較正ステップで得たデータを用いて、センサ要素で測定された抵抗をそれに対応する力または圧力に変換する。
【０００５】
従来の構成および／または平衡化システムの多くが、センサ全体に機械的に荷重を掛けるか、または加圧空気を用いるかのいずれかによって、センサ全体に圧力を加える。しかし、これらのシステムは通常大きな支持構造を有し、その結果、重くかつ／または扱いにくいシステムになる。センサを較正および／または平衡化するための別の構成例が、米国特許第６，０３２，５４２号および米国特許第５，１３１,２５９号に記載されており、両特許は、参考により本明細書に組み込まれるものとする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態では、力または圧力センサを較正および／または平衡化するためのシステムを提供する。システムは、センサを受け入れるように構成されたチャンバを形成するバッグと、チャンバ内の圧力を低下させるための真空源と、センサと通信するように構成された制御部とを有する。制御部は、真空源によってチャンバ内の圧力を低下させたとき、センサに作用する外部圧力によってセンサに掛かる力および／または圧力を表わすセンサからの少なくとも１つの信号を受け取るように構成される。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、力または圧力センサを較正および／または平衡化する方法である。可撓性バッグを設け、センサをバッグの中に配置する。可撓性バッグの外側の圧力より低い第１の圧力をバッグの内部に加え、センサに掛かった力または圧力を表わすセンサからの信号を計測する。次いで、センサをバッグから取り外す。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、力または圧力センサを較正および／または平衡化するためのシステムを提供する。システムは、センサを内部に受け入れるように構成されたチャンバを形成する可撓性バッグと、チャンバを密封するように可撓性バッグと協働する締具と、チャンバ内を減圧するようになされた真空源とを有する。システムは、センサの少なくとも一部を可撓性バッグ内に配置し、チャンバ内を真空源によって減圧したときにセンサ上に掛かる外部圧力の作用によってセンサに加わる力または圧力を表す少なくとも１つの信号をセンサから受信することによって、センサを較正および／または平衡化する諸命令をさらに備える。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、力または圧力センサを較正および／または平衡化するシステムを提供する。システムは、センサを受け入れるように較正されたチャンバを形成する可撓性バッグを有する。多孔性材がチャンバ内に配置され、センサがチャンバ内に配置されチャンバ内が大気圧より低く減圧されるとき、チャンバ内の空気の排出を容易にするように構成される。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、力または圧力センサを較正および／または平衡化する方法である。可撓性バッグがその内部に配置された多孔性材を備え、センサが多孔性材に隣接してバッグの内側に配置される。バッグの外側の圧力より低い第１の圧力が可撓性バッグの内部に加えられ、多孔性材は可撓性バッグ内のガスの排出を容易にする。第１の圧力を加えることによってバッグ内部が減圧されたとき、センサ上に作用する大気圧によってセンサに加わる力および／または圧力が測定される。
【００１１】
本発明の様々な実施形態が、ある種の利点を提供する。本発明の全ての実施形態が同じ利点を有するわけではなく、また同じ利点を有する実施形態も、全ての環境下でそうであるとは限らない。
【００１２】
本発明の別の特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構成が、添付図面を参照して以下に詳細に記述される。
本発明の様々な実施形態が、以下に添付図面を参照して例により記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
しばしば、センサを使用前に基準化することが必要になる。これは、複数の検知要素を使用するセンサが、実質的に等しい電気信号出力を有するようにセンサを平衡化するステップと、センサ出力を測定特性、たとえば力および／または圧力と相関付ける較正ステップのいずれかまたは両方を含むことができる。センサの製作誤差および／または一般的な取り扱いが、センサ中のセンサ要素間の感度の変動を生じることがあり、その結果、センサの基準化が必要になることが判明してきた。しかし、指摘したように、従来技術による較正および／または平衡化システムは、使用しにくく、簡単に携行できない。本発明の態様は、これらの欠点を克服しようとするものである。
【００１４】
本発明の一実施形態によると、（上記のような）センサを較正および／または平衡化するためのシステムは、その中にセンサを配置することができるような可撓性バッグ形式の真空チャンバを有する。可撓性バッグに接続された真空源によって、バッグ内の圧力を減少させることができる。センサを一時的にバッグ内に封入した後、バッグ内の圧力を減少させると、バッグの外側の圧力が圧力差によりセンサを押圧し始める。このようにして、バッグ内のセンサに一様な圧力を掛けて、センサを較正し、平衡化することができる。このようなシステムは、機械的負荷または加圧空気を用いる必要があり、したがって重く、嵩張るシステムになる従来のシステムより、容易に煩わしくなく用いることができる。
【００１５】
以下により詳細に記述するように、システムは、空気排出を容易にするために、可撓性バッグに中に配置された多孔性材を有し得る。システムは、可撓性バッグを密封するために協働し、それによって外部空気の浸入を低減する開放可能な封止締金を、さらに有することができる。
【００１６】
本明細書に記載されたセンサ較正および／または平衡化用の方法およびシステムは、特定のタイプのセンサに用途が限定されるものではないことが理解されるべきである。したがって、このシステムおよび方法は、抵抗性、容量式、超音波式、ピエゾ圧力抵抗式、および／または力センサ等、いかなるタイプのセンサを、それを較正および／または平衡化するのに用いることができる。さらに、本発明では、システムは平衡化ステップまたは較正ステップの１つだけを実施するのに用いることができるので、これらプロセスの両方共行うことに限定されない。また、システムおよび／または方法は、圧力または力を規準化（すなわち、較正および／または平衡化）するのに使用することができ、本発明はこの点について限定されない。したがって、本明細書で用いられる用語「センサ」は、力または圧力のいずれか、あるいはその両方を検出するように構成されたセンサを指すことができる。
【００１７】
次に図面について、特に図２を参照して、本発明の一態様によるセンサ較正および平衡化システム１００が以下に記述される。システム１００は、可撓性バッグ４０と、図２に示すように導管５２を介して可撓性バッグ４０の真空孔５４に接続された真空ポンプ５０のような真空源とを有する。一実施形態では、真空源は電気ポンプである。あるいは、本発明はこの点について限定されないので、ベンチュリポンプを用いることもできる。導管５２は、可撓管などの適切ないかなる結合部品でもよく、本発明はこれに関して限定されない。図２に示す実施形態では、開放可能な締具５６は、可撓性バッグ４０と協働して、センサをバッグの中に配置するための入口を設け、他方でバッグを密封するような構成も形成する。
【００１８】
可撓性バッグ４０それ自体は、薄い２枚のプラスチックシート４０ａ、４０ｂを３方の側を封じて製作してもよく、また、薄い１枚のシートをそれ自体の上に折り重ねて構成してもよい。さらに、一実施形態では、バッグ４０は、少なくとも３方の側を高周波溶接した１対のウレタンシートから作られている。より一般には、可撓性バッグは、様々な容積のチャンバを形成することが可能な、適合性のある非多孔質のいかなる可撓性材で製作してもよく、本発明はこの点について限定されない。形成される可撓性バッグは、約５９ｃｍ（２３インチ）×約６１ｃｍ（２４インチ）の寸法を有する矩形でもよい。
【００１９】
バッグ中にあるのはセンサのみの場合でも、チャンバ内の圧力を効果的に低減することができるが、圧力減少を補助する他の構成を用いることもできる。一実施形態では、システムは、可撓性バッグ４０中に配置された多孔性材５８をさらに備えることができる。真空源が圧力を減少させるとき、多孔性材は、それを通って空気が流れ出ることができる通路として働くことができ、それによって、チャンバ内の残留空気の発生を低減する。可撓性バッグ４０内に空気塊が発生するとセンサの平衡化および／または較正の精度を損ない得るので、それを無くすことが有利であり得ることが明らかになってきた。
【００２０】
多孔性材は、図３に示すように、センサ６０の少なくとも外周の一部に沿って延在してもよく、または、図６に示すように、センサの外周を完全に取り巻いて延在してもよく、本発明はこの点について限定されない。さらに、多孔性材は、センサ６０の外周のみに沿って延在するように配置してもよく、あるいは、多孔性材の全てまたは一部が、センサの一部（センサの縁部など）または全部の下に延在してもよい。多孔性材５８は可撓性バッグ４０から取り外し可能にしても、またはその中に固定してもよく、本発明はこの点について限定されない。
【００２１】
多孔質通気性材は、たとえば発泡材、フェルト材、または他の不織材、織地材または空気通路を有するように形成された固形材、あるいはそれらの組み合わせなどの適切ないかなる材料からでも形成することができ、本発明はこの点について限定されない。多孔性材は、いかなる適切な長さ、幅、および厚さであってもよく、本発明はこの点について限定されない。一実施形態では、多孔性材の厚さは約１ｃｍ（１／２インチ）未満である。別の実施形態では、多孔性材の厚さは約０．３ｃｍ（１／８インチ）以下である。一実施形態では、多孔性材の幅は約５ｃｍ（２インチ）未満である。別の実施形態では、多孔性材の幅は、約２．５ｃｍ（１インチ）以下である。一実施形態では、多孔性材の長さは、センサの長さおよび／または幅にほぼ等しい。
【００２２】
図６により詳細に示される一実施形態では、基板７０を可撓性バッグ内に配置することができる。基板はセンサを支持するのに用いることができ、一実施形態では、多孔性材を固定するのに使用することができる。多孔性部材は、多孔性部材によって画定される境界の少なくとも一部の内側にセンサを収容することができるように基板の外縁に取り付けることができる。基板はバッグ内に恒久的に取り付けられていてもよいし、取り外し可能でもよい。基板はいかなる素材からでも形成することができ、一実施形態では、基板７０は比較的薄いポリカーボネート材から形成され、本発明はこの点について限定されない。一実施形態では、基板の厚さは約０．３ｃｍ（１／８インチ）未満である。別の実施形態では、基板の厚さは約０．１ｃｍ（１／１６インチ）未満である。別の実施形態では、基板の厚さは０．０４ｃｍ（１／６４インチ）未満である。基板はセンサより大きく、センサの長さおよび幅と実質的に等しいかまたはそれより大きい。本発明はこの点について限定されない。一実施形態では、基板は、長さおよび幅の寸法が５３ｃｍ（２１インチ）
×５８ｃｍ（２３インチ）の矩形をしている。
【００２３】
一実施形態では、バッグ中のセンサを密封するために、開放可能な封止締具５６が可撓性バッグ４０の一辺に沿って配置される。より詳細に以下に記述するように、締具５６は開口７４、８８を備えることができ、図３に示すように、それによって可撓性バッグ４０内に配置されているセンサ６０の一部をバッグ４０の外へ延出させることができる。締具５６の開口７４、８８は、密閉バッグ４０内のセンサ６０が、センサリード６４、コネクタ６３、通信ケーブル６７を介して、チャンバ６２の外側の制御部６５と通信できるようにする。制御部６５は、単なるデータ取得装置（ＤＡＱ：ｄａｔａ  ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ）でもよく、また、さらに処理機能を有するものでもよく、本発明はこの点について限定されない。
【００２４】
一実施形態では、締具５６は、静止基底部分８２、およびヒンジ８６で枢動する枢動可能な上側部分８４を有する、図７〜８に示すようなヒンジ式密閉部を備える。一実施形態では、上側および基底部分８２、８４を含む締具は押出しプラスチック成型され、ヒンジ８６は一体ヒンジとして成型される。しかし、本発明はこの点について限定されるものではなく、締具５６は数多くの他の適切な材料から製作することができ、他の適切な製造プロセスを用いて形成することができることが理解されるべきである。
【００２５】
図７〜８を参照して記述されている実施形態では、締具５６は、複数の突起９６、９７、９８を備えることができる。１つまたは複数のこの突起は、上側部分８４がヒンジ８６の周りを密閉位置にくるように回転すると、上側および／または基底部分と協働してスナップ嵌めを形成する助けとなることができる。図７に示すように、第１の突起９６は、基底部分８２の表面に衝合すると、それ以上の回転が阻止される。第２の締具突起９７は、可撓性バッグ上に作用してそれを基底部分８２の位置９９に向かって締め付ける。この締付け突起の先端を受け入れるために、基底部分８２に溝１０１（図８参照）を形成してもよい。可撓性バッグはその先端と溝の間に保持される。第３の突起９８は、図７に示すように、やはりそれ以上の回転を阻止するために働くことができる。図示するように、締具５６はまた、センサ６０のリード６４が制御部と結合するために可撓性バッグの外側へ延出できるような寸法を持つ開口８８を備えることができる。
【００２６】
図９に示す別の実施形態では、締具５６は、全体としてＵ字形の固定されたフレーム７２として形成され、上側脚７２ａおよび下側脚７２ｂを有し、また、センサ６０の一部分（センサリード６４など）をバッグから外へそこを通って延出させることができる寸法を持つ開口７４を有する。フレームは、金属（アルミニウムなど）、プラスチック、または他の適切ないかなる材料で形成してもよく、本発明はこの点について限定されない。開口７４周りに十分な封止を維持し、かつバッグを密閉状態に挟扼するために、偏倚部分６６、６８を締具内に配置することができる。偏倚部分６６、６８は、いかなるタイプの可撓性部材でも、また偏倚締具でもよく、本発明はこの点について限定されない。一実施形態では、偏倚部材６６は、可撓性プラスチック材料から形成される。一実施形態では、上側部材６６は、ゴム弾性材料製の管状材（中実断面で形成してもよいが）として形成してもよい。図示のように、上側部材６６は、可撓性バッグに閉じる力を加えるために僅かに圧縮されている。一実施形態では、バッグをさらに封止するために、上側部材６６を膨張可能にして外向きの圧力を発生させることができる。上側部材６６は、バッグ上への配置を容易にし、また、リードを開口７４に差し込み易くするために、取り外し可能にすることができる。一実施形態では、下側部材６８は、フェルトまたはフェルトに類似の材料で形成されている。図９に示す実施形態では下側部材６８を備えているが、上側偏倚部材６６は可撓性バッグを直接下側脚７２ｂに押し付けることができるので、下側部材６８を備えなくてもよい。
【００２７】
一実施形態では、下側支持部材７３を、下側脚７２ｂと下側部材６８の間に固定することができる。下側支持部材７３は、締具が下側支持部材７３に固定されたとき、可撓性バッグを支持するようにさらに働き、バッグが締具から抜ける可能性を減らすようにする。もちろん、本発明はこの点について限定されず、下側支持部材７３を用いなくてもよい。一実施形態では、下側支持部材７３は、基板７０と同様であり得る薄いポリカーボネート材で形成されている。
【００２８】
上記の実施形態では、締具の開口を通って延出するセンサリードを備えるが、本発明はこの点について限定されず、リード６４は、バッグ４０の封止可能な開口を通って延出することができる。この開口は、バッグ４０の上側または下側シート４０ａ、４０ｂいずれかを貫通して設けることができ、あるいは、２つの層が合わさる縁部に沿って形成することができる。さらに、別の実施形態では、センサ６０は完全にチャンバ６２の内部にあり、バッグ４０または締具５６のいずれにも開口７４は存在しない。この実施形態では、制御部がセンサ６０と共にチャンバ６２内にあるか、あるいは、制御部はチャンバ６２の外側にあって、センサと間接的にまたは遠隔的に通信することができるかのいずれかである。別の実施形態では、バッグ４０はセンサをバッグの中へ配置するための少なくとも１つの開口と、制御部がバッグの中のセンサと通信できるような別の開口またはポートを備える。たとえば、センサは、バッグ４０の再封止可能な縁部を通してバッグ内に配置することができる。制御部は、たとえばＵＳＢケーブルを通じて、ポートを介しセンサと接続することができる。
【００２９】
チャンバ内の空気は適切な手段で排出することができ、本発明はこの点について限定されない。一実施形態では、図２に示されるように、真空ポンプ５０がチャンバに接続されている。本発明は特定のタイプの真空源に限定されないが、一実施形態では、真空源は、１２ＶＤＣに接続された従来のＯＥＭ真空ポンプでもよい。真空ポンプ５０は、通常、その表面に真空ゲージ９２、逃がし弁つまみ９０、および簡易脱着レセプタクル９４を備える。
【００３０】
前述のように、制御部６５は、締具５６の開口７４を通ってチャンバ６２の外部に延出するリード６４、コネクタ６３、および通信ケーブル６７を介して、図３に示すように、センサに接続することができる。制御部は、センサ６０に掛かる力または圧力を表す信号を、センサ６０から受け取る。
【００３１】
一実施形態では、制御部は、較正および／または平衡化ステップ中、センサ要素３０からの信号を検出し記憶することができるソフトウェアを備える。平衡化ステップ中にセンサ要素に発見された感度変動を考慮してソフトウェアの調整を行うことができる。一実施形態では、較正および／または平衡化データを表に構成し、特定のセンサおよび／またはセンサ要素に対する特定の情報を提供することができる。さらに、制御部は、センサが較正／平衡化システムから取り外された後も、センサが使用されている間、信号を検出し記憶するために使用することができる。較正および／または平衡化データは、センサを使用中にセンサと通信している別の装置および／または制御部にも移送することができる。たとえば、センサを、ある場所で較正および／または平衡化し、データを制御部からディスクに保存することができる。ディスク上のセンサデータは、センサと共に異なる場所へ容易に運ぶことができ、それにより、センサをその較正および／または平衡化データと共に使用することができる。
【００３２】
次に、上記の実施形態を用いて、センサを平衡化および較正するプロセスを記述する。一実施形態では、センサは少なくともその一部を可撓性バッグの内側に配置する。可撓管を、可撓性バッグに形成されたコネクタ、および真空源に結合する。上記で説明したように、多孔性材５８および／または基板７０が、バッグ４０内に含まれてもよい。センサ６０をチャンバ６２内に実質的に封入するために、締具５６を可撓性バッグ４０に固定することができる。図３に示す実施形態では、センサリード６４などのセンサ６０の一部分が、締具５６の開口８８を通じてチャンバの外側へ延出する。圧力センサ６０からの信号に基づいて圧力分布を計算するために、センサリード６４を制御部に接続することができる。センサ６０がチャンバ６２内に固定され、締具５６が密閉位置をとって、開口７４、８８を実質的に封止し、バッグ４０中のセンサ６０の検知部分を密封すると、真空源がチャンバ６２内の圧力を減少させ始め、チャンバの内側と外側に圧力差を発生させる。バッグ内側の圧力がバッグ外側の圧力より低いので、この圧力差が、バッグ内に配置されたセンサ部分に加わる圧力を発生させる。
【００３３】
上記のように、センサ要素に加えられた圧力によって、各センサ要素の位置に加わった力を表す出力信号をそれぞれのセンサ要素に生じさせる。したがって、次に、センサに結合された制御部は、以下にさらに記述するようなセンサの平衡化および／または較正を行うために、各センサ要素の出力を読み取ることができる。ここで、センサは既知の一様な圧力下にあるので、センサを正確に平衡化し、較正することができる。
【００３４】
空気を排出するために真空源を用いる前は、チャンバ６２の内部の圧力（図４参照）は、チャンバ外部の圧力と実質的に等しい。通常の環境では、この平衡圧力は大気圧（約１４．７ｐｓｉ）である。しかし、本発明のシステムは、チャンバ外部の圧力が大気圧より高い、または低い、いずれに制御された環境でも使用されることがある。いずれの場合も、空気がチャンバ６２から排出されるにつれて、外部圧力が可撓性バッグ４０およびその内部のセンサ６０に向かって、図５の矢印Ｆで示されるように作用し始める。
【００３５】
真空ポンプ５０を使用する一実施形態では、ポンプが最初に起動されると、ポンプは、チャンバ６２内の空気の大部分を排出する。これは、図５に示すように、バッグの上側シート４０ａが、下側シート４０bに向かって潰れていくので即座に見て取れる。この空気が排出された後、チャンバ６２内の真空度は、逃がし弁９０（図２参照）によって設定された所望のレベルにまで上昇する。較正および平衡化ステップのための所望の圧力に応じて、実質的に真空（約０ｐｓｉ）にするなど、チャンバ６２内の圧力を低下させるべく逃がし弁９０を設定することができる。あるいは、大気圧より低いが実質的な真空より高い圧力を維持するように、逃がし弁９０を設定することもできる。
【００３６】
空気がチャンバから排出され始めた後、チャンバ内の所望の圧力が安定状態に達するまで、平衡化または較正プロセスの開始を待つのが有益である。真空ゲージ９２はチャンバ内の圧力が一定であると示すかもしれないが、ゲージ９２はポンプ５０内の圧力を測定しており、チャンバ６２はポンプ５０から導管５２によって離れているので、ゲージ９２での圧力読み値とチャンバ６２の実際の圧力との間には時間のずれがある。したがって、ゲージ９２での圧力読み値がチャンバ６２内の圧力を確実に表わすように、遅れが必要なことがある。上記で説明したように、平衡化ステップ中、センサ６０のすべての部分に一様な圧力が加わり、その一様な圧力下での各センサ要素３０からの出力信号に基づいて、それぞれのセンサ要素３０間の変動を検出し記録することができる。各信号はさらに、諸信号の総平均と比較することができる。次に、このデータは、それぞれのセンサ要素３０間の感度の変動を計量するために、一様な圧力下での基準線を決定するのに用いられる。
【００３７】
較正ステップでは、センサ要素３０からの出力信号は、相当する力の値に変換される。較正値は、センサの総面積と圧力ゲージ９２によって示された総圧との積による力として求められる。この較正値は、記憶され、センサ要素３０からの出力信号を局所的力の値に変換するのに用いられる。たとえば、圧力抵抗式材料を用いて製作されたセンサ６０では、抵抗Ｒがセンサ要素に加えられた力の関数として減少する。したがって、圧力センサ６０上の力の総和に等しい較正値は、各センサ要素３０位置での力を各センサ要素の抵抗値に基づいて計算するのに用いることができる。
【００３８】
センサ６０を較正および／または平衡化するステップを実施するとき、センサ６０が実働する時のセンサ上の圧力と同等な圧力下にセンサを置いてこれらのステップを実施することが、有利であり得る。さらに、センサが広い範囲の圧力下で使用される場合には、較正および／または平衡化ステップを、異なる少なくとも２つの圧力レベルで実施するのが望ましいかもしれない。これは、誤差を抑えるのに役立ち得る。というのは、圧力が広い範囲に亘ると、圧力センサは非線形性の振舞いをすることがあるからである。
【００３９】
システム１００は、センサ６０を広い範囲の圧力下で平衡化し、較正するために使用することができるが、一実施形態では、０．５〜５ｐｓｉの圧力を通常測定する圧力センサ６０に対してシステム１００を使用する。システム１００を大気圧（約１４．７ｐｓｉ）中で使用する場合は、このセンサを較正および／または平衡化するために、チャンバ内の圧力を約９．７〜１４．２ｐｓｉの範囲内に減少するように真空源を調節することが望ましいかもしれない。上記で説明したように、チャンバ内のセンサに掛かる圧力は、外部圧力から内部圧力を差し引いた圧力にほぼ等しい。したがって、チャンバ内の圧力を９．７〜１４．２に減少させることは、センサに０．５〜５ｐｓｉの範囲の圧力を掛けることと同等になり、この圧力範囲がこのセンサが作動中の固有の圧力範囲になるので、これが望ましい。上記で説明したように、正確な圧力分布を確保するために、このセンサに複数の圧力を掛けて較正および平衡化することが、有利であり得る。
【００４０】
チャンバ６２の外側に働く一様な圧力が大気圧であるとき、チャンバ内部と外部の間の最大差圧は大気圧（約１４．７ｐｓｉ）に等しい。したがって、チャンバ外部の圧力が実質的に大気圧に等しい無制御環境では、本発明のシステムは、最大約１５ｐｓｉまでの圧力での用途に限られる。しかし、大気圧が限界でなければ、システムは、大気圧より大きな力を掛けるのに用いることができる。たとえば、システムが、大気圧より大きな圧力の高圧環境中に置かれると、システムは、１５ｐｓｉより大きな圧力を掛けるのに用いることができる。
【００４１】
センサの用途に応じて、一実施形態では、使用中のセンサの環境をより正確に模擬するために、追加の物体がチャンバ６２の中に配置されることがある。たとえば、図１０では、クッション材７６が、チャンバ６２内で基板７０とセンサ６０の間に配置されている。この特定の実施形態では、センサ６０は、座席用クッション全面の圧力分布を測定するのに使用されている。したがって、この追加物体は、座席用クッションを模擬するのに役立つ。しかし、別の実施形態では、追加物体には、織地材、発泡材、プラスチックなどを含めることができ、本発明はこの点について限定されない。そのような追加物体を用いるとき、チャンバ内の追加物体は、チャンバ内の空気排出のプロセスの速度を遅くし得ることを認識することが重要である。したがって、所望の減少圧力を真空源が生成するために、より長い時間の経過、または時間差が必要であり得る。
【００４２】
本発明は、大きな較正部品およびフレームを用いることなく、センサを較正および／または平衡化するための方法およびシステム提供することが理解されるべきである。本発明の較正および平衡化システムは、旅行バッグの中に収まる携帯用システムであり得る。可撓性バッグ４０を製作するのに用いる材料に応じて、バッグは小型の旅行形式に巻き上げることができる。一実施形態では、少なくとも１つのバッグ４０、多孔性材５８、基板７０、およびクッション材７６が、収納または旅行のために小さな形状に巻き上げ、または畳み込むことができるように可撓性を有する。
【００４３】
本発明の上記説明は、単に本発明を例示するだけのものであり、本発明の他の実施形態、修正形態、および均等物は、添付の特許請求の範囲に列挙されている本発明の範囲内であることが理解されるべきである。さらに、上記の各実施形態はある特徴を含むが、本発明はこの点について限定されない。したがって、システムまたは方法に関する上記または他の１つまたは複数の特徴は、単独に、または適当に組み合わせて用いることができ、本発明はこの点について限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の圧力センサの一部分の概念図である。
【図２】センサ平衡化および／または較正システムの概略斜視図である。
【図３】システムのチャンバ内に部分的にセンサが入っている図２のシステムの上面図である。
【図４】図３の線４−４に沿った、システムの断面図である。
【図５】チャンバ内が減圧された、図４の断面図である。
【図６】システムの一部分の上面図である。
【図７】一実施形態による閉鎖部構成を示す、図３の線７−７に沿ったシステムの断面図である。
【図８】開位置にある図７の閉鎖部構成の断面図である。
【図８ａ】図７の閉鎖部構成の斜視図である。
【図９】別の実施形態による閉鎖部構成の断面図である。
【図９ａ】図９の閉鎖部構成の斜視図である。
【図１０】別の実施形態によるチャンバの断面図である。
【図１】
2008508514.tif 000003
【図２】
2008508514.tif 000004
【図３】
2008508514.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008508514.tif 000009
【図８】
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【図８ａ】
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【図９】
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【図９ａ】
2008508514.tif 000013
【図１０】
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【国際調査報告】
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2008508514.tif 000016