DE2247032A1

DE2247032A1 - DEVICE FOR DETERMINING AT LEAST ONE COORDINATE OF AN OBJECT THAT IS MOVABLE ALONG AT LEAST ONE COORDINATE AXIS

Info

Publication number: DE2247032A1
Application number: DE19722247032
Authority: DE
Inventors: Bjoern Wahlgren
Original assignee: JARAD AB
Current assignee: JARAD AB
Priority date: 1971-09-29
Filing date: 1972-09-26
Publication date: 1973-04-05
Also published as: GB1396026A; FR2158838A5; JPS4843657A; DE2247032C3; CH542427A; DE2247032B2

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84Patent attorney Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 Munich 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

A 5788A 5788

AB FARAD, Nyborgsgränd I, HAGERSTEN / SchwedenAB FARAD, Nyborgsgränd I, HAGERSTEN / Sweden

Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens einer Koordinate eines Objektes, das entlang wenigstens einer Koordinatenachse bewegbar istDevice for determining at least one coordinate of an object, which is movable along at least one coordinate axis

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Koordinaten eines Objektes, das entlang wenigstens einer Koordinatenachse bewegbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll beispielsweise zur Bestimmung der Position von Versuchstieren, die über eine Fläche oder itiner-The invention relates to a device for determining the coordinates of an object that can be moved along at least one coordinate axis. The device according to the invention is intended, for example, to determine the position of test animals, which over an area or itineraries

Z/MZ / M

309814/0852309814/0852

halb eines Baumes bewegbar sind, oder zur Bestimmung der Bewegungen von Personen innerhalb eines Raumes verwendet werden, wobei diese Personen hinsichtlich ihrer Bewegungen oder Positionen beobachtet werden sollen. Bei Tierversuchen in der Medizin, Biologie und Psychologie ist es häufig von Interesse, die motorische Aktivität der Tiere innerhalb eines längeren oder kürzeren Zeitraumes zu bestimmen, so z.B., wenn die Wirkung verschiedener injizierter Substanzen auf das Verhalten der Tiere studiert werden soll.half of a tree are movable, or to determine the movements used by people within a room, observing these people with regard to their movements or positions should be. In animal experiments in medicine, biology and psychology it is often of interest to examine the motor activity of the To identify animals within a longer or shorter period of time, e.g. if the effect of various injected substances on the Animal behavior is to be studied.

Zur Bestimmung der Aktivität sind eine Anzahl von Verfahren bekannt. So ist es z.B. möglich, die Tiere auf einer aufgehängten Platte anzuordnen, so daß die Bewegungen der Tiere die Platte in Schwingungen versetzen und die Schwingungen entsprechende Berührungen mit einem geeigneten Meßinstrument bewirken. Es ist außerdem möglich, die Aktivität der Tiere fotoelektrisch oder akustisch zu messen bzw. zu registrieren. Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, induktive Detektoren, beispielsweise Spulen, unter derjenigen Fläche anzuordnen, auf der sich die Tiere befinden, wobei die Bewegungen der Tiere eine Erdung der Induktivität der Spulen oder ihrer Kapazität bewirken. Es ist weiterhin möglich, rein kapazitive Detektoren zu verwenden. Ein Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung ist beispielsweise in der schwedischen Patentanmeldung 3396 /69 beschrieben, wobei der Raum, in dem die Tiere angeordnet sind, mit einer großen Anzahl kleiner, untereinander parallel verbundener DifferentLalkondensatoren versehen ist. Die Bewegungen der Tiere bewirken, daß sich die Kapazität dieser Kondensatoren ändert, wobei diese Änderungen in einem entsprechenden Instrument gemessen wurden.A number of methods are known for determining activity. For example, it is possible to arrange the animals on a suspended plate so that the movements of the animals cause the plate to vibrate move and cause the vibrations corresponding contacts with a suitable measuring instrument. It is also possible to use the To measure or to measure the activity of the animals photoelectrically or acoustically to register. Another known method is to arrange inductive detectors, such as coils, under the surface on which the animals are located, the movements of the animals causing the inductance of the coils or their capacitance to be grounded. It it is still possible to use purely capacitive detectors. A Embodiment of this device is described for example in the Swedish patent application 3396/69, the space in which the animals are arranged, is provided with a large number of small differential capacitors connected in parallel to one another. the Movements of the animals cause the capacitance of these capacitors to change, these changes in a corresponding instrument were measured.

Der Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht hauptsächlich darin, daß siu lediglich die Bewegungen dor Tioro anzeigen, jedoch keineThe disadvantage of the known devices is mainly that they only show the movements of the Tioro, but none

ⁱⁱ⁷⁸8 3 0 !) ö U / 0 U S 2 ⁱⁱ⁷⁸ 8 3 0!) ö U / 0 US 2

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

weitere detaillierte Information dahingehend geben, wo sich die einzelnen Tiere oder Tiergruppen auf der Oberfläche befinden. Bei Verwendung der bekannten Vorrichtungen könnte zwar eine bestimmte Information über die Lage der Tiere erhalten werden, wenn nämlich eine bestimmte Anzahl dieser Vorrichtungen unter dem Raum, in dem die Tiere gehalten werden, angeordnet wird, wobei die Ausgangssignale der verschiedenen Detektoren getrennt voneinander analysiert werden. Wenn jedoch eine äußerst genaue Bestimmung der Tierpositionen gewünscht wird, ev-.rdert dieses Verfahren eine sehr große Anzahl von Detektoren und ist daher äußerst kostspielig.give more detailed information as to where each Animals or groups of animals are on the surface. When using the known devices, certain information can be obtained about the location of the animals, namely if a certain number of these devices under the room in which the Animals are kept, is arranged, wherein the output signals of the various detectors are analyzed separately from one another. However, if an extremely precise determination of the animal positions is desired, this method may result in a very large number of Detectors and is therefore extremely expensive.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Koordinaten der Versuchstiere auf einfache und billige Weise bestimmt werden können.The invention is therefore based on the object of addressing these disadvantages eliminate and create a device of the type mentioned above, with which the coordinates of the test animals can be determined in a simple and inexpensive way.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Vorrichtung für jede Koordinatenbestimmung wenigstens drei Kapazitätselektroden aufweist, von denen wenigstens zwei Elektroden symmetrisch zu den Enden der Koordinatenachse angeordnet sind und wenigstens eine Elektrode symmetrisch zu den ersten beiden Elektroden in bestimmtem Abstand von der durch die beiden ersten Elektroden gehenden Ebene angeordnet ist, wobei der Kapazitätsunterschied zwischen jder der beiden ersten Elektroden und der dritten Elektrode ein Maß für die Koordinate des Objektes darstellt.To achieve this object it is provided according to the invention that the device has at least three capacitance electrodes for each determination of coordinates, of which at least two electrodes are symmetrical are arranged at the ends of the coordinate axis and at least one Electrode symmetrical to the first two electrodes at a certain distance from the plane passing through the first two electrodes is arranged, the difference in capacitance between each of the two first electrodes and the third electrode being a measure of the coordinate of the object.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further features of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden in Form mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt in:The invention is described below in the form of several preferred exemplary embodiments explained with reference to the drawing. This shows in:

⁵⁷⁸⁸ ' 3098U/085?' ⁵⁷⁸⁸ '3098U / 085?'

Fig. 1 schemalisch eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung einer der Koordinaten eines auf einer Fläche beweglichen Versuchstieres;1 schematically shows an embodiment of the device for determining one of the coordinates of a test animal that is movable on a surface;

Fig. 2 in entsprechender Darstellung eine Vorrichtung zur Bestimm mung beider Koordinaten eines auf der Fläche beweglichen Tieres; FIG. 2 shows a corresponding representation of a device for determining both coordinates of an animal moving on the surface; FIG.

Fig. 3 schemattsch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer der Koordinaten eines innerhalb eines bestimmten Baumes beweglichen Objektes und 3 schematically shows a device for determining one of the coordinates of an object movable within a specific tree and

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 3.FIG. 4 shows a plan view of the device according to FIG. 3.

Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsform ist eine ebene Fläche A vorgesehen, die in geeigneter Weise aus einem dielektrischen Material hergestellt ist und auf der sich ein Versuchstier bewegen kann. Entlang zweier einander gegenüberliegender Seiten der Fläche A sind zwei zylindrische Elektroden 1, 2 angeordnet, deren. Erstreckung bzw. Länge derart ist, daß sie jeweils etwas über die Fläche A hinausragen. Unterhalb der Flache A ist symmetrisch zu den Elektroden 1, eine dritte Elektrode 3' angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die zwischen den Elektroden 1 und 3 bzw. 2 und 3 erhaltenen Kapazitäten C 13 und C 23 ebenfalls angezeigt. Wenn sich auf der Fläche A kein Tier befindet, sind diese Kapazitäten aus Symmetrie gründen gleich groß, Sie sind ebenfalls gleich groß, wenn sich die Tiere genau über der Elektrode 3 befinden, d.h. jeweils in gleichen Abständen von den Elektroden 1 und 2 entfernt. Wenn sich jedoch das Tier längs der Achse χ bewegt, ergibt sich zwischen den Kapazitäten C 13 und C 23 ein Unterschied, der ein unzweideutiges Maß für dieIn the embodiment shown in FIG. 1, a flat surface A is provided, which is made in a suitable manner from a dielectric material and on which a test animal can move. Along two opposite sides of the surface A, two cylindrical electrodes 1, 2 are arranged . The extent or length is such that they each protrude slightly beyond the surface A. Below the area A, a third electrode 3 'is arranged symmetrically to the electrodes 1. In the embodiment shown , the capacitances C 13 and C 23 obtained between electrodes 1 and 3 or 2 and 3 are also displayed. If an animal is in the area A, these capacities are reasons of symmetry the same size, you are also the same size, if the animals are just above the electrode 3, that is, at equal distances from the electrodes 1 and 2 removed. However, if the animal moves along the axis χ, there is a difference between the capacities C 13 and C 23, which is an unambiguous measure for the

3098U/085?3098U / 085?

Lage bzw. Position des Tieres in bezug auf die Achse χ bildet; dies rührt daher, daß, wenn sich das Tier in Richtung auf eine der Elektroden 1 oder 3 bewegt, hierdurch eine der Kapazitäten größer und die andere kleiner wird. Diese Wirkung ergibt sich dadurch, daß die Elektrode 3 nicht innerhalb der gleichen Ebene wie die Elektrode 1Position of the animal in relation to the axis χ forms; this is due to the fact that when the animal moves in the direction of one of the electrodes 1 or 3, one of the capacitances is greater and the other is getting smaller. This effect results from the fact that the electrode 3 is not within the same plane as the electrode 1

ν und 2 angeordnet ist. Falls sich nämlich die Elektrode 3 innerhalb der durch die Elektroden 1 und 2 gehenden Ebene oder sehr nahe bei dieser Ebene befindet, ergibt sich lediglich dann ein Kapazitätsunterschied zwischen den Kapazitäten C 13 und C 23, wenn das Tier die Elektrode 3 passiert. Es kann daher mit einer solchen Vorrichtung bestimmt werden, in welcher Hälfte der Fläche A sich das Tier befindet. Um.den Kapazitätsunterschied zwischen den Differentialkondensatoren C 13-C 23 bestimmten zu können, sind die Ausgänge T 1, T 2 bzw. T 3 der Vorrichtung auf entsprechende Vaise -„alt einer an sich bekannten Frontanzeigebrücke verbunden, die beispielsweise in der schwedischen Patentanmeldung 3396/79 beschrieben ist.ν and 2 is arranged. Namely, if the electrode 3 is within the plane passing through electrodes 1 and 2 or very close to it Level, there is only a difference in capacitance between capacities C 13 and C 23 if the animal touches electrode 3 happened. It can therefore be determined with such a device in which half of area A the animal is located. To the Difference in capacitance between differential capacitors C 13-C 23 To be able to determine, the outputs T 1, T 2 and T 3 of the device are on appropriate Vaise - "old of a front display bridge known per se which is described, for example, in Swedish patent application 3396/79.

Durch Kombination zweier solcher aus Fig. 1 ersichtlichen Vorrichtungen ist es prinzipiell möglich, beide Koordinaten eines über eine Fläche bewegbaren Tieres zu bestimmen. Eine Ausführungsform einer solchen Vorrichtung ist aus Fig. 2 ersichtlich, bei der Einzelteile, die mit solchen gemäß Fig. 1 übereinstimmen, gleiche Bezugszeichen aufweisen. Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist zusätzlich mit einem zweiten Satz von Elektroden 4_S 5 versehen, die außerhalb der Fläche A längs der beiden verbleibenden, einander gegenüberliegenden Seiten dieser Fläche A angeordnet sind; weiterhin ist eine dritte unterhalb der Fläche A angeordnete Elektrode 6 vorgesehen. Es kann daher durch Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 die zweite Koordinate des Tieres bestimmt werden. Um jedoch keine Störeffekte von einem Elektrode ns atz in bezug auf den anderen zu erhalten, werden zweckmäßigerweise zur Messung derBy combining two such devices shown in FIG. 1, it is in principle possible to determine both coordinates of an animal that can be moved over a surface. An embodiment of such a device can be seen from FIG. 2, in which individual parts which correspond to those according to FIG. 1 have the same reference numerals. The device according to FIG. 2 is additionally provided with a second set of electrodes 4 _S 5, which are arranged outside the area A along the two remaining, mutually opposite sides of this area A; Furthermore, a third electrode 6 arranged below the surface A is provided. The second coordinate of the animal can therefore be determined by using the device according to FIG. However, in order not to receive any interfering effects from one electrode with respect to the other, it is expedient to measure the

⁵⁷⁸⁸ 3 0 9 8 14/085? ⁵⁷⁸⁸ 3 0 9 8 14/085?

BAD ORiGlNAiBAD ORiGlNAi

Kapazitäten innerhalb der jeweiligen Elektrodensätze unterschiedliche Frequenzen verwendet.Different capacities within the respective electrode sets Frequencies used.

Bei den obenbeschriebenen Vorrichtungen zur Bestimmung der Flächenkoordinaten zeigt sich ein Nachteil dahingehend, daß es nicht möglich ist, diese Vorrichtungen einfach zu erweitern, /ate drei Koordinaten eines innerhalb eines vorgegebenen Raumes bewegbaren Objektes berIn the above-described devices for determining the surface coordinates There is a disadvantage in that it is not possible to simply expand these devices by using three coordinates an object that can be moved within a given space

stimmen zu können. Dies rührt daher, daß bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ebenfalls Kapazitätsschwankungen erzeugt werden, wenn eich das Objekt vertikal bewegt. Die äqul-positionalen oder "gleichlagigen" Flächen, d. h. die Flächen, über die hinweg sich das Objekt im Raum ohne Beeinflussung der Kapazitäten bewegen könnte, sind daher keine Ebenen, sondern Kurven, und wenn sich das Objekt vertikal bewegt, bildet daher der Kapazitätsunterschied kein unzweideutiges Maß für die x-Koordinate des Objektes.to be able to vote. This is due to the fact that in the device according to Fig. 1 also capacity fluctuations are generated when calibrated Object moved vertically. The equi-positional or "same-layer" Areas, d. H. the surfaces over which the object extends in space could move without affecting the capacities are therefore not planes, but curves, and if the object moves vertically, The difference in capacity therefore does not constitute an unambiguous measure for the x-coordinate of the object.

Bei der aus Fig. 3 ersichtlichen Vorrichtung ist ein gehäuseähnlicher Raum S vorgesehen, innerhalb dem sich das Objekt, dessen Lage zu bestimmen ist, bewegen kann. Zur Bestimmung der x-Koordinate in einem in Fig. 3 angezeigten xyz-Koordlnatensystem sind sechs Elektroden außerhalb des Gehäuses S längs zweier einander gegenüberliegender Selten angeordnet. Zwei Elektroden 7, 8 sind hierbei längs der Seitenmitten, angeordnet, während die verbleibenden, untereinander verbundenen Elektroden 9, 10, 11 und 12 symmetrisch zu den ersten Elektroden 7 und 8 längs der Flächenkanten angeordnet sind.In the device shown in Fig. 3 is a housing-like Space S is provided within which the object whose position is to be determined can move. To determine the x coordinate in an xyz coordinate system shown in FIG. 3 are six electrodes arranged outside the housing S along two opposite rare. Two electrodes 7, 8 are here along the Side centers, arranged while the remaining, interconnected electrodes 9, 10, 11 and 12 symmetrically to the first electrodes 7 and 8 are arranged along the surface edges.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ergibt sich hierbei eine Kapazität zwischen dem Ausgang T 7 und dem Ausgang T 9 bis T 12, der durch vier Teilkapazitäten gebildet ist, nämlich die Kapazitäten zwischen der Elek-As can be seen from Fig. 4, this results in a capacity between the output T 7 and the output T 9 to T 12, which is formed by four partial capacities, namely the capacities between the electrical

5788 :i Ü 3 8 U / 0 β 5 Ϊ5788: i Ü 3 8 U / 0 β 5 Ϊ

_ 17 __ 17 _

trode 7 und den jeweiligen Elektroden 9,10,11 bzw. 12. Auf entsprechende Weise ergibt sich eine Kapazität zwischen den Ausgängen T 8 und T 9 bis T 12, die durch vier Teilkapazitäten zwischen der Elektrode 8 und den jeweiligen Elektroden 9, 10, 11 bzw. 12 gebildet ist. Wenn hierbei die horizontale Ebene des Gehäuses 11, d.h. die Zeichnungsebene der Fig. 4, derart begrenzt ist, daß das zu messende Objekt nicht zu nahe an die Elektroden gelangen kaün, ist der Kapazitätsunterschied zwischen den Elektroden T 7 und T 9 bis T 12, bzw. den Elektroden T 8 und T 9 bis T 12 weitgehend unabhängig von den Bewegungen des Objektes entlang der y-Achse. Aus Symmetriegründen sind weiterhin die Kapazitäten von der Bewegung längs der z-Achse unabhängig.. Bei Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 3 kann daher unzweideutig die x-Koordinate des Objektes im Gehäuse S bestimmt werden. Weiterhin kann durch Kombination dreier Elektrodensätze gemäß Fig. 3, die dann längs einander gegenüberliegender Seiten des Gehäuses S angeordnet werden, die x-, y- und z-Koordinatetrode 7 and the respective electrodes 9, 10, 11 and 12 respectively In this way, there is a capacitance between the outputs T 8 and T 9 to T 12, which is achieved by four partial capacitances between the electrode 8 and the respective electrodes 9, 10, 11 and 12, respectively. If here the horizontal plane of the housing 11, i.e. the plane of the drawing 4, is limited in such a way that the object to be measured cannot get too close to the electrodes, is the difference in capacitance between the electrodes T 7 and T 9 to T 12, or the electrodes T 8 and T 9 to T 12 largely independent of the movements of the object along the y-axis. For reasons of symmetry, the capacities continue to move along the z-axis independent. When using the device according to FIG. 3, the x-coordinate of the object in the housing S to be determined. Furthermore, by combining three sets of electrodes 3, which are then arranged along opposite sides of the housing S, the x, y and z coordinates

bestimmt werden, indem die sich aus den drei Elektrodensätzen ergebenden drei
/Kapazitätsunterschiede bestimmt werden. Auf gleiche Weise wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 wird hierbei die Messung der Kapazitäten vorzugsweise bei unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt, um eine gegenseitige nachteilige Beeinflussung der verschiedenen Messungen zu vermeiden.can be determined by the three resulting from the three sets of electrodes
/ Capacity differences can be determined. In the same way as in the case of the device according to FIG. 2, the measurement of the capacitances is preferably carried out at different frequencies in order to avoid a mutual disadvantageous influence of the various measurements.

309-814/0309-814 / 0

Claims

1. Device for determining at least one coordinate of an object which can be moved along a coordinate axis (characterized in that the device has at least three capacitance digits (1, 2, 3) for each coordinate determination , of which at least; .. *? two ElektiodJti (1, ?., i!) are arranged symmetrically to the linden trees of the coordinate axis and at least one electrode ('O) iiyminelrujoh to the en.ien lxiiden electrodes (1, 2) in at a certain distance from the plane (A) passing through the first two electrodes, the capacitance difference between each of the elec- trodes (1, 2) and the third electrode (3) being a measure for the Represents coordinate (x) of the object.

V. Device according to claim 1 for determining at least one coordinate :; Object, which is movable over a flat surface, thereby iicl.enn / .eiehnet, because «the device is immune to every coordinate best ·; ? \ v (i parallel fitanjicnföriniic capacitance electrodes (1, 2; 4, 5), which are iicnkrcoht from the respective coordinate axis (x, y) liingi, two mutually yegenükii hege veins, sides of the surface as well as outside this aii ₍ ; eordtKit, and a third rod-shaped electrode (3 or G), which is arranged parallel to the first two electrodes at the same distance from them and outside their plane , the capacitance difference between each of the first two electrodes and the third electrode being a measure of the coordinate of the Represents the object.

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3. Apparatus according to claim 1 for determining at least one coordinate of a movable object within a predetermined space, characterized in that the device for each
Coordinates determination of at least two parallel rod orange
Has electrodes (7, 8) which are perpendicular to the coordinate axis
are arranged outside the space (S) along two opposite sides of this space, and that the device is provided with at least four further electrodes (9, 10, 11, 12),
which are arranged outside the space parallel and symmetrically to the first two electrodes, the difference in capacitance between each of the first two electrodes and the four further electrodes being a measure of the coordinate of the object.

30 9 8U/085230 9 8U / 0852

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