CN101490519B - 利用电磁耦合的压力分布传感器 - Google Patents

Abstract

一种利用电磁耦合的压力分布传感器，其中，使电磁耦合线圈的校准变得容易，并且能够检测在滑动方向上的力。利用电磁耦合的压力分布传感器具有下述检测表面，即，该检测表面包括：在同一平面上相互平行地布置的多个第一环线(1)；在正交于与第一环线(1)的方向上相互平行地布置在同一平面上的多个第二环线(2)；相互平行地布置在与第一环线相同的平面上的多个第三环线(3)。第三环线(3)能够与第一环线(1)分离地与驱动部(10)连接。与第一环线连接的驱动部(10)驱动第一环线，与第二环线连接的检测部(20)根据基于在电磁耦合部的电磁耦合的来自第二环线的检测信号检测压力。

Description

利用电磁耦合的压力分布传感器

技术领域

本发明涉及利用电磁耦合的压力分布传感器，并且更具体地，涉及能够补偿电磁耦合部的位移并且能够测量相对于检测表面在滑动方向上的位移或力的压力分布传感器。

背景技术

已知的是，压力分布传感器利用根据两个线圈之间的距离改变两个线圈之间的电磁耦合的程度的现象，如，例如在专利文献1中公开的。在压力分布传感器中，以矩阵形式安排多个传感器元件，以基于电磁耦合的程度的变化检测施加到传感器元件上的压力的分布，其中在所述传感器元件中缓冲材料被置于线圈之间。此外，由本发明人提出并且在日本专利申请2005-096580和2006-011748中公开的技术涉及下述压力分布传感器，即该压力分布传感器具有邻近多个电磁耦合的线圈而设置的导电材料，并且通过利用根据导电材料和线圈之间的距离改变电磁耦合的程度的现象来检测压力分布。

专利文献1：日本专利特开2005-156474

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在利用电磁耦合的传统压力分布传感器中，有必要执行两个电磁耦合线圈的精确定位。因此，在生产具有大的检测表面的压力分布传感器的情形中，实现所有线圈的校准有很多困难。此外，通过重叠两个板而形成检测表面的技术因此难以实现，其中，在每个板上设置多个线圈。

此外，利用电磁耦合的传统压力分布传感器只能检测在相对于检测表面的垂直方向上的压力，但是不能检测在除了垂直于检测表面的方向以外的滑动方向上的位移、方向或力。因此，在运动和医学领域中执行步态分析等的情形中，由于不能检测诸如踢的方向或踢的力的三维矢量，所以不能实现满意的分析。

鉴于上述情形已经提出本发明，并且其目标是提供下面这样的压力分布传感器，该传感器利用电磁耦合而无需在电磁耦合的线圈之间定位，并且能够在滑动方向上检测力。解决问题的方式

为了实现上述目的，根据本发明，提供了对检测表面利用电磁耦合的压力分布传感器，该压力分布传感器包括：多个第一环线，其相互平行地布置在同一平面上；多个第二环线，其被一个和另一个平行地布置在不同于第一环线所布置的平面的同一平面上，并且被布置在与第一环线正交的方向上；多个电磁耦合部，其中，第一环线和第二环线在第一环线和第二环线的交叉处电磁耦合，并且其中电磁耦合的程度随着施加到检测表面的压力而变化；驱动部，其连接到第一环线和第二环线中的一方，并且驱动连接到该驱动部的环线；检测部，其连接到第一环线和第二环线中的另外一方，并且根据基于在电磁耦合部的电磁耦合的来自连接到该检测部的环线的检测信号检测压力；多个第三环线，其相互平行地布置在与所述第一环线和所述第二环线中的一方所布置的平面相同的平面上，所述第三环线中的每个被布置为与第一环线和第二环线中布置在与所述多个第三环线相同的平面上的一方部分地重叠，并且所述第三环线可以以与第一环线和第二环线中布置在与所述第三环线相同平面上的一方分离的方式连接到所述驱动部和所述检测部中的一方。

基于当驱动所述第一环线和所述第二环线中的一方时获得的检测信号的值和当驱动所述第三环线时获得的检测信号的值之间的差异，或者基于来自所述第一环线和所述第二环线中的另外一方的检测信号的值和来自所述第三环线的检测信号的值之间的差异，所述检测部可以在相对于所述检测表面的除了垂直方向以外的滑动方向上检测位移、方向和/或力。

所述第三环线可以被布置在与所述第一环线被布置的平面相同的平面上，并且所述压力分布传感器还包括多个第四环线，所述第四环线相互平行地布置在与所述第二环线被布置的平面相同的平面上，所述第四环线中的每个被布置成与所述第二环线部分地重叠，并且所述第四环线可以以与所述第二环线分离的方式连接到所述驱动部和所述检测部中的另外一方。

通过所述第一环线和所述第二环线，可以在所述第一环线和所述第二环线的交叉处设置所述电磁耦合部，所述第一环线和所述第二环线中的一方被形成为直线形状，而另外一方被形成为线圈形状；并且所述第三环线被布置在与所述第一环线和所述第二环线中形成直线形状的一方所布置的平面相同的平面上。

通过所述第一环线和所述第二环线，可以在所述第一环线和所述第二环线的交叉处设置所述电磁耦合部，所述第一环线和所述第二环线都被形成为线圈形状。

所述第一环线和所述第二环线可以都被形成为直线形状，并且可以通过在邻近所述第一环线和所述第二环线的交叉处的部分形成导电材料片来提供所述电磁耦合部。

所述压力分布传感器还可以包括用于所述导电材料片的弹性构件，用于所述导电材料片的弹性构件被设置在邻近所述第一环线和所述第二环线的交叉处的部分与所述导电材料片之间。

所述压力分布传感器还可以包括用于所述导电材料片的板构件，在用于所述导电材料片的板构件上提供所述导电材料片。

所述压力分布传感器还可以包括用于所述导电材料片的弹性板构件，在用于所述导电材料片的弹性板构件上提供用于所述导电材料片的所述弹性构件。

所述压力分布传感器还可以包括用于所述线的弹性构件，用于所述线的弹性构件设置于所述第一环线和所述第二环线之间。

所述压力分布传感器还可以包括用于所述线的弹性板构件，在用于所述线的弹性板构件上提供用于所述线的弹性构件。

所述压力分布传感器还可以包括在其上布置所述第一环线的第一板构件和在其上布置所述第二环线的第二板构件，并且其中所述第三环线被布置在所述第一板构件和所述第二板构件中的一个上。

这里，所述第一板构件和所述第二板构件中的至少一个具有柔性。

所述压力分布传感器还可以包括在所述第一板构件和所述第二板构件的端部处的用于布线所述第一、第二和第三环线的布线部分。

这里，所述布线部分可以包括基板，在所述基板上图案化布线，用于连接所述环线。

所述第一板构件和所述第二板构件可以由合成树脂制成，而第一、第二、第三环线由铝箔制成。

所述第三环线可以具有与所述第一环线和所述第二环线中的一方的形状相同的形状，并且被布置在从所述第一环线和所述第二环线中的一方移位1/4间距的位置处。本发明的优点

根据本发明的利用电磁耦合的压力分布传感器具有下面的优点，即，不需要被电磁耦合的线圈之间的定位，并且容易进行检测表面的装配和安装。此外，该压力分布传感器不仅能够在相对于检测表面的垂直方向上检测力，而且还可以在滑动方向上检测力，并且能够检测3D压力矢量。

具体实施方式

下面将参照附图描述实现本发明的优选实施方式。图1是用于解释根据本发明的第一实施例的压力分布传感器的示意性俯视图。压力分布传感器主要由检测表面、驱动部10和检测部20构成，其中检测表面由多个第一环线1、多个第二环线2以及多个第三环线3构成。第一环线1相互平行地布置在同一平面上。每个第一环线1被连接到驱动部10，从而用作驱动线圈。第二环线2相互平行地布置在同一平面上。第二环线2的布置平面与第一环线1的不同。第二环线2布置在与第一环线1正交的方向上。第二环线2中的每个连接到检测部20，从而用作检测线圈。

驱动部10主要由高频振荡器11、驱动放大器12和驱动线切换器13构成，并且被顺序地连接到各第一环线1，从而顺序地驱动第一环线1。

检测部20主要由检测线切换器21和检测放大器22构成，并且被顺序地连接到第二环线2，从而从第二环线2顺序地检测感应的电流或感应的电压。

通过微型计算机等适当地控制驱动部10和检测部20，并且被构造为能够获得需要的输出。例如，驱动部10被首先连接到第一环线中的第一个，并且检测部20被顺序地连接到第二环线，从而在这个例程测量输出信号。在那之后，驱动部10被连接到第一环线中的第二个，并且检测部20被顺序地连接到第二环线，从而在这个例程测量输出信号。通过重复上面的过程，能够测量在检测表面上对应于第一和第二环线之间的交叉点的XY坐标的所有位置处的输出信号。驱动部10和检测部20的构造不限于在图1中所示的示例，而是只要驱动部能够驱动第一环线并且检测部能够检测感应电流或感应电压，它们可以具有任何构造。此外，第一环线被用作检测线圈以及第二环线用作驱动线圈的结构都可以是可能的。

如在图中所示，在根据本发明的第一实施例的压力分布传感器中，每个第一环线1是直线状环线而每个第二环线2是具有矩形状线圈的环线，并且电磁耦合部被形成为使得在第一和第二环线的交叉处获得电磁耦合。每个电磁耦合部的耦合系数根据施加到检测表面的压力大小改变。更具体地，弹性构件被设置在第一环线和第二环线之间，由此，第一和第二环线之间的距离随着施加的压力改变。当压力被施加到检测表面时，每个电磁耦合部对应于被施加压力的部分的电磁耦合的程度变化。因此，能够通过测量检测到的感应电流等来测量施加的压力的大小和被施加压力的位置。尽管在图1的示例中每个第二环线具有矩形状线圈，但是本发明不限于此，而是只要能够获得电磁耦合，线圈形状可以被形成为诸如弓形形状或三角形形状的任何形状。

作为本发明最大特征的部分，多个第三环线3被设置在本发明的压力分布传感器中。第三环线3相互平行地布置在同一平面上。第三环线3的布置平面与第一环线1的相同。第三环线3和第一环线1被相互平行地布置，从而它们彼此部分地重叠。第三环线3以与第一环线1分离的方式连接到驱动部10。

考虑到第一环线1和第二环线2之间的位置关系，第一环线1在附图的列方向上直线状地布置，使得在图1中所示的压力分布传感器中电磁耦合状态不受列方向上的位移的影响。然而，如果第一环线1和第二环线2在行方向上彼此移位，那么将在第一环线1和线圈形状的第二环线2的交叉处形成的电磁耦合部从它们的合适位置移位，这可能导致零电磁耦合。因此，在根据本发明的压力分布传感器中，第三环线3平行于第一环线1布置。通过如此做，即使在行方向上发生了移位，第一环线1或第三环线3也耦合到第二环线2。因此，能够说，在压力分布传感器中，在第一环线1和第二环线2之间的任何移位不会妨碍压力分布检测。即，驱动部10以切换的方式连接到第一环线1和第三环线3，以顺序地驱动第一环线1和第三环线3，并且在驱动各环线的同时使用耦合系数的绝对值之和或平方的和的平方根，使得能够在不受位移影响的情况下检测压力分布。在第一环线1和第三环线3之间的切换可以连续或交替地进行。此外，通常可以采用只有第一环线1被用于检测的构造，如果必要，使用第三环线3。虽然已经描述通过使用切换器物理地切换第一环线1和第三环线3的构造，但是只要以分离的方式驱动第一环线1和第三环线3，则可以采用关于切换机构的任何构造。例如，可以采用下述结构，即，使用不同驱动频率来同时驱动第一环线1和第三环线3，并且检测侧根据使用的频率检测压力分布。

此外，基于当驱动部10连接到第三环线3时获得的检测信号的值和当驱动部10连接到第一环线1时获得的检测信号的值之间的差异，检测部20能够在除了垂直于检测表面的方向以外的滑动方向上检测位移、方向和/或力，特别地，由于在根据第一实施例的压力分布传感器中电磁耦合状态不受列方向上的位移的影响，所以检测部20能够在行方向上检测位移、方向和/或力。即，通过在第一环线1和第三环线3之间切换，对于相同的压力分布，能够获得不同的检测信号。因此，通过使用检测信号之间的差异，能够检测关于第一环线1和第二环线2在滑动方向上的位移、方向和/或力。

在根据本发明的第一实施例的压力分布传感器中，第一环线1被形成为直线形状，第二环线2被形成为线圈形状，并且第三环线3被布置为与第一环线1部分地重叠。然而，本发明不限于此。例如，可以采用下述构造，即，第一环线1被形成为线圈形状，第二环线2被形成为直线形状，并且第三环线3被布置为与第二环线2部分地重叠。即，只要第三环线3被布置成与第一环线1或第二环线2在能够发生位移的方向上在从第一环线1或第二环线2移位的位置处部分地重叠，则第三环线3可以被设置在第一环线1侧或第二环线2侧。

此外，在图1的示例中，多个第三环线3具有与第一环线1相同的形状，并且被布置在从第一环线1移位1/4间距(pitch)的位置。当各环线的宽度和它们之间的间隔相等时，该布置用最小数目的线圈提供最大效果。然而，本发明不限于此。例如，在有必要补偿大的位移或有必要更精细地补偿位移的情形中，在第三环线3之间的布置间隔可以更小，以增加第一环线1和第三环线3之间的重叠区域。此外，关于第一环线1或第二环线2，各环线的宽度和间隔不必彼此相等，并且可以根据检测表面的分辨率等对它们进行适当的设定。

因为根据本发明的压力分布传感器具有如上所述的能够补偿位移的构造，所以不需要执行第一环线1和第二环线2之间精确的定位。因此，例如，板构件被用来构成检测表面的构造是可能的。更具体地，通过准备板构件并且使它们彼此重叠，能够容易地当场构成检测表面，其中在所述板构件上分别布置第一环线1和第二环线2。图2是示意性地解释下述示例的示图，即，在该示例中，根据第一实施例的压力分布传感器的检测表面由板构件构成。通过在彼此正交的方向上设置第一板构件100和第二板构件200并且在两者之间插入弹性板300，获得在图2中所示的压力分布传感器的检测表面。第一环线和第三环线被布置在第一板构件100上。第二环线被布置在第二板构件200上。不需要执行第一板构件100和第二板构件200之间的精确的定位，从而在例如压力分布传感器被安装在房间地板的整个表面上的情形中，通过布置板构件可以容易简单地当场获得检测表面。在所示的图中，两个平行布置的矩形的第一板构件和两个平行布置的矩形的第二板构件被用来构成宽的检测表面。然而，使用的板构件的数目不限于此，而是如果必要的话可以增加或减少。

板构件能够被构造为卷状板构件，在所述板构件上形成通过利用诸如PET的合成树脂层压由铝箔等形成的环线获得的连续布线图案。根据在其上安装压力分布传感器的地板的尺寸切割卷状板构件。然后第二板构件200被置于地板上，弹性板300被置于第二板构件200上，并且最后第一板构件100被置于弹性板300上。根据本发明，这时不需要执行精确的定位，从而能够容易地完成安装。此外，当板构件由PET材料形成时，板构件具有柔性，从而能够确保在电磁耦合部与其邻近部分之间的分离。包括驱动部、检测部等的控制器400被连接到如此获得的检测表面，从而构成压力分布传感器。

将更具体地描述板构件被构造为卷状板构件的情形。图3是其上形成有用于第一和第三环线的布线图案的第一板构件100的俯视平面图。如在图中所示，第一板构件100被构造为其上形成有直线状布线图案110的卷状板。例如，在第一板构件100上图案化8个直线状布线图案110。要被图案化的布线图案的数目不限于此，而是必要的话可以增加或减少。

图4是其上形成有用于第二环线的布线图案的第二板构件200的俯视平面图。如在图4中所示，第二板构件200被构造为其上形成有线圈形状布线图案的卷状板。例如，在第二板构件200上图案化用于构成2个线圈形状环线的4个矩形布线图案210。在第二板构件200上被图案化的布线图案的数目不限于此，而是必要的话可以增加或减少。

当以上板构件被用来获得如图1中所示的布线图案时，可以使用直接将引导线等连接到板构件的方法。然而，可选择地，可以使用如下所描述的连接基板。在该情形下，第一板构件100和第二板构件200被分别切割成预定尺寸。然后，在获得的第一板构件100和第二板构件200中在其两端形成连接孔111、112、211和212，并且将用于短路的基板和用于切换的基板用来在各板构件的端部连接线，其中在所述基板上先形成对应于连接孔的间距的布线图案。

图5是说明用于第一板构件100的环线的短路的基板的俯视平面图。用于短路的基板具有用于以需要的方式连接布置在同一表面上的第一环线1的短路布线和用于以需要的方式连接需要的一对第三环线3的短路布线，从而第一环线1和第三环线3彼此部分地重叠。如在图中所示，连接孔113形成在用于短路的基板中。连接孔113的位置和第一板构件100的连接孔111的位置彼此一致，并且用于短路的基板和第一板构件100通过螺钉穿过例如带齿垫圈而被装配在一起，从而形成第一环线1和第三环线3的一端。

对于与设置用于第一板构件100的环线的短路的基板的一端相对的另外一端，使用用于切换的基板。图6是示出用于第一板构件100的环线的切换的基板的俯视平面图。用于切换的基板具有下面这样的结构，即，该结构能通过切换器13将第一环线1的一端连接到地以及将其另一端连接到控制器400，并且能通过切换器13将第三环线3的一端连接到地以及将其另一端连接到控制器400。通过这种结构，能够获得如图1中所示的布线图案。如在图6中所示，连接孔114形成在用于切换的基板中。连接孔114的位置和第一板构件100的连接孔112的位置彼此一致，并且用于切换的基板和第一板构件100通过螺钉穿过例如带齿垫圈而被装配在一起，从而形成第一环线1和第三环线3的另一端。虽然在图示的示例中切换器13被设置在基板上，但是本发明不限于此，切换器13可以被包括在控制器400中。

在第二板构件200的两端部，提供在图7和图8中所示的用于短路的基板和用于切换的基板。图7是示出用于第二板构件200的环线的短路的基板的俯视平面图。用于短路的基板具有用于以需要的方式连接布置在同一表面上的第二环线2的短路布线。图8是示出用于第二板构件200的环线的切换的基板的俯视平面图。用于切换的基板具有下面这样的结构，即，该结构能通过切换器21将第二环线2的一端连接到地以及将其另一端连接到控制器400。通过这种结构，能够获得如图1中所示的布线图案。如在图7中所示，连接孔213形成在用于短路的基板中。连接孔213的位置和第二板构件200的连接孔211的位置彼此一致，并且用于短路的基板和第二板构件200通过螺钉穿过例如带齿垫圈而装配在一起，从而形成第二环线2的一端。如在图8中所示，连接孔214形成在用于切换的基板中。连接孔214的位置和第二板构件200的连接孔212的位置彼此一致，并且用于切换的基板和第二板构件200通过螺钉穿过例如带齿垫圈而装配在一起，从而形成第二环线2的另一端。如切换器13的情形一样，切换器21可以被包括在控制器400中。

在图5到图8中所示的每个基板被构造为与在图3和图4中所示的布线图案建立一一对应的关系。然而，本发明不限于此，例如，两个板构件被用于一个基板，或者两个或更多个基板被用于一个板构件。

因为在根据本发明的压力分布传感器中，不需要执行第一环线1和第二环线2之间精确的定位，所以能够容易地组合板形状布线用于布置。不用说，在压力分布的实际测量之前可以适当地进行校准等。

接下来将会参照图9描述根据本发明的第二实施例的压力分布传感器。图9是用于说明根据本发明的第二实施例的压力分布传感器的示意性俯视平面图。在图9中，与图1中相同的参考标号基本表示相同的部分，并且这里将省略对其的描述。在第一实施例中，检测表面由直线状第一环线和线圈形状的第二环线构成，并且它们彼此直接电磁耦合，而在第二实施例中，第一环线和第二环线都被形成为直线形状，并且邻近直线状第一环线和第二环线彼此交叉的部分形成导电材料片，从而构成电磁耦合部，在该电磁耦合部，直线状第一环线和第二环线间接电磁耦合。此外，虽然在第一实施例中能够检测在行方向上的位移，但是根据第二实施例的压力分布传感器能够被构造为不仅能检测行方向上的位移，还可以检测在列方向上的位移，并且进一步，在3D方向上的位移。

参考图9，下面将更具体地描述压力分布传感器的构造。在根据第二实施例的压力分布传感器的检测表面中，直线状第二环线2被布置成以直角与直线状第一环线1交叉，并且导电材料片5邻近第一环线1和第二环线2彼此交叉的部分设置，从而构成电磁耦合部，在该电磁耦合部，第一环线1和第二环线2间接电磁耦合。

此外，如在图9中所示，第三环线3被布置为与第一环线1部分地重叠。此外，在第二实施例中，多个第四环线4被布置在与第二环线2相同的平面上，从而与第二环线2部分地重叠。第四环线4以从第二环线2分离的方式连接到检测部20。

邻近第一环线1和第二环线2的交叉处的设置有导电材料片的部分不限制于刚好在交叉处之上的部分，而是，导电材料片可以邻近于刚好下述中心线的交叉处之上的部分而设置，其中所述中心线为一对第一环线和第三环线的中心线以及一对第二环线和第四环线的中心线，如图9中所示。

如在图9中所示，在根据第二实施例的压力分布传感器中，导电材料片5邻近第一环线1和第二环线2彼此交叉的部分而设置，从而构成电磁耦合部，在该电磁耦合部，第一环线1和第二环线2间接电磁耦合。在每个电磁耦合部，当压力被施加到检测表面时，耦合系数改变。更具体地，导电材料片5通过弹性构件6而设置在检测表面上，并且从而在导电材料片5与第一环线和第二环线之间的距离根据压力大小而改变。因此，当压力被施加到检测表面时，对应于被施加压力的部分的电磁耦合部的电磁耦合程度改变。因此，通过测量检测到的感应电流等能够检测施加的压力的大小和已经施加压力的位置。

在根据第二实施例的压力分布传感器中，布置多个第三环线3和多个第四环线4。驱动部10可切换地连接到第一环线1和第三环线3，并且检测部20可切换地连接到第二环线2和第四环线4。

在根据第二实施例的压力分布传感器中，通过弹性构件6设置在检测表面上的导电材料片5被构造为不仅可在相对于检测表面的垂直方向上移动，而且还可在相对检测表面的滑动方向上移动。图10是示出在根据第二实施例的压力分布传感器中的检测表面的一部分的截面视图。如所示，对于各导电材料片5一个与另一个独立地提供弹性构件6，从而导电材料片5能够一个与另一个独立地在任意方向上移动。因为第三环线3平行于第一环线1布置，所以即使在图9中的行方向上发生了位移，第一环线1和第三环线3中的一方也不可避免地耦合到第二环线2。即，在行方向上的位移不妨碍压力分布检测。此外，因为第四环线4平行于第二环线2布置，所以即使在图9中的列方向上发生了位移，第二环线2和第四环线4中的一方也不可避免地耦合到第一环线1。即，在列方向上的位移不妨碍压力分布检测。驱动部10以切换的方式连接到第一环线1和第三环线3，以顺序地驱动第一环线1和第三环线3，并且检测部20以切换的方式连接到第二环线2和第四环线4，以执行检测，并且在各环线的驱动时间和检测时间使用耦合系数的绝对值之和或平方的和的平方根，使得能够在不受位移影响的情况下检测压力分布。同样在第二实施例中，用于第一环线1和第三环线3的切换机构不限于其中第一环线1和第三环线3通过使用切换器物理地切换的机构，只要第一环线1和第三环线3以分离的方式被驱动，则可以采用任何的构造。例如，可以采用下面所述的构造，即，不同驱动频率被用来同时驱动第一环线和第三环线，并且检测侧根据使用的频率检测压力分布。类似地，用于第二环线2和第四环线4的切换机构不限于其中第二环线2和第四环线4通过使用切换器物理地切换的机构，只要第二环线2和第四环线4以分离的方式被驱动，则可以采用任何的结构。例如，可以采用下面所述的结构，即，多个检测电路连接到第二环线2和第四环线4，从而以一个和另一个分离的方式同时检测压力分布。

此外，基于当驱动部10连接到第三环线3时获得的检测信号的值和当驱动部10连接到第一环线1时获得的检测信号的值之间的差异，以及基于当检测部20连接到第四环线4时获得的检测信号的值和当检测部20连接到第二环线2连接时获得的检测信号的值之间的差异，检测部20能够检测在除了相对于检测表面的垂直方向以外的滑动方向上的位移、方向和/或力。在滑动方向上的位移不仅能够被检测为2D矢量，而且还可以被检测为3D矢量。

下面将具体地描述检测3D矢量的步骤。在下面说明中使用的符号ai、bi、ci和di分别对应于在图9中所示的第四环线4、第二环线2、第一环线1和第三环线3的连接端子。其中i是从1到n的自然数并且表示第i个环线。此外，当驱动部或检测部连接到各个端子时获得的输出信号的振幅被假设为A_aci、A_adi、A_bci和A_bdi。

切换器13被用来将驱动部10连接到连接端子c1，并且切换器21被用来将检测部20连接到连接端子a1，从而检测输出信号A_acl。然后，切换器21被用来将检测部20连接到连接端子b1，从而检测输出信号A_bcl。随后，切换器13被用来将驱动部10连接到连接端子d1，并且切换器21被用来将检测部20连接到连接端子a1，从而检测输出信号A_adl。此外，切换器21被用来将检测部20连接到连接端子b1连接，从而检测输出信号A_bdl。重复一系列上述步骤直到i达到n为止，从而获得对应于所有布置的环线的输出信号。

利用如此获得的输出信号，能够通过下面的等式表示压力z_i、x-位移Δx_i以及y-位移Δy_i。[等式1]z_i＝A_aci+A_adi+A_bci+A_bdi[等式2] $\mathrm{\Δ}{x}_i=\frac{(A_{\mathrm{aci}}+A_{\mathrm{bci}})-(A_{\mathrm{adi}}+A_{\mathrm{bdi}})}{z_i}$ [等式3] $\mathrm{\Δ}{y}_i=\frac{(A_{\mathrm{aci}}+A_{\mathrm{adi}})-(A_{\mathrm{bci}}+A_{\mathrm{bdi}})}{z_i}$

根据等式1到3，能够检测在每个坐标位置的压力(在z方向上的位移)以及x方向和y方向上的位移，并且基于这三个值，能够获得3D矢量。获得输出信号的顺序，即，借助于切换器切换环线的顺序不特别地限于上述顺序，而是只要能够获得各输出信号，切换可以以任何顺序执行。此外，在上面的例子中，首先执行对应于所有对环线的输出信号的获得，然后将获得的值输入等式中。然而，可选择地，各输出可以被输入到等式中，用于每个第i对环线的测量。

在图9中所示的第二实施例中，导电材料片被设置成可一个与另一个独立地自由移动。然而，本发明不限于此，而是可以采用导电材料片只能在行方向上移动的结构。在这种情况下，用于检测在列方向上的位移的第四环线变得不必要。相反，在导电材料片只能在列方向上移动的情形中，用于检测在行方向上的位移的第三环线变得不必要。如上所述，根据本发明的压力分布传感器的构造可以根据要检测的对象而改变。

当导电材料片5被设置成可一个与另一个独立地自由移动时，除了在相对于检测表面的垂直方向上，导电材料片5优选地被设置成可在相对于检测表面的滑动方向上一个与另一个独立地移动。然而，可以使用通过将弹性构件形成到板内而获得的弹性板构件。此外，导电材料片5可以被组成为通过将多个导电材料片5设置在板构件上而获得的导电材料板构件。

在第二实施例中，第一环线和第二环线之间的距离是固定的，并且通过检测导电材料片和环线之间的距离的变化，能够检测电磁耦合程度的变化。即，弹性材料不必设置在第一环线和第二环线之间。然而，本发明不限于此，而是弹性构件可以设置在第一环线和第二环线之间。

在第一实施例中，第一环线1被形成为直线形状，而第二环线2被形成为线圈形状。在第二实施例中，第一环线1和第二环线2都被形成为直线形状，并且导电材料片被用来构成电磁耦合部，其中第一环线和第二环线在该电磁耦合部间接电磁耦合。然而，本发明不限于此，而是第一环线和第二环线可以都被形成为线圈形状，以构成电磁耦合部，其中第一环线和第二环线在该电磁耦合部直接电磁耦合。在这种情形下，第三环线3也被形成为线圈形状，并且与第一环线1布置在同一平面，从而与第一环线1部分地重叠，并且第四环线4也可以被形成为线圈形状，并且与第二环线2布置在相同的平面，从而与第二环线2部分地重叠。

此外，同样在第二实施例中，通过使用如在图2中所示的板构件，可以构成压力分布传感器。

根据本发明的利用电磁耦合的压力分布传感器不限于在图中所示的构造，在没有脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。

附图说明

图1是用于解释根据本发明的第一实施例的压力分布传感器的示意性俯视平面图。图2是解释下述示例的示意图，即，在该示例中，根据第一实施例的压力分布传感器的检测表面由板构件构成。图3是其上形成有第一和第三环线的布线图案的第一板构件的俯视平面图。图4是其上形成有第二环线的布线图案的第二板构件的俯视平面图。图5是示出用于第一板构件的环线的短路的基板的俯视平面图。图6是示出用于第一板构件的环线的切换的基板的俯视平面图。图7是示出用于第二板构件的环线的短路的基板的俯视平面图。图8是示出用于第二板构件的环线的切换的基板的俯视平面图。图9是用于解释根据本发明的第二实施例的压力分布传感器的示意性俯视平面图。图10是示出在根据第二实施例的压力分布传感器中的检测表面的一部分的截面图。参考标记的说明

1：第一环线2：第二环线3：第三环线4：第四环线5：导电材料片6：弹性构件10：驱动部11：高频振荡器12：驱动放大器13：驱动线切换器20：检测部21：检测线切换器22：检测放大器100：第一板构件110：布线图案111到114：连接孔200：第二板构件210：布线图案211到214：连接孔300：弹性板400：控制器

Claims (17)

1.一种对检测表面利用电磁耦合的压力分布传感器，包括：

多个第一环线，所述多个第一环线相互平行地布置在同一平面上；

多个第二环线，所述多个第二环线相互平行地布置在不同于其上布置有所述第一环线的平面的同一平面上，并且布置在正交于所述第一环线的方向上；

多个电磁耦合部，所述第一环线和所述第二环线在所述第一环线和所述第二环线的交叉处电磁耦合，所述电磁耦合部被提供在所述第一环线和所述第二环线的所述交叉处，并且其中电磁耦合的程度随着施加到所述检测表面的压力而变化；

驱动部，所述驱动部连接到所述第一环线和所述第二环线中的一方，并且驱动连接到所述驱动部的环线；

检测部，所述检测部连接到所述第一环线和所述第二环线中的另一方，并且根据基于在所述电磁耦合部的电磁耦合的来自连接到所述检测部上的环线的检测信号检测压力；以及

多个第三环线，所述多个第三环线相互平行地布置在与其上布置有所述第一环线和所述第二环线中的一方的平面相同的平面上，每个所述第三环线被布置为，与所述第一环线和所述第二环线中布置在与所述第三环线相同平面上的一方部分地重叠，并且所述第三环线能够以与所述第一环线和所述第二环线中布置在与所述第三环线相同平面上的一方分离的方式连接到所述驱动部和所述检测部中的一个，并且所述第一环线和所述第二环线中布置在与所述第三环线不相同平面上的另一方连接到所述驱动部和所述检测部中的另外一个。

2.根据权利要求1所述的压力分布传感器，其中，基于当所述第一环线和所述第二环线中的一方被驱动时获得的检测信号的值和当所述第三环线被驱动时获得的检测信号的值之间的差异，或者基于来自所述第一环线和所述第二环线中的另外一方的检测信号的值和来自所述第三环线的检测信号的值之间的差异，所述检测部检测在除了相对于所述检测表面的垂直方向以外的滑动方向上的位移、方向和/或力。

3.根据权利要求1或2所述的压力分布传感器，其中，

所述第三环线被布置在与布置有所述第一环线的平面相同的平面上，并且

所述压力分布传感器还包括多个第四环线，所述第四环线相互平行地布置在与布置有所述第二环线的平面相同的平面上，每个所述第四环线被布置成与所述第二环线部分地重叠，并且所述第四环线能够以与所述第二环线分离的方式连接到所述驱动部和所述检测部中的另外一个。

4.根据权利要求1或2所述的压力分布传感器，其中，通过所述第一环线和所述第二环线，在所述第一环线和所述第二环线的交叉处设置所述电磁耦合部，所述第一环线和所述第二环线中的一方被形成为直线形状，而另外一方被形成为线圈形状；并且所述第三环线被布置在与布置有所述第一环线和所述第二环线中形成为直线形状的一方的平面相同的平面上。

5.根据权利要求3所述的压力分布传感器，其中，通过所述第一环线和所述第二环线，在所述第一环线和所述第二环线的交叉处设置所述电磁耦合部，所述第一环线和所述第二环线都被形成为线圈形状。

6.根据权利要求1所述的压力分布传感器，其中，

所述第一环线和所述第二环线都被形成为直线形状，并且

通过在邻近所述第一环线和所述第二环线的交叉处的部分形成导电材料片来设置所述电磁耦合部。

7.根据权利要求6所述的压力分布传感器，还包括用于所述导电材料片的弹性构件，用于所述导电材料片的弹性构件被设置在所述导电材料片与邻近所述第一环线和所述第二环线的交叉处的部分之间。

8.根据权利要求6所述的压力分布传感器，还包括用于所述导电材料片的板构件，所述导电材料片被设置在用于所述导电材料片的板构件上。

9.根据权利要求7所述的压力分布传感器，还包括用于所述导电材料片的弹性板构件，用于所述导电材料片的所述弹性构件被设置在用于所述导电材料片的弹性板构件上。

10.根据权利要求1所述的压力分布传感器，还包括用于所述线的弹性构件，用于所述线的弹性构件设置于所述第一环线和所述第二环线之间。

11.根据权利要求10所述的压力分布传感器，还包括用于所述线的弹性板构件，用于所述线的弹性构件设置在用于所述线的弹性板构件上。

12.根据权利要求1所述的压力分布传感器，还包括在其上布置有所述第一环线的第一板构件和在其上布置有所述第二环线的第二板构件，并且其中所述第三环线被布置在所述第一板构件和所述第二板构件中的一个上。

13.根据权利要求12所述的压力分布传感器，其中所述第一板构件和所述第二板构件中的至少一个具有柔性。

14.根据权利要求12所述的压力分布传感器，还包括在所述第一板构件和所述第二板构件的端部处的用于布线所述第一、第二和第三环线的布线部分。

15.根据权利要求14所述的压力分布传感器，其中所述布线部分包括基板，在所述基板上图案化布线用于连接所述环线。

16.根据权利要求12所述的压力分布传感器，其中所述第一板构件和所述第二板构件由合成树脂制成，而第一、第二、第三环线由铝箔制成。

17.根据权利要求1所述的压力分布传感器，其中所述第三环线具有与所述第一环线和所述第二环线中的一方相同的形状，并且被布置在从所述第一环线和所述第二环线中的一方移位1/4间距的位置。

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