CN102084048A - 线性电子传感器 - Google Patents

Abstract

一种电子传感器，该电子传感器包括沿由行和列限定的方向可延伸的编织结构。导电丝线(4)限定了邻近非导电丝线(2)的结构中的至少一个单独的行，并且是用于提供对丝线的电子特性的指示的电路的一部分。当不沿任一方向延伸时，包括所述导电丝线的结的连续环路接合。所述结构沿行的方向的延伸将形成所述结的环路分离，而沿着所述列的方向的延伸使得所述环路聚拢。所述结构可以在用于记录所述结构沿行和列的方向中的任一者或两者的延伸的方法中使用。

Description

线性电子传感器

技术领域

本发明涉及电子传感器(transducer)，并且尤其涉及合并到编织(knitted)结构中的传感器。

背景技术

国际专利公开号为WO 2004/100 784的申请中公开了所述编织传感器装置，在这里通过引用的方式合并该申请公开的内容。该申请所公开的装置包括编织结构，该编织结构具有至少一个传感区域与导电纤维编织。这种编织结构的变形会产生传感器区域的电子属性的改变。通过监视这些改变，能够获得对编织结构的变形的指示。当合并到服装(garment)中时，尤其是该服装穿上贴近皮肤时，可以监视到具体的运动。

发明内容

本发明还涉及一种包括编织结构的电子传感器。但是，本发明的传感器关注的是该结构中的各个丝线，尤其是由于结构延伸或伸展的一个或多个编织的行(course)中的电子特性的改变。根据本发明，所述传感器包括沿行布局的编织结构的结(stitch)，所述编织结构的结可沿由行和列(wale)限定的二维方向延伸以扭曲所述结的几何结构。沿着所述行的方向的延伸将所述结的引线分离，而沿着所述条纹的方向的延伸使得所述结的引线聚拢。至少一个导电丝线限定所述编织结构(该编织结构式以其它方式从不导电丝线制造的)中的单个行，从而与邻近的不导电的结形成结的单个导电行。该行可以是电路的一部分，该电路提供对行的电子特性的指示。所述结构将会具有松弛或非延伸情况，在该情况中，包括所述导电丝线的结的连续环路将会接合(engage)。在这种接合的情况下，导电丝线的交替的结被短路，并且导电丝线行的电阻或其它特性将会受到影响。虽然该特性通常是电阻性的，但是其也可以为压电的、电容性的或电感性的。这使得能够制造编织纤维结构内的局部线性传感器。

当实现本发明的结构被沿行的方向延伸或伸展时，一根或多根导电丝线的接触环路脱离并分离，从而断开了在其之间的短路，并改变了该一根或多根导电丝线的电子特性。当结构被沿列的方向伸展或延伸时，环路仍然接合并且接触的范围增加。这也改变了一根或多根丝线的电子特性。例如，在所述结构被沿行的方向伸展或延伸以至于脱离或分离相邻环路时，一根或多根丝线的电子特性将会增强。响应于沿列的方向的伸展或延伸，所述特性将保持不变或者降低。则在这种意义上，这种纤维可以用作两路结。

根据本发明的用于形成传感器的编织结构中的不导电丝线通常为低模数丝线，典型地为弹性的丝线，从而增强线性传感器的性能特征。当使用这种丝线来编织结构时，所述丝线通常被充分地伸展，以使得在所得到的结构中所述结被紧缩，从而沿着结的行的连续环路接合或挤压。这将使得导电丝线的连续环路也接合，其结果与上面提出的相同。

如果编织结构的不导电丝线不可延伸，则所述结构可以被更松弛地形成，并且导电丝线中的连续环路的接合或其它方式完全由所述结构沿行的方向和列的方向中的一者或另一者决定。这种结构或者上面所描述的包括弹性丝线的结构可以集成在方形、矩形、或成形的编织板框架中，其中朝向相反侧或远离彼此的运动决定了连续环路是否接合。

当然，本发明的传感器会与用于监视导电丝线的电子特性的改变的电路组合使用。该电路可以包括用于保持监视到的改变的记录的显示器和/或存储器。如上所述，所述电子特性通常为电阻，但是也可以监视其它特性，尤其是如果编织结构在一个纱线行中包括来自另一纱线行的导电纱线，则可以非常正确地监视到沿行和列方向中的每个方向的延伸。

用于实现本发明的传感器可以被合并到服装中，例如用于监视身体或呼吸运动的训练装束。另一种在其中可以使用所述传感器的特定服装是带子(belt)或皮带(strap)，所述带子或皮带可以被用于集中于身体的特定区域或地方。

附图说明

现在将通过示例并参考示意性附图来进一步描述本发明，其中：

图1是示出了编织结构的结的细节的放大图；

图2是示出了编织结构的细节的类似于图1的视图，其中一行中的丝线的相邻环路相接触；

图3是示出了编织结构的细节的类似于图1的视图，其中一行中的丝线的相邻环路通过沿着X方向伸展而被分离；

图4是示出了编织结构的细节的类似于图1的视图，其中一行中的丝线的相邻环路通过沿着Y方向伸展而被聚拢；

图5是示出了包括弹性丝线的编织结构的细节的类似放大视图；以及

图6示出了如何将包含本发明的编织结构合并到腰带或带子中。

具体实施方式

编织结构由以排和纵列(column)布局的结组成。排通常称为行，并且沿着与编织丝线相同的方向延伸，由图1中的X所指示。纵列或列(wale)沿着垂直方向延伸，由图1中的Y所指示。

如图1所示，根据本发明的传感器的编织结构由多个不导电丝线2与沿着单个行延伸的单个导电丝线4组成。丝线的连续行通过形成结的环路连结，在结中有限定的两个特定绑定的区域6和8。如图1所示，上绑定区域6位于丝线4中形成的环路的末端，该丝线4向下延伸穿过指向的邻近非导电丝线2中的相邻环路。布局中的下绑定区域8类似，向下延伸的环路由导电丝线4限定，该导电丝线4被来自邻近的下面的不导电丝线2的向上延伸环路保持(hold)。

图1所示的编织结构比较松弛，并且丝线基本不可延伸。但是丝线是充分灵活的。因而，当结构沿着Y向延伸时，该结构将在X向中缩紧(contract)。结果是在每个丝线中的相邻环路的外侧之间尤其是导电丝线4中的那些环路之间的接合。这种现象使得丝线的不同长度的丝线短路，由此改变了其电子特性，并且尤其是改变了编织结构的任一侧上的丝线的端部之间的电阻。如果之后所述结构沿着X向延伸，则效果相反，环路与彼此侧面不相接，并且由于不相接，由此去除了任何短路。然后通过导电丝线的任意电流都必须通过丝线的整个长度，从而增加了其有效电阻。

不可延伸的丝线的固定编织纤维可以通过图2所示的一种松弛结构来实现。可以看出，结的每行的丝线中的连续环路相接触。如果示出的丝线中的一个(4)是导电的，则其电子特性将受到连续环路之间的接触和触点影响。例如，其测量到的电阻与其全部长度相比将减小由环路中的触点的位置决定的量。结果，在每个环路中将会出现短路。

如果图2的纤维沿着行的方向(图1中的X)延伸，则每个环路将会如如图3所示延伸。图1中示出的触点将分离，并且导电丝线4中的电流必须使用其全部长度，包括所有环路。其测量到的电阻将相应地增加，并且增加的量可以被容易地监视到。从而所述纤维延伸足以避免触点的预定量可以被记录。其它电子特性，例如压电、电容性或电感性也可以被监视以记录不同的延伸度。

如果图2的纤维沿着列方向(图1中的Y)延伸，则每个环路将被延伸，如图4所示。从而，承载电流的导电丝线4的长度以及由此测量到的电阻将会相对于其整个长度进一步减小。当然这种改变是有进步的，其使得延伸的量可被监视到，而不仅仅是监视到超过预定量的通路。可以理解的是如果图2的纤维受到行和列两个方向的延伸，则这些方向中的一个方向的延伸将会影响对由于另一个方向的延伸造成的导电丝线的电子特性的监视。当然，监视电路可以适应这一情况，并且在一些环境中监视两个方向，例如通过同时监视丝线的不同电子特性来进行监视。

包含本发明的编织结构可以通过使用导电丝线结合低模数不导电丝线(例如单层或双层包裹的弹性丝线或单纤维或多纤维弹性丝线)来制造。在这种结构中，由于低模数丝线在编织过程中将被伸展，因此编织结构将容易缩紧以使得在各个结中的环路侧面相接变为与彼此紧密相接。这种结称为挤压结，图5中示出了来自这种结构的一部分。这种结构可以仅沿X向有效伸展或延伸。因此，在如图所示的其自然或松弛状态中，限定了结构中的行中的一行的导电丝线4的电子特性为：在邻近环路的并列侧面紧密接合的地方，有如上所述的丝线的短路不同的长度。例如，在没有短路的情况下，其电阻相对于丝线的总长度将被减小。当图5的结构沿行的方向伸展时，正接触的侧面被分离，并且导电丝线4在其端部之间的总电阻被增加。

包括相同的低模数或弹性丝线的图5的编织结构具有统一且可预测的延伸特性。从而，当单个导电丝线4被合并到如上所述的结构中时，由于接触侧面的分离而导致电子特性改变的点可以被正确地与沿行的方向X的结构的特定延伸相关联。

包含本发明的传感器可以用在需要准确监视识别运动的一些应用中。这在性能上有特定的价值，例如运动和医疗应用中需要监视结周围的呼吸或身体运动。但是，它还可以用于监视机械构造的循环测试。

图6示出了包含如图所示的实现本发明的传感器10的带子或皮带。所述传感器组成带子的整个宽度，并且必须由此适于带子长度的延伸。调整机制12能够安装带子并且适于佩戴者，以使得其紧密地跟随各自的身体轮廓，使得延伸和缩紧被监视。

在传感器10内，单个导电丝线4在包括不导电丝线的结构内延伸。在传感器的任一侧端，丝线4连接到延伸到记录器配电盒(box)16的传感器14，该记录器配电盒16监视传感器内的导电丝线4的一种或多种电子特性的改变。传感器4将被固定在带子的主体中，该带子与传感器10分离，并且为基本不可延伸的。控制配电盒16将被安装在不可延伸的带子部分上并且相对于该部分可滑动。记录器配电盒16将包括必要电路和电源，例如小电池，在这里没有示出。该记录器配电盒16还可以包括显示板，以提供对带子作为整体的延伸和缩紧的可视指示。该记录器配电盒16还可以耦合到远程记录器以监视这些改变，可以通过直接或通过无线连接来进行耦合。

已经使用不导电丝线的编织结构中的单个导电丝线对本发明进行了描述。但是，应当理解可以使用多个导电丝线；可以单个地使用、或并联或串联地使用。

在包含本发明的编织结构中可以使用各种不同丝线材料。合适的不导电和不可延伸的丝线(根据图1所示)可以从任意天然/或人造纤维得到，例如从棉线、毛线、PE、PP、PA、芳族聚酰胺(Aramid)等等。优选的低模数或弹性不导电丝线是单纤维或多纤维PU(合成弹力纤维、斯潘德克斯弹性纤维(spandex)等等)、单层或双层包裹的合成弹力纤维或斯潘德克斯弹性纤维。合适的导电丝线可以是普通金属丝线例如不锈钢丝线、石墨丝线以及所有金属包裹的丝线。合适的包裹丝线由聚乙烯多纤维组成，每根用银、铜、镍或金的毫微层包裹。

Claims (17)

1.一种电子传感器，该电子传感器包括沿行和列布局的编织结构的结，并且所述编织结构的结能够沿由行和列限定的两个方向延伸以扭曲所述结，沿着所述行的方向的延伸使形成所述结的环路分离，而沿着所述列的方向的延伸使得所述环路聚拢，其中导电丝线限定邻近非导电丝线的结构中的至少一个单独的行，其中当不沿任一方向延伸时，包括所述导电丝线的结中的连续环路接合，该丝线适于作为电路的一部分来提供对所述丝线的电子特性的指示。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述非导电丝线是低模数丝线。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述非导电丝线是弹性丝线。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的传感器，其中所述非导电丝线在编织过程中延伸，由此使得所述编织结构中的结通过包括所述导电丝线在内的结的连续环路彼此挤压。

5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述导电丝线的导电特性是电阻性的。

6.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的传感器，其中所述导电丝线的电子特性是压电性的。

7.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的传感器，其中所述导电丝线的电子特性是电容性的。

8.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的传感器，其中所述导电丝线的电子特性是电感性的。

9.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的传感器，该传感器与用于监视所述电子特性的改变的电路组合。

10.一种服装，该服装将根据前述权利要求中任一项权利要求所述的传感器结合作为该服装的组成部分。

11.根据权利要求9所述的服装，该服装呈带子形式。

12.一种用于记录编织结构沿其行的方向的延伸的方法，在该编织结构中，导电丝线限定邻近非导电丝线的结构中的至少一个单独的行，并且在所述结构处于基准条件时具有预定的电子特性，其中所述结构沿着所述行的方向的延伸使得所述导电丝线的结中的连续环路分离，所述方法包括监视指示给定的延伸的电子特性的变化。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述基准条件中，所述导电丝线的结中的连续环路接合。

14.一种用于记录编织结构沿其列的方向的延伸的方法，在该编织结构中，导电丝线限定邻近非导电丝线的结构中的至少一个单独的行，并且在所述结构处于基准条件时具有预定的电子特性，其中所述结构沿着所述列的方向的延伸使得所述导电丝线的结中的连续环路聚集，该方法包括监视指示给定的延伸的电子特性的变化。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述基准条件中，所述导电丝线的结中的连续环路彼此分离。

16.根据权利要求13或权利要求15所述的方法，其中所述电子特性是电阻性的，并且所述给定的延伸是其中所述导电丝线的结中的连续环路分别脱离或聚集到一起。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述给定的延伸是其中所述导电丝线的结中的预设数量的连续环路分别脱离或聚集到一起。

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