CN103843041B - 平面传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于电场感测的具有导体图案的平面传感器及其制造方法，所述平面传感器包括平面导电传感器区域(2)阵列和导体，所述平面导电传感器区域设置为沿纵向方向以接连的方式相互跟随，所述导体将导电传感器区域连接到至少一个连接器，其中所述传感器还包括第一弹性地板层(3)和以下中的至少一个：第二弹性地板层(4)或柔性电路板，以及导电传感器区域(2)和导体在第一弹性地板层(3)和第二弹性地板层(4)之间或在第一弹性地板层(3)和柔性电路板之间连接，以形成整体的地板传感器结构。

Description

平面传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及平面传感器及其制造方法。本发明特别涉及一种作为地板传感器运行并且具有用于电场感测的导体图案的平面传感器及其制造方法。
背景技术
近场成像用于监视，例如，房间设施内人的移动。近场成像系统用于安装于地板的平面传感器，通过测量由导电物体(例如，人)引起的阻抗变化来获取关于人的位置和状态的信息。这样的装置可适用于许多应用，例如，用于敬老院等以观察老年人，或用于机场以监视乘客的移动。
在WO2005020171中描述了一种这样的近场成像相关的平面感测系统，其特别适于养老院监视。除此之外，这样的系统可以用于监视已经跌倒的疗养院住户的生命体征等。地板传感器发送住户的位置，呼吸频率和脉搏到护士室监视器。所述系统的最核心部件是覆盖整个公寓地板的传感器。所述传感器安装在地板遮盖物下方。所述传感器具有由金属和石墨染料制成的印刷图案。这种传感器可以安装在传统的地板涂层结构(例如镶木地板或塑料垫)下方。
此外，WO2006003245和WO2008068387公开了传感器结构，其中所述传感器是网状的，并且包括在同一平面上的若干接连导电区域。根据同一平面上的相邻导电区域之间的电容变化，跟踪传感器上的物体(例如，人)。
导电区域通常是金属，并且它们可以形成在作为衬底(例如，印刷层，层压层，蚀刻层或箔)的柔性电路板上。如WO2008068387A1所描述的，所述金属通常是铝或铜，并且导电区域通过各自的连接线连接到控制靠近传感器的电子控制单元的系统。
现有技术的地板传感器系统的问题是，传感器与地板独立安装，即，首先传感器安装在地面上，然后在传感器上安装地板。传感器和地板的独立安装是耗时和复杂的。现有技术的传感器系统的另一问题是，传感器导体和连接电缆之间复杂的接触布置。
发明内容
本发明的目的是实现一种全新的作为地板传感器运行的平面传感器及其制造方法。
本发明的基本构思是将平面传感器和地板整合为整体的地板传感器结构，并且在连续过程中制造该整体结构。在本发明中，所述导电传感器区域与导体和地板附接在一起。
本发明使得可以将所述传感器作为整体集成传感器地板单元来安装，这使得安装非常简单。此外，由于剥离区域，所述传感器导体和连接电缆之间的电气连接也是容易的。
在本发明的优选实施例中，所述地板层设有剥离区域或条纹。
在本发明的优选实施例中，所述导电传感器区域和导体嵌入在所述地板内的不同地板层之间。这样，在安装和使用期间可以很好地保护所述传感器区域和导体以免受到机械损坏。
在本发明的优选实施例中，在地板层与所述导电区域和导体之间使用保护膜。
在本发明的优选实施例中，所述导电区域和导体设置在弹性电路板上。
在本发明的优选实施例中，所述地板层和所述导电区域和导体层在连续的卷对卷(roll-to-roll)过程中层压在一起。
在本发明的优选实施例中，在连续的挤压过程中制造所述地板传感器。
在所附有关平面传感器及其制造方法的独立权利要求中详细限定了本发明，而在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。
在优选实施例中，通常蚀刻到传感器电路板的导线(例如，传感器垫片的铜导线)，被替换为导电材料(例如，碳质涂料)。这样，所述制造过程变得更加容易，并且当所述地板包括分离的层时，所述导体可以，例如，通过直接涂绘在上层地板层的底面上来施加。因此，在这个实施例中不需要传感器电路板。
此外，这里提出的传感器结构还可以具有以下特征：所述集成传感器结构可以在网的沿着纵向方向上的任意位置进行切割，并且切断的传感器层压材料将形成功能性实体，最多为传感器计数不起过与切割边缘相交的导体的数量。因此，在制造过程中，传感器网的结构对于在给定的应用或要组装的系统特定的传感器网中所需的导电区域的数量是不敏感的。
所述集成传感器结构优选是网状形式的。所述地板通常具有1-10mm(甚至更多)的厚度，并且由塑料地板覆盖材料或这种材料的组合构成。因此，所述地板可以具有若干层，并且这些层可以由不同的材料制成。所述地板是柔性的，以与其所处的其他表面相符合。
除了一层结构之外，所述地板可以包括彼此附接的多个层。
所述导电区域包括导电材料，并且所述导电区域可以是，例如，但不限于：印刷层、涂覆层、蒸镀层、电镀层、溅射层、层压箔、蚀刻层、箔或纤维层。所述导电区域可以包括导电性碳、金属层、金属粒子或纤维或导电聚合物(例如，聚乙炔、聚苯胺或聚吡咯)。用于形成导电区域的金属包含例如铝、铜和银。导电性碳可以混合在介质中，以便制造墨水或涂层。相同的导电材料还适用于导体。用于形成导电区域的适用技术包括：例如，蚀刻或丝网印刷(平板或旋转)、凹版印刷、胶版印刷、弹性凸版印刷、喷墨印刷、静电摄影、电镀和化学镀。
用于感测的每个导电区域与在导电区域和输出之间形成导电路径的导体连接。所述导体可以形成一组平行的导体，其中的每个导体都适于加入。当一个导体加入组中时，组中其他导体中的每个导体为加入的导体让出空间，使得所述导体不会彼此相交。导体组沿基板的纵向方向前进。
上述原理，就所述导电区域和导体图案而言，可以通过不同的方式来实现，如WO2008068387中所描述的。
所述传感器网包括包含接连和/或顺序的导电区及其导体的重复图案。例如，一个图案可由五个接连的导电区域及其导体形成。上述图案是在网的整个长度上重复的。
网中的接连导电区域1-N的数量由设置为沿网方向行进的导体线的总数限定。一般地，导体的数量沿网保持恒定，这意味着当新的导体适于加入接连导体的组并且所述组中的其它导体适于为所述加入的导体让出空间时，所述组的另一侧的最外面的导体的行进终止。因此，接连导电区域的总重复图案由平行导体线的总数限定。可根据给定应用自由选择该数量。
附图说明
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1a，1b，2a，2b，3a，3b，4a和4b示出了用于监视导电物体的传感器的顶视图，
图5a和5b示出了传感器网及其横截面图，以及
图6a和6b示出了两种制造方法的示意图。
具体实施方式
本发明基于这样一种构思，即，将平面传感器和地板整合为整体的地板传感器结构，并且在连续制造过程中制造所述整体结构。所述平面传感器是薄的且具有10-100μm的厚度，从而所述地板基本上是较厚的且具有1-10mm的厚度。此外，所述地板层设置有剥离区域。
图1b示出了用于监视导电物体(例如，人在地板上的移动和位置)的地板传感器W1。所述传感器网W1包括若干个，在图1b中为两个，相同的平行传感器网单元W11，W12，根据图1a，所述传感器网单元包括接连的导电区域11。导体12将所述导电区域11连接到输出端13。输出端13设置有连接器。所述平行导体12线性延伸，并且与网的纵向方向LD形成角α。
所述传感器网W1还设置有横向剥离区域S11，其具有例如10-100mm的宽度。剥离区域可以位于导电区域之间的传感器膜上或两侧。在这些区域中，最上面的地板表面没有附接到弹性电路板或位于其下面的地板层，并且可以很容易地剥离下来，从而使得所述传感器和连接电缆之间的电气连接更加容易。
图2b示出了传感器网的另一可能的布局。所述传感器网W2包括相同的平行传感器网单元W21，W22，根据图2a，所述传感器网单元包括接连的导电区域21。连接上排的导电区域21和左手侧的输出端23的导体22与连接下排的导电区域21和右手侧的输出端23的导体23平行。平行的导体22线性延伸，并且与网W的纵向方向LD形成一个角度。所述传感器还包括剥离区域S2。
图3b示出了传感器网的另一可能的布局。所述传感器网W3包括相同的平行传感器网单元W31，W32，根据图3a，所述传感器网单元包括接连的导电区域31。所述网包括两排接连的导电区域31和将所述导电区域连接到输出端33的导体32。上排的导电区域31及其导体32，与下排的导电区域31及其导体32形成镜像。上排的导体相互平行，下排的导体也是如此。所述传感器还包括剥离区域S3。
图4b示出了传感器网的另一可能的布局。所述传感器网W4包括相同的平行传感器网单元W41，W42，根据图4a，所述传感器网单元包括接连的导电区域41。导体42包含线性延伸的第一部分42a，并且其与网W的纵向LD形成一角度。导体42可包含横切传感器网的纵向方向的第二部分42b。但是，第二部分的形状可以改变。所述传感器还包括剥离区域S4。
图5a和5b示出了传感器网及其截面图。典型的异构乙烯基(heterogeneousvinyl)地毯由两层3和4组成。在顶部有相对较薄的耐磨层3(例如，0.65mm)，而在底部有较厚的泡沫层，所述泡沫层提供隔音和减震。所述构思是在这些地毯层之间嵌入形成导电区域和导体的传感器的导电层。做到这一点的一种方法是在挤压泡沫之前层压传感器PET箔2和所述耐磨层。其他可能性包括印刷和其他叠加方法，其中，无需任何基板而直接在耐磨层上构建导电层。如果使这些层彼此结合存在问题，则可以在灵敏度显著降低之前将多个孔添加到所述导电层。
当嵌入地毯内时，必须解决的一个问题是如何建立与导电层的可靠连接。做到这一点的一种方法是将剥离区域5添加到最上层3上的传感器结构的那些需要连接的点，并然后通过各向异性粘合剂连接柔性电缆。
图6a示出了根据本发明的用于制造地板传感器的连续卷对卷层压过程。图6a示出了在导电区域和导体的边缘沿着纵向线的横截面。在图6a中，所述地板包括两个乙烯基地板层，上层101和底层102(总厚度例如5mm，两层的厚度可以相同或不同)，以及一个在其上设有导电区域104和导体105的薄的弹性塑料电路板103。所述导电区域、导电层以及导体的总厚度例如是50μm。
电路板具有与地板层相同的面积，并且所述电路板层压在所述地板层之间。可以通过薄的塑料保护层(未示出)来保护所述电路板、导电区域以及导体。从释放辊106，107同时释放地板层101和102，其与设有导电区域和导体的电路板一起送到层压辊隙108，从而通过加热，加压，以及施加在彼此面对的地板层表面以及电路板上的粘合剂，将所有层都层压在一起。
所述层压辊隙形成在两个加热层压辊109和110之间。所有层在所述辊隙处层压在一起，并且层压地板传感器网111最终卷绕在第三辊112上。在层压辊隙之前，通过在所述导电区域之间从喷嘴114向电路板103施加一条非粘性物质，以形成横向剥离区域113。所述非粘性物质阻止上地板层与所述电路板和导体的层压，并且可以剥离所述上地板层，以使得所述导体与外部连接电缆之间的接触变得更加容易。
以类似的方式还可以仅层压一个地板层。因此，在这种情况下，仅有一个(最上面的)地板层与具有相同面积、导电区域和导体的电路板层压在一起。
图6b相应地示出了根据本发明的用于制造地板传感器的连续挤压过程。
此外，在图6b中，最终传感器结构的地板包括两个地板层，上层201和底层202，所述上层与底层具有相同的厚度和结构。各层的材料是适用于地板的可挤压塑料材料。所述传感器还包括其上设有导电区域204和导体205的薄的弹性塑料电路板203。所述导电区域、导电层以及导体的总厚度例如是50μm。
在过程中，将设有导电区域204和导体205的电路板203传递到挤压机206。在所述挤压机206中，在所述电路板203两侧上挤压地板材料，并且随后传感器结构207卷在辊208上。在挤压之前，通过在所述导电区域之间从喷嘴209向电路板施加一条非粘性物质，以形成横向剥离区域209。
可以仅在一个(上部)电路板表面上实现挤压。此外，可以按两个序列实现所述过程，首先下地板层挤压在所述电路板的底面，并且随后上层挤压在所述电路板的顶部。
在两种过程中，所述上和下地板层可以由不同材料组成。
还可以是，所述电路板203与导电区域204和导体205首先与上部地板材料201层压在一起，并且然后这个实体送入挤压机，所述挤压机将挤压底部地板层202。
在整个申请中，当描述传感器区域在由这种传感器区域构成的阵列内的相互定位时，使用术语“接连的”。这些阵列也沿网的纵向方向以重复的方式相互跟随。这里，接连的传感器区域不限于这种区域沿纵向方向相互跟随使得前一传感器的区域需要在下一传感器的区域开始之前沿纵向方向结束的实施例。也可能是两个或更多个这种传感器区域沿横切网方向相互“重叠”，以使得两个传感器并排行进一定的网长度。被配置为具有以某种方式沿网的纵向方向设置的电气分离的传感器区域的所有的实施例是可能的，其中该构图沿所述纵向方向前进。阵列内的传感器区域不需要形成任何特定的次序。
本领域技术人员很容易理解，传感器网的所有特征均是可互换的。如果结合某一传感器网来解释某一特征，那么很显然所述特征可被结合另一传感器网来解释的特征代替。

Claims (18)

1.一种用于电场感测的具有导体图案的平面传感器，所述平面传感器包括：
平面导电传感器区域(11)的阵列，所述平面导电传感器区域(11)被设置为沿纵向方向(LD)以接连的方式相互跟随，以及
导体(12)，将平面导电传感器区域连接到至少一个连接器(13)，
其特征在于：
所述平面传感器还包括：第一弹性地板层(16)和以下中的至少一个：第二弹性地板层(17)或柔性电路板(103，203)，以及
平面导电传感器区域(11)和导体(12)附接在第一弹性地板层(16)和第二弹性地板层(17)之间，或附接在第一弹性地板层(16)和柔性电路板(103，203)之间，以形成整体的地板传感器结构，
其中，至少最上面的地板层至少设有设置在所述平面导电传感器区域之间的横向剥离区域(S11)。
2.根据权利要求1所述的平面传感器，其中，所述平面传感器包括第一弹性地板层(16)、第二弹性地板层(17)、以及在所述第一和第二弹性地板层之间的柔性电路板(103，203)，在所述柔性电路板上形成平面导电传感器区域(11)和导体。
3.根据权利要求1或2所述的平面传感器，其中，所述第一和第二弹性地板层中的每一个的厚度大于1mm，而所述柔性电路板以及平面导电传感器区域(11)和导体(12)的厚度小得多。
4.根据权利要求3所述的平面传感器，其中，所述柔性电路板以及平面导电传感器区域(11)和导体(12)的厚度在10-100μm的范围内。
5.根据权利要求4所述的平面传感器，其中，在设置在所述平面导电传感器区域之间的剥离区域(S11)中的地板层与其下面的层具有弱得多的附接性。
6.根据权利要求1所述的平面传感器，其中，在至少一个地板层和柔性电路板之间设置有保护膜。
7.一种用于电场感测的具有导体图案的平面传感器的制造方法，其中，所述方法包括以下步骤：
施加平面导电传感器区域(104，204)的阵列以及导体(105，205)到柔性电路板(103，203)上，所述平面导电传感器区域被设置为沿纵向方向(LD)以接连的方式相互跟随，
在附接装置(108，206)中将所述柔性电路板以及平面导电传感器区域和导体与至少一个弹性地板层(16，17)连续地附接，以形成整体的地板传感器结构，
向至少最上面的地板层至少提供设置在所述平面导电传感器区域之间的横向剥离区域(S11)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个弹性地板层(16，17)包括第一弹性地板层(16)、第二弹性地板层(17)，并且在所述第一弹性地板层和第二弹性地板层之间附接设有平面导电传感器区域(104，204)和导体(105，205)的柔性电路板(103，203)。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，在将所述柔性电路板与所述地板层连接之前，通过在所述平面导电传感器区域之间从喷嘴(114，210)向柔性电路板上施加一条非粘性物质，形成横向剥离区域(113，209)。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法是包括以下步骤的层压过程：
从释放辊(106，107)释放所述至少一个弹性地板层(101，102)到层压辊隙(108)，
通过加热、加压、以及施加在面向柔性电路板的至少一个地板层表面上的粘合剂，将地板层与设有平面导电传感器区域和导体的柔性电路板层压在一起。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，设有导电传感器区域和导体的柔性电路板层压在两个地板层之间。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，一个地板层与其上设有平面导电传感器区域和导体的电路板层压在一起。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述地板层和柔性电路板在连续的卷对卷过程中被层压，在该卷对卷过程中，最终的传感器产品卷在另一辊(112)上。
14.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法是包括以下步骤的挤压过程：
将设有平面导电传感器区域和导体的柔性电路板(203)传递到挤压机(206)，
在所述挤压机(206)中，在所述柔性电路板(203)的至少一侧上挤压地板材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在挤压后，传感器结构(207)卷在辊(208)上。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述柔性电路板表面的两侧上实现挤压。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，按两个序列实现所述过程，首先，下部地板层挤压在所述柔性电路板的一侧，并且随后上层挤压在所述柔性电路板的另一侧。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述柔性电路板(203)、平面导电传感器区域(204)和导体(205)首先与上部或下部地板材料(201)层压在一起，并且然后层压的实体被送入挤压机，所述挤压机挤压另一个地板层(202)。
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