CN107003108A - 改进的机电传感器 - Google Patents

Abstract

一方面，本发明提供了具有电容的电传感器，其中的电容随着机械形变而变化从而允许通过所连接的电路来测量形变，该传感器包括：由介电材料分隔的导电材料，该导电材料可以操作以发生形变并且随着电容器的形变来改变电容，该电容器配置为具有扭转平面的结构，其中电容器通过支撑材料支撑于该配置中。

Description

改进的机电传感器

技术领域

本发明涉及关于机电传感器的改进，诸如具有随着机械形变而改变的电学特性的传感器。

背景技术

挠性且顺从性的电路是用于集成到软质结构以装配这样的结构的理想组成部分。他们能够在基本不影响该结构的机械行为的情况下，不管是以例如控制、逻辑或机电换能器元件的形式，提供高级功能。

具体地说，挠性且顺从性电路，诸如介质弹性体或其他的挠性且顺从性传感设备，对于例如人体的软质结构是优异的传感器。由于软质结构的类型，人体能够在3D空间进行大幅度、复杂的运动。将传统的传感元件附接到这样的结构是具有挑战性的，例如其他的传感元件具有刚性元件。这些元件会干涉软质结构的行为，并且产生易发生机械故障的软-硬界面。需要中间传送结构将身体的大幅移动转变为适合于传感器的受限范围和/或类型的移动，而这些增大了复杂性并且最终成为错误的潜在来源。

挠性且顺从性电路消除了复杂的中间传送结构的需要。它们能够符合人体，并且由于由软质材料制成，能够变形为复杂的形状来确保其符合于人体用于大幅移动。例如，挠性且顺从性第二皮肤能够配备挠性且顺从性传感器，使得当身体移动时，该第二皮肤与真实的皮肤同步地拉伸，将伸展信息传送到伸展敏感的挠性且顺从性电路，使得伸展信息能够被数字化并且用于更大系统的输入。

挠性且顺从性电容传感器尤其适于测量软质结构。它们对于几何形状的改变敏感，但是对于湿度和温度表现出最低的灵敏度，并且能够易于进行电磁屏蔽从而阻隔外源的电噪声。

在使用挠性且顺从性电容传感器中产生的挑战在于它们对于所有方向上的形变都敏感。总电容输出是所有方向上的形变的汇集，并且缺少存在产生相同的汇集电容的多个模式的形变的附加信息。这意味着对于给定传感器的状态信息的限制。

因此，具有克服在使用挠性且顺从性电容传感器中产生的挑战的传感器将是有利的。

因此，具有能够解决上述任何或所有的技术问题，或者至少为公众提供替换选择的传感器将是有利的。

因此，具有一种制造传感器方法是有利的，其中的传感器克服在使用挠性且顺从性电容传感器中产生的挑战。

因此，具有一种制造传感器方法是有利的，其中的传感器解决上述任何或所有的技术问题，或者至少为公众提供替换选择。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种具有电容的电传感器，其中的电容随着机械形变而变化从而允许通过所连接的电路来测量形变，该传感器包括：由介电材料分隔的导电材料，该导电材料可操作以发生形变并且随着电容器的形变来改变电容，该电容器配置为具有扭转平面的结构，其中电容器通过支撑材料支撑于该配置中。

支撑材料可以是弹性的。

导电材料可以是弹性的。

分隔导电材料的介电材料可以是弹性的。

电容器可以是弹性的。

支撑材料的弹性可以接近地不超过电容器的导电材料。

支撑材料的弹性可以接近地不超过电容器的导电材料。

支撑材料的弹性可以不超过电容器。

支撑材料的弹性可以小于电容器。

电容器可以配置为具有周期性扭转的结构。

传感器可以包括弯曲调整特征，该弯曲调整特征配置为使得表面沿着电容器的扭转结构的中心进行延展，其中的表面限定了在传感器的弯曲形变之下支撑材料内的相对延展和相对收缩的区域之间的接合处。

这使得电容器的扭转结构的中心路径经历延展，该延展是包括电容器的扭转结构的区域的延展与收缩的平均值。

这使得电容器的一个区域内的延展与电容器的另一区域内的收缩进行配对。

这使得弯曲特征的延展可以是弯曲调整材料，其弹性不同于电容器的支撑材料的弹性。

弯曲调整材料的弹性可以小于电容器的区域中的支撑材料。

弯曲调整材料可以包括沿着传感器的一侧延展的材料条带。该条带可以沿着传感器的一侧延展，当在使用中发生弯曲时，旨在将该条带作为传感器的内半径。

弯曲调整材料可以包括在传感器的一侧中形成的缝隙。

电容器可以是介电弹性体设备。

根据本发明的另一方面，包括一种传感器的加工方法，该方法包括如下步骤：

形成包括两个或更多个电极的电容器带，其中的两个或更多个电极由通过介电材料分隔的导电材料组成，

将电容器带的一端相对于电容器带的另一端进行旋转，从而将电容器配置为各个部分相对于其他部分旋转的形状；以及

提供电容器的支撑材料从而将电容器支撑在所述形状中。

介电材料和电极的导电材料可以是挠性且顺从性的。

介电材料和电极的导电材料可以是弹性的。

该方法可以包括向传感器的一侧提供材料条带的步骤，其中的材料阻止邻近的支撑材料的延展。

本发明的各个实施例提供了一种电容器，该电容器电极的各个部分由介电材料进行分隔，各部分以各种取向嵌入在传感元件中。

本发明的各个实施例提供了一种电容器，该电容器电极的各个部分由介电材料进行分隔，各部分以各种取向嵌入在传感元件的给定区域和/或体积和/或部分中。

如在此所使用，术语“扭转”和类似术语宽泛地是指诸如进行如下配置的形状：通过关于两端之间路径的各端相反的方向转动薄片的两端，使得同一直线和平面前的各个部分位于螺旋曲线。

附图说明

参考附图从仅作为示例给出的实施例的以下描述，本发明的另外和其他方面对于读者将是清楚的，其中：

图1是示出电容器在每个轴上的形变对于电容的影响的示意图；

图2是示出对于传感器的电容具有等同影响的两种不同的形变的俯视图。电容传感器的一个轴的长度加倍与垂直轴的长度加倍具有相同的影响；

图3是示意图，其示出将电容器关于其所嵌入的结构进行重新定位如何改变电容传感器对于沿垂直轴的形变的响应；

图4是示意图，其示出利用来自两个传感器的绝对和相对测量如何能够用于确定多个轴中的形变的大小，其中的两个传感器以不同的取向嵌入在软质结构中；

图5是示意图，其示出另外的传感器如何能够提供冗余，同时也潜在地为例如由于温度或湿度产生的影响提供补偿；

图6是示意图，其示出软质结构内所嵌入的电容传感器相对于软质结构的形变的取向如何影响传感器的灵敏度；

图7是示意图，其示出通过组合和/或比较软质结构内以不同取向所嵌入的多个传感元件的输出，如何能够用于取消或者隔离沿着感兴趣的轴的形变；

图8是示出软质结构中所嵌入的管状电容传感器的横截面的示意图。如果传感器的机械性质与周围材料不匹配，则该结构的形变在传感元件中生成复杂的应力状态；

图9是根据本发明的优选实施例的单轴拉伸传感器的示意图，该单轴拉伸传感器被描述为通过如下方式形成：采用窄平面传感器，在传感器的长度方向上施加旋转并且将该传感器嵌入软质基体以锁定该旋转；

图10是示出如图9的本发明的相同实施例的示意图，并且示出在传感器的长度方向上旋转如何能够用于抵消沿着辐射轴发生的形变，这是为了抵消垂直于与传感器长度对准的轴发生的形变对于总电容的影响；

图11是根据与图9和图10相同的实施例的拉伸传感器的示意图，并且示出形变调整带的影响；

图12是根据与图9和图11相同的实施例的拉伸传感器的示意图，并且示出普通形变对于相同电容器的正交取向截面的影响；

图13是示出制造与图9至图12相同的实施例的单轴传感器的主要步骤的示意图，通过采用窄平面传感器，在传感器的长度方向上施加旋转并且将该传感器嵌入软质基体以锁定该旋转；

图14示出根据与图9和图13相同的实施例的拉伸传感器的示意图，并且示出扭转形状的传感器横向形变的相互作用；

图15是根据与图9和图14相同的实施例的拉伸传感器的示意图，示出不同模式的形变；

本发明的其他方面将从仅作为特定实施例的示例所给出的本发明的下面描述变得清楚。

具体实施方式

利用挠性且顺从性电容器的挑战在于如图1所示其对于任何方向上的形变敏感。例如，对于平面的挠性且顺从性电容器，沿X轴的拉伸无法与沿Y轴的拉伸进行区分。能够利用沿基本轴的每个轴拉伸的显著不同组合来生成相同的电容输出。

挠性且顺从性电容器的长度在X方向上进行加倍的同时保持Y方向上的长度恒定产生的电容变化与将电容器在Y方向上的长度加倍而保持X方向上的长度恒定相同。这在图2中示出。在平面上旋转电容器无法改变该影响。

因此，在没有附加信息的情况下，只能够测量出该电容器所经受的形变的汇集影响，并且无法将该汇集输出分解为单独的X、Y或Z分量。

然而，将传感器内的挠性且顺从性电容器旋转至面外提供了改变传感器对于面内形变的敏感度的一种方式。图3示出电容器被垂直嵌入传感器中。现在当传感器在Y方向被拉伸时，电容将随着电极之间距离增大而减小。相比之下，当传感器在X或Z方向上被拉伸时，电容将增大。然后，当由于将传感器重新定位在面外而已经改变传感器对于沿着基本轴的每个轴的形变时，仍然无法将传感器输出分解为X、Y和Z分量。

为了将传感器的形变分解为X、Y和Z分量时，必须将至少两个挠性且顺从性电容器以不同的(理想地是正交的)取向嵌入传感器中。

图4示出相互垂直取向的电容器S1和S2，因而对于沿着每个轴的形变提供不同的敏感度。通过查看S1和S2单独的电容，以及比较S1与S2之间的区别，能够获得沿着每个轴的形变的大小。例如，当在X方向上被拉伸时，S1增大而S2减小；当在Y方向上被拉伸时，S1减小而S2增大；而当在Z方向上被拉伸时，S1和S2都增大。这使得能够区分形变的X、Y和Z分量。

挠性且顺从性电容器的数量增至三，每个电容器相互垂直放置(图5)，提供拉伸信息的冗余。再通过单独地和相对于彼此地分析S1、S2和S3，能够确定传感器的完成应力状态。此外，具有其附加信息允许对于另外的外部刺激进行补偿。例如，温度和/或湿度可以改变介电常数，因而在不改变挠性且顺从性电容器的物理尺寸的情况下改变其电容。然后，假设等同于这些改变的影响的效果S1、S2、和S3对于来自每个电容器的电容数据而言类似于“普通模式”的分量，那么能够被校准消除。

然后，将多个挠性且顺从性电容器嵌入到传感器中的挑战在于它们需要较大量的电互联，电容器和传感器具有复杂的3D结构并且由几个部件组成，并且需要高等数学来考虑不同的影响。而且，重大的挑战在于挠性且顺从性电容器的力学行为与其所嵌入的周围基体的力学行为进行匹配，任何失配都可能导致在电容器和支撑材料之间产生复杂和/或非均匀的应力状态，该应力状态将影响传感器的输出。

为了简化问题，首先让我们回到电容器取向相对于施加到传感器的给定形变的影响。参考图6，如果传感器在Z方向上拉伸并且电容器垂直于Z轴定向，则电容将减小。如果传感器在Z方向上拉伸并且电容器与Z轴成45度角定向，则电容器电极的分离增加与电容器电容面积的增加相结合具有相等且反向的效果，导致电容器中不存在净变化。最后，如果传感器在Z方向上拉伸并且电容器与Z轴平行地定向，则电容将增大。

将多个挠性且顺从性电容器以不同取向嵌入单个传感器中使得能够调节传感器对于特定方向的形变的灵敏度。例如，图7示出将八个传感元件放置成八边形配置。其中，中上位置的电容被定义为S1而将余下的传感器以顺时针方向顺次定义为S2到S8，Z方向的拉伸导致八个电容S1到S8的总和不存在净变化。因此，该传感器对于Z方向上的形变不敏感。这是因为电容S1和电容S5的加和由于Z方向上的形变而减小，其减小量与S3和S7的加和的增加量相同，而S2、S4和S8由于与Z轴成45度定向电容不变。因此，电容的净变化为零。对于Y方向上的形变以及具有Y和Z两个分量的平面形变能够进行同样的解释。相反，X方向上的任何形变(未示出)相等地影响所有电容，因此电容的总变化将不为零。

上述结果表明管状的挠性且顺从性电容器对于如下的传感器是理想的形状要素：该传感器对于管的长度方向的变化敏感，但是对于导致管横截面变为椭圆的垂直于管的中心轴的形变不敏感。

然后，存在着与该形状要素相关联的实际挑战。难以生产管状的挠性且顺从性电容器，并且如果在电容器所嵌入的周围支撑基体与电容器的力学行为之间存在失配，则垂直于管中心轴的任何形变将使得传感器采取复杂的力学的应力状态。例如，图8示出如果电容器的力学性质与支撑基体匹配，传感器表现为均匀实体并且电容器厚度中均匀分布的变化产生的电容的总变化为零。然后，如果电容器比周围的基体更硬，例如管状电容器的壁中发生弯曲，但是电容器厚度的变化被抑制，并且在电容器和支撑基体之间的界面处发生应力集中。因此，整个传感器(即，传感器和基体)的形变不是均质的，并且电容的变化不可以抵消。

图9示意性示出根据本发明的优选实施例的传感器101。该传感器101是挠性且顺从性的，并且具有随形变而变化的电容特性，从而允许所连接的电学设备(未示出)通过测量电容特性的变化来测量形变特性。在该具体实施例中，传感器由挠性且顺从性的材料形成，该材料是弹性的并且在形变作用下不压缩。将材料选择为在重复形变中可快速恢复。

传感器具有结构为扭转片状电容器的电容器102。箭头103指示电容器的一端相对于另一端的旋转。在该示例中，传感器101和电容器被拉长，并且电容器的扭转结构组成了扭转带。

该示例的电容器102由通过弹性介电材料层分开的两层弹性导电材料组成。导电层提供电容器的电极，介电层为电容器提供介质。电容器的电容可以随着电容器的伸展而变化。这种变化可以通过连接到电容器102的电学设备(未示出)进行计算或测量。

电容器102的扭转结构通过与该示例的延长电容器的长度方向横向的线104示出。该电容器102的结构也可以描述为沿着中心轨迹旋转，如线104沿着电容器的相对旋转所示。

电容器102通过支撑材料105支撑于扭转或旋转的结构中。在该示例中，支撑材料是弹性材料。支撑材料用于将电容器支撑在其扭转或旋转的结构中，同时用于使得电容器随着支撑材料形变而发生形变。支撑材料能够附着到待装配的对象，支撑材料将发生形变，对象移动或者发生形变，诸如通过弯曲。通过支撑材料的动作，传感器的形变将引起扭转或旋转结构中所支撑的电容器的形变。在优选实施例中，支撑材料具有与电容器材料相同或较小的弹性。

图10示出电容器102的各个部分沿着传感器101长度方向的取向。每个部分102a到102i代表电容器的横截面，每个部分具有电机106a和106b。在该实施例中，传感器101的电容器横截面102a至102i的角度取向是不同的。具体到该特定实施例，电容器横截面的取向相对于接下来的电容器横截面单调地旋转。

本实施例的传感器101对于传感器长度的变化敏感，但是对于与传感器的长度横向的尺寸变化不敏感。如图10所示，传感器中的一部分将会包含电容器的各种横截面102n。传感器101的长度变化将引起每个电容器横截面102n的电容大小的改变，不管取向如何，将会使得电容器的电极聚集。与传感器长度方向横向的变化将会引起给定截面中的电极106的聚集，以及正交于给定截面的截面的电极的分离。

图11示出具有根据本发明的可替换实施例的传感器201的图9的传感器101。传感器201具有弹性比支撑材料低的材料的层或条带211。

条带211用作形变调整特征。在这些示例中，条带211限制条带区域内的传感器201相对于传感器的其他部分(诸如，传感器101的相对侧106)的延展。这样做的影响是控制相对延展区域213与相对紧缩区域214的接合的深度212。在该示例中，将接合设置为沿路径108或208延展，其中路径108或208表示期望测量传感器的一种形变模式。

图12示出在相同的形变下电容器102的正交横截面对的影响，诸如如果它们沿着传感器的长度最近邻将会发生的情况。上部的传感器横截面对102a和102c变形为相对垂直延展的形状，诸如如果传感器101相对于页面弯向右或左，或者从页面的右侧和左侧进行压缩将会发生的情况。横截面102a的电容器的电极对106被分开，减小了该部分的电容，但是传感器横截面的电容器横截面102c被拉到一起而使得电容增大，从而将横截面102a中的电容变化平衡为由于传感器的整体延展的净变化。

使用中，传感器201被机械耦接到对象从而装配对象的形变。在通常的示例中，将传感器相对身体部分进行放置以弯曲该身体部分。随着支撑材料的弯曲，支撑材料中的各个层将进行延展或收缩从而相对彼此改变角度。如果条带具有合适的弹性或者与支撑材料相比缺乏弹性，并且支持材料的深度207和/或电容器的宽度108是合适的，那么支撑材料内的中心表面109将会只看到延展，而该表面之上和之下的区域将会经历延展或收缩。如果电容器的中心线110沿着该表面延展，电容器的中心110以及线103位于表面109所在的任何部分将只经历延展。中心弯曲表面的两侧的区域将延展或收缩。具有穿过中心弯曲表面进行延展的线103的延长电容器的各个部分将经历延展和收缩两者，但是将平均为沿弯曲表面所看到的延展。因此，这些部分中的电容将与电容器的只延展部分发生相同的变化。这样允许弯曲的角度或者简化由于待测量的弯曲所产生的传感器中的延展。

图13示意性示出根据本发明的优选实施例的传感器101的加工方法。

第一步，利用由弹性介质材料层所分开的两层弹性导电材料来形成弹性电容器102。在可替换的实施例中，电容器可以具有由两层或更多层介电材料所分开的三个或更多个导电层。在该示例中，导电层是延长的。

第二步，延长的电容器的两端109a和109b相对彼此进行旋转，从而布置电容器102处于被旋转或被扭转的结构。

第三步，将电容器设置于弹性支撑材料105中，从而将电容器支撑在被扭转的结构。

第四步，应用与支撑材料和/或电容器材料相比弹性较小的材料的条带，从而调整传感器内的数学表面，该数学表面限定了传感器的相对延展和收缩的区域。

通过该加工方法，利用简单的制备方法能够形成传感器101。例如，长窄形的传感器101能够利用平面2D加工方法进行制备，然后通过以相反的方向简单地旋转两端以将扭转向下施加到电容器的长度，并且将其嵌入在软质支撑基体中，生成一个真正单轴的传感器。

在该具体实施例中，电容器是通过如下方式形成：将处置前为液体的弹性材料(诸如，硅)的电极进行锻压，注入导电材料(诸如，硅)，注入处置前同样为液体的介质材料。

图14示出被扭转的结构与相对于被扭转的电容器的线进行横向或垂直地施加的形变压力的关系。如参考图6所述，在被扭转的结构的一部分上分布的垂直于长度方向的形变使得该电容器在所有可能的电容器横截面取向上发生形变，并且该部分内的电容变化加和基本等于零。

图15示出在电容器拉伸相同的情况下将传感器101在两个可替换的平面上进行弯曲，并且其显现为电容器102的电容变化相同。图15示出不同模式的形变。在所示的每个示例中，如果传感器被附接到待装配的变形结构的外半径，则传感器101的长度将被延长。这是一种传感器旨在保持灵敏度的形变模式，并且这是通过电容器102来实现的，在被扭转结构中，沿着被期望随传感器进行延展的路径进行延展。其他模式的变形，诸如传感器是向左、向右或者向上弯曲可以通过电容器进行脱敏，其中的电容器被布置为关于穿过延长的传感器的路径发生扭转以便同一电容器具有相对其他部分正交的横截面。

现在将描述本发明的其他和另外的实施例。

在最简单的形式中，沿着根据本发明的实施例的传感器的长度方向的均匀扭转确保的是，所提供的接触区域大于扭转的周期，其中的接触区域将压力横向于传感器的长度方向施加到传感器，传感器的任何形变以相对于压力动作线的电容器横截面的每个取向，有效地均匀分布遍及传感器的各段。这用作有效地使得传感器对于压力不再敏感，因为发生形变使得电容增大的电容器的多个段基本上等于发生形变使得电容减小的电容器的多个段，因此它们对于被扭转传感器结构的总电容的影响相互抵消。然后，对于给定压力，电容增大的段相对于电容减小的比例不需要相等，但是能够通过改变对于给定形变具有特定取向的传感器长度的比重，调节该结构的灵敏度。例如，各向异性灵敏度能够通过如下方式进行调节：将传感器的平段放置在扭转结构内，其中平段定向于相对于期望压力的特定角度。利用这种控制具有特定取向的传感器的长度比重的简单方法能够用于产生在所有三个基本正交轴中具有不同灵敏度的传感器结构。

传感器101的扭转条带结构是可以通过经过集成的可变形电容器实现的结构的示例，其中经过集成的可变形电容器在传感器的任何给定区域或部分提供了多取向的电容器电极，使得电极中包含形变的区域中的电容器或区域所经历的形变由具有不同取向的部分或区域中的电极进行平衡。然而，读者应当清楚的是，在一些应用中并不需要这样。在可替换实施例中，可以使用实现基本相同电容器的恰当匹配取向的任何结构的电容器。

传感器的一些实施例可以具有支撑材料的区域，该支撑材料具有增大弹性模量以激励更大的延展从而控制传感器的弯曲特性。例如，能够确定相对延展相对于相对收缩的传感器内的深度。传感器的一些实施例可以在支撑材料中存在缝隙以控制传感器的弯曲特性。

在可替换实施例中，电容器的横截面可以沿着传感器的长度方向相对于其他部分非单调地旋转。可替换地说明，沿着整个方向，旋转或相对扭转并非是均匀的。在一些实施例中，提供交替的长扭转，然后是紧扭转。

本发明的实施例克服了申请人所观察到的源于平面的挠性且顺从性的电容式传感器的挑战，其中的电容式传感器对于几何形状的任何变化敏感。

各个实施例提供了可以调整或减小对于给定形变模式的灵敏度的传感器。

各个实施例提供了电学可测量的或者所有方向上的形变总和的特征的变化。这些实施例提供了关于所选择的形变模式的信息，否则这些形变模式不可能具有另外的信息。

本发明的实施例允许测量给定模式形变中的形变，诸如沿着延长的传感器的长度或长度方向，其中延长的传感器最初通过对于其他模式不再敏感而保持笔直，通过将电容器布置为具有在脱敏模式下发生形变的电极和介电部分，使得取消由于这些模式中的形变所导致的各个电容变化，但是经历着来自未脱敏模式形变中的形变不同变化。这样做的有利之处在于，不需要将进行对准以便经历沿着多个轴的形变的分开的电容器中的每个电容器的绝对值和相对值。这样可以不需要另外的互联，以及为了识别感兴趣的形变模式而进行的电容器输出的排序和另外的前处理。

本发明的实施例提供了所描述的包括挠性且顺从性电容器的传感器，其中的电容器配置为以三维形状嵌入在挠性且顺从性的基体中，该传感器具有如下的关键属性：对于未对准至感兴趣的期望轴的源自几何形状变化的形变不敏感。该传感器的关键方面将从下面的发明内容中变得清楚。

在一些实施例中，传感器是挠性且顺从性的。

在一些实施例中，传感器具有与最大灵敏度的期望方向对准的一个轴。

在一些实施例中，传感器对于与最大灵敏度的期望方向对准的一个轴的长度方向上的变化敏感，但是基本上对于与最大灵敏度的期望方向对准的轴进行垂直对准的轴上的变化不敏感。

在一些实施例中，传感器包括挠性且顺从性的电路。

在一些实施例中，传感器中所包括的挠性且顺从性的电路是挠性且顺从性的电容器。

在一些实施例中，挠性且顺从性的电容器包括至少一个挠性且顺从性的不导电介质，该不导电介质被夹在至少两个挠性且顺从性的导电层之间。

在一些实施例中，挠性且顺从性的电容器是通过组装以基本上平面的形式来制造的导电层和不导电层而形成的。

在一些实施例中，挠性且顺从性的电容器是通过选择性地沉积导电材料和非导电材料以形成挠性且顺从性的电容器而形成的。

在一些实施例中，传感器的输出与挠性且顺从性的电容器的几何形状有关。

在一些实施例中，挠性且顺从性的电容器的一个轴与传感器的轴进行对准，其中传感器的轴与最大灵敏度的期望方向对准。

在一些实施例中，挠性且顺从性的电容器沿着与最大灵敏度方向进行对准的轴的长度，大于挠性且顺从性的电容器沿着垂直于与最大灵敏度方向进行对准的轴的每个轴的长度。

在一些实施例中，最大灵敏度方向的轴所穿过的挠性且顺从性的电容器的两端以相对彼此相反的方向进行旋转，从而在电容器上施加扭转。

在一些实施例中，当电容器被扭转时，挠性且顺从性的电容器的两端经历至少90度的旋转。

在一些实施例中，挠性且顺从性的电容器在其使用期间保持在扭转状态。

在一些实施例中，挠性且顺从性的电容器被防止解开扭转。

在一些实施例中，挠性且顺从性的电容器被嵌入在挠性且顺从性基体中以防止其解开扭转。

在一些实施例中，源于垂直于最大灵敏度轴施加的压力的传感器形变通过挠性且顺从性基体，分布在挠性且顺从性电容器中至少四分之一的扭转周期的上。

在一些实施例中，传感器局部区域的电容变化是通过外部压力的作用线与挠性且顺从性电容器表面之间的入射角度进行管理的，其中传感器局部区域的电容变化是由于未对准到最大灵敏度轴的外部压力所造成的形变，该局部区域被限定为距离挠性且顺从性电容器的端部一定距离，其中的挠性且顺从性电容器表面处于沿着挠性且顺从性电容器的该距离处。

在一些实施例中，沿着性且顺从性电容器的长度方向的传感器的每个局部区域的电容总变化基本上等于零，在局部区域上由未对准最大灵敏度轴的外部压力来生成形变。

在一些实施例中，由于对准到最大灵敏度轴的外部压力引起的形变所导致的传感器局部区域的电容变化，其中该局部区域被限定为距离挠性且顺从性电容器的端部一定距离，该局域区域的电容变化对于导致传感器沿最大灵敏度轴变长的形变为正，对于导致传感器沿最大灵敏度轴变短的形变为负，不论局域区域关于传感器该端的旋转角度。

在上述描述和下面的权利要求中，词语“包括”或其等同变体以包容的方式来说明所述特征或多个特征的存在。该术语并不排除各种实施例中其他特征的添加或存在。

需要理解的是，本发明不限于在此所述的各个实施例，从参考附图所述的示例，本发明的范围和精神内的其他和另外的实施例对于技术读者是清楚的。特别地，本发明可以存在于在此所述的各个特征的任何组合，或者可以存在于具有已知等同于给定特征的那些特征的组合或可替换实施例。在此所述的本发明的示例实施例的修改和变化对于本领域技术人员将是清楚的，并且在不脱离所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下做出。

Claims (16)

1.一种传感器，所述传感器具有随着机械形变而变化的电容从而允许所连接的电路来测量形变，所述传感器包括：

通过介电材料分隔的导电材料，电容器可操作为发生形变并且随着所述电容器的形变而改变电容；所述电容器被设置为具有扭转平面的结构，其中所述电容器通过支撑材料支撑在该配置中。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中以下材料中的一种或多种是弹性的：所述支撑材料、所述电容器的导电材料、分隔所述电容器的导电材料的介电材料。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中所述电容器是介电弹性体设备。

4.根据权利要求1至4中的任一项所述的传感器，其中所述支撑材料的弹性不超过大约所述电容器的导电材料和分隔所述电容器的导电材料的介电材料中的一种或多种。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的传感器，其中所述支撑材料的弹性小于所述电容器的导电材料和分隔所述电容器的导电材料的介电材料中的一种或多种。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的传感器，其中所述电容器被设置为具有周期性的扭转结构。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的传感器，包括形变调整特征，所述形变调整特征被配置为使得表面沿着所述电容器的扭转结构的中心延展，所述表面限定在所述传感器的弯曲形变之下所述支撑材料内相对延展和相对收缩的区域之间的接合处。

8.根据权利要求7所述的传感器，其中所述形变调整特征包括弹性小于关于所述电容器的区域中的支撑材料的材料。

9.根据权利要求8所述的传感器，其中所述形变调整材料包括沿着所述传感器的一侧延展的材料条带。

10.一种传感器的加工方法，所述方法包括如下步骤：

形成可变形的电容器，所述可变形的电容器包括通过介电材料分隔的由导电材料形成的两个或多个电极，

将所述电容器的一端相对于所述电容器的另一端进行旋转，从而将所述电容器配置为沿着各个部分相对于其他部分旋转的路径延展的形状；以及

提供关于所述电容器的支撑材料以支撑所述材料中的所述电容器。

11.根据权利要求9所述的传感器的加工方法，其中下面的材料中的一个或多个是挠性且顺从性的：所述电极的导电材料，分隔所述电极和所述支撑材料的介电材料。

12.根据权利要求9或10所述的传感器的加工方法，其中下面的材料中的一个或多个是挠性且顺从性的：所述电极的导电材料，分隔所述电极和所述支撑材料的介电材料。

13.根据权利要求9至11中的任一项所述的传感器的加工方法，其中所述电容器是介电弹性体设备。

14.根据权利要求9至12中的任一项所述的传感器的加工方法，包括向所述传感器的一端提供材料的步骤，所述材料的弹性小于所述支撑材料，并且可以操作用于阻止靠近条带的区域中的支撑材料的延展。

15.一种本质上如在此参考图9至图14所描述和说明的传感器。

16.一种本质上如在此参考图13所描述和说明的传感器的加工方法。