CN108020156A - 弯曲传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弯曲传感器包含一软性电路基板、一绝缘分隔垫以及一软性导电基板。软性电路基板包含一绝缘本体、一第一电路以及一第二电路。第一电路与第二电路设置于绝缘本体的两侧，且第一电路包含多个第一指叉部，而第二电路包含多个与第一指叉部交错设置的第二指叉部。绝缘分隔垫是设置于绝缘本体，并使第一指叉部与第二指叉部露出。软性导电基板是设置于绝缘分隔垫，并设有一与第一指叉部及第二指叉部间隔设置的电阻层。其中，当弯曲传感器产生弯曲时，电阻层会随着弯曲变形量的提高而接触更多的第一指叉部与第二指叉部。因此本技术方案可以有效的进行双向弯曲的感测。

Description

弯曲传感器

技术领域

本发明涉及一种弯曲传感器，尤其涉及一种用于感测弯曲幅度的弯曲传感器。

背景技术

请参阅图1，图1是显示现有技术的弯曲传感器立体示意图。如图所示，现有的弯曲传感器PA100包含一电路基板PA1、一导电线路PA2以及一电阻变化层PA3。其中导电线路PA2与电阻变化层PA3皆设置于电路基板PA1上，且导电线路PA2还电性连结于电阻变化层PA3的一端，而电阻变化层PA3是由一导电段PA31与电阻段PA32所交错排列而成，因此，当弯曲传感器PA100受到弯折时，电阻段PA32因为延伸所产生的变形会大幅改变电阻值，进而可通过电阻值的变化来感测弯曲的幅度。

发明内容

有鉴于现有的弯曲传感器主要是在弯曲传感器受到弯折时，使电阻段因为延伸变形来增加电流的传导路径以及缩减电流通过的截面积，进而相对的使电阻产生变化，以进一步通过电阻的变化来推知弯曲传感器弯曲的程度，但也因为弯曲传感器是通过电阻段的延伸变形来改变电阻，因此会限制了弯曲传感器所能感测到的弯曲方向，使得弯曲传感器仅能感测单一弯曲方向的变化；缘此，本发明的目的在于提供一种新的弯曲传感器，以通过电路导通的程度来感测弯曲传感器的弯曲幅度，借以有效解决现有技术的弯曲传感器仅能单向进行感测的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种弯曲传感器，包含一软性电路基板、一绝缘分隔垫以及一软性导电基板。

软性电路基板包含一绝缘本体、一第一电路以及一第二电路。绝缘本体是沿一第一方向延伸。

第一电路是设置于绝缘本体上，并且包含一第一汇流部以及多个第一指叉部。第一汇流部是位于绝缘本体的一侧，并沿第一方向延伸。多个第一指叉部是分别自第一汇流部沿一相异于第一方向的第二方向延伸。

第二电路是设置于绝缘本体上，并且包含一第二汇流部以及多个第二指叉部。第二汇流部是位于绝缘本体相对于第一汇流部的另一侧，并沿第一方向延伸。多个第二指叉部是分别自第二汇流部沿第二方向的反向延伸，并与第一指叉部彼此交错排列。

绝缘分隔垫是设置于绝缘本体，并开设有一中空穿孔，第一指叉部与第二指叉部是自中空穿孔露出。

软性导电基板是与绝缘分隔垫结合，并与绝缘分隔垫及软性电路基板围构出一中空空间，且软性导电基板设有一电阻层，电阻层是自中空空间露出而面向第一指叉部与第二指叉部。

其中，当弯曲传感器因两端受力而在第一方向上产生弯曲时，电阻层会随着弯曲传感器的弯曲变形量提高而增加接触到第一指叉部与第二指叉部的数量，借以使电阻层在第一电路与第二电路之间的电阻值随着弯曲传感器的弯曲变形量提高而减少。

由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，第二方向是垂直于第一方向。

由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，绝缘本体是具有一第一端与一第二端，第一端是沿第一方向延伸至第二端。较佳者，第一电路还包含一第一传输部，第二电路还包含一第二传输部，第一传输部是自第一汇流部延伸至第一端所形成，第二传输部是自第二汇流部延伸至第一端所形成。

由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，绝缘分隔垫包含一第一侧边支撑部、一第二侧边支撑部以及一末端支撑部。第一侧边支撑部是设置于绝缘本体的一侧，并位于绝缘本体与软性导电基板之间。第二侧边支撑部是设置于绝缘本体相对于第一侧边支撑部的另一侧，并位于绝缘本体与软性导电基板之间。末端支撑部是设置于绝缘本体的一端，并一体成型地连结于第一侧边支撑部与第二侧边支撑部，借以使第一侧边支撑部、第二侧边支撑部以及末端支撑部围构形成中空穿孔。

其中，第一侧边支撑部还具有一第一末端支撑部，第二侧边支撑部还具有一第二末端支撑部，第一末端支撑部与第二末端支撑部是在绝缘本体相对于末端支撑部的另一端形成一连通于中空空间的缺口。

由上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，弯曲传感器还包含一补强板，是贴合于软性导电基板。

基于以上所述，由于本发明所提供的弯曲传感器是将第一电路与第二电路设置于同一软性电路基板上，并利用绝缘分隔垫来分隔软性电路基板与软性导电基板，因此当弯曲传感器弯曲时，软性电路基板与软性导电基板会因为弯曲时所产生的变形而通过绝缘分隔垫的中空穿孔彼此接触而导通，且由于本发明是通过接触面积的多寡来判断弯曲幅度，因此可以有效的进行双向弯曲的感测。

附图说明

图1是显示现有技术的弯曲传感器立体示意图；

图2是显示本发明较佳实施例所提供的弯曲传感器的立体分解示意图；

图3A是显示本发明较佳实施例所提供的弯曲传感器另一视角的立体分解示意图；

图3B是为图3A的A处的放大示意图；

图4是显示本发明较佳实施例所提供的弯曲传感器的立体示意图；

图5是为图4的A-A剖面的剖面示意图；

图6A是为图4的B-B剖面的剖面示意图；

图6B是为图6A的C处的部分放大示意图；

图7是对应于图6A的等效电路示意图；

图8是显示以图4的A-A剖面视角观视弯曲传感器的第一端与第二端受力而向下微幅弯折时的剖面示意图；

图9A是显示以图4的B-B剖面视角观视弯曲传感器的第一端与第二端受力而向下微幅弯折时的剖面示意图；

图9B是为图9A的D处的部分放大示意图；

图10是对应于图9A的等效电路示意图；

图11A是显示以图4的A-A剖面视角观视弯曲传感器的第一端与第二端受力而向下大幅弯折时的剖面示意图；

图11B是为图11A的E处的部分放大示意图；

图12是对应于图11A的等效电路示意图；

图13是显示本发明的弯曲传感器与现有技术的弯曲传感器的电压变化趋势示意图；

图14是显示以图4的A-A剖面视角观视弯曲传感器的第一端与第二端受力而向上大幅弯折时的剖面示意图。

附图标号说明：

PA100 弯曲传感器；

PA1 电路基板；

PA2 导电线路；

PA3 电阻变化层；

PA31 导电段；

PA32 电阻段；

100 弯曲传感器；

1 软性电路基板；

11 绝缘本体；

111 第一端；

112 第二端；

12 第一电路；

121 第一汇流部；

122 第一传输部；

123、123a、123b、123c 第一指叉部；

13 第二电路；

131 第二汇流部；

132 第二传输部；

133 第二指叉部；

2 绝缘分隔垫；

21 第一侧边支撑部；

211 第一末端支撑部；

22 第二侧边支撑部；

221 第二末端支撑部；

23 末端支撑部；

24 中空穿孔；

25 缺口；

3 软性导电基板；

31 绝缘基板；

32 电阻层；

4 补强板；

L1 第一方向；

L2 第二方向；

S 中空空间；

OP 排气通道；

R1 第一电阻；

R2 第二电阻；

R3 第三电阻；

R4 第四电阻；

R5 第五电阻；

Rn 第n个电阻；

P1、P2、P3、P4、P5 曲线；

n1、n2、n3、n4、n5 曲线。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图2、图3A与图3B，图2是显示本发明较佳实施例所提供的弯曲传感器的立体分解示意图；图3A是显示本发明较佳实施例所提供的弯曲传感器另一视角的立体分解示意图；图3B是为图3A的A处的放大示意图。如图所示，一种弯曲传感器100包含一软性电路基板1、一绝缘分隔垫2、一软性导电基板3以及一补强板4。

软性电路基板1包含一绝缘本体11、一第一电路12以及一第二电路13。绝缘本体11具有一第一端111与一第二端112，第一端111是沿一第一方向L1延伸至第二端112。

第一电路12是设置于绝缘本体11上，并且包含一第一汇流部121、一第一传输部122以及多个第一指叉部123(图中仅标示一个)。第一汇流部121是位于绝缘本体11的一侧，并沿第一方向L1延伸。第一传输部122是自第一汇流部121延伸至第一端111所形成。多个第一指叉部123是分别自第一汇流部121沿一垂直于第一方向L1的第二方向L2延伸。

第二电路13是设置于绝缘本体11上，并且包含一第二汇流部131、一第二传输部132以及多个第二指叉部133(图中仅标示一个)。第二汇流部131是位于绝缘本体11相对于第一汇流部121的另一侧，并沿第一方向L1延伸。第二传输部132是自第二汇流部131延伸至第一端111所形成。多个第二指叉部133是分别自第二汇流部131沿第二方向L2的反向延伸，并与第一指叉部123彼此交错排列。在实务上，第一电路12与第二电路13为导电浆料，例如为银漆。

请继续参阅图4至图6A，图4是显示本发明较佳实施例所提供的弯曲传感器的立体示意图；图5是为图4的A-A剖面的剖面示意图；图6A是为图4的B-B剖面的剖面示意图。如图所示，绝缘分隔垫2包含一第一侧边支撑部21、一第二侧边支撑部22以及一末端支撑部23。第一侧边支撑部21是设置于绝缘本体11设有第一电路12的一侧。第二侧边支撑部22是设置于绝缘本体11相对于第一侧边支撑部21的另一侧。末端支撑部23是设置于第一端111，并一体成型地连结于第一侧边支撑部21与第二侧边支撑部22，借以使第一侧边支撑部21、第二侧边支撑部22以及末端支撑部23围构形成中空穿孔24，使第一指叉部123与第二指叉部133是自中空穿孔24露出。其中，第一侧边支撑部21还具有一延伸至第二端112的第一末端支撑部211，第二侧边支撑部22还具有一延伸至第二端112的第二末端支撑部221，且第一末端支撑部211与第二末端支撑部221是于第二端112形成一连通至中空穿孔24的缺口25。此外，在本实施例中，绝缘分隔垫2是绝缘树脂所形成的垫片。

软性导电基板3包含一绝缘基板31与一电阻层32。绝缘基板31是覆盖地黏合设置于绝缘分隔垫2，并与软性电路基板1将绝缘分隔垫2的中空穿孔24围构成一中空空间S，以及将缺口24围构成一连通于中空空间S的排气通道OP。电阻层32是面向软性电路基板1而设置于绝缘基板31，借以自中空空间S露出而与第一指叉部123与第二指叉部133间隔设置。其中，绝缘基板31的材质在本实施例中是以绝缘树脂所构成具有可挠性的塑胶基板，而电阻层32是以碳漆涂布于绝缘基板31所形成。

补强板4是粘贴于软性导电基板3的绝缘基板31相对于电阻层32的另一面，借以通过补强板4与软性导电基板3的结合，增加弯曲传感器100整体的刚性或弹性。

请继续参阅图6B与图7，图6B是为图6A的C处的部分放大示意图；图7是对应于图6A的等效电路示意图。如图所示，多个第一指叉部123中的三个第一指叉部123a、123b以及123c与多个第二指叉部133中的三个第二指叉部133a、133b以及133c为交错地排列，而当电阻层32接触到第一指叉部123a、123b与123c以及第二指叉部133a、133b与133c时，会分别在第一指叉部123a与第二指叉部133a、第二指叉部133a与第一指叉部123b、第一指叉部123b与第二指叉部133b、第二指叉部133b与第一指叉部123c以及第一指叉部123c与第二指叉部133c之间分别形成彼此并联的一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第三电阻R3、一第四电阻R4以及一第五电阻R5；然而，由于在图5中，弯曲传感器100的第一端111与第二端112尚未受力而向下而产生弯折，因此电阻层32尚未接触到第一指叉部123与第二指叉部133，致使第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第五电阻R5在第一电路12与第二电路13之间相当于断路的状态。

请继续参阅图8与图9A，图8是显示以图4的A-A剖面视角观视弯曲传感器的第一端与第二端受力而向下微幅弯折时的剖面示意图；图9A是显示以图4的B-B剖面视角观视弯曲传感器的第一端与第二端受力而向下微幅弯折时的剖面示意图。如图所示，当第一端111与第二端112同时受力而向下微幅弯折时，由于弯曲的应力主要是集中在弯曲传感器100的中心，因此绝缘本体11与绝缘基板31会产生弯曲变形而朝向中空空间S挤压，使得位于弯曲传感器100的中心处的第一指叉部123、第二指叉部133以及电阻层32会被挤向中空空间S，进而使电阻层32接触并导通第一指叉部123与第二指叉部133。

而在图9A中，由于第一端111与第二端112是稍微受力而使弯曲传感器100微幅弯曲，因此仅有位于弯曲传感器100的中心处的第一指叉部123、第二指叉部133以及电阻层32互相接触，而位于弯曲传感器100两端的第一指叉部123、第二指叉部133以及电阻层32则仍旧保持彼此间隔的状态。此外，由于弯曲传感器100受到外力而呈形弯折状态时，虽然软性电路基板1、绝缘分隔垫2、软性导电基板3以及补强板4会产生变形而使中空空间S被压缩，此时由于中空空间S是通过排气通道OP连通至外部，因此当中空空间S被压缩时，其内部的气体也可通过排气通道OP排出而不会使整个弯曲传感器100爆开。

请继续参阅图9B与图10，图9B是为图9A的D处的部分放大示意图；图10是对应于图9A的等效电路示意图。如图所示，由于在弯曲传感器100的第一端111与第二端112同时受力而微幅向下弯曲，因此电阻层32接触到了第一指叉部123b与123c以及第二指叉部133a与133b，致使电阻层32分别导通第二指叉部133a与第一指叉部123b、第一指叉部123b与第二指叉部133b以及第二指叉部133b与第一指叉部123c，进而在第二指叉部133a与第一指叉部123b之间形成第二电组R2，在第一指叉部123b与第二指叉部133b之间形成第三电阻R3以及在第二指叉部133b与第一指叉部123c之间形成第四电阻R4；其中，由于电阻层32未接触到第一指叉部123a与第二指叉部133c，因此第一指叉部123a与第二指叉部133a之间并未通过电阻层32的第一电阻R1导通，而第一指叉部123c与第二指叉部133c之间同样不会通过电阻层32的第五电阻R5导通，此时，第一电路12与第二电路13之间的总电阻即为(R2·R3·R4)/(R2+R3+R4)。

请继续参阅图11A，图11A显示以图4的A-A剖面视角观视弯曲传感器的第一端与第二端受力而向下大幅弯折时的剖面示意图。如图所示，当弯曲传感器100的第一端111与第二端112同时受力而大幅向下弯曲时，不仅会使位于弯曲传感器100的中心处的第一指叉部123、第二指叉部133以及电阻层32互相接触，甚至连位于弯曲传感器100两端的第一指叉部123、第二指叉部133以及电阻层32都互相接触而导通。

请继续参阅图11B与图12，图11B为图11A的E处的部分放大示意图；图12是对应于图11A的等效电路示意图。如图所示，由于弯曲传感器100的第一端111与第二端112同时受力而大幅向下弯曲，因此使得电阻层32在第一电路12与第二电路13之间形成多个电阻，包含第一电阻R1、一第二电阻R2、一第三电阻R3、一第四电阻R4、一第五电阻R5…以及第n个电阻Rn，而总电阻即为(R1·R2·R3·R4·R5…Rn)/(R1+R2+R3+R4+R5+…Rn)。

如上所述，由于本发明的弯曲传感器100在第一方向L1上的两端受力而使弯曲传感器100弯曲时，会因为弯曲传感器100的弯曲变形量来影响到电阻层32接触到第一指叉部123与第二指叉部133的数量，因此第一电路12与第二电路13之间的电阻值会随着电阻层32接触到第一指叉部123与第二指叉部133的数量增加而递减。其中，弯曲变形量可由曲率、角位移或位移变形量所定义。

承上所述，由于电阻层32在接触到第一指叉部123与第二指叉部133时，会在第一指叉部123与第二指叉部133相邻的二者之间因电阻层32的导通而产生一电阻值，因此当电阻层32因为弯曲传感器100的弯曲变形量提高而增加接触到第一指叉部123与第二指叉部133的数量时，会因为多个第一指叉部123与多个第二指叉部133分别通过电阻层32导通而使第一电路12与第二电路13之间产生多个彼此并联的电阻值，进而使第一电路12与第二电路13之间的总电阻值降低，意即第一电路12与第二电路13之间的总电阻值会随着弯曲传感器100的弯曲变形量递增而递减，相对的使得第一电路12与第二电路13之间所量测到的电压值随着弯曲传感器100的弯曲变形量递增而递减。

请继续参阅图13，图13是显示本发明的弯曲传感器与现有技术的弯曲传感器的电压变化趋势示意图。如图所示，曲线P1、P2、P3、P4与P5为本发明的弯曲传感器100贴合于直径130mm、98mm、76mm、60mm与47mm的圆柱曲面所量测到的数据变化，而曲线n1、n2、n3、n4与n5为现有技术的弯曲传感器PA100贴合于直径130mm、98mm、76mm、60mm与47mm的圆柱曲面所量测到的数据变化。其中，由于圆柱的直径越低，其周长也会越小，因此当本发明的弯曲传感器100贴合于直径130mm的圆柱周面时，其弯曲变形量较小，而当弯曲传感器100贴合于直径47mm的圆柱周面时，其弯曲变形量较大，而由于本发明的弯曲传感器100会随着弯曲变形量的增加而使电阻层32导通第一电路12与第二电路13的电阻值降低，因此弯曲传感器100感测到的电压值也会相对应的随着圆柱直径的减少而递减。

然而，由于现有技术的弯曲传感器PA100是随着弯曲变形量的增加而使导通的电阻值增加，因此弯曲传感器PA100感测到的电压值也会相对应的随着圆柱直径的减少而递增。

此外，由于本发明的弯曲传感器100会随着弯曲变形量的增加而使等效电阻值降低，因此相较于现有技术的弯曲传感器PA100仅能依据电阻层的变形量来线性的增加电阻值而言，本发明的弯曲传感器100所量测的范围较大，意即可相对的提高量测的灵敏度。

请继续参阅图14，图14是显示以图4的A-A剖面视角观视弯曲传感器的第一端与第二端受力而向上大幅弯折时的剖面示意图。如图所示，本发明的弯曲传感器100也可在两端受力而向上弯折时，使电阻层32接触并导通第一电路12与第二电路13，意即本发明的弯曲传感器100可以进行双向的弯曲感测。

综上所述，相较于现有的弯曲传感器是通过电阻段的延伸变形使电阻产生变化，因此限制了弯曲传感器所能感测到的弯曲方向；本发明利用电路导通的程度来感测弯曲传感器的弯曲幅度，可以有效解决现有技术的弯曲传感器仅能单向进行感测的问题。此外，本发明更可有效提高感测的灵敏度。

上述仅为本发明较佳的实施例而已，并不对本发明进行任何限制。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术手段的范围内，对本发明揭示的技术手段和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术手段的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种弯曲传感器，包含：

一软性电路基板，包含：

一绝缘本体，是沿一第一方向延伸；

一第一电路，是设置于所述绝缘本体上，并且包含：

一第一汇流部，是位于所述绝缘本体的一侧，并沿所述第一方向延伸；以及

多个第一指叉部，是分别自所述第一汇流部沿一相异于所述第一方向的第二方向延伸；以及

一第二电路，是设置于所述绝缘本体上，并且包含：

一第二汇流部，是位于所述绝缘本体相对于所述第一汇流部的另一侧，并沿所述第一方向延伸；以及

多个第二指叉部，是分别自所述第二汇流部沿所述第二方向的反向延伸，并与所述多个第一指叉部彼此交错排列；

一绝缘分隔垫，是设置于所述绝缘本体，并开设有一中空穿孔，所述多个第一指叉部与所述多个第二指叉部是自所述中空穿孔露出；以及

一软性导电基板，是与所述绝缘分隔垫结合，并与所述绝缘分隔垫及所述软性电路基板围构出一中空空间，且所述软性导电基板设有一电阻层，所述电阻层是自所述中空空间露出而面向所述多个第一指叉部与所述多个第二指叉部；

其中，当所述弯曲传感器因两端受力而在所述第一方向上产生弯曲时，所述电阻层会随着所述弯曲传感器的一弯曲变形量的改变而改变接触所述多个第一指叉部与所述多个第二指叉部的数量，进而改变所述第一电路与所述第二电路之间的一等效电阻值，借以通过感测所述等效电阻值而获得所述弯曲变形量。

2.根据权利要求1所述的弯曲传感器，其中，所述第二方向是垂直于所述第一方向。

3.根据权利要求1所述的弯曲传感器，其中，所述绝缘本体是具有一第一端与一第二端，所述第一端是沿所述第一方向延伸至所述第二端。

4.根据权利要求3所述的弯曲传感器，其中，所述第一电路还包含一第一传输部，所述第二电路还包含一第二传输部，所述第一传输部是自所述第一汇流部延伸至所述第一端所形成，所述第二传输部是自所述第二汇流部延伸至所述第一端所形成。

5.根据权利要求1所述的弯曲传感器，其中，所述绝缘分隔垫包含：

一第一侧边支撑部，是设置于所述绝缘本体的一侧，并位于所述绝缘本体与所述软性导电基板之间；

一第二侧边支撑部，是设置于所述绝缘本体相对于所述第一侧边支撑部的另一侧，并位于所述绝缘本体与所述软性导电基板之间；以及

一末端支撑部，是设置于所述绝缘本体的一端，并一体成型地连结于所述第一侧边支撑部与所述第二侧边支撑部，借以使所述第一侧边支撑部、所述第二侧边支撑部以及所述末端支撑部围构形成所述中空穿孔。

6.根据权利要求5所述的弯曲传感器，其中，所述第一侧边支撑部还具有一第一末端支撑部，所述第二侧边支撑部还具有一第二末端支撑部，所述第一末端支撑部与所述第二末端支撑部是在所述绝缘本体相对于所述末端支撑部的另一端形成一连通于所述中空空间的缺口。

7.根据权利要求1所述的弯曲传感器，还包含一补强板，是贴合于所述软性导电基板。