CN1125914C - 力敏传感器和系统 - Google Patents

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Abstract

一种力敏传感器，包括上和下覆盖层(10、12)，上覆盖层是弹性可弯曲的，并且为了便于说明，将其表示为透明的。一个导电层(14)携带分开的各个电绝缘垫片(16)，电绝缘垫片(16)将导电层(14)与两个导电部件(18、20)分开。两个导电部件(18、20)中的每一个都有多个相互隔开的弹性指状物(24、28)，两个部件(18、20)的指状物是相互交错的。指状物是由层(10)上的膜形成的。在没有垫片(16)支撑的部件(18、20)的位置，部件(18、20)在正常情况下通过上层(10)的弹性保持与导电层(14)分隔开。响应于外加的力(F)，使一个或多个指状物(24、28)受到压缩，与导电层(14)接触，从而产生一个相应的电信号。垫片(16)的位置应该保证它们不会增加传感器的整个宽度(W)。通过一个突起(29)将由一个相当大面积的平直物体施加的力传递到指状物(24、28)之一。沿着传感器可以有相互隔开的多个突起(29)。这个传感器可用在安全系统中，用于检测在一个具有电机驱动的滑动窗口玻璃的窗口开口中的障碍物。

Description

力敏传感器和系统
本发明涉及纵向延伸的力敏传感器，它包括：第一纵向延伸的导电装置；叠加在第一装置上的第二导电装置；定位在第一装置和第二装置的纵向分布的部分之间并且使二者隔开的电绝缘部分，第二装置的对应的其余部分沿传感器纵向方向分布，并且在正常情况下被弹性地保持从而与第一装置分隔开，但每个其余部分能够响应于施加到其上的力而独立于它其余部分发生弯曲并克服弹性与第一装置接触，借此可以产生一个力敏输出；以及确定突起装置的装置，所说的突起装置沿传感器的纵向延伸的横向方向延伸，并且从第二装置向外朝离开第一装置的方向延伸，用于接受一个力并且将这个力传递到其余部分。
这样一种传感器例如表示在DE-A-19706481中。在这种传感器中，第二导电装置具有梯子状的结构，它的平行的侧面部件沿传感器的长度方向延伸，并且通过绝缘装置与第一导电装置电绝缘。第二导电装置的梯子状结构的交叉部件弹性地穿过电绝缘装置中的间隙，从而在单独响应于加到任何一个或多个交叉部件上的力时可以压住这些交叉部件，使之与第一导电装置产生相应的电接触。
然而，如果一个力加在包围第二导电装置的梯子状结构的侧面部件和多个交叉部件的一个区上，有可能不会产生单独加到交叉部件之一上使之弯曲与第一导电装置接触所必需的力。因此，传感器在响应这个力时有可能没有任何输出。本发明的目的就是处理这个问题。
上述首先提出的这种传感器也是从US-A-4621223公知的。这篇文献表示出一种传感器，其中，在一个电绝缘片的同一个平面上形成平行并排的第一和第二导电层，电绝缘片折叠起来以提供导电层，在它们之间提供梯子状结构纵向延伸的电绝缘体。一个外加的力通过绝缘体中间隙之一可以弯曲第一导电层的一部分，使之与第二层接触。然而，如果这个力加在一个相当大的区域上，则有可能不会产生这种接触，因为绝缘体的梯子状结构的交叉部件将会阻止第一导电层的必要的弯曲。
因此，按照本发明，以上首先提出的传感器的特征在于：每个突起装置的位置都与唯一的一个相应的其余部分对齐，以接收加在包围该多个其余部分的一个区上的力并且将这个力传送到所说的这个其余部分之一上。
下面参照附图只借助于实例描述实现本发明的力敏传感器和系统，以及实现本发明的和用在机动车中的窗口安全系统，其中：
图1是一个传感器的透视图；
图2是图1的传感器的放大的端视图；
图3是用在图1和2的传感器中使用的一个导电部件的透视图；
图4是另一个传感器的透视图；
图5是图4的传感器的放大的端视图；
图6是用在图4的传感器中使用的一个电绝缘垫片的透视图；
图7是另一个传感器的透视图；
图8是图7的传感器的一个改进形式在其制造阶段的透视图；
图9是实施传感器之一的并且安装在机动车的窗口框架上的一个窗口通道的剖面图。
图1、2和3表示的是传感器之一。传感器具有一个不确定的长度l和预定的宽度W。在响应于沿传感器的表面并且沿垂直于平面IW的方向(或至少与平面lW交叉的方向)加到传感器上各点的力，所说的传感器将产生一个可检测的电信号。
如图1和2所示，该传感器有一个长方形的覆盖层10，覆盖层10由具有柔性和弹性的电绝缘材料制成，并且在传感器的整个上表面上延伸(如图1和2所示)。在图1中表示的覆盖层10是透明的，因此可以露出这个传感器的整个结构。然而，在正常情况下，这个覆盖层10并不是透明的。
沿传感器的下表面定位一个类似的覆盖层12(如图1和2所示的)；层12也是不导电的。长方形的一个导电层14安装在覆盖层12上并且基本上覆盖它的整个长度和宽度。层14最好是一个导电膜，可以由印刷电路技术在层12上形成。同样可由印刷电路技术形成的电绝缘垫片16沿导电层14安装在导电层14上并有一定的间隔。
在层10的下侧形成两个分开的、内部相互交错的、导电部件18和20。导电部件18和20最好是可由印刷电路技术在层10上形成的导电膜。在图3中更加清楚地表示出部件18的形状。如图所示，部件18包括一个边缘部分22，从边缘部分22整体式地伸出两个指状物24。如图1所示，对于部件18和20进行安排，以使部件18的每个指状物24定位在部件20的两个指状物28之间。
绝缘垫片16和携带部件18和20的覆盖层10结合起来可以保证：在部件18和20中的任何一个和导电层14之间在正常情况下没有任何接触。
如图1和2所示，在层10上紧挨着指状物24、28之一的上方安装一个突起29。最好沿传感器的长度方向以适当的间隔(例如，5或10厘米的间隔)按类似的方式定位另外一些相互隔开的突起，每个突起都定位在一个指状物24或28之上。
在操作中，沿箭头F的方向加到传感器上的力使覆盖层10弯曲，于是压紧一个或多个指状物24或28，使之与下边的导电层14电接触。因以可以完成一个电路，并且可以用任何一个常规的方法对此进行检测。
显然，如果力F加在相邻两个指状物24、28之间的一个极小的区域，以及比这个区还小的区域，那么可能出现的情况就是：没有任何电信号产生。因此在实践中，要对两个指状物之间的间隔进行选择，使这个间隔足够小以产生所需的检测灵敏度。
如果借助于其宽度与包围几个指状物24、28的宽度W和长度相当或大于所说的宽度W和长度的大体上平直的物体向传感器施加作用力，这样一个平直物体将接触一个或多个突起29，因而可以保证，至少一个指状物24、28将发生弯曲从而与导电层14接触。如果没有突起29，则有可能出现的情况是，由这样一个平直物体施加的力将不会产生电信号，因为没有一个指状物24、28发生弯曲。
当在一个小的面积上加力时，这个力自然可以直接加到覆盖层10上，或者经过一个突起29施加到覆盖层10上，这取决于力的作用点的位置。
虽然突起29已经被描述为定位在覆盖层10的外表面上(或以类似的方式定位在层14上)，但它们也可以按另一种方式定位在覆盖层10(或层14)的下面，所以可以被覆盖层覆盖，其条件是这个覆盖层能充分弯曲，使之成为可能。因此，每个这样的突起形成对应层的一个向外突起的部分，用于实现和每个突起29相同的目的。
在图1中，垫片16用实线表示，有助于对于附图的理解。在实践中，垫片16自然是看不见的。
在一种改进中，导电部件18、20可由任何其它合适形状的导电部件或膜代替。例如，导电部件18、20可由单一连续的导电层或膜代替，这个连续的导电部件或膜在区lW上方延伸，并且类似于垫片16与层14分开、或者通过它自身的弹性或通过覆盖层13的弹性(在导电层形成在层12上的情况下)与层14分开。再一次地，突起29可以沿着覆盖层10间隔开地定位，从而可以保证：通过一个相当大的大体上平直的物体施加一个力将产生一个电信号。
按类似的方式参照和图1、2、3类似的图4、5、6的各项特征。
在图4、5、6的实施例中，由一个连续单个垫片32代替图1、2、3的各个分开的垫片16，该连续单个垫片32为曲折形式，它所确定的间隙34沿传感器的宽度方向并且在与指状物24和28重合的位置延伸。如以前所述，部件18、20的指状物24、28和其余部分可作为一个膜形成在绝缘覆盖层10的下侧。在导电层14和导电部件18、20的边缘部分22、26之间定位垫片32的沿传感器的纵向方向延伸的部分36。垫片32的沿横向方向延伸的部分38支撑在指状物24、28之间的覆盖层10，因此间接地帮助了部件18、20的支撑，并且保持它们和导电层14分开。因此，通过垫片32使导电部件18和20与导电层14电绝缘。然而，在响应作用力F时，如以上结合附图1、2、3所述的，覆盖层10弯曲，一个或多个指状物24、28受压与导电层14接触，从而产生一个可检测的电信号。
再一次地，在覆盖层10上设置突起29，突起29在指状物24、28上沿传感器方向间隔地定位，从而可以保证，较大的物体施加的作用力能够产生电信号。
垫片32可以有任何适宜的形状来提供部件18、20和层14之间的电绝缘隔离，垫片32提供的支撑至少部分地横过传感器的宽度，垫片32的形状应使这个支撑足够大，同时又不会增加传感器的整个宽度，并且不会减小它对于施加的作用力F的灵敏度。垫片32可以通过常规的印刷电路技术在导电层14上形成。然而，它也可以是一个单独的片。
如以上结合图1-3所述的，在图4-6的实施例中的导电部件18、20可以由任何适宜形状的一个或多个导电部件代替，以使导电部分在垫片32中的间隙上延伸，并且在导电部分成形为在层12上的膜的情况下所说的导电部分在这里由它们的固有的弹性支撑或由覆盖层12的弹性支撑。再一次地，可以提供突起29。
图7中与图1-6中相似的各项特征标有类似的参考号。
在图7的实施例中，用一系列绝缘垫片39代替图1-3的各个垫片16和图4-6垫片32，所说的一系列绝缘垫片39沿传感器的宽度方向有一定间隔地延伸，每个垫片和传感器的长度方向成一个角度α。在这个实施例中，部件18、20由单个连续的柔性导电层或膜18A代替，所说的导电层或膜18A大体在整个区域lW上延伸。与以上所述相同的方式，垫片39再加上覆盖层10的弹性可以保证：在正常情况下，在导电层18A和导电层14之间没有任何接触。但在响应作用力F时，如以上结合先前的实施例所述的，覆盖层10弯曲，在垫片39之间的一个或多个间隙上的导电层18A受压与导电层14接触，从而可以产生一个可以检测到电信号。再一次地，突起29可以保证这个传感器能够响应由相当大的大体平直的物体施加的力。突起29最好定位在垫片39之间的间隙上。
优选地，可以改变角度α以便在不增加传感器的整个宽度的条件下改变传感器的灵敏度。优选地，改变垫片80的宽度可以得到同样的结果。因此，增加角度α和/或增加垫片39的宽度都将减小传感器对于施加的力F的灵敏度。
图8表示的是制造图7的传感器过程中的一个阶段。如图所示，层10、12是初始是平直的单个的电绝缘基片11的相应部分。导电层18A和14是作为在基片11上的两个平行条形成的。然后，在这两个平行条之一上(或者在它们的每一个上)形成绝缘垫片39。在基片11的外侧并在导电条18A的对面(或者在两个导电条18A、14的对面)形成突起29。最后，将基片11折叠起来，产生最终的传感器。可以使用其中利用单个基片11的这种方法产生传感器，而不管其中是否有突起29。
可以对上述的传感器进行设计，使其不仅响应于附图中表示的加在上表面上的力，而且还要响应加在下表面上的力。通过使层12和14可以弹性弯曲，可以实现这一点。在这种情况下，在下表面上定位和突起29类似的突起。
在许多要求在响应于施加的力时产生电信号的应用中，可以使用如图1-7所示的传感器。一种特殊的应用涉及到检测可以由电动门窗玻璃关闭的机动车体的窗口开口中的障碍。
图9表示通过窗口开口的窗口框架42的一个剖面图。内和外框架部件48和49支撑一个刚性的安装通道46。安装通道46支撑一个窗口密封和导向通道50。窗口通道50可由挤出的或模注的柔性材料制成，如橡胶或塑料材料。这个通道的侧壁的远端边缘具有向外伸出的唇部52和54，它们在安装通道46的相应边缘上延伸。在靠近通道50的基部，具有向外伸出地更多的唇部56和58，唇部56和58啮合框架部件48和49的弯曲过来的边缘区，并且弹性地保持通道50在安装通道46内。
通道50还具有唇部60和62，唇部60和62跨过通道的口部，该通道还具有靠近通道基部的另一个内唇64。图9表示窗口玻璃44，窗口玻璃44当提升到关闭位置时进入通道50中，唇部60和62的外表面靠在它的相对的表面上，而唇部64靠在玻璃的边缘上。可以用一层毛絮66或其它类似材料覆盖与玻璃44接触的唇部60、62、64。在通道50的每个侧壁的远端边缘内，嵌入一个力敏传感器70，使其可以沿通道50的至少一部分的长度方向的纵向起作用；优选地，力敏传感器沿通道50的这个部分起作用，通道50的这个部分沿窗口开口的顶部延伸并且向下到车的“A”柱至后窥镜区。优选地，每个传感器70都具有图1、2、3、图4、5、6、或图7中所示的形式。
如果当窗口玻璃整个或部分地开启时在窗口开口中出现一个障碍物(如人体的一部分)，通过关闭窗口玻璃将向上携带这个障碍物，并且将使一个力F(见图9)作用到通道50的一个或两个侧壁的远端，然后通过这个通道的材料将这个力发送到对应的传感器。如结合前几个图说明过的，这将移动导电部件18、20(或者对于图7的实施例，这将移动导电层18A)的一个或多个指状物24和/或28，于是产生一个可检测的电控制信号。可以利用这个控制信号停止正在提升窗口的电机，然后最好再反转电机降低这个窗口。

Claims (25)

1、一种纵向延伸的力敏传感器，它包括：纵向延伸的第一导电装置(14)；叠加在第一导电装置(14)上的第二导电装置(18、20、18A)；定位在第一导电装置(14)和第二导电装置(18、20、18A)的纵向分布部分之间并且使二者隔开的电绝缘装置(16、32、39)，第二导电装置(18、20、18A)的各自其余部分(24、28)沿传感器的纵向分布并且通常利用其自身的弹性被弹性保持地与第一导电装置(14)分隔开，但每一个其余部分能够响应于施加到其上的力并克服弹性地独立于其它其余部分(24、28)发生弯曲地与第一导电装置(14)接触，借此可以产生一个力敏输出；及确定突起装置的装置(29)，所述突起装置沿传感器纵向延伸部的横向延伸并且在离开第一导电装置(14)的方向上延伸到第二导电装置(18、20、18A)外的，以便接受一个力并且将这个力传递到其余部分(24、28)，其特征在于：所述或每个突起装置(29)被定位成只与其余部分(24、28)中的各自一个对齐，以便接受一个施加在一个包围多个其余部分(24、28)和许多纵向分布部分的区域上的力并且将这个力传递给上述那个其余部分(24、28)。
2、根据权利要求1的传感器，其特征在于：该电绝缘装置包括纵向隔开的多个分立的绝缘装置(16、32、39)。
3、根据权利要求1或2的传感器，其特征在于：第二导电装置的其余部分包括指状物(24、28)，指状物(24、28)基本垂直于纵向地延伸并且在第一导电装置(14)上方延伸。
4、根据权利要求1的传感器，其特征在于：第二导电装置包括多个导电条(24、28)，这些导电条相互平行地延伸并且并排安置，但它们之间沿传感器的纵向隔开，导电条(24、28)连接到沿传感器纵向延伸的一个导体(22、26)上。
5、根据权利要求4的传感器，其特征在于：该电绝缘装置包括多个分立的绝缘垫片(16)，这些垫片只定位在至少某些导电条(24、28)的对应部分和第一导电装置(14)之间。
6、根据权利要求5的传感器，其特征在于：导电条(24、28)是在一个弹性可弯曲层(10)上形成的。
7、根据权利要求4的传感器，其特征在于：导电条(24、28)是在一个弹性可弯曲层(10)上形成的，该电绝缘装置包括以一定间隔定位在导电条(24、28)之间的绝缘装置(32)，绝缘装置(32)将可弯曲层(10)和第一导电装置(14)分隔开，导电条(24、28)通过可弯曲层(10)的弹性保持和第一导电装置(14)分开，直到层(10)通过所加的力朝第一导电装置(14)弯曲为止。
8、如权利要求4-7之一所述的传感器，其特征在于：导电条(24、28)是从导体(22、26)伸出的指状物形式。
9、根据权利要求8的传感器，其特征在于：两个导体沿传感器的纵向相互平行地并且相互隔开地延伸，某些指状物(24)从导体(22)之一伸出，另一些指状物(28)从另一个导体(26)伸出，指状物(24，28)二者之间相互交错。
10、根据权利要求4的传感器，其特征在于：导电条(24、28)是从导体(22、26)伸出的指状物形式，电绝缘装置包括分立的绝缘装置(16)，每个绝缘装置(16)靠近相应的一个指状物(24、28)的根部定位。
11、根据权利要求7的传感器，其特征在于：电绝缘装置包括定位在第一导电装置(18、20、18A)和可弹性弯曲层(10)之间的一个电绝缘层(32、39)，电绝缘层(32、39)设有间隙(34)，间隙(34)与导电条(如24、28)的位置对应，在响应作用力时能够使导电条(24、28)弯曲，从而与第一导电装置(14)接触。
12、如前述权利要求之一所述的传感器，其特征在于：第一导电装置包括大体上长方形的导电层(14)，电绝缘装置(39)放在第一导电装置上，第二导电装置(18A)放在电绝缘装置上，电绝缘装置(39)和第二导电装置(18A)都在这个导电层的宽度范围内。
13、根据权利要求2的传感器，其特征在于：第一导电装置包括大体上长方形的导电层(14)，电绝缘装置(39)放在第一导电装置上，第二导电装置(18A)放在电绝缘装置上，电绝缘装置(39)和第二导电装置(18A)都在这个导电层的宽度范围内，第二导电装置(18A)包括与初次提到的导电层基本上是一起延伸的层。
14、根据权利要求2的传感器，其特征在于：每个分立的电绝缘装置(39)横跨传感器的宽度延伸。
15、根据权利要求14的传感器，其特征在于：每个分立的电绝缘装置(39)的位置都和传感器的纵向倾斜一个角度。
16、如前述权利要求之一所述的传感器，其特征在于：使用印刷电路技术制作导电装置(14、18、20、18A)。
17、如权利要求之一所述的传感器，其特征在于：所述的或每个突起装置(29)定位在第二导电装置(18、20、18A)的所说其余部分之一或对应的一个上。
18、如前述权利要求之一所述的传感器，其特征在于：一柔性覆盖层(10)叠加在第二导电装置(18、20、18A)上以接受所加的力。
19、如权利要求1-16之一所述的传感器，其特征在于：一个柔性覆盖层(10)叠加在第二导电装置(18、20、18A)上，所说的区包围覆盖层(10)的一部分，并且所述的或每个突起装置(29)定位在覆盖层(10)上，以便从这里向外延伸。
20、如前述权利要求之一所述的传感器，其特征在于：有多个突起装置(29)沿传感器的长度间隔地定位。
21、根据权利要求18或19的传感器，其特征在于：还包括一个第二覆盖层(12)，该第二覆盖层(12)定位在第一导电装置(14)的与第二导电装置(18、20、18A)相对的那一侧，借此，使导电装置(14、18、20、18A)和电绝缘装置(16、39)夹在两个覆盖层(10、12)之间。
22、根据权利要求21的传感器，其特征在于：两个覆盖层(10、12)是所说折叠片状材料(11)的一部分。
23、一种安全系统，用于检测在一个框架开口中的障碍物，所说的开口可由一个电机驱动的可滑动的关闭件关闭，其特征在于：在开口的框架上或其附近安装一个如前述权利要求中任何一个所述的传感器，并且确定这个传感器的位置，以使当由可滑动关闭部件携带开口中的障碍朝向框架时可向传感器施加所说的力，并且，控制装置响应于在第二导电装置和第一导电装置之间的所说的接触中止可关闭部件的电机驱动式移动。
24、根据权利要求23的系统，其特征在于：框架开口是一个窗口开口，关闭部件是一个窗口玻璃。
25、根据权利要求24的系统，其特征在于：窗口开口是机动车中的窗口开口。
CN98814006A 1998-03-11 1998-10-29 力敏传感器和系统 Expired - Fee Related CN1125914C (zh)

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