CN114286928A - 可变形传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可变形传感器装置,包括适于附接到弯曲表面的可变形传感器,其中所述可变形传感器包括具有至少0.01MPa的杨氏模量和至少10%的第一屈服应变的弹性层,附接到弹性层的第一可拉伸电极(301),以及可拉伸导电布线(400)。第一可拉伸电极能够拉伸至少5%而不断裂,并且可拉伸导电布线(400)能够拉伸至少5%而不断裂。可变形传感器装置进一步包括经由可拉伸导电布线(400)电耦合到第一可拉伸电极(301)的电子装置(120),所述电子装置(120)被配置为从第一可拉伸电极(301)获得第一信号。可变形传感器装置进一步包括分析部件,其被配置为基于所获得的第一信号和组装件补偿系数来确定校准值,所述组装件补偿系数基于材料补偿系数,以及可变形传感器的当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时在其安装位置中的至少一个测量信号。本发明进一步涉及一种系统和安装方法,以及一种用于确定感兴趣值的方法和计算机程序。

Description

可变形传感器
技术领域
本发明涉及可变形传感器。本发明涉及一种包括可变形传感器的装置。本发明涉及一种用于确定感兴趣值的方法、系统和计算机程序。本发明涉及一种用于安装可变形传感器的安装方法。本发明涉及可变形传感器的使用。
背景技术
人们对幸福以及安全和舒适的兴趣已经增加。这涉及个人幸福以及医疗保健。这已经导致许多个人和医疗监测设备具有人机接口(HMI)。
个人和医疗监测设备可以具有传感器。这样的传感器可以嵌入例如衣服、家具和车辆中。在这样的传感器中,存在若干相互关联的问题。例如,一个电极的测量不应影响另一个电极的测量结果。此外,将有益的是可以并行(即同时或大体上同时)测量多个测量值。此外,传感器应该是可安装的。仍另外,传感器应该机械可靠,并且在一些应用中,使用和/或穿戴舒适。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的可变形传感器装置。另外,本发明的目的是提供一种用于确定感兴趣值的方法、系统和计算机程序。此外,本发明的目的是提供一种改进的安装方法。
为此目的的可变形传感器装置在提交的本申请的独立权利要求1中提出。在提交的本申请的独立权利要求11中提出了一种用于包括可变形传感器的方法。在提交的本申请的独立权利要求12中提出了一种用于确定感兴趣值的系统。此外,在提交的本申请的独立权利要求13中提出了一种用于安装可变形传感器装置的安装方法。仍另外,在权利要求14中提出了可变形传感器的使用,并且在独立权利要求15中提出了一种用于确定感兴趣值的计算机程序。
可变形传感器包括可拉伸且有弹性的一个或多个层。可变形传感器可以进一步包括附接到该层或这些层之一的可拉伸电极。可拉伸性改进了可变形传感器的可变形性。
可变形传感器装置可以包括分析部件,该分析部件被配置为基于组装件补偿系数和由可变形传感器测量的信号来确定校准值。组装件补偿系数可以基于材料补偿系数,以及当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时,在可变形传感器的安装位置中的至少一个测量信号。
材料补偿系数可以包括
- 温度、和/或
- 湿度
对可变形传感器的测量信号的影响。
此外,材料补偿系数可以包括
- 可变形传感器的(一个或多个)材料、和/或
- 可变形传感器的结构
对可变形传感器的测量信号的影响。
该新颖解决方案还可以用于确定其中传感器所定位的安装表面是否仍在合适的状况下。在这种情况下,分析部件可以被配置为当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时,从(一个或多个)电极获得至少一个信号。所述(一个或多个)信号可以与存储到存储器的至少一个其它信号进行比较,所述存储的信号是当可变形传感器安装到当前表面时获得的。另外,测量信号和存储信号之间的差异可以用于确定其中传感器所定位的安装表面是否仍在合适的状况下。
可变形传感器或至少大部分可变形传感器可以是柔性的、可拉伸的和贴合的。新颖解决方案使得在复杂的表面上具有可靠的解决方案成为可能。
由于本发明,即使可变形传感器安装在非平面表面上(例如双曲表面上),在安装之后使用材料补偿系数来容易地获得组装件补偿系数也是可能的。因此,可变形传感器的安装过程可以是高效且容易的。此外,由于新颖可变形传感器,可以可靠地测量感兴趣值。
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-f以侧视图示出了可变形传感器装置的一部分,
图2a-b以俯视图示出了可变形传感器装置的一部分,
图3a以俯视图示出了可变形传感器装置的一部分,
图3b以侧视图示出了可变形传感器装置的一部分,
4a-b图示了包括可变形传感器的系统的操作原理的示例,
图5a图示了平坦表面上的测量范围的示例,
图5b图示了如果可变形传感器没有被可靠校准,在贴合安装之后非平面表面上的测量范围的示例,
图6a图示了材料补偿系数的示例,
图6b图示了材料补偿系数的示例和第三曲线,
图6c图示了组装件补偿系数的示例,
图7 a图示了未校准测量值的示例,
图7b图示了材料补偿系数的示例,
图7c图示了平面表面上校准测量值的示例,
图8a图示了在校准之前安装在非平面表面上之后的测量值的示例,
图8b图示了组装件补偿系数的示例,以及
图8c图示了在组装件补偿之后的测量值的示例。
在各图中,方向Sz指示可变形传感器结构的厚度的方向。方向Sx和Sy彼此垂直,并与Sz垂直。各图以大体上平面的形式图示了传感器,但是由于传感器是可变形的,因此它可以被成形为另一种形式。因此,当传感器不是平面的时,方向Sx、Sy和Sz可能取决于位置。
具体实施方式
在本申请中使用了以下参考编号:
100 可变形传感器,
120 电子装置,
130A 第一弹性可变形层,
130B 第二弹性可变形层,
131 第一弹性可变形层的第一侧,
132 第一弹性可变形层的第二侧,
133 第二弹性可变形层的第一侧,
134 第二弹性可变形层的第二侧,
140 第一电可渗透和/或导电层,
142 第二电可渗透和/或导电层,
150 弹性和可拉伸层,
181 材料补偿系数,
182 组装件补偿系数,
183 第三参考值、第三曲线,
200 柔性且可拉伸层,
226 第一接头,
227 第二接头,
232 第一接口,
234 第二接口,
250 加强结构,
300 可拉伸电极,
301 第一可拉伸电极,
302 第二可拉伸电极,
300、301、302、304、311、315、316、321、322 可拉伸电极,
400 导电布线,
401 第一导电线,
402 第二导电线,
400、401、402、404 导电线,
490 导电连接,
500 外部单元,诸如外部控制单元或云服务单元,
510 电子芯片,诸如微芯片,
550 外部控制单元,
570 云服务单元,以及
700 电路板,例如柔性电路板。
在本申请中,“传感器”指的是产生对应于输入的改变的电信号的设备。传感器可以例如通过触摸来激活。
在本申请中,术语“可变形传感器”指的是传感器,其可以附接到弯曲的物体并根据物体的表面成形。可变形传感器通常可附接到例如弯曲表面和双曲表面,即在两个方向上弯曲的表面。因此,可变形传感器可以根据意图的应用来成形。
可变形传感器可以是贴合的。术语“贴合的”指的是至少是柔性且可拉伸的并且优选也是可压缩的材料。
在本申请中,术语“柔性”意味着平面柔性材料或平面柔性结构可以弯曲到曲率半径,所述曲率半径是所述柔性材料厚度的5倍,而不在20℃的温度下使材料断裂。此外,柔性材料此后可以在20℃的温度下变回平面形式而不使材料断裂;或者它可以自发地变回平面形式而不断裂。
在本申请中,术语“可拉伸的”意味着可拉伸材料或物体可以在20℃的温度下以可逆的方式拉伸达至少5%(优选至少10%)而不断裂。特别地,可拉伸材料层可以在20℃的温度下以可逆的方式在垂直于该层厚度方向的方向上拉伸达至少5%(优选至少10%)。拉伸的可逆性是自发的,即弹性的。
在本申请中,术语“可压缩的”意味着可压缩材料(或可压缩层或另一物体)可以在20℃的温度下以可逆的方式压缩达至少10%。特别地,可压缩材料可以在层的厚度方向上以可逆的方式被压缩达至少10%。压缩的可逆性是自发的,即弹性的。可压缩层的杨氏模量可以小于1 GPa。
在本申请中,术语“材料补偿系数181”指的是可以用于表征可变形传感器的材料和/或结构的校准系数。材料补偿系数通常包括温度和/或湿度对可变形传感器的测量信号的影响。材料补偿系数可以用于从平面表面上的可变形传感器的信号获得校准值。优选地,材料补偿系数用于形成组装件补偿系数,该组装件补偿系数可以用于从不仅在平面表面上而且在非平面表面上的可变形传感器的信号获得校准值。例如,在可变形传感器的制造过程期间,可以将材料补偿系数存储到可变形传感器装置的存储器。在一实施例中,在可变形传感器的制造过程之后形成或校准材料补偿系数。因此,术语“材料补偿系数”也可以指在可变形传感器的制造过程之后形成和/或校准的材料补偿系数。
在本申请中,术语“组装件补偿系数182”指的是可以用于校准测量信号的校准系数。组装件补偿系数通常使用材料补偿系数来获得可靠的数据。因此,可变形传感器的校准过程不需要在不同的温度和/或湿度等下完成,因为那些对信号的影响通常在材料补偿系数内。因此,由于新颖解决方案,用以获得组装件补偿系数的可变形传感器的校准过程可以在一秒内完成。此外,由于新颖可变形传感器,在快速校准过程之后,可以可靠地测量感兴趣值。
可变形传感器优选是贴合的和/或包括至少一个贴合层、更优选至少两个贴合层;至少一个贴合层作为衬底,以及至少一个贴合层用于电极和/或布线。因此,可变形传感器可以容易地安装到弯曲表面。
平面贴合层如上面所指示是柔性的,并且在平面贴合层的平面方向上是可拉伸的;并且优选地还在其厚度方向上可压缩,如上面详述的。平面贴合层通常可以被布置为在20℃的温度下贴合具有10cm(或更小)的半径的球体的半球表面而不断裂。通常,平面贴合层可以被布置为在20℃的温度下贴合具有10cm(或更小)的半径的半球的表面,而不向材料引入显著的塑性(即不可逆)变形。本文中,术语“显著”意味着当布置在半球上时,贴合材料的弹性应变大于其塑性应变。
图1a-f、2a-b和3a-b公开了可变形传感器或可变形传感器的一部分。图4a-b公开了包括可变形传感器的系统的操作原理。图5a-b公开了平面表面(图5a)和非平面表面(图5b)上的电极测量区域的示例。图6a-8c公开了系数和测量值的一些示例。图7a和8a图示了未校准测量值的一些示例,图7b和8b图示了系数的一些示例,以及图7c和8c图示了可变形传感器的校准之后的一些示例。
可变形传感器可以抵靠和/或附接到第二表面,即在其安装位置中。可变形传感器100可以用机械支撑可移除地或永久地固定在其安装位置中。附加地或者替代地,可以通过使用粘合剂来提供固定。
由于新颖解决方案,在其存储器上具有材料补偿系数的可变形传感器可以可安装到许多不同种类的表面。因此,如果可变形传感器可移除地附接到第一表面,则即使所述另一物体具有不同成形的表面,也可以将可变形传感器100重新安装到另一物体。因此,可变形传感器可以例如从弯曲表面重新安装到双曲表面。在这种情况下,可变形传感器100优选用机械支撑而不用(一个或多个)永久粘合剂来安装。
可变形传感器100通常包括
- 至少一个弹性层130A、130B、150(诸如弹性可变形层),
- 至少一个可拉伸电极300,以及
- 导电布线400。
可变形传感器100可以包括耦合到第一导电线401的第一电极301。电极300可以形成布线400的一部分。
布线400、特别是其第一导线401,优选地在上面针对这些术语讨论的意义上是柔性且可拉伸的。优选地,第一电极301也在上面针对这些术语讨论的意义上是柔性且可拉伸的。布线400可以被布置为导电多层结构的一部分。
可变形传感器100可以在这样的环境中使用,其中它们的形状易遭受改变。此外,或者替代地,可变形传感器可以在复杂表面上(诸如在双曲表面上)使用。
布线400(即(一个或多个)布线401、401、403)可以例如通过使用产生可拉伸导电布线的附加制造技术(诸如印刷)来制造。在替代方案中,布线400可以层压在材料层上。布线400可以被制造(例如印刷或层压)到柔性且可拉伸的层200上。在替代方案中,布线400可以被制造(例如印刷或层压)到另一层(诸如弹性层130A、130B、150)上。
为了获得可靠的电传感器,(一个或多个)弹性层130A、130B、150和/或(一个或多个)柔性且可拉伸层200优选是电绝缘的。至少在电容操作原理的情况下,柔性且可拉伸层200优选是电绝缘的。
可变形传感器包括电子装置120。电子装置120可以包括接头226,所述接头226可以连接到第一导线401,并且经由第一导线401连接到第一电极301。已经注意到,第一导线401的可拉伸性可以用于提高可变形传感器100的可靠性。特别地,由于第一导线401是可拉伸的,因此其拉伸能力可以用于提高可靠性。可以利用这种性质,使得在使用中,第一导线401的一部分承受(take in)大部分机械变形。这可以通过材料设计以这样的方式来实现,使得至少除了可能的加强结构250之外,传感器100在接头226附近(图3a-b中所示出的)比远离接头226更容易在平面内变形。即使未示出,这样的接头226也可以存在于其它实施例中。
在一实施例中,电子装置包括电路板700,诸如柔性电路板。电子装置120的电路板700可以使用合适的连结技术——诸如压接连接或导电粘合剂(诸如各向异性导电粘合剂(ACF))——连接到第一导电线401。在这样的情况下,导电粘合剂可以形成第一接头226或其一部分。已经发现导电粘合剂以形成可靠的接头。
可变形传感器100可以具有可变形传感器100的第一部分100a和可变形传感器100的第二部分100b(见图3a-b)。划分应被理解为定义这样的部分的心理过程;物理传感器100在物理上没有被划分。因此,传感器可以被可划分为部件100a、100b。传感器100的这样的划分例如在图3a和3b中由虚线矩形示出。第一部分100a在传感器100的厚度方向Sz上延伸通过传感器100。第二部分100b在传感器的厚度方向Sz上延伸通过传感器100。此外,传感器可以划分为多于两个部分。
第一导电线401可以附接到第一接头226,用于将第一导线401连接到电子装置120。第一导线可以连接到例如电路板700和/或电子装置120的电子芯片510。这可以提高到电子装置120的连接的可靠性。
此外,第一导电线401可以从第一接头226经由传感器100的第二部分100b延伸到传感器100的第一部分100a,并进一步延伸到第一电极301。因此,使用第一接头226、第一导线401和第一电极301进行测量可能是可能的。第一接头226可以布置在传感器100的第二部分100b内。替代地,第一接头226可以布置在第一和第二部分100a、100b之外。
可变形传感器100可以包括柔性且可拉伸的保护层。保护层可以保护布线400的至少一部分。此外,在其它部分中,保护层可以附接到另一层。在一实施例中,布线400可以布置在衬底层200、150、130A、130B和柔性且可拉伸的保护层之间。
在一实施例中(图1e-f中所示出的),第一导线401的至少一部分布置在柔性和/或弹性层200、130A、130B、150与柔性且可拉伸的保护层150、130A、130B、250之间。如此布置,在布线401不存在的这样的位置处,保护层与柔性且可拉伸的衬底200形成第一接口232。对应地,在布线401存在的这样的位置处,保护层150、130A、130B、250与第一布线401形成第二接口234。具有保护层150、130A、130B、250使得其与第一导线401形成接口234进一步提高了结构的可靠性。
柔性且可拉伸的保护层150、130A、130B、250可以是弹性可变形层150、130A、130B或加强结构250。因此,柔性且可拉伸的保护层可以是加强结构250、250a、250b(见图3b)。加强结构250的功能是至少在第一导线401与传感器100的其它电子器件的连接附近加强传感器100。为了适当地加强,加强结构250优选是整体的,即不是由单独的部分构成的。
如果使用加强结构250,第一导电线401和柔性和/或弹性层200、130A、130B、150优选布置在加强结构250的相同侧。
在加强结构250的情况下,已经注意到,通过在传感器100的第一部分100a内将第一导线401可选地经由(一个或多个)其它层在传感器的厚度方向Sz上附接到加强结构250,可以进一步提高可靠性。通过将线的第一部分401附接到加强结构250,加强结构250加强了该结构以用于提高的可靠性。
此外,通过在传感器100的第二部分100b内不将导线400的第二部分400b在传感器100的厚度方向Sz上附接到加强结构250的第二部分250b,可以提高可靠性;既不直接也不经由(一个或多个)其它层。通过不将导线400(在第二部分100b内)附接到加强结构250,导线400被配置为相对于加强结构250自由移动,这允许导线400承受机械应变。
布线400的功能是将(一个或多个)可拉伸电极300、301、302耦合到电子装置120。因此,接头226、227(如果使用的话)优选适用于将导线401连结到其它电子器件。例如,第一接头226(图3a-b中所示出的)可以连结到第一导线401。
通过使第一导线401在第一接头226附近曲折,可以进一步提高第一接头226附近的可变形传感器100的可靠性。因此,第一导电线401可以曲折。曲折的导线比直的导线甚至更有效地承受机械应力,即使是可拉伸的。在一实施例中,第一导线401至少在可变形传感器100的第二部分100b内曲折。
因此,第一导电线401可以曲折,使得第一导电线以这样的方式从第一点P1延伸到第二点P2,使得如沿着第一导电线222测量的这些点(P1,P2)之间的距离大于(优选地至少5%大于)直线测量的这些点(P1,P2)之间的距离。优选地,第一导电线401在第二部分100b内曲折,使得第一导电线以这样的方式从第一点P1延伸到第二点P2,使得如沿着第一导电线222测量的这些点(P1,P2)之间的距离至少5%大于直线测量的这些点(P1,P2)之间的距离。第二点P2可以位于第一接头226处。第一点P1可以位于传感器100的第一部分100a和第二部分100b的公共边缘100ab处。
第一导电线400、401可以在衬底上(例如在两层之间)曲折。衬底不需要曲折,但是它可以曲折。因此,导线401、402可以(至少)在衬底的切向平面中曲折。此外,或者替代地,可变形传感器100的至少一层(诸如多层导体结构)可以在厚度方向Sz上曲折,如图3b中所指示的。已经注意到,特别是在传感器的厚度方向Sz上的曲折提高了可靠性,因为在Sz方向上曲折的导线在平面内方向(即垂直于Sz)上极其有弹性。
可变形传感器100可以包括第二导电线402。优选地,第二电极302在针对这些术语讨论的意义上也是柔性且可拉伸的。第二导电线402可以附接到第二接头227,用于将第二导线402连接到电子装置120。
第一可拉伸电极301和/或第二可拉伸电极302可以附接到柔性且可拉伸层200。替代地,第一可拉伸电极301和/或第二可拉伸电极302可以附接到弹性层130A、130B、150。单独的可拉伸电极由附图标记301、302、303、......指代;而可拉伸电极一般由附图标记300指代。(一个或多个)可拉伸电极300是(一个或多个)导电电极。
贯穿该描述,指代导电结构、层、电极、布线和材料的术语“导电”指的是在20℃的温度下电阻率小于10Ωm、更优选小于5Ωm。优选地,导电材料以及导电层具有在20℃的温度和0%的内部弹性应变下测量的至多为1Ωm的电阻率;即没有压缩或拉伸,即处于静止状态。可变形传感器100可以包括第二电极302。如果可变形传感器100包括第二电极302,则第二电极可以被布置为与第一电极301相距一定距离。作为示例,第二电极302可以被布置为与第一电极301相距至少0.5mm。例如,可变形传感器可以包括从1至100个电极、或者从10至50个电极。电极的优选数量取决于例如可变形传感器的结构和可变形传感器的安装表面。
因此,为了使可拉伸电极300彼此电绝缘,第一可拉伸电极301可以与第二可拉伸电极302相距距离d1布置(见图2b)。传统上,第一和第二电极之间的距离d1以及电极i和j之间的距离d1,i,j指的是两个电极的最近点之间的距离,即两个电极之间的最小距离。每个可拉伸电极i (301、302、303、...、315、316)可以位于与彼此可拉伸电极j (316、301、302、303、...,、315)相距距离d1,i,j
在优选实施例中,每两个最接近的电极彼此相当接近。更具体地,在一实施例中,d1,i,jm(i)的最大值至多为15mm、优选至多为10mm、并且最优选等于或小于5mm。最大值可以通过随后考虑每个电极i来找到。这确保了具有电极的表面的大部分被电极覆盖,这可以提高测量的准确度。
在图2b中,仅示出了距离d1,301,302和d1,301,311。在有利的实施例中,距离d1,i,j的最小值至少为1mm、优选至少为2mm。这样的最小距离改进了可拉伸电极的分离。结果,可以减少测量期间的干扰。在一实施例中,改进的分离可以导致电极之间更少的电容耦合。
可变形传感器100可以包括附接到层150、130A、130B、200(优选附接到柔性且可拉伸层200)的至少15个可拉伸电极300。这可以提高测量的准确度。
至于可拉伸电极300的可拉伸性,可拉伸电极300具有第二屈服应变εy,300,也就是说,在一实施例中,至少10%。已经发现该值对于许多应用中的可变形传感器来说足够高。已经发现该值从可拉伸电极300的机械可靠性的角度来看足够高,因为典型的变形小于该值。在替代方案中,第二屈服应变εy,300可以是至少20%或至少30%。因此,电极300可以与将被安装在困难种类的安装表面上的可变形传感器一起使用。在替代方案中,第二屈服应变εy,300可以是至少30%。因此,电极300可以与将被安装在非常困难种类的安装表面上的可变形传感器一起使用。
柔性且可拉伸层200优选具有相当大的第一屈服应变εy,200。在一实施例中,第一屈服应变εy,200至少为10%。已经发现该值对于许多应用中的可变形传感器来说足够高。已经发现该值从柔性且可拉伸层200的机械可靠性的角度来看也足够高,因为典型的变形小于该值。在替代方案中,第一屈服应变εy,200可以至少为20%。因此,柔性且可拉伸层可以与将被安装在困难种类的安装表面上的可变形传感器一起使用。在替代方案中,第一屈服应变εy,200可以至少为30%。因此,柔性且可拉伸层可以与将被安装在非常困难种类的安装表面上的可变形传感器一起使用。
典型地,可拉伸电极300的第二屈服应变εy,300小于柔性且可拉伸层200的第一屈服应变εy,200
此外,柔性且可拉伸层200优选是电绝缘的。贯穿该描述,指代材料、表面、结构或层的术语“电绝缘”指的是在20℃的温度下大于100Ωm的电阻率(即比电阻)。可拉伸电极300可以被配置为检测与电极的面积大体上相同的面积的改变。因此,这样的可拉伸电极被配置为从其测量的有效面积可以等于或大体上等于可拉伸电极301本身的面积。在本文中,面积指的是可拉伸电极在具有平行于传感器100厚度方向的表面法线的平面上的横截面面积。
至少一个可拉伸电极300、优选可变形传感器100的所有可拉伸电极300,可以由导电墨水制成,因此,(一个或多个)可拉伸电极可以是相当均匀的。
在一实施例中,至少一个可拉伸电极300、优选所有可拉伸电极300,由导电织物或纤维制成。导电墨水以及导电织物通常包括彼此附接的导电颗粒,诸如薄片或纳米颗粒。因此,在一实施例中,至少第一可拉伸电极301、优选所有电极300,包括以导电方式彼此附接的导电颗粒,诸如薄片或纳米颗粒。在优选实施例中,导电颗粒包括碳(包括但不限于石墨烯和碳纳米管)、铜、银和金中的至少一种。在一实施例中,第一电极301包括基于导电聚合物的材料、优选聚苯胺、聚乙烯(例如聚乙烯醇或聚氯乙烯)和PEDOT:PSS(即聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐)中的至少一种。
(一个或多个)可拉伸电极300可以例如缝合到其它非导电层上,诸如柔性且可拉伸层200,例如纺织层。因此,可拉伸电极300可以制成导电纱线的网格,诸如金属涂覆的聚酰胺或聚酯。注意,这样的可拉伸电极还被配置为检测与由可拉伸电极的外边缘限制的区域大体上相同的区域中的改变,诸如电容。因此,这样的可拉伸电极被配置为从其测量的有效面积可以等于由可拉伸电极301的外边缘限制的面积;即使导电纱线的面积可能更小。作为缝合的替代方案,具有网格形状的电极可以用导电墨水印刷。显然,在两种类型的电极中,可拉伸电极的有效面积通常等于由可拉伸电极301的外边缘限制的面积。
在一实施例中,已经关于第一电极301的材料所述的内容适用于包括第二电极302的所有电极。在一实施例中,已经关于第一电极301的材料所述的内容适用于第一导线401。在一实施例中,已经关于第一电极301的材料所述的内容适用于第二导线402,并且优选适用于所有导线400。
第一电极301优选能够拉伸至少5%而不断裂。此外,第一导线401优选能够拉伸至少5%而不断裂。因此,具有所述电极和导线的可变形传感器可以可安装在弯曲表面上,即第一电极和第一导线不会在弯曲表面上断裂。此外,第二电极302和第二导线402以及所有其它电极和导线优选能够拉伸至少5%而不断裂。因此,可变形传感器可以可安装在双曲表面上,即,所述电极和导线不会在双曲表面上断裂。
导线400可以通过使用(一个或多个)导电粘合剂连接到电极300。因此,导线可以以可靠的方式连接到电极。图2b中的电极上所示出的圆圈指示导线400、401、402、404的位置的示例,特别是如果导线400、401、402、404通过使用(一个或多个)导电粘合剂连接到电极300。
作为导电粘合剂的替代,导线400可以直接布置(例如印刷)在与电极相同的衬底上。通过印刷导线,可以高效地制造可变形传感器装置。
如上面所讨论的,布线400的至少一部分可以布置在柔性且可拉伸层200与弹性且可变形层130A、130B、150之间。此外,一些粘合剂也可以布置在柔性且可拉伸层200与弹性且可变形层130A、130B、150之间,以便将这些层连结在一起。
在一实施例中,电极的布线布置在柔性箔上。在一实施例中,可变形传感器100包括具有第四杨氏模量的柔性箔;和附接在柔性箔的导电布线400。柔性且可拉伸层200的第一杨氏模量可以小于第四杨氏模量。以这种方式,柔性箔比柔性且可拉伸层200更抵抗变形。然而,柔性箔对于可变形传感器不是必需的(也不总是有利的)。
布线400包括至少一个导线401、更优选至少5个导线、并且最优选至少10个导线401、402、403。电线401、402、403优选地彼此电绝缘。此外,布线优选以导电方式耦合到(一个或多个)可拉伸电极300。
因此,导电布线400的至少一部分可以以导电方式耦合到第一可拉伸电极301;并且导电布线400的至少一部分可以以导电方式耦合到第二可拉伸电极302。
优选地,一个导线401、402、403以导电方式仅耦合到一个可拉伸电极301、302。这是为了提高传感器的空间分辨率,即每个可拉伸电极可以用于测量例如大体上仅在可拉伸电极的位置处的力或压力。
在一实施例中,导电布线400的至少一部分(诸如导线401)用导电连接490耦合到第一可拉伸电极301。在一实施例中,导电布线400的至少一部分(诸如导线402)用(图1 c中所示出的)导电连接490耦合到第二可拉伸电极302。以这种方式,传感器100包括布线400和可拉伸电极300之间的连接490。连接490是导电的。连接490(见图1c)可以被制成使得连接的电阻率至多为10Ω。此外,或者替代地,连接490的材料可以在前面提到的意义上导电。
在一实施例中,第一导线和第一电极之间的连接490(见图1 c)由导电粘合剂制成,例如,连接490包括固化的导电粘合剂。这样的粘合剂包括各向同性导电粘合剂和各向异性导电粘合剂。连接490可以使用导电带(诸如各向异性导电粘合剂)形成。
导电粘合剂通常包括混合在基质材料中的
- 镍和/或
- 石墨和/或
- 银颗粒和/或
- 金。
导电粘合剂可以包括例如混合在基质材料中的涂覆金的镍颗粒。
所述基质材料可以是固化的聚合物,其通过粘合剂的树脂在其固化期间的聚合而形成。树脂可以是热固性的,例如环氧树脂。此外,连接490可以是电性的,由此连接可以包括一些焊料,其中焊料可以包括锡。常用的焊料包括锡铅、锡铜银和锡锌铜焊料合金。
第一导线401将第一电极301连接到电子装置120。第一电极301优选布置在柔性且可拉伸层200上。替代地,它可以布置在例如弹性层130A、130B、150上。
可变形传感器100可以包括(一个或多个)绝缘层和(一个或多个)电可渗透和/或导电层140、142。不同的层可以用本身已知的粘合剂彼此附接。然而,为了清楚起见,各图中未示出粘合剂。
可变形传感器100包括至少一个绝缘层。弹性可变形层130A、130B以及柔性且可拉伸层200可以是(一个或多个)绝缘层。可变形传感器100可以包括第一层130A、150和第二层130B、200,第一层和第二层是绝缘层,其被布置成使得电极层300在传感器结构100的厚度的厚度方向上布置在第一和第二绝缘层之间(图1e中所示出的)。此外,可变形传感器可以包括第三绝缘层。使用中电极的电接触可能引起传感器装置的故障。因此,绝缘层的目的可以是将(一个或多个)电极301、302与环境电绝缘。在一实施例中,绝缘层的目的是使(一个或多个)电极301、302电绝缘,以便在第一电极301和弹性且可变形层的顶部之间形成电容,诸如弹性且可变形层上的导电层。
至于绝缘层的合适材料,绝缘层的目的是电绝缘。因此,(一个或多个)绝缘层材料(例如柔性且可拉伸层200)和(一个或多个)其它绝缘层材料(如果存在的话)的电阻率在20℃的温度下可以至少为10Ωm、更优选至少为50Ωm。优选地,柔性且可拉伸层200和/或(一个或多个)其它绝缘层的电阻率在20℃的温度下至少为100Ωm。
参考图1a和1b,可变形传感器100可以包括弹性且可拉伸层150。弹性且可拉伸层150可以包括弹性可变形层130A和/或柔性且可拉伸层200。柔性且可拉伸层200至少在某种程度上也是弹性的。弹性且可变形层130A通常是可压缩的。
可变形传感器可以包括第一电可渗透和/或导电层140。特别是与该层的渗透性相关的电可渗透和/或导电层140、142可以使电场穿过电可渗透层。另外,特别是与该层的电导率相关的电可渗透和/或导电层140可以在电极和电可渗透和/或导电层本身之间形成电容。第一电可渗透和/或导电层140可以用作接地电极。在一实施例中,当与没有所述层的情况相比时,电可渗透和/或导电层140、142用于增加第一电极的电容。
如上面所讨论的,传感器装置进一步包括电子装置120。电子装置120可以电耦合到第一电极301,以便测量第一电极301的感兴趣值。电子装置120可以经由第一导线401耦合到第一电极301。第一导线401可以被视为电子装置120的一部分和/或传感器100的一部分。
在一实施例中,电子装置120电耦合到电可渗透和/或导电层140、142,以便测量例如第一电极301相对于电可渗透和/或导电层140、142的电容。至少当测量第一电极301相对于导电层140、142的电容时,公共电势(例如接地电势)可以传导到电可渗透和/或导电层。然而,电子装置120不需要电耦合到电可渗透和导电层140、142。此外,可变形传感器100不需要具有所述电可渗透和导电层140、142。
可变形传感器100可以包括至少一个可拉伸电极300,其附接到柔性且可拉伸层200或弹性可变形层130A、130B。为了获得可变形传感器100,优选地,传感器100的至少大部分是可拉伸且弹性的。
柔性且可拉伸层200可以布置在可拉伸电极300、301、302和弹性层130A、130B、150之间。在一些应用中,倘若弹性可变形层130A、130B直接与柔性且可拉伸层200接触,即可拉伸电极300不布置在弹性可变形层130A和柔性且可拉伸层200之间,可变形传感器使用起来更舒适。
柔性且可拉伸层200、第一和第二可拉伸电极301、302以及导电布线400可以留在弹性可变形层130A的相同侧。这有助于可变形传感器100的可制造性。
在一实施例中,柔性且可拉伸层200布置在两个电极层之间(图1d中所示出的)。
弹性可变形层130A、130B的杨氏模量应该相当小。然而,已知柔软和/或具有小杨氏模量的许多材料会蠕变。另一方面,蠕变不是优选的,因为弹性可变形层130A、130B的永久压缩将会影响测量结果。
为了确保使用中的合理变形,例如对于双曲表面,弹性可变形层130A、130B具有第三杨氏模量Y130A。例如,可以选择层130A、130B的材料,使得层130A、130B在典型使用中被压缩约1%至15%;诸如高达30%。自然,压缩取决于压力,压力不需要在空间或时间上均匀。典型的压力可能具有2kPa至1000kPa的数量级。因此,第三杨氏模量Y130A可以是例如至多15MPa或至多5MPa。此外,第三杨氏模量Y130A可以是例如至少0.01MPa或至少0.2MPa。(由小的杨氏模量产生的)大应变可能使弹性可变形层130A的材料在使用中蠕变。从长远来看,这可能恶化测量值。此外,(由大杨氏模量产生的)小应变难以测量。
因此,(一个或多个)弹性可变形层130A、130B的杨氏模量优选从0.01MPa至15MPa,诸如从0.1MPa至5MPa。拉伸时的杨氏模量可能不同于压缩时的杨氏模量。
可压缩层的材料优选具有至少5%、更优选至少10%的屈服应变。这确保了材料在使用中可以被充分压缩。
第一弹性可变形层130A和/或第二弹性可变形层优选通过使用发泡剂(例如热塑性微球或气体)制成。由于发泡剂,诸如压缩形变之类的(一个或多个)所述层的机械性质可以被改进。
第一弹性可变形层130A和/或第二弹性可变形层优选为闭孔发泡热塑性弹性体,优选基于聚氨酯、和/或硅树脂和/或聚酯和/或聚乙烯树脂。因此,可以改进(一个或多个)所述层的机械性质,诸如压缩形变。
第一弹性可变形层130A和/或第二弹性可变形层130B可以包括聚氨酯、聚乙烯、聚(乙烯-醋酸乙烯酯)、聚氯乙烯、聚硼二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、乙丙橡胶、氯丁橡胶、软木、乳胶、天然橡胶、硅树脂、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯和热塑性弹性体凝胶中的至少一种。所述聚氨酯优选为热塑性聚氨酯。优选地,(一个或多个)所述材料的总量至少为50wt %、更优选至少70wt %的第一可变形层。
优选地,弹性可变形层130A、130B的厚度t130A等于或大于0.1mm、更优选地等于或大于0.2mm、并且最优选地等于或大于0.3mm。另外,弹性可变形层130A、130B的厚度t130A可以等于或小于1.5mm、更优选地等于或小于1.0mm、并且最优选地等于或小于0.8mm。由于弹性可变形层130A、130B的所述厚度,可以提高力检测灵敏度。另外,可以改进可变形传感器的结构,使得可以改进例如3D可拉伸性。在一实施例中,所述厚度至少为1.0mm。
第一弹性可变形层130A和/或第二弹性可变形层130B优选为(一个或多个)半透明层。此外,或者替代地,第一弹性可变形层130A和/或第二弹性可变形层130B可以具有至少一个半透明点和/或至少一个半透明区域。
因此,可变形传感器可以包括第一弹性可变形层130A,其是半透明层或者具有(一个或多个)半透明区域和/或(一个或多个)半透明点。另外,可变形传感器可以包括第二弹性可变形层130B,其是半透明层,或者具有(一个或多个)半透明区域和/或(一个或多个)半透明点。
因此,第一弹性可变形层130A可以具有至少一个半透明点和/或至少一个半透明区域。另外,第二弹性可变形层130B可以具有至少一个半透明点和/或至少一个半透明区域。
在包括(一个或多个)半透明层的实施例中,软木或其它不透明材料可能不像上面列出的其它材料那样是优选的材料。如果在半透明层/区域/点中使用(一个或多个)不透明材料,诸如软木,为了预确定的透明度,可能需要材料的微穿孔或减薄。
然而,如果(一个或多个)弹性可变形层130A、130B包括以下二者
- (一个或多个)半透明区域和/或(一个或多个)不透明点,以及
- (一个或多个)不透明区域和/或(一个或多个)点,
则不透明材料可以至少用于所述(一个或多个)不透明区域和/或(一个或多个)点。对于(一个或多个)半透明区域和/或(一个或多个)点,可以使用不透明材料,例如通过对材料进行微穿孔或减薄,以便指示表面上的某个点。
半透明性是根据标准ASTM D1746-15测量的。第一弹性可变形层130A或该层的一部分的半透明性可以从10%至90%、优选在40%至90%的范围内、更优选在55%和90%之间的范围内、并且最优选在70%和90%之间的范围内。在一示例中,第一弹性可变形层130A或该层的一部分的所述半透明性在10%和50%之间。
第二弹性可变形层130B或该层的一部分的半透明性可以从10%至90%、优选在40%和90%之间的范围内、更优选在55%和90%之间的范围内、并且最优选在70%和90%之间的范围内。在一示例中,第二弹性可变形层130B或该层的一部分的所述半透明性在10%和50%之间。透明区域的透明度值越高,光可以越容易穿过所述区域。
由于(一个或多个)所述半透明层和/或(一个或多个)半透明区域和/或(一个或多个)半透明点,光可以穿过(一个或多个)层/(一个或多个)区域/(一个或多个)点。因此,所述层可能不需要具有用于照亮该层的表面的孔或光电导体。另外,具有(一个或多个)半透明点和/或(一个或多个)半透明区域的层可以用于指示表面上的某个点。然而,在一实施例中,可变形传感器根本不具有半透明层或(一个或多个)点。
具有(一个或多个)半透明层和/或(一个或多个)半透明区域和/或(一个或多个)半透明点的可变形传感器可以是力传感器和/或压力传感器。优选地,具有(一个或多个)半透明层、(一个或多个)半透明区域或(一个或多个)半透明点中的至少一个的可变形传感器可以是触摸传感器,其中电极的电容可以通过触摸物体(例如用户的手指)的移动而改变。
为了指示表面上的某个点,半透明材料可以与可拉伸墨水一起使用。因此,可拉伸墨水可以用于覆盖半透明材料的合适区域,以在表面上获得预确定符号。在优选实施例中,可拉伸墨水从包括铜、银、碳和金的组选择。在该实施例中,可拉伸墨水优选是可印刷的。
可选地,或者此外,为了指示表面上的某个点,可以使用不透明材料来获得表面上的(一个或多个)预确定符号。不透明材料可以包括从以下组选择的至少一种材料:
- 软木,
- 皮革,
- 合成皮革(人造皮革),
- 可持续皮革,
- 阿尔坎塔拉,
- 可拉伸墨水,
- 不透明塑料,
- 不透明热塑性材料,诸如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯,
- 无纺布,
- 织物,
- 包括生物塑料和纤维素基纤维的生物复合材料,以及
- 木头。
上面列出的材料可以与透明材料一起使用,例如以在可变形传感器的表面上获得预确定的符号。
在一实施例中,可变形传感器可以包括至少1层,该层包括一个或多个透明区域。另外,可变形传感器可以包括包括一个或多个透明区域的等于或小于6层,诸如包括一个或多个透明区域的从1至6层、更优选包括一个或多个透明区域的等于或小于5层、并且最优选包括一个或多个透明区域的等于或小于4层。
可变形传感器100通常包括柔性且可拉伸层200。层200是可拉伸的,以便在使用中使其适应所需的形状。例如,在连指手套或鞋垫包括传感器的情况下,在使用中,柔性且可拉伸层200可以拉伸以符合连指手套或鞋垫的动态形状。以这种方式,可拉伸性提高了传感器的舒适性。然而,为了相当容易拉伸,柔性且可拉伸层200(即可拉伸层的材料)优选具有相对较小的第一杨氏模量Y200
为了使可变形传感器100内的变形主要集中在弹性可变形层130A、130B中,第一弹性可变形层130A、130B的第三杨氏模量Y130可以小于柔性且可拉伸层200的第一杨氏模量Y200。这提高了测量准确度,因为压缩的位置被更好地控制。
优选地,柔性且可拉伸层200在前面提到的意义上是柔性的。此外,优选地,柔性且可拉伸层200的杨氏模量为至少0.01MPa且至多10GPa,诸如至多5.0GPa。因此,可变形传感器可以用于许多不同种类的应用。
柔性且可拉伸层200可以由合适的聚合物薄膜制成。柔性且可拉伸层200可以由合适的织物制成。柔性且可拉伸层200可以包括聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、热塑性聚氨酯)、聚乙烯、聚(乙烯-醋酸乙烯酯)、聚氯乙烯、聚硼二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯乙丙橡胶、氯丁橡胶、软木、胶乳、天然橡胶、硅氧烷聚合物(诸如硅树脂)和/或热塑性弹性体凝胶。优选地,(一个或多个)所述材料的总量至少为50wt %、更优选至少70 wt%的可拉伸层。因此,柔性且可拉伸层200可以充当柔性绝缘体。
在有利的实施例中,柔性且可拉伸层200包括聚合物膜,诸如热塑性聚氨酯(TPU)或热固性树脂(例如固化环氧树脂)的膜。优选地,(一个或多个)所述材料的总量至少为50wt %、更优选至少70 wt %的可拉伸层。因此,柔性且可拉伸层200可以充当柔性绝缘体,并且其可能容易制造。
如果使用,热塑性聚氨酯(TPU)可以包括聚酯基TPU和/或聚醚基TPU。在一实施例中,柔性且可拉伸层200包括织物,例如聚酰胺(诸如尼龙)或聚酯。柔性且可拉伸层200可以包括所述织物和所述薄膜。优选地,(一个或多个)材料的总量至少为50wt %、更优选至少70wt %的柔性且可拉伸层200。
在一实施例中,柔性且可拉伸层200包括热塑性聚氨酯TPU,并且可拉伸电极300由导电墨水制成。在一实施例中,柔性且可拉伸层200包括在可拉伸电极300之间的非导电织物,并且可拉伸电极300或其至少一些可能已经使用导电织物制成,所述导电织物诸如由金属(诸如银)涂覆的聚酰胺或聚酯。在替代方案中或附加地,导电墨水可以与织物组合使用,以形成可拉伸电极300或其至少一些。
弹性且可拉伸层150可以用于柔性且可拉伸层200以及第一弹性可变形层130A二者的目的(见图1a-1c)。弹性可变形层130A的性质、特别是其杨氏模量,也可以应用于弹性且可拉伸层150。因此,弹性且可拉伸层150的杨氏模量Y150可以在本申请中讨论的弹性可变形层130A的限制内。仍另外,关于弹性可变形层130A的厚度t130A或厚度t130A的方向将叙述的内容可以适用于弹性可拉伸层150的厚度t150和厚度t150的方向。
弹性可变形层130A、130B、150可以具有在弹性可变形层130A、130B、150的厚度t130方向延伸的孔(图中未示出)。这样的孔实际上使材料更柔软。因此,通过具有孔,使用更硬的材料和/或具有更高杨氏模量的材料是可能的。这样的材料通常比较柔软的材料蠕变显著小。这些孔的效果是减小弹性可变形层130A、130B的包括可变形固体材料的该部分的面积。
如果弹性可变形层130A、130B具有孔,则孔的总横截面面积优选构成弹性可变形层130A、130B的横截面面积的至少5%、更优选至少10%。这样的材料通常比较软的材料蠕变显著小。在本文中,横截面指的是平面上具有平行于厚度方向的表面法线的横截面。此外,孔的总横截面面积指的是单独孔的横截面面积之和。仍另外,弹性可变形层130A、130B的横截面面积指的是由弹性可变形层130A的外边界限制的截面面积。
在一实施例中,至少一些孔从弹性可变形层130A、130B的第一侧131、133延伸通过弹性可变形层130A、130B到弹性可变形层130A、130B的第二侧132、134。除了软化之外,这样的通孔可以改进传感器100的通风。在传感器100包括附加弹性可变形层130B的情况下,在一实施例中,至少一些孔从第二弹性可变形层130B的第一侧133延伸通过第二弹性可变形层130B到第二弹性可变形层130B的第二侧134。在一实施例中,孔在弹性且可拉伸层150的厚度方向上延伸。孔可以在弹性且可拉伸层150的厚度方向上从弹性且可拉伸层150的一侧延伸到弹性且可拉伸层150的相对侧。
这些孔可以用于设计弹性可变形层130A、130B的局部有效硬度。通过使用孔,一个区域可以被制作得比另一个区域更柔软,即使两个区域中使用相同的材料。对应地,在其中已知载荷(例如力或压力)很小的区域中,可以制作许多孔来大量软化材料。许多孔指的是与可变形层130A的对应区域成比例的孔的总横截面面积。通过增加孔的大小和/或数量,材料可以被制作得更柔软。当孔的数量显著时,柔软度的设计可能更有效。例如,孔的数量可以是至少十个或至少五十个。
优选地,可变形传感器100包括多个电极(见图2a-b)。优选地,电极以这样的方式布置,使得感兴趣值使用所有电极同时可测量。特别地,在一实施例中,电极覆盖传感器的大部分横截面面积,诸如横截面面积的至少50%或至少80%。在有利的实施例中,通过在电极覆盖的整个横截面区域上同时使用所有电极,可变形传感器100可测量电容。
第一电极301可以形成布线400的一部分。在这种情况下,第一电极301的至少一部分优选地布置在衬底(诸如柔性且可拉伸层200)的与布线400的相同侧。在这样的情况下,优选地,(整个)第一电极301与布线400布置在衬底的相同侧。在使用弹性可变形层130A并且第一电极形成布线400的一部分的情况下,优选地,第一电极301的至少一部分布置在柔性且可拉伸层200和弹性可变形层130A之间。在这样的情况下,优选地,(整个)第一电极301布置在柔性且可拉伸层200和弹性可变形层130A之间。
在一实施例中,(一个或多个)电极300定义测量区域。在测量区域内,布置至少一个电极300。由电极定义的测量区域是这样的区域,从该区域,例如电容的值被配置为由电极测量。两个不同测量区域的电极优选不彼此电接触。
在优选实施例中,在传感器100的厚度方向Sz上,包括第一初级电极301的测量区域不与包括第一次级电极321的测量区域部分重叠。电极之间可能存在一些重叠,但是优选地,与测量区域的重叠量很小。
在替代方案中,重叠测量区域中的大的一个可以包括整个较小的测量区域。在一实施例中,可变形传感器是电容传感器。然后,当测量电容时,优选相对于至少一个电可渗透和/或导电层140、142,非重叠部分的电容可以从测量值计算。可以例如随后测量较小电极和较大电极的电容,并且可以通过减法计算非重叠部分的电容。
如上面所讨论的,传感器装置包括可变形传感器100和电子装置120。因此,从可变形传感器100收集数据,并通过使用电子装置120分析和/或传输所收集的数据是可能的。
电子装置120可以被配置为从可变形传感器100获得指示感兴趣值的信号。
电子装置120可以包括
- 用于从可变形传感器获得数据(信号)的部件,
- 可选地分析部件,
- 可选地传输部件,诸如无线组件,以及
- 电源。
电子装置120可以包括处理器,该处理器可以被配置为处理来自可变形传感器的数据。处理器可以被配置为基于可变形传感器的信号来分析数据。例如,处理器可以被编程为计算代表感兴趣值的值。
电子装置120可以包括存储器。因此,电子装置120可以存储参数值和计算值。因此,电子装置120可以被配置为将测量结果存储到电子装置120的存储器。这允许通过使用电子装置120来分析测量数据。
优选地,电子装置120包括被配置为将(一个或多个)电容转换成数字形式的电子芯片510。这样的芯片通常被称为电容到数字转换器(CDC)。因此,在一实施例中,控制器包括电容到数字转换器。电子装置120的传输部件可以包括用于传输和可选地接收数据的组件。
传输部件可以基于无线技术,诸如
- 射频标识(RFID),
- BT(蓝牙),
- 无线本地接入网(WLAN),
- 近场通信(NFC),
- 蜂窝系统4G,或
- 蜂窝系统5G,
但它也可以替代地基于任何其它无线技术。
可选地,代替无线技术,传输部件可以基于
- USB
- 以太网
- CAN
- LIN
- MOST
- FlexRay,或
- UART
技术。
因此,在无线技术的情况下,电子装置120可以包括用于提供无线连接的天线,以及用于经由天线施行通信的通信插件,诸如通信电路。天线可以合并在通信电路中,或者它可以与通信电路分离,但是电连接到通信电路。通信插件可以耦合到可变形传感器的处理器,该处理器可以链接到进一步连接到天线的发射器。
优选地,传输部件(即发射器)被配置为基于可变形传感器的测量值来传输(一个或多个)值。
可变形传感器的电子装置120可以被配置为将所获得的值(例如校准值)传输到外部单元550和/或云服务单元570。因此,可变形传感器的电子装置120可以导致所获得的值被传输到可变形传感器100之外。
在一实施例中,电子装置120包括电路板700,其电耦合到第一电极301;和附接到电路板700的电子芯片510。可变形传感器100的电子装置120可以包括一个或多个电子芯片510,诸如微芯片。因此,可变形传感器100可以包括至少一个电路板700,所述电路板700以导电方式附接到布线400,并且电耦合到第一电极301。电路板优选为柔性电路板。柔性电路板可以提高可变形传感器的可变形性。然而,在另一个实施例中,电路板仅是部分柔性的。另外,电路板可能根本不是柔性的。
至于用于电路板700、特别是用于柔性电路板的合适材料,这些包括聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚醚醚酮。在一实施例中,柔性电路板700包括从由这些材料组成的组选择的材料。最优选地,柔性电路板包括聚酰亚胺和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯。柔性电路板700的柔性也是板700相对薄的结果。在一实施例中,柔性电路板700的厚度小于1mm,诸如至多0.5mm或小于0.4mm。
此外,电路板700可以包括导电布线。在20℃的温度下,电路板700的布线的电导率可以至少为1S/m。
当耦合到可变形传感器100时,电子装置120可以被配置为测量至少一个可拉伸电极300的感兴趣值,优选地,单独测量每一个可拉伸电极。在有利的实施例中,电子装置120被配置为单独测量每一个可拉伸电极300的电容。
电子装置120可以包括数据存储装置,诸如至少一个存储器组件。替代地,或者附加地,电子装置120的处理器可以包括存储器。因此,电子装置120可以被配置为将测量结果存储到可变形传感器装置的存储器。这允许至少在测量之后分析测量数据。可以在传感器的电子装置120中计算代表感兴趣值的值。
可变形传感器当其测量和/或分析和/或传输数据时消耗能量。可变形传感器可以包括功率源、优选地电功率源(诸如电池),以提供电力用于为可变形传感器100的功能供电。功率源可以例如被配置为将机械能和/或化学能转换成电能。作为替代或附加地,电源可以包括被配置为将磁能转换成电力的组件。作为替代或附加地,电源可以包括存储电能的高电容电容器(例如超级电容器)。这样的高电容电容器可以用将磁能或机械能分别转换成电力的组件进行例如感应充电或电充电。此外,功率源可以包括能量收集设备,诸如压电能量收集设备、热电收集设备或摩擦电能收集设备,该设备可以包括电池和/或电容器作为其元件之一。
最优选地,功率源是被配置为通过将化学能转换成电力来提供电力的电池。因此,有可能实现简单且有成本效益的解决方案。优选地,电池是可再充电的。
在一实施例中,来自可变形传感器100的数据不结合可变形传感器装置进行分析,以便节省可变形传感器装置的能量消耗。在另一实施例中,不必需节省可变形传感器装置的能量消耗,因此,来自可变形传感器100的数据优选地至少部分地结合可变形传感器装置进行分析。传输部件可以用于将来自可变形传感器装置的至少一些测量参数发送到外部控制单元550或直接发送到云服务单元570。优选地,传输部件被配置为将数据发送到传感器装置附近的外部控制单元550,以便节省能量。在一实施例中,天线可以被布置为将信息从电子装置120无线传输到位于离可变形传感器一定距离处的接收设备,例如外部控制单元550。代表感兴趣值的值可以在外部控制单元550或云服务单元570中计算。因此,节省可变形传感器装置的能量是可能的。替代地,代表感兴趣值的值可以结合可变形传感器装置(优选地通过使用电子芯片510)来计算,并且可选地传输到云服务单元或外部控制单元550。因此,云服务单元570可以使得个人能够在任何地方实时收集数据并分析所收集的数据。
如果可变形传感器装置包括电路板700、诸如柔性电路板700,则它可以电耦合到第一电极301。此外,电子芯片510可以附接到电路板700并被配置为测量值,诸如第一电极的电容。电子装置120可以被配置为例如通过使用电子芯片510将测量结果发送到外部控制单元550。因此,电子芯片510可以被配置为将信号Sin发送到外部控制单元550或到云服务单元570。然后,外部控制单元550或云服务单元570可以接收信号Sin并确定以下步骤。信号Sin可以经由有线或无线方式发送。在一实施例中,电子装置120被配置为无线发送数据。这允许实时分析测量数据。
外部控制单元550可以是例如移动电话、平板或个人计算机(诸如膝上型计算机)。外部控制单元可以包括处理器、用于诸如参数和计算之类的值的存储器数据存储单元(即,存储器)和要由处理器执行的计算机代码、以及具有例如操作员显示器和键盘的用户接口(图中未示出)。操作员显示器可以提供状态信息和警告。外部控制单元550可以进一步包括传感器接口,用于接收来自传感器的输出。还可以存在用于为外部控制单元550的操作供电的电源。
出于通信目的,外部控制单元550可以配备有通信接口,该通信接口可能能够经由短程和/或远程通信连接与一些其它设备(例如云服务单元)通信。因此,外部控制单元550可以被配置为与诸如移动电话网络之类的服务提供商通信。
外部控制单元550的存储器数据存储单元可以存储参数值和计算值。因此,外部控制单元550可以被配置为将测量结果存储到外部控制单元的存储器。这允许通过使用外部控制单元550来分析测量数据。
优选地,电子装置120至少存储材料补偿系数181,因此,通过简单地获得当前表面上的测量结果,有可能容易、可靠且快速地校准可变形传感器,以获得组装件补偿系数182。
电子装置120的存储器还可以存储所述组装件补偿系数182。因此,可能有可能容易、可靠且快速地校准测量值。
电子装置120的存储器和/或外部控制单元550的存储器可以至少在预确定时间内保持历史数据。此外,存储器不仅可以用于存储数据,而且可以用于存储要由外部控制单元550和/或电子装置120的处理器执行的计算机代码。
计算机代码可以使用材料补偿系数181,以便获得组装件补偿系数182。因此,有可能容易且快速地校准非平面表面上的可变形传感器。在没有所述材料补偿系数181的情况下,可变形传感器在非平面表面上的校准可能是非常缓慢且困难的操作,所述材料补偿系数181通常包括温度对可变形传感器信号的影响以及可变形传感器在平面表面上的行为的函数。
计算机代码优选地使用组装件补偿系数182,以便从测量信号获得校准值。因此,有可能从非平面表面获得可靠的数据。
外部控制单元550可以具有接收器或接收器-发射器,其被定位成接收数字数据,诸如由可变形传感器装置的发射器传输的信号Sin。当使用外部控制单元550时,计算机程序可以在外部控制单元550上运行。当在外部控制单元550上运行时,这样的计算机程序可以被配置为使外部控制单元550接收信号Sin
在一实施例中,当在外部控制单元550上运行时,计算机程序被配置为使外部控制单元550接收这样的原始信号Sin,该原始信号Sin指示由可变形传感器100测量的值。另外,当在外部控制单元550上运行时,计算机程序可以被配置为使外部控制单元550从信号Sin确定校准值。
替代地,或者附加地,电子装置120可以具有接收器或接收器-发射器,其被定位成接收数字数据。此外,电子装置120可以具有计算机代码,该计算机代码可以被配置为使电子装置120从原始值确定校准值。
如果第一电极的值作为模拟信号发送,则测量值可以是电压、电容、电阻或电流的值。优选地,该值是感兴趣的数字值。因此,电子装置120优选地被配置为将测量信号转换成数字信号。
通常,测量值包括噪声。因此,即使在传感器100附近不存在物体,从其测量的信号也可能不是恒定的。因此,信号优选地被滤波。因此,在一实施例中,通过过滤数据来移除噪声的影响。
电子装置120和/或包括电子装置的系统可以被配置为确定材料补偿系数181。可以为一个可变形传感器确定材料补偿系数,并且然后将其用于所有类似的可变形传感器。例如,对于不同的温度和/或湿度,可以确定材料补偿系数181。另外,例如,在可变形传感器的制造过程期间,材料补偿系数可以存储到可变形传感器的存储器。因此,不必需为每个制造的可变形传感器单独重新确定材料补偿系数181。然而,如果想要,在所述传感器的制造过程之后,可以为每个制造的可变形传感器校准材料补偿系数。
因此,如所讨论的,不需要为每个可变形传感器单独确定材料补偿系数181,但是材料补偿系数181可以被确定一次,并且然后当制造可变形传感器时,材料补偿系数181可以被存储到可变形传感器的存储器。
材料补偿系数181可以用于例如确定可变形传感器在其当前表面上的组装件补偿系数182。
电子装置120和/或外部单元550可以被配置为从测量的原始值确定校准值。可变形传感器的校准值可以基于组装件补偿系数182来确定。
可变形传感器装置和/或包括可变形传感器装置的系统可以被配置为:
- 通过使用可变形传感器100获得原始值(信号);
- 可选地,从原始值(信号)确定滤波值;
- 基于
- 原始值和/或滤波值;以及
- 材料补偿系数181和/或组装件补偿系数182
来确定校准值,
- 可选地,例如通过将校准值与先前测量的值进行比较来检查数据的可靠性。
另外,电子装置120和/或包括该电子装置的系统可以被配置为确定第三参考值(即第三曲线183),该第三参考值指示在可变形传感器100的安装位置上的信号,即在将可变形传感器安装到当前表面之后(见图5b、6b和8a),在可变形传感器的重新校准之前。当前表面可以是例如平面、弯曲或双曲表面。
另外,电子装置120和/或包括电子装置的系统可以被配置为确定组装件补偿系数(见图8b)。组装件补偿系数182基于材料补偿系数181,其针对可变形传感器的当前形式进行校准。
指示重新校准之前的测量值的第三参考值183(见图6b和8a)可以与材料补偿系数181一起使用,以形成组装件补偿系数182(见图8b)。组装件补偿系数182可以用于从可变形传感器的信号确定校准值。因此,即使当可变形传感器100在非平面表面上时,组装件补偿系数也可以用于得到校准的测量结果。
系统,包括
- 可变形传感器和
- 优选地包括电子芯片510的电子装置120,以及
- 可选地外部单元550、570
可以被配置为确定用于解释测量值的组装件补偿系数182。此外,系统可以被配置为基于组装件补偿系数182从原始信号或滤波信号确定校正(校准)值。
可变形传感器的外部单元550、570和/或电子装置120可以被配置为确定校准值182。
诸如外部控制单元550或云服务单元570之类的外部单元550、570和/或可变形传感器的电子装置120可以被配置为发送包括校准值的输出信号Sout。对应地,当在外部单元550、570上和/或在可变形传感器的电子装置120上运行时,计算机程序可以被配置为生成指示校准值的输出信号Sout
材料补偿系数181可以存储在存储器上,或者它们可以在平面表面处确定。材料补偿系数181可以用于简单地通过测量可变形传感器在其当前位置上的至少一次测量来确定组装件补偿系数182,而无需大量的校准工作。组装件补偿系数可以用于从可变形传感器的信号确定校准值。
组装件补偿系数182可以在可变形传感器的安装位置中,即在可变形传感器100的安装过程之后确定。平面表面上的测量范围的示例一般在图5a中图示,而非平面表面上在没有校准的情况下在图5b中图示。
材料补偿系数181的确定可以包括以下步骤:
- 在平面表面上测量可变形传感器100的信号(来自电极的输出),
- 基于测量的信号确定材料补偿系数181。
可变形传感器装置优选在测量期间测量温度。此外,材料补偿系数181优选地包括温度对信号的影响。因此,即使快速形成组装件补偿系数182,即通过仅使用当前温度,也可以可靠地确定校准值。
组装件补偿系数182的确定可以包括例如以下步骤:
i)在将可变形传感器安装在表面上之后,测量可变形传感器100的(一个或多个)信号(来自(一个或多个)电极的(一个或多个)输出),
ii)确定指示没有待测量的物体对表面上的传感器有影响的值,
iii)将测量的信号与材料补偿系数181进行比较,
iv)基于材料补偿系数和测量的信号确定组装件补偿系数182。
用于确定感兴趣值的方法可以包括以下步骤:
- 测量可变形传感器100的至少一个信号(来自(一个或多个)电极的(一个或多个)输出),
- 可选地,基于测量的信号传输至少一些值,
- 将信号和/或从信号确定的值与组装件补偿系数182进行比较,以及
- 基于(一个或多个)测量的信号和组装件补偿系数182确定(一个或多个)校准值。
如上面所描述的,材料补偿系数181可以表示平面表面上的可变形传感器的信号(见图5a、6a)。因此,材料补偿系数181可以作为平面表面上的电值的函数来计算。有利的是,材料补偿系数181使用温度作为变量。因此,可以改进测量结果。
示出材料补偿系数181的数据可以存储到电子装置和/或外部单元550、570的存储器。因此,材料补偿系数181仅可以确定一次,存储到存储器,并在需要时使用。
如上面所讨论的,组装件补偿系数182可以作为其中传感器所定位的安装表面上的电值的函数来计算。其中传感器所定位的安装表面可以是非平面的。非平面表面可以是双曲表面。示出材料补偿系数和/或组装件补偿系数182的数据可以存储到电子装置和/或外部单元550、570的存储器。因此,对于每个安装位置,组装件补偿系数182仅可以计算一次,存储到存储器,并在需要时使用。
电子装置120和/或外部单元550、570可以被配置为确定材料补偿系数181和/或组装件补偿系数182,其中组装件补偿系数182可以基于材料补偿系数和在第二表面上(即,在可变形传感器的安装位置上)测量的信号来确定。
该系统可以包括:
- 用于从(一个或多个)可变形传感器收集数据的部件,
- 存储器,包括
- 材料补偿系数,和
- 组装件补偿系数182,
- 用于分析所收集的数据以基于所收集的数据和组装件补偿系数形成校准数据的部件。
可以在电子装置120中完成值的比较。在一实施例中,比较在外部单元550中完成。因此,校准,即基于参考值和测量信号确定(一个或多个)校准值,可以发生在例如外部单元550、570中。外部单元550、570可以被配置为发送包括校准值的输出信号Sout。此外,或者替代地,电子装置120可以被配置为发送包括校准值的输出信号Sin
信号Sin、Sout可以指示(一个或多个)校准值和/或材料补偿系数181和/或组装件补偿系数182。此外,信号Sin可以指示(一个或多个)未校准的测量信号。
组装件补偿系数182可以在可变形传感器的安装过程之后,即当可变形传感器在其安装位置中时确定。如果可变形传感器安装在平面表面上,则组装件补偿系数182可以全部是1。因此,如果可变形传感器安装在平面表面上,则仅材料补偿系数可能对校准值有影响。
然而,可变形传感器也可安装在非平面表面上。因此,典型地,对于可靠的数据,需要组装件补偿系数182。测量的信号可以与组装件补偿系数182一起应用,以确定在其安装位置中对可变形传感器有影响的力。
安装位置通常对可变形传感器的信号有影响。因此,即使当没有物体正在影响可变形传感器时,可变形传感器的信号也可以在不同的表面上示出不同的值(见图5a-b)。组装件补偿系数182表示在当前表面上可变形传感器的安装位置中信号所需的系数。如果可变形传感器100安装到另一个表面,或者以另一种形式安装在当前表面上,则可以(并且通常应该)确定新的组装件补偿系数。
如上面所讨论的,可变形传感器100可以被配置为提供信号。电子装置120可以被配置为读取可变形传感器100的信号。该系统可以被配置为
- 确定平面表面上的材料补偿系数,和/或使用存储到存储器的材料补偿系数,和/或
- 确定可变形传感器的安装位置中的组装件补偿系数182,和/或使用存储到存储器的组装件补偿系数,和/或
- 通过使用组装件补偿系数从读取信号确定校准值。
材料补偿系数181优选在第一次安装可变形传感器100之前确定。
优选地,对于可变形传感器的每个安装位置,或者每次可变形传感器的形式改变时,确定组装件补偿系数182。
根据一实施例,保存从可变形传感器收集的至少一些数据,以便形成历史数据。该历史数据可以被分析和/或与例如材料补偿系数进行比较。替代地,或者附加地,可以分析该历史数据和/或将其与组装件补偿系数进行比较。
可选地,或者附加地,可以分析该历史数据和/或将其与新的测量信号进行比较。因此,有可能确定例如安装表面是否正在改变。因此,可变形传感器可以用于确定传感器安装到其上的物体的维护的需要。因此,可变形传感器可以被配置为注意其中传感器所定位的物体的维护的需要。
因此,该系统可以被配置为将基于至少一个新测量的至少一个未校准值与存储到存储器的至少一个其它未校准值进行比较,所述至少一个其它未校准值优选地在可变形传感器被安装到当前表面之后立即获得。
至少一个新值和至少一个存储值之间的差异可以用于确定其中传感器所位于的安装表面是否仍在合适的状况下。然后,系统可以被配置为显示其中传感器所位于的安装表面是否仍在合适的状况下。
可选地,使用本地显示器向用户示出所收集的数据或至少一些所收集的数据。外部单元550、570可以被配置为显示感兴趣值,诸如例如对于用户的压力和/或力。
可变形传感器100的电子装置120可以固定地接近第一电极301定位。电子装置120可以用作读取设备。这样的布置使得第一电极和电子装置120之间能够可靠地相互作用。
如所讨论的,可变形传感器100可以包括传输部件,用于将至少一些测量数据(传感器100的输出)传送到例如外部控制单元550。
在一实施例中,电子装置120被配置为从另一个可变形传感器接收数据。此外,在一实施例中,电子装置120被配置为将这样的数据发送到另一个外部控制单元。以这种方式,多个可变形传感器可以经由其它可变形传感器例如向外部控制单元550发送测量数据。
在一实施例中,外部单元550、570被配置为从多个可变形传感器(例如,从至少3个可变形传感器)接收数据。
可变形传感器可以包括弹性可变形层130A、130B。至少该弹性可变形层130A、130B是可变形的,即它在使用中可以变形。结果,电极300的测量值可能改变。这种改变可以用于测量。此外,这种改变可以用于通过确定组装件补偿系数182来校准可变形传感器。
可变形传感器100的形状(在使用中)可以是例如平面的、弯曲的或双曲的。此外,它的形状可能与储存时的形状不同。例如,可变形传感器100可以以平面形式存储,并且在使用中,该形状可以符合其中可变形传感器所定位的表面的形状。
传感器100可以包括顶层。顶层的厚度可以是例如至少0.1mm,诸如至少0.5mm。在这种情况下,第一导线401的至少一部分和(一个或多个)弹性层150、130A、130B布置在顶层的相同侧。顶层可以被整饰,例如为了传感器的视觉外观和/或为了提高的使用舒适性。优选地,顶层由(合成的或天然的)纺织品制成。在一实施例中,顶层包括纤维材料。在一实施例中,顶层包括编织纤维材料。加强结构250可以是顶层,并且可以根据需要来整饰。因此,加强结构可以用作顶层。这可以提高传感器100的可靠性。
通过应用底层,可以进一步提高传感器100的可靠性。底层的厚度可以是例如至少0.1mm,诸如至少0.5mm。当底层可选地经由多层结构的其它部分附接到第一导线401时,底层也为导线401提供机械支撑,并且以这种方式提高可靠性。第一导线401的至少一部分可以在传感器的厚度Sz的方向Sz上布置在弹性层130A、130B、150和底层之间。底层的材料可以根据需要选择。在底层需要贴合和/或配置为在使用中被压缩的情况下,底层的材料可以从由聚氨酯、聚乙烯、聚(乙烯-醋酸乙烯酯)、聚氯乙烯、聚硼二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、乙丙橡胶、氯丁橡胶、软木、乳胶、天然橡胶、硅树脂和热塑性弹性体凝胶组成的组选择。然而,在底层是柔软的就足够了的情况下,也可以使用从由聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚醚醚酮组成的组选择的材料。
底层可以被整饰,例如为了传感器的视觉外观和/或为了提高的使用舒适性。
可变形传感器100可以包括第二加强结构,诸如第二加强层。顶层可以是第一加强结构250,并且底层可以是第二加强结构。如果可变形传感器100包括第一加强结构250和第二加强结构250以及单独的底层,则优选地,两个加强结构都布置在底层的相同侧。
如上面所讨论的,可变形传感器可以包括若干层,例如2 - 10层。可变形传感器可以包括,例如,
- 1至6个绝缘层,
- 1或2个电极层300,以及
- 0至3个电可渗透和/或导电层。
包括
- 具有上述层数的可变形传感器,和
- 使用组装件补偿系数182以便从测量信号获得校准值的计算机代码
的系统可以用于从非平面表面获得可靠的数据。
例如,包括至少3个绝缘层和2个电极层的结构可以用于比例如仅具有一个电极层的结构更准确地测量压力。然而,具有许多层的分层传感器结构比仅包括一些层的传感器更复杂,由此其制造起来将更昂贵。
当可变形传感器100包括两个电可渗透和/或导电层140、142时,绝缘层可以布置在每个电可渗透和/或导电层142和电极321、322之间。因此,绝缘层可以布置在第一电可渗透和/或导电层140和电极301、302之间以及第二电可渗透和/或导电层142和电极301、302之间。
至于第一电可渗透和/或导电层140的材料,第一电可渗透和/或导电层140可以包括以下中的至少一种
- 由导电墨水制成的导电材料,
- 导电织物,以及
- 导电聚合物,诸如由聚合物制成的薄膜。
这些材料可以用于获得改进的可变形传感器。
基于导电聚合物的材料可以用作(一个或多个)导电区域的材料,诸如电可渗透和导电层140、142。这样的基于导电聚合物的材料通常包括以导电方式彼此附接的导电颗粒,诸如薄片或纳米颗粒。在一实施例中,导电颗粒包括金属(例如,铜、铝、银、金)或碳(包括但不限于石墨烯和碳纳米管)。此外,基于导电聚合物的材料包括聚苯胺、聚乙烯(例如聚乙烯醇或聚氯乙烯)和PEDOT:PSS(即聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐),它们可以用作(一个或多个)导电区域的材料。所述材料对于可变形传感器的性质可能特别有利。
(一个或多个)导电区域可以由彼此交叉的导电线、细丝或纱线形成,由此(一个或多个)非导电区域布置在导电线、细丝或纱线之间。电可渗透和导电层140、142可以是由导电纱线制成的编织层(即织物)。这样的导电织物包括作为导电区域的纱线和纱线之间的非导电区域。所述材料对于可变形传感器的性质可能特别有利。
第一电可渗透和/或导电层140可以是均匀导电的,例如通过在均匀表面上使用均匀量的导电墨水或浆料。在替代方案中,第一电可渗透和/或导电层140可以是导电纱线的网格,例如使用导电墨水或浆料或细丝制成。第一电可渗透和/或导电层140由曲折的导电线组成也可以是足够的。第一电可渗透和/或导电层140包括多个单独的导电线也可以是足够的。在一实施例中,第一电可渗透和/或导电层140的至少一部分由导电墨水制成。在一实施例中,第一电可渗透和/或导电层140包括导电织物。在一实施例中,第一电可渗透和/或导电层140包括导电聚合物。优选地,第一电可渗透和/或导电层140是均匀导电的。这可以提高可变形传感器的可靠性。
已经关于第一电可渗透和/或导电层140的材料所述的内容适用于第二电可渗透和/或导电层142的材料。
可变形传感器包括可拉伸和/或可变形的(一个或多个)层。可变形传感器100进一步包括附接到该层或这些层之一的可拉伸电极。可拉伸性和变形性可以提高力传感器的舒适性。
图1d示出了具有更复杂结构的可变形传感器。可变形传感器可以包括第一电可渗透和/或导电层140和第二电可渗透和/或导电层142。为了适当的功能,第二电可渗透和/或导电层142可以在传感器的厚度方向上与[i]第一初级电极301的整个区域、[ii]第二初级电极302的整个区域、[iii]第一次级电极321的整个区域和[iv]第二次级电极322的整个区域重叠。当可变形传感器包括(一个或多个)电可渗透和/或导电层140、142和另外的电极时,第二电可渗透和/或导电层142优选地在传感器的厚度方向上与所有电极重叠。
第一次级电极321可以在传感器100的厚度方向Sz布置在第二电可渗透和/或导电层142和柔性且可拉伸层200之间。此外,第二弹性可变形层130B的一部分可以布置在第一次级电极321和第二电可渗透和/或导电层142之间。更具体地,第二弹性可变形层130B的一部分可以布置在[A]第一初级电极301和第二电可渗透和/或导电层142之间,并且布置在[B]第一次级电极321和第二电可渗透和/或导电层142之间。(一个或多个)初级电极301、302和(一个或多个)次级电极321、322可以在传感器100的厚度方向Sz上留在第二电可渗透和/或导电层142和第一弹性可变形层130A之间。布线400也可以在传感器100的厚度方向Sz上留在第二电可渗透和/或导电层142和第一可变形层130A之间。
有利地,可变形传感器是电容传感器。替代地,可变形传感器优选为电阻传感器或压阻传感器。这些传感器的工作原理是技术人员已知的。当新颖可变形传感器是这些传感器之一时,所述传感器可能特别有利。例如,如果传感器安装到非平面表面上,则当未校准时,所述传感器的信号可能不能准确地转换成测量值。
如上面所讨论的,可变形传感器可以是电容传感器;因此,它可以被配置为感测电容的变化,并提供代表该变化的输出。可变形传感器可以是适于定位在双曲表面上的电容传感器。电容传感器可以是例如力和/或压力传感器。
通常,当物体移动接近或远离电极时,电极300相对于其周围环境的电容改变。不一定需要第二电极(层),但是可以使用两个电极以用于以这样的方式提高准确度,使得电极之间的材料在使用中可以被压缩。当在不同位置处使用多个电极时,可以在不同位置处确定多个局部压力。在触摸传感器中,触摸物体(例如用户的手指)具有与例如空气不同的介电常数。因此,电极的电容通常随着触摸物体的移动而改变。
当可变形传感器100包括以下时
- 第二弹性可变形层130B和第二电可渗透和/或导电层142,以及
- 第一可变形层130A和第一电可渗透和/或导电层140,
第二电可渗透和/或导电层142优选布置在弹性可变形层130B的第一侧133上,第一次级电极321布置在弹性可变形层130B的第二相对侧134上。在一实施例中,电极300和至少一部分布线400布置在第二弹性可变形层130B的第二相对侧134上。对应地,第二弹性可变形层130B的一部分在传感器100的厚度方向Sz上留在第二电可渗透和/或导电层142和第一次级电极321之间。两个电可渗透和/或导电层140、142以及两个弹性可变形层130A、130B都可以提高电容测量的准确度。此外,在两个弹性可变形层之间的柔性且可拉伸层200可以简化制造过程。此外,电极和布线的相互布置可以提高测量准确度,特别是对于力,并且不损害可靠性。当测量力时,可能需要大的电极(即电极的大覆盖),因为力是力作用在其上的表面上的压力的整体。因此,需要知道传感器内大体上所有位置处的压力,以准确地确定力。
可变形传感器可以包括虚设线和/或接地电极。在这种情况下,为了改进可变形传感器的结构,虚设导线的形状可以大体上类似于与其相邻的导线的形状。
根据一实施例,该系统包括
- 分析部件,用于分析从可变形传感器收集的数据,以便基于所收集的数据和组装件补偿系数182确定力和/或压力和/或另一个感兴趣值。
在电容式传感器中,测量电极的电容。电容可以相对于周围环境或相对于另一个电极(诸如接地电极)来测量。一般而言,存在三种工作原理:(1)接近电极(例如在两个电极之间)的介电材料改变,这改变了电容;和/或(2)两个电极之间的距离改变,这改变了这些电极之间的电容;和/或(3)电极的面积改变或两个电极之间的相互面积改变,这改变了电极的电容(例如相对于另一个电极或周围环境)。相互面积例如在剪切载荷下可能改变。这些原理是技术人员已知的。
利用如上面所讨论的传感器结构,有可能测量可拉伸电极300相对于某物的电容。可以相对于另一个可拉伸电极300测量电容。例如,所有其它可拉伸电极300可以形成公共接地,相对于该公共接地可以测量电容。因此,随后,可以测量所有可拉伸电极300的电容。然而,这降低了采样率。还有可能测量相对于周围环境的电容。然而,这可能不会给出准确的结果。
例如,力和/或压力可以通过使用电容传感器来测量。因此,电子装置120可以是用于电容性检测力和/或压力的可变形传感器100的整体部分。因此,可变形传感器可以被配置为感测电容的变化并提供代表压力和/或力的输出。
当传感器100包括两个电可渗透和/或导电层140、142时,该系统优选地被配置为测量来自至少第一初级电极301的整个区域、第二初级电极302的整个区域、第一次级电极321的整个区域和第二次级电极322的整个区域相对于第一和第二电可渗透和/或导电层140、142的电容。
特别地,当传感器包括至少一个电可渗透和/或导电层140、142时;电子装置120可以被配置为测量:
- 在一个时间实例,第一初级电极301的整个区域相对于(一个或多个)电可渗透和/或导电层的电容;
- 在一个时间实例,第二初级电极302的整个区域相对于(一个或多个)电可渗透和/或导电层的电容;
- 在一个时间实例,第一次级电极321的整个区域相对于(一个或多个)电可渗透和/或导电层的电容;
- 在一个时间实例,第二次级电极322的整个区域相对于(一个或多个)电可渗透和/或导电层的电容。
这些时间实例可能相同或者它们可能不同。
弹性可变形层130A、130B、150可以布置在电极300和第一电可渗透和/或导电层140之间。
第一电可渗透和/或导电层140可以用作接地电极,相对于该接地电极测量每个可拉伸电极300的电容。在这样的配置中,可变形层130A、130B、150的压缩影响两个电极之间的距离。如技术人员所已知的,由所述两个电极形成的这样的电容器的电容与电极之间的距离成反比。通过测量电容,可以计算出电极之间的距离。从该距离,可以确定弹性层150、130A内的应变。因为弹性层150、130A的材料是已知的,所以应变限定了弹性层150、130A内的应力(即压力)。以这种方式,可以确定每个可拉伸电极处的压力。此外,因为可拉伸电极的有效面积是已知的,所以可以确定影响该可拉伸电极的力。最后,倘若电极大体上覆盖传感器的整个横截面面积,当与可变形传感器的安装位置的表面形状相关的组装件补偿系数已知时,可以测量总力。
可变形传感器100可以被配置为感测在传感器100的厚度方向Sz上具有分量的方向上作用的压力和/或力。对应地,至少弹性可变形层(例如130A或130B)的厚度可以被配置为在压力下减小。
可变形传感器100可以相对薄。也就是说,厚度小于长度和宽度中的较小者。在一些应用(诸如压力感测应用)中,可变形传感器的厚度t100可以是例如从1mm到5mm,以便优化测量准确度。在一些其它应用(诸如基于触摸的HMI)中,可变形传感器的厚度t100可以是例如从0.05mm到1.0mm,以便优化可变形传感器的薄度和贴合性。另外,在一些其它应用(诸如应变仪)中,可变形传感器的厚度t100可以是例如从0.02mm到0.5mm,用于优化可变形传感器的薄度并降低制造成本。
一般而言,例如在力传感器中,大体上所有的测量区域都应该被用于测量的电极覆盖,而例如在压力传感器中,仅将用于测量的电极提供给其中要测量压力的这样的区域就足够了。为了能够测量除压力(即局部压力)之外的力(即总力),优选地,大体上所有的测量区域都应该用可拉伸电极300覆盖。因此,前面提到的距离d1(见图2b)应该很小。另一方面,如果距离d1太小,则邻近电极300可能彼此电容耦合,这可能干扰测量。
一般而言,在被配置为感测压力和/或力的可变形传感器100中,柔性且可拉伸层200的厚度可以例如高达5mm。在一实施例中,不充当可压缩层的柔性且可拉伸层200的厚度可以例如小于1mm,诸如小于0.5mm,例如从20μm到1mm或从50μm到0.5mm。
为了具有合理的变形,(一个或多个)弹性可变形层130A、130B的厚度优选为从0.05mm至5mm,诸如从0.3mm至4mm,诸如从0.5mm至2mm。
在被配置为感测压力和/或力的可变形传感器100中,为了具有合理的变形,(一个或多个)弹性可变形层130A、130B的厚度可以是至少0.05mm,优选至少0.3mm,诸如至少0.5mm。
可拉伸电极300中的每一个可以被布置为与所有其它可拉伸电极300相距某个距离d1,i,j。通过所述距离d1,i,j与彼此电绝缘的可拉伸电极的数量通常与传感器的空间准确度相关。使用的电极300越多,空间准确度越好。在优选实施例中,可拉伸电极的数量至少为二十,诸如在20和50之间。
优选地,第一导线401仅将第一电极301连接到电子装置120,并且第二导线402仅将第二电极302连接到电子装置120。这具有的效果是,例如,第一和第二电极301、302的电容可以在没有多路复用的情况下被测量,这提高了测量的时间准确度。因此,优选地,电极层300包括第二电极302和附接到第二电极302的第二导线402。这具有提高电容测量的空间准确度的效果。然而,电容也可以通过多路复用来确定。
第一弹性可变形层130A可以被配置为在使用中在压力下被压缩和变形。特别地,因为可变形传感器是可变形的和柔性的,所以倘若使用足够数量的电极,柔性允许以高空间准确度测量压力分布。如上面所指示的,大量的单独电极也可以提高时间准确度。
由于材料选择和相当薄的分层结构,可变形传感器100容易变形。传感器100的形状和/或厚度可以适应其中传感器所定位的安装表面的形状。因此,可变形传感器特别适合在弯曲表面上使用。在一有利的实施例中,可变形传感器100适于附接在双曲表面上。因此,特别是在使用中,可变形传感器100不需要是平面的。
这样的传感器可以用于各种应用,包括但不限于衣服、头盔、车辆和家具。因此,其中传感器所定位的安装表面可以是例如可穿戴物品或车辆的双曲表面。此外,该传感器可以用于智能家具,诸如椅子、沙发、床单、毯子、床垫、垫子和地毯,以及车辆内部的物体,诸如车辆椅子。
可变形传感器100可能最适合其中可变形传感器在使用中变形的应用。
湿气、汗水或水可能会影响测量结果。特别地,当湿度接近电极300时,湿度可能对测量产生很大影响。因此,材料补偿系数181优选地包括湿度对可变形传感器的信号的影响的信息。
另外,温度可能影响测量结果。因此,材料补偿系数181优选地包括温度对可变形传感器的信号的影响。
此外,材料补偿系数181可以包括来自
- 应力对应变,和/或
- 温度对应变,和/或
- 应变对电阻,和/或
- 随时间推移的蠕变的信息。
因此,有可能获得非常可靠的测量结果。
由于本发明,可以在复杂的表面(诸如双曲表面和在使用中变形的表面)上监测感兴趣值,诸如压力和/或力。
示例1:可变形座椅传感器
可变形座椅传感器可以是压力传感器。
传感器材料表征产生传感器材料模型,即材料补偿系数181。材料补偿系数181可以包括来自若干非线性传感器特性的信息,例如应力对应变、和/或温度对应变、和/或应变对电阻、和/或随时间推移的蠕变等。计算机测量算法软件可以使用材料补偿系数181来补偿基于材料和结构的非线性,以用于最大的传感器测量准确度。材料补偿系数被实现为包括加权系数的矩阵或多维阵列,以补偿传感器材料和结构的非线性特性。在软件中,材料模型可以实现为查找表(LUT)。图7a图示了原始数据(未校准数据)测量值。图7b图示了原始数据的材料补偿系数。图7c图示了基于原始数据和材料补偿系数的校准信号(校准信号=校准原始数据x材料补偿系数)。
可变形座椅传感器可以制造为平面传感器。在制造可变形座椅传感器之后,可以用利用静止位置中的材料补偿系数的算法来测量所有单独的压力传感器。这些传感器参考测量值被存储起来,以供以后在校准中使用,从而补偿座椅组装件冲击和变化。
可变形座椅传感器可以组装到座椅中。在组装阶段中,传感器被部分拉伸和/或弯曲,以便符合座椅形状和材料。这种成形将对单独的传感器测量值产生影响。
可变形座椅传感器可以通过使用初始材料模型获得座椅中组装之后的值。由于安装中的变形,测量结果(图8a中所示出的)与初始参考测量值相比改变了,即在安装之前测量传感器时。变形对传感器或传感器部件的动态测量范围、测量线性度和灵敏度产生影响。因此,仅具有初始材料模型的算法不足以在安装到座椅之后提供准确的测量结果。
为了补偿可变形座椅传感器安装对座椅的影响,需要进行附加的校准。这种重新校准是使用材料补偿系数181、安装之后的测量值以及可选地安装之前的参考测量结果。作为重新校准的结果,形成了组装件补偿系数(图8b中所示出的)。重新校准之后,可以用附加的测量来验证结果。
由于组装件补偿系数(图8b中所示出的),可变形传感器的信号可以容易地校准。组装件补偿之后的校准值在图8c中示出。
编号示例
1.一种可变形传感器装置,包括适于附接到弯曲表面的可变形传感器,所述可变形传感器优选能够在平面形状和弯曲形状之间弯曲而不断裂,所述可变形传感器包括
- 弹性层,其在20℃的温度下具有至少0.01MPa的杨氏模量和至少10%的第一屈服应变,
- 附接到弹性层的第一可拉伸电极(301),以及
- 可拉伸导电布线(400),
其中
- 第一可拉伸电极能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,并且
- 可拉伸导电布线(400)能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,
其中所述可变形传感器装置进一步包括
- 经由可拉伸导电布线(400)电耦合到第一可拉伸电极(301)的电子装置(120),所述电子装置(120)被配置为从可变形传感器的安装位置中的第一可拉伸电极(301)获得第一信号,
其中所述可变形传感器装置进一步包括
- 分析部件,其被配置为基于所获得的第一信号和组装件补偿系数来确定校准值,所述组装件补偿系数基于
- 材料补偿系数,以及
- 可变形传感器的至少一个其它测量信号,所述至少一个其它测量信号是当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时在所述安装位置中测量的。
2.根据示例1所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器装置包括温度传感器。
3.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述材料补偿系数包括温度对第一信号的影响。
4.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中
- 可变形传感器装置优选地包括湿度传感器,并且
- 材料补偿系数包括湿度对可变形传感器的第一信号的影响。
5.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述材料补偿系数包括可变形传感器的(一个或多个)材料对可变形传感器的第一信号的影响。
6.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述材料补偿系数包括可变形传感器的结构对可变形传感器的第一信号的影响。
7.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器进一步包括第二可拉伸电极(302),所述第二可拉伸电极(302)被布置为与第一可拉伸电极(301)相距第一距离(d1,d1,301,302),其中所述电子装置(120)进一步经由布线(400)耦合到第二可拉伸电极(302),并且被配置为从第二可拉伸电极(302)获得第二信号。
8.根据示例7所述的可变形传感器装置,其中所述材料补偿系数包括温度对可变形传感器的第二信号的影响。
9.根据示例7或8所述的可变形传感器装置,其中所述材料补偿系数包括湿度对可变形传感器的第二信号的影响。
10.根据前述示例7至9中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述材料补偿系数包括可变形传感器的(一个或多个)材料对可变形传感器的第二信号的影响。
11.根据前述示例7至10中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述材料补偿系数包括可变形传感器的结构对可变形传感器的第二信号的影响。
12.根据前述示例7至11中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述分析部件被配置为基于所获得的第一和第二信号以及组装件补偿系数来确定校准值。
13.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述分析部件进一步被配置为
- 当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时获得所述第一信号,
- 将所述第一信号与存储到存储器的至少一个其它信号进行比较,所述至少一个其它信号是当可变形传感器被安装到当前表面时获得的,并且
- 基于第一信号和存储的信号之间的差异来确定其中传感器所定位的安装表面是否仍在合适的状况下。
14.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述分析部件包括处理器,并且电子装置(120)进一步包括
- 传输部件,诸如无线组件,以及
- 可选地至少一个存储器组件。
15.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器能够被成形成
- 双曲形式和/或
- 弯曲形式。
16.根据示例1至15中任一个所述的可变形电子装置,其中布线(400)的至少一个布线(401,402)至少部分地布置为曲折布线。
17.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述电子装置(120)被配置为发送输出信号(Sout),所述输出信号(Sout)指示第一信号和/或第一信号的校准值。
18.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器包括弹性可变形层(130A,130B)和可拉伸层(200),以这样的方式使得可拉伸层(200)、(一个或多个)可拉伸电极(300,301,302)和导电布线(400)留在弹性可变形层(130A)的相同侧。
19.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述弹性层是绝缘层,并且可变形传感器进一步包括电可渗透和/或导电层(140,142)。
20.根据示例19所述的可变形传感器装置,其中所述电子装置(120)电耦合到电可渗透和/或导电层(140,142)。
21.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述电子装置(120)包括电耦合到第一电极(301)的电子芯片(510),并且分析部件优选地定位在电子芯片中。
22.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器装置被配置为从所获得的信号确定滤波值,并且(一个或多个)校准值的确定基于滤波值。
23.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器装置被配置为
- 确定平面表面上的材料补偿系数(181),和/或使用存储到存储器的材料补偿系数。
24.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器装置被配置为
- 当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时,确定可变形传感器的安装位置中的组装件补偿系数(182)。
25.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述组装件补偿系数(182)被存储到电子装置(120)的存储器。
26.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器装置机械地附接到其位置。
27.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器装置可移除地附接到其位置。
28.根据前述示例1至26中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器装置通过使用粘合剂附接到其位置。
29.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述电子装置(120)进一步包括电路板,优选柔性电路板。
30.根据示例29所述的可变形传感器布置,其中所述电路板(700)电耦合到第一电极(301)。
31.根据示例29或30所述的可变形传感器装置,其中所述电子芯片(510)附接到电路板(700)。
32.根据前述示例中任一个所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器是以下之一:
- 电容传感器,或
- 电阻传感器,或
- 压阻传感器。
33.一种系统,包括可变形电子传感器和被配置为通过可变形传感器测量感兴趣值的电子装置,其中
- 适于附接到弯曲物体的可变形传感器,包括
- 弹性层,其在20℃的温度下具有至少0.01MPa的杨氏模量和至少10%的第一屈服应变,
- 附接到弹性层的第一可拉伸电极(301),所述第一可拉伸电极能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂;以及
- 可拉伸导电布线(400),其能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,并且
- 电子装置(120)经由布线(400)电耦合到第一可拉伸电极(301),所述电子装置被配置为从第一可拉伸电极(301)获得至少第一信号,并且所述电子装置包括功率源,
其中所述系统进一步包括
- 分析部件,其被配置为基于所获得的(一个或多个)信号和组装件补偿系数(182)确定可变形传感器的安装位置中的校准值,所述组装件补偿系数基于
- 材料补偿系数,以及
- 可变形传感器的至少一个其它测量信号,所述至少一个其它测量信号是当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时在安装位置中测量的;
- 传输部件,用于传输至少一些所获得的值和/或校准值;以及
- 可选地,外部单元(550,570),用于接收所传输的值。
34.根据示例33所述的系统,其中所述系统被配置为
- 确定平面表面上的材料补偿系数(181),和/或
- 使用存储到存储器的材料补偿系数。
35.根据示例33或34中任一个所述的系统,其中所述系统被配置为
- 确定可变形传感器的安装位置中的组装件补偿系数(182),和/或
- 使用存储到存储器的组装件补偿系数。
36.根据示例33至35中任一个所述的系统,包括根据示例1至32中任一个所述的可变形传感器装置。
37.根据示例33至36中任一个所述的系统,其中所述分析部件定位在外部单元(550,570)中,并且电子装置(120)被配置为将信号Sin发送到外部单元(550,570),所述外部单元(550,570)被配置为接收信号(Sin)并确定校准值。
38.根据示例33至37中任一个所述的系统,其中所述外部单元(550,570)是外部控制单元(550),诸如移动电话、平板或个人计算机或云服务单元(570)。
39.根据示例38所述的系统,其中所述外部单元(550,570)是云服务单元(570)。
40.一种用于确定感兴趣值的方法,所述方法包括
- 提供包括可变形传感器(100)和电子装置(120)的可变形传感器装置,所述可变形传感器(100)包括
- 弹性层,其在20℃的温度下具有至少0.01MPa的杨氏模量和至少10%的第一屈服应变,
- 附接到弹性层的第一可拉伸电极(301),以及
- 可拉伸导电布线(400),
其中
- 第一可拉伸电极能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,并且
- 可拉伸导电布线(400)能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,
其中
- 电子装置(120)经由布线(400)电耦合到第一可拉伸电极(301),所述电子装置被配置为从第一可拉伸电极(301)获得第一信号,
所述方法包括
- 通过使用可变形传感器的第一可拉伸电极(301)提供第一值,
- 通过使用电子装置(120)读取第一值,
- 将第一值与组装件补偿系数(182)进行比较,所述组装件补偿系数基于
- 材料补偿系数;以及
- 可变形传感器的至少一个其它测量信号,所述至少一个其它测量信号是当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时在安装位置中测量的,
- 基于组装件补偿系数和读取的第一值确定校准的第一值。
41.一种用于安装可变形传感器的安装方法,所述安装方法包括:
- 提供包括可变形传感器(100)和电子装置(120)的可变形传感器装置,所述可变形传感器包括
- 弹性层,其在20℃的温度下具有至少0.01MPa的杨氏模量和至少10%的第一屈服应变,
- 附接到弹性层(150,130A,130B,200)的第一可拉伸电极(301),以及
- 可拉伸导电布线(400),其中
- 第一可拉伸电极能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,并且
- 可拉伸导电布线(400)能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,
- 其中所述电子装置(120)经由布线(400)电耦合到第一可拉伸电极(301),所述电子装置被配置为从第一可拉伸电极(301)获得第一信号,
所述安装方法包括
- 提供材料补偿系数(181),
- 抵靠第一表面安装可变形传感器(100),
- 当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时,测量第一表面上的可变形传感器(100)的信号,
- 确定指示没有待测量的物体对第一表面上的可变形传感器有影响的值,
- 将指示没有待测量的物体对第一表面上的传感器有影响的值与材料补偿系数(181)进行比较,以便确定组装件补偿系数(182)。
42.根据示例41所述的安装方法,其中所述提供材料补偿系数包括其中从存储器读取材料补偿系数的步骤。
43.根据示例41或42所述的安装方法,其中所述提供材料补偿系数包括以下步骤:
- 当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时,测量平面表面上的可变形传感器(100)的信号,
- 确定指示没有待测量的物体对平面表面上的可变形传感器有影响的值,
- 将所述值存储到存储器作为材料补偿系数和/或
- 使用所述值作为材料补偿系数。
44.根据前述示例1至32中任一个所述的可变形传感器的用途,用于
- 人机接口(HMI),包括例如车辆的功能的基于触摸和/或压力传感器的操作/控制,或
- 车辆座椅中的压力感测。
45.根据前述示例1至32中任一个所述的可变形传感器的用途,用于从双曲表面获得信号,使得可变形传感器具有表面的形状。
46.根据前述示例1至32中任一个所述的可变形传感器的用途,用于从弯曲表面获得信号,使得可变形传感器具有表面的形状。
47.一种用于确定感兴趣值的计算机程序,其中当在计算机上运行时,所述计算机程序被配置为使计算机
- 接收指示由第一表面上的可变形传感器测量的第一信号的输入信号(Sin),
- 通过使用第一输入信号(Sin)上的组装件补偿系数(182)从输入信号(Sin)确定校准值,所述组装件补偿系数基于
- 材料补偿系数,以及
- 可变形传感器的至少一个其它测量信号,所述至少一个其它测量信号是当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时在可变形传感器的安装位置中测量的,
- 生成包括校准值的输出信号(Sout),并且
- 可选地,向用户示出校准值。

Claims (17)

1.一种可变形传感器装置,包括适于附接到弯曲表面的可变形传感器,所述可变形传感器包括
- 弹性层,其在20℃的温度下具有至少0.01MPa的杨氏模量和至少10%的第一屈服应变,
- 附接到弹性层的第一可拉伸电极(301),以及
- 可拉伸导电布线(400),
其中
- 第一可拉伸电极能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,并且
- 可拉伸导电布线(400)能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,
其中所述可变形传感器装置进一步包括
- 经由可拉伸导电布线(400)电耦合到第一可拉伸电极(301)的电子装置(120),所述电子装置(120)被配置为从可变形传感器的安装位置中的第一可拉伸电极(301)获得第一信号,
其中所述可变形传感器装置进一步包括
- 分析部件,其被配置为基于所获得的第一信号和组装件补偿系数来确定校准值,所述组装件补偿系数基于
- 材料补偿系数,以及
- 可变形传感器的至少一个其它测量信号,所述至少一个其它测量信号是当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时在可变形传感器的安装位置中测量的。
2.根据权利要求1所述的可变形传感器装置,其中所述材料补偿系数包括
- 温度,和/或
- 湿度
对可变形传感器的第一信号的影响。
3.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中所述材料补偿系数包括
- 可变形传感器的(一个或多个)材料,和/或
- 可变形传感器的结构
对可变形传感器的第一信号的影响。
4.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中所述分析部件进一步被配置为
- 当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时获得所述第一信号,
- 将所述第一信号与存储到存储器的信号进行比较,所述存储的信号是当可变形传感器被安装到当前表面时获得的,
- 基于第一信号和存储的信号之间的差异来确定其中传感器所定位的安装表面是否仍在合适的状况下。
5.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中所述分析部件包括处理器,并且所述电子装置(120)进一步包括传输部件,并且可选地包括具有存储器的至少一个组件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器包括弹性可变形层(130A,130B)和可拉伸层(200),以这样的方式使得可拉伸层(200)、(一个或多个)可拉伸电极(300,301,302)和导电布线(400)留在弹性可变形层(130A)的相同侧。
7.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中所述电子装置(120)包括电耦合到第一电极(301)的电子芯片(510),并且分析部件优选地定位在电子芯片中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中
- 可变形传感器装置被配置为确定平面表面上的所述材料补偿系数(181),和/或
- 材料补偿系数(181)被存储到存储器,并且可变形传感器装置被配置为使用存储到存储器的所述材料补偿系数。
9.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器装置被配置为
- 当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时,确定可变形传感器的安装位置中的组装件补偿系数(182)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器是以下之一:
- 电容传感器,或
- 电阻传感器,或
- 压阻传感器。
11.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器包括至少一层,所述至少一层包括一个或多个透明区域。
12.根据前述权利要求中任一项所述的可变形传感器装置,其中所述可变形传感器包括包括一个或多个透明区域的等于或小于6层。
13.一种用于确定感兴趣值的系统,包括可变形电子传感器和被配置为通过可变形传感器测量感兴趣值的电子装置,其中
- 适于附接到弯曲物体的可变形传感器,包括
- 弹性层,其在20℃的温度下具有至少0.01MPa的杨氏模量和至少10%的第一屈服应变,
- 附接到弹性层的第一可拉伸电极(301),所述第一可拉伸电极能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂;以及
- 可拉伸导电布线(400),其能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,并且
- 电子装置(120)经由布线(400)电耦合到第一可拉伸电极(301),所述电子装置被配置为从第一可拉伸电极(301)获得至少第一信号,并且所述电子装置包括功率源,
其中所述系统进一步包括
- 分析部件,其被配置为基于所获得的(一个或多个)信号和组装件补偿系数(182)确定可变形传感器的安装位置中的校准值,所述组装件补偿系数基于
- 材料补偿系数,以及
- 可变形传感器的至少一个其它测量信号,所述至少一个其它测量信号是当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时在安装位置中测量的;
- 传输部件,用于传输至少一些所获得的值和/或校准值;以及
- 可选地,外部单元(550,570),用于接收所传输的值。
14.一种用于确定感兴趣值的方法,所述方法包括
- 提供包括可变形传感器(100)和电子装置(120)的可变形传感器装置,所述可变形传感器(100)包括
- 弹性层,其在20℃的温度下具有至少0.01MPa的杨氏模量和至少10%的第一屈服应变,
- 附接到弹性层的第一可拉伸电极(301),以及
- 可拉伸导电布线(400),
其中
- 第一可拉伸电极能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,并且
- 可拉伸导电布线(400)能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,
其中
- 电子装置(120)经由布线(400)电耦合到第一可拉伸电极(301),并且所述电子装置被配置为从第一可拉伸电极(301)获得第一信号,
所述方法包括
- 通过使用可变形传感器的第一可拉伸电极(301)提供第一值,
- 通过使用电子装置(120)读取第一值,
- 将第一值与组装件补偿系数(182)进行比较,所述组装件补偿系数基于
- 材料补偿系数,以及
- 可变形传感器的至少一个其它测量信号,所述至少一个其它测量信号是当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时在安装位置中测量的,
- 基于组装件补偿系数和读取的第一值确定校准的第一值。
15.一种用于安装可变形传感器的安装方法,所述安装方法包括:
- 提供包括可变形传感器(100)和电子装置(120)的可变形传感器装置,所述可变形传感器包括
- 弹性层,其在20℃的温度下具有至少0.01MPa的杨氏模量和至少10%的第一屈服应变,
- 附接到弹性层(150,130A,130B,200)的第一可拉伸电极(301),以及
- 可拉伸导电布线(400),其中
- 第一可拉伸电极能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,并且
- 可拉伸导电布线(400)能够在20℃的温度下拉伸至少5%而不断裂,
其中所述电子装置(120)经由布线(400)电耦合到第一可拉伸电极(301),所述电子装置被配置为从第一可拉伸电极(301)获得第一信号,
所述安装方法包括
- 提供材料补偿系数(181),
- 抵靠第一表面安装可变形传感器(100),
- 当没有待测量的物体对可变形传感器有影响时,测量第一表面上的至少一个信号,
- 确定指示没有待测量的物体对第一表面上的可变形传感器有影响的值,
- 将指示没有待测量的物体对第一表面上的传感器有影响的值与材料补偿系数(181)进行比较,以便确定组装件补偿系数(182)。
16.根据前述权利要求1至13中任一项所述的可变形传感器的用途,用于从
- 弯曲表面,或
- 双曲表面
获得信号,使得可变形传感器具有表面的形状。
17.一种用于确定感兴趣值的计算机程序,其中当在计算机上运行时,所述计算机程序被配置为使计算机
- 接收指示由第一表面上的可变形传感器测量的第一信号的输入信号(Sin),
- 通过使用第一输入信号(Sin)上的组装件补偿系数(182)从输入信号(Sin)确定校准值,
所述组装件补偿系数基于
- 材料补偿系数,以及
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