CN117441091A - 传感器网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络，该网络包括形成网络的节点的传感器点(1)和形成网络的边的长形的连接元件(2)，其中连接元件(2)各自具有可伸展基体(3)，至少一个导体(4)存在于基体上，该导体从连接元件(2)的一个端部区域沿着连接元件的纵向方向延伸到连接元件(2)的第二端部区域，其中导体(4)由不可伸展材料构成，并且导体(4)在可伸展基体(3)上具有缠绕或弯曲的走向，使得导体(4)的各个区段横向于相应连接元件(2)的纵向方向延伸。

Description

传感器网络

本发明涉及一种柔性的传感器网络。

传感器网络包括若干单独的传感器，这些传感器存在于网络的节点处并通过网络结构相互连接。

这种传感器网络可以用传统的有护套的导体(诸如绞合线缆)来实现，这些导体用作网络的传感器之间的连接。传感器可以以以下方式柔性地布置在表面上，即传感器的距离可以小于或等于绞合线缆的长度。缺点是，如果传感器之间的距离小于绞合线缆的长度，则绞合线缆要么从表面伸出，要么必须以缠绕路径铺设。

该现有技术例如从CN109341727A中已知，在CN109341727A中连接元件被设计为绝缘导体并且整个具有缠绕路径。

在EP3621088A1、US2017303853A1、US2018249767A1和WO2017013493A1中，使用柔性连接来实现预定义的电路。

在US2010238636A1和US2020060558A1中，电路完全以柔性材料模制而成。

本发明的基本任务是创建一种柔性的传感器网络，该传感器网络易于制造并允许将各个传感器柔性地附接至表面。

为了实现该任务，提出了根据权利要求1所述的传感器网络，以及该传感器网络在实体上的用途和利用传感器网络执行测量的方法。

具体地，提出了一种二维网络，该网络包括形成网络的节点的传感器点和包括基体和导体的长形的连接元件，这些连接元件形成网络的边，该网络在其两个维度中的每一个维度中都具有形成网络的网格线的至少两个边，具有传感器点和连接元件的该网络在边之间的区域中是开放的，其中，在每个传感器点处，可以发生从第一网格线的导体到第二网格线的导体的电流流动或电容耦合，其中，第一网格线和第二网格线横向于彼此，并且电流流动或电容耦合依赖于传感器点的被测变量，其中，连接元件各自包括可伸展基体(dehnbares Substrat)，该基体呈现为直线板条(Streifen)，至少一个导体存在于该直线板条上，该至少一个导体从连接元件的一个端部区域沿着该连接元件的纵向方向延伸至连接元件的第二端部区域，其中，导体由不可伸展材料构成，并且导体在可伸展基体上具有缠绕或弯曲的走向，使得导体的各个区段横向于相应连接元件的纵向方向延伸。

在一个实施例中，传感器网络包括多个传感器点和多个可伸展连接元件，每个可伸展连接元件包括至少一个导体，其中传感器点连接至可伸展连接元件以形成二维网格结构。

优选地，传感器网络通过以下方式制造：首先制造(特别是彼此独立地制造)传感器点和连接元件，然后通过附接这些连接元件将传感器点连接以形成传感器网络。之后，可以将成品传感器网络附接至实体。

特别地，物理实体或物理物体被理解为“实体”。

该网络可以应用于二维弯曲的自由成形部件的表面，而不必预先专门调整连接长度。由于网眼结构，连接元件只需在一个维度上是可伸展的。可以使用统一的制造方法(传感器点的链接)创建不同的表面。因此，标准传感器网络可以被集成到定制部件中。示例包括适合于特定穿戴者的矫形器、假肢接受腔、滑雪靴、鞋垫或座椅外壳。

优选地，传感器点具有规则形状。优选地，传感器点可以具有圆形或方形或八边形的外周，或者是具有圆角或倒角的方形。优选地，每个传感器点具有四个外边，其中相对的外边优选彼此平行地取向。优选地，四个外边被设计成彼此相同。传感器点可以(特别是在拐角区域中)具有独特的标记，或者传感器点可以例如通过对一个拐角进行倒角而具有独特的形状，使得传感器点在网格布置中的取向是明显的，特别地以便防止不正确的组装。

优选地，传感器点的直径或两个相对边之间的距离在3mm至3cm的范围内，特别优选地在5mm至2cm的范围内。优选地，传感器点是具有电活性层的小面积薄膜。优选地，传感器点在受到外部冲击时以可测得的方式改变传感器点的电特性中的至少一种电特性。

传感器点彼此间隔开，优选以若干平行的行彼此间隔开。

传感器点通过可伸展连接元件连接到网络的相应直接相邻的传感器点，这些可伸展连接元件优选可伸展到其未伸展长度的至少125％，特别是至少150％，特别优选为200％，而不改变连接元件的电导体的电阻。连接元件的可伸展性优选在其未伸展长度的1.25倍至3倍的范围内。连接元件的基体在该范围内可弹性变形。因此，基体可弹性变形至其未伸展长度的至少1.25倍，优选至少1.5倍，特别是至少两倍。

在未伸展网络中在传感器点之间的距离或者两个传感器点之间的连接元件的长度优选在1cm和4cm之间，特别是在1.5cm和3cm之间。由于连接元件的可伸展性，当被施加在实体上时，传感器点之间的距离可以显著更高，传感器点具有在1cm(未伸展的“1cm”连接元件)到12cm(例如，完全伸展的3倍可伸展的“4cm”连接元件)的范围内的距离。

所得到的网络优选附接至实体(就物体的意义来说)的自由成形的表面。优选地，传感器点和连接元件都以扁平的方式连接至实体，特别是胶合至实体，或者集成到实体的层结构中。当外部影响施加到实体时，传感器点以可测得的方式改变至少一种电特性。根据待被覆盖的实体的表面的尺寸和形状，可以提供不同数量的传感器点并将其链接为网络结构。

为了实现网络可以被胶合，网络优选包括粘合剂层。优选地，粘合剂层存在于传感器点的一侧和连接元件的一侧。在另一实施例中，仅传感器点被设置有粘合剂层。在另一实施例中，仅连接元件被设置有粘合剂层。

在另一实施例中，传感器点和/或连接元件在两侧均设置有粘合剂层。

在一个实施例中，可剥离的离型膜存在于粘合剂层上。

优选地，实体具有在两个维度上弯曲的表面。实体优选是物体或物体的一部分，而不是、也可能是但不太优选是例如人或动物的身体或身体部位。然而，实体可以是例如树，特别是树干。

优选地，实体包括塑料、泡沫或木材，或者完全由这些材料中的一种或更多种制成。

在一个实施例中，呈物体形式的实体具有用于传感器点的凹部。在一个实施例中，呈物体形式的实体具有用于连接元件的凹部。在另一实施例中，实体具有用于传感器点和连接元件的凹部。优选地，实体的围绕凹部的凸起部分的表面是平坦的，其中传感器点和/或连接元件被插入凹部中。优选地，用于传感器点的若干或所有凹部彼此之间具有距离，该距离大于传感器网络的连接元件的未伸展长度。换句话说，若干或所有连接元件以伸展状态存在于实体上，特别是存在于实体上的凹部中。

带有传感器网络的实体是通过首先提供具有凹部的实体、然后将传感器网络放置在凹部中来制造的。

该传感器网络的相对应的用途在于，实体是物体，其中在第一步骤中，将物体创建为具有凹部或设置为具有凹部，其中在该第一步骤之后，在物体上存在呈各个传感器点的尺寸的凹部，这些凹部彼此间隔开，这些凹部确定传感器点的位置，并且其中，随后在第二步骤中，将网络放置在实体上，其中网络的传感器点由此被布置在实体的凹部中。

优选地，在第一步骤中，将实体创建或设置为具有呈连接元件的尺寸的附加凹部，用于连接元件的附加凹部连接用于传感器点的凹部，并且随后，在第二步骤中，将网络放置在实体上，其中网络的传感器点被布置在用于传感器点的凹部中，并且连接元件被布置在用于连接元件的附加凹部中。

优选地，各自存在于两个传感器点之间并由凹部确定的多个距离比在相应两个传感器点之间延伸的相应连接元件的未伸展长度长。换句话说，凹部在实体上的布置偏离传感器网络的未伸展形状，由此只能通过使若干连接元件伸展来将传感器网络放置在实体上的凹部中。优选地，实体具有凹部的网格状结构，其中网格状结构是不规则的，即，网格状结构的边的长度不同。优选地，未伸展的传感器网络呈现为规则网格，即，网络的所有边具有相同的长度。网络的边被定义为网络的两个节点之间的连接。

在一个实施例中，将保护层施加在传感器网络上方，以将传感器网络固定至实体和/或提供期望的表面特性。

表面特性可以例如是：材料类型、粗糙度、吸收能力。保护层可以被施加在存在于实体上的凸起位置中的传感器网络上方。保护层可以被施加在存在于实体的凹部中的传感器网络上方。保护层可以以织物、膜或通过成膜液的固化来施加。在一个实施例中，保护层覆盖网络的连接元件和开放空间，其中传感器点是暴露的或至少相应传感器点的一个区域是暴露的。

在一个实施例中，传感器点的载体材料可以是在两个维度上可伸展的材料。在另一实施例中，载体材料是不可伸展的。

优选地，将传感器网络嵌入在力传递顶层中(例如，在柔和清漆中或在粘合的纺织品层中)。覆盖层可以在附接至实体之前或之后进行施加。覆盖层可以面向实体或背离实体。

优选地，将传感器网络胶合至实体的表面。

在一个实施例中，传感器网络可以在使用后与实体分离。实体优选是可变形的(本质上是软的或热塑性的)。

优选地，二维网格结构为矩形的、特别是正方形的网格。

优选地，网络的网眼根据实体中的通路布置。这确保了空气或液体可以穿过实体和传感器网络。

优选地，在附接传感器网络之前，在附接传感器网络时传感器点要附接的实体上的限定点处制作标记。以这种方式，每个传感器的位置是预先确定的。

在附接至实体表面的传感器网络的优选用途中，通过测量网络中每个传感器点的电特性、然后将测量值链接到传感器在实体上的已知位置，来检测对实体的外部冲击。为此，优选地，将实体的形状和标记在实体上的位置记录在实体的虚拟3D模型中，并且将传感器点的测量值被链接到3D模型的位置数据。例如，可以用这种方式记录实体上的限定点处的压力负荷。

优选地，传感器点的测量值根据色标(例如，绿-黄-红色标)显示在实体的虚拟3D物体上。

优选地，根据大量循环重复的测量结果创建视频，从而在虚拟3D物体上表示传感器点的测量值随时间的变化。

优选地，将许多这样的测量结果存储在数据库中并用于分析(例如，当传感器被放置在鞋或假肢中时的步态分析)。

在一个实施例中，通过将诸如色标或亮度值的代表性表示投影到相应传感器的位置上，将测量值显示在真实实体上。在另一实施例中，可以存在对应于传感器点在实体上的布置的LED，这些LED被驱动代表传感器点的测量值。LED的附接可以通过附加网络或以其他方式完成。

优选地，从不同实体上的许多传感器网络获得并存储测量结果，并将其用于进一步分析(例如，评估不同类型的实体的特性或在不同环境中对实体的影响)。

本发明包括一种用于对实体执行测量的方法，其中：

-在第一步骤中，创建实体的数字模型，

-在第二步骤中，将测量点的位置设置在数字模型中，

-在第三步骤中，将包括传感器点和在传感器点之间的可伸展连接元件的传感器网络附接至真实实体，真实实体上的传感器点被布置在数字模型中的测量点的位置处，

-在第四步骤中，在传感器点处执行对测量值的至少一次测量。

本发明包括一种用于对实体执行测量的方法，其中：

-在第一步骤中，将实体创建为具有用于测量点的标记，或者将实体设置为具有用于测量点的标记，

-在第二步骤中，将包括传感器点和在传感器点之间的可伸展连接元件的传感器网络附接至实体，传感器点被布置在实体上的用于测量点的标记的位置处，

-在第三步骤中，在传感器点处执行对测量值的至少一次测量。

在创建实体的情况下，实体被理解为物体。一般来说，对一个实体提供标记，则对多个实体提供标记也是可能的。

通过在第一方法的第三步骤之前执行第二方法的第一步骤(在真实实体上提供对应于数字测量点的标记)，可以有利地组合这两种方法。

在这两种方法中，二维传感器网络被用于对实体执行测量，该网络包括作为网络的节点的传感器点和作为网络的边的在传感器点之间的可伸展连接元件，并且该网络在其两个维度中的每一个维度上具有至少两条边，该至少两条边形成网络的网格线，其中，具有传感器点和连接元件的网络在边之间的区域中是开放的，并且其中，可伸展连接元件包括可伸展基体、以及导体。传感器网络在各个连接元件单独伸展的同时被附接至真实实体，其中真实实体上的传感器点被布置在数字模型中的测量点的位置处和/或在实体上的标记的位置处。

在这些方法的优选实施例中，在传感器点处的测量值通过软件链接至数字模型中的测量点。具体地，在数字模型中的测量点的位置处实时显示实际测量值和/或在测量点的数字模型中以时间进程存储实际测量值。为此，测量值、测量的时间戳或时间以及测量点在数字模型中或在实体上的位置数据被存储在数据库中。

优选地，还记录真实实体在空间中的位置数据和/或真实实体在空间中的运动序列。这是例如通过视频记录、通过室内的位置检测器或通过实体上的附加运动传感器来完成的。优选地，通过包含这种数据，测量点的位置处的实际测量值被实时显示在数字运动模型中，和/或实际测量值以测量点随时间进程的方式被存储在数字运动模型中。为此，测量值、测量的时间戳或时间、测量点在数字模型中或在实体上的位置数据以及相应测量点在空间中的当前绝对和/或相对的位置被存储在数据库中。

在相应传感器点处的测量值取决于待测量的参数。因此，所测量的参数引起传感器点的敏感材料或敏感元件的至少一种电特性的改变。

当外部影响被施加至实体时，电活性层或敏感元件的电特性的改变可以是电阻性、压阻性、压电性或电容性改变，或者是阻抗改变。

敏感元件也可以是热电偶、化学传感器或光敏元件(例如光敏电阻或光电二极管)。

优选地，网络中传感器点的相互连接作为无源或有源的矩阵的相互连接来完成。

优选地，通过收集元件捕获网络的传感器信号，收集元件位于网络的相邻的且横向的两侧。每个收集元件沿着二维网络的一个维度延伸。优选地，收集元件包括沿该维度存在的每一行传感器点的至少一个收集导体，该至少一个收集导体横向于该维度取向。优选地，收集元件根据连接元件来实现，其中收集元件包括可伸展基体，由不可伸展材料制成的多个电导体以缠绕路径集成在该可伸展基体中。

优选地，收集元件通向使测量信号数字化的电子器件。电子器件优选地也被附接至实体。电子器件可以通过电缆或通过无线数据传输设备连接至数据处理系统。

优选地，网络结构是规则的，使得网络的由四个连接元件包围的每个元件或网眼在未伸展状态下均具有相同的形状和尺寸。

优选地，网络的各自连接两个传感器点并彼此平行布置的所有连接元件均具有相同的未伸展长度。

优选地，网络的各自连接两个传感器点的所有连接元件具有相同的未伸展长度。

可伸展连接元件各自包括可伸展基体和不可伸展材料的至少一个(优选为正好一个)导体，其中该导体不以直线路径沿着基体延伸，使得导体的长度比连接元件的长度更长。优选地，导体是非冗余的，使得它沿着连接元件提供恰好一条导电路径。

优选地，一段基体上的导体的长度比该段基体的未伸展长度长1.25倍至4倍，特别是1.5倍至3倍，更优选为至少2倍。

在一个实施例中，通过将至少一个长形的不可伸展金属体集成到已伸展的可伸展层中来制造连接元件，该金属体在该层松弛后折叠或曲折延伸。

在一个实施例中，通过将至少一个折叠或曲折延伸的不可伸展金属体集成到未伸展的可伸展层中来制造连接元件。

通过这两个实施例，获得了可伸展且导电的连接元件。在伸展期间，连接元件的导电性不改变，因为金属体的长度和横截面保持不变(只有金属体的折叠或曲折延伸的区段之间的角度变化)。

在一个实施例中，导体呈螺旋的形式。

在一个实施例中，导体是曲折形的。

在一个实施例中，导体呈现锯齿形走向。

在一个实施例中，导体呈现正弦曲线形状。

优选地，导体被封装在基体中，其中连接点存在于可伸展连接元件的两端。优选地，导体位于基体的两个膜层之间。

优选地，基体为塑料膜。塑料优选为弹性体。

优选地，连接元件呈扁平元件的形式，其中连接元件的表面位于传感器点的表面的平面中。优选地，连接元件为矩形，其中矩形的长边形成网络的边并且导体沿矩形的纵向方向延伸。

传感器点或传感器可以是多种类型的，并且传感器可以具有本文描述的优选特征。彼此不同的传感器也可以被附接至传感器网络。

每个传感器点具有至少一个敏感元件，其中敏感元件的至少一种电特性(例如，欧姆电阻)取决于测量的量。

敏感元件位于传感器点的两个触点之间，这些触点中的一个触点连接至网络的第一网格线的连接元件，并且这些触点中的第二触点连接至网络的第二网格线的连接元件，这两条网格线横向于彼此并在传感器点中交叉。

在一个实施例中，二极管存在于至少一个传感器点处，二极管与传感器点的敏感元件串联连接。这允许传感器点被选择性地定向控制。在每个传感器点处以相同方向布置的二极管防止电流在网络中以不期望的方向流动，从而防止在传感器点之间的所谓的串扰。

在一个实施例中，晶体管存在于至少一个传感器点处，该晶体管与传感器点的敏感元件串联连接，由此在晶体管的控制输入端处存在附加控制线。针对晶体管的控制线，附加导体存在于连接至传感器点的连接元件处，或者针对该控制线存在附加连接元件。因此，通过将晶体管切换为导电或不导电，可以经由晶体管的控制线来单独控制传感器点。

在一个实施例中，传感器点具有平面或二维的结构，由此电流流动或电容耦合发生在一个平面中。这意味着传感器点的元件以导体迹线(Leiterbahn)、敏感元件和可选的二极管或晶体管的形式存在于载体材料的平面中或传感器点的载体材料上的平面中，并且电流流动或电容耦合也发生在该平面中。这种结构的一个示例是存在呈指状电极(在一个平面中的梳状电极相互结合)形式的传感器。

在一个实施例中，传感器点具有夹层构造，在该夹层构造中，敏感元件或材料位于两个电极之间，电极的平面延伸范围平行于网络的平面并且电极之间的电流流动或电容耦合垂直于网络的平面穿过敏感材料。因此，代表导体迹线的电极位于在垂直于传感器点的表面的方向上彼此间隔开的平行平面中。电流在平行于传感器点的表面的若干平面中流动以及电流流动或电容耦合在这些平面之间垂直的这种实施例在本文中被称为传感器点的三维结构。

在该实施例中，第一导体线或连接点存在于第一电极处，并且第二连接点存在于第二电极处。网络的第一网格线的连接元件连接至第一电极，并且网络的第二网格线的连接元件连接至第二电极，由此两条网格线横向于彼此并在传感器点处交叉。连接元件连接至传感器点的平坦的相对两侧。

对于传感器点而言，优选的是，这些传感器点具有四个连接点，连接元件可以以导电方式附接至这些连接点。优选地，这些连接点中的第一对连接点位于与网络的第一维度平行取向的线上。优选地，这些连接点中的第二对连接点位于与网络的第二维度平行取向的线上。

优选地，连接点中的相应的一对连接点在传感器点处通过电导体或不间断的导体路径连接。

优选地，沿着网络的网格线放置的所有连接点都通过连接元件导电连接。

在一个实施例中，传感器点包括非导电载体材料，在该非导电载体材料上存在至少一个导体迹线。

导体迹线由施加至载体材料的导电材料形成。

优选地，传感器包括可被环境介质穿透的非导电载体材料。优选地，载体材料以薄片状层的形式(例如以板片或板条的形式)存在。

可穿透的载体材料被理解为具有从载体材料的一侧延伸到另一侧的开口的载体材料。

可穿透的载体材料可以是膜、织物、非织造织物、纤维垫或开孔泡沫或海绵。材料可以首先被制造为致密层，然后通过穿孔加工成可穿透的载体材料。例如，膜可以通过穿孔加工成可穿透的载体材料。

特别地，可穿透的载体材料可以由纸、织物、玻璃纤维、矿物纤维或非导电塑料形成。

优选地，可穿透的载体材料在导体迹线的区域中继续是可穿透的，这意味着导电材料不会封闭可穿透的载体材料的开口。

导电材料存在于载体材料的至少一侧。

优选地，导体迹线的区域中的导电材料完全包封载体材料的材料。这意味着导体迹线的材料存在于载体材料的两侧，其中两侧的导体迹线的材料通过载体材料的开口彼此接触。

换句话说，优选地，导体迹线的材料完全包封载体材料的存在于载体材料的两个相邻开口之间的材料。优选地，载体材料的开口在导体迹线的区域中保持开放，并且不被导体迹线的材料封闭。

该网络的传感器可以用于测量温度、密度改变、机械变形(压力、应变、压缩、弯曲)、化学状态改变(例如粘合剂的固化)、湿度、液体浸渗、pH、生物生长过程、生物分子浓度、破坏、破裂。

接触载体材料上的导体迹线可以通过将电引线直接焊接到导体迹线来实现。端子可以在载体材料的两侧放置在导体迹线上。导电材料可以被胶合至导体迹线。

载体材料和/或导体迹线可以设置有反应表面，以便能够测量例如pH值或光。

通过使用两个独立的电极(其导体迹线呈交错或相互结合的梳状结构)，可以高灵敏度地检测周围介质的电特性的改变或梳状结构之间的空间中的载体材料的电特性的改变。

温度改变和/或应变可以使用两端都有接触点的单个导体或单个导体迹线来测量。

热电偶可以由两条由不同金属(例如镍铬/镍(K型))制成的交叉导电路径构成。这利用了由不同金属制成的两个导体在接触表面处具有热电效应的事实。

优选地，载体材料的最大厚度为2000微米，特别优选地最大厚度为500微米，尤其最大厚度为50微米。

优选地，载体材料具有至少10％的孔隙率，更优选为至少50％的孔隙率，特别是至少75％的孔隙率。

优选地，载体材料具有至少1微米的平均孔径，更优选地具有至少10微米的平均孔径，尤其具有至少100微米的平均孔径。

优选地，在导体迹线或导电材料的区域中传感器点的平均孔隙率为载体材料的孔隙率的至少一半。

优选地，在导体迹线或导电材料的区域中传感器点的平均孔径为载体材料的孔径的至少一半。

优选地，导体迹线的材料为导电金属，特别是铝、铜、银或金，尤其优选地是铜。此外，可以使用炭黑和导电聚合物。

优选地，导体迹线的材料以层厚度为平均孔径的至多30％存在，特别优选地以层厚度为平均孔径的至多10％存在，尤其以层厚度为平均孔径的至多1％存在。

在一个实施例中，孔隙率可以被选择成使得传感器看起来很大程度上是透明的，且因此可以与视觉上吸引人的环境很好地融合。

优选地，传感器点的平均透射率为至少10％，尤其为至少20％，特别优选地为至少50％，尤其为至少75％。

优选地，高透射率通过孔隙率实现，这意味着载体材料的材料(例如纤维)是不透明的和/或导体迹线的材料是不透明的。

在一个实施例中，已经设置有导电材料的载体材料的孔隙率或已经设置有导体迹线的传感器点的孔隙率可以通过对它们进行穿孔来提高。穿孔可以通过机械或激光或电穿孔来完成。这种穿孔可以在导体迹线的区域中和/或导体迹线之间的区域中进行。

本发明通过以下附图进行说明：

图1示意性地示出了具有两个连接元件的传感器点的实施例。

图2示意性地示出了通过连接元件连接若干传感器点以形成网络。

图3示出了传感器网络在实体上的示例性使用。

图4示出了具有二极管的传感器点的实施例。

图5示出了具有晶体管的传感器点的实施例。

图6示出了具有晶体管的传感器点的第二实施例。

图7示出了具有可寻址开关的传感器点的实施例。

图8示出了具有有源矩阵电路的网络。

图9示出了具有可寻址传感器点的网络。

图10示出了呈夹层构造的、具有电极的传感器点。

图11示出了具有指状电极的实施例。

图12示出了传感器点和连接元件的实施例。

图13示出了呈连接线形式的连接元件的第一实施例。

图14示出了连接线的第二实施例。

图15示出了连接元件的示例性实施例。

图16示出了连接线的实施例。

图17示出了连接线的另一实施例。

图18示出了连接线的另一实施例。

附图中所示的实施例仅仅示出了可能的实施例，由此应该注意，在这一点上，本发明不限于本发明的这些具体示出的实施例，而是各个实施例彼此的组合以及实施例与上述一般描述的组合也是可能的。这些另外可能的组合不需要被明确提及，因为基于本发明的技术动作教导，这些另外可能的组合在本技术领域工作的本领域技术人员的技能范围内。

图1通过示例示出了传感器点1和连接元件2的基本结构。

连接元件2包括可伸展基体3。不可伸展金属的导体4存在于可伸展基体3上或存在于可伸展基体3中。导体4以蜿蜒或弯曲的走向延伸，使得导体4的各个区段横向于连接元件2的纵向方向或不平行于连接元件2的纵向方向延伸。当基体3的长度改变时，导体4的各个区段相对于纵向方向的角度改变，但导体4的横截面和长度不改变。因此，当基体3的长度改变时，导体4的电阻保持恒定。

可以在连接元件2的两端接触导体4。为此，导体4本身在基体3上可以是暴露的或在纵向方向上突出超出基体3。在连接元件2的两端处的接触点之间，导体4优选地是绝缘的，因为导体4本身具有绝缘性，或者特别地，导体4优选地被嵌入基体3中。例如，导体4可以以膜的形式存在于基体3的两个层之间。

导体4优选为单股，但也可包括若干股。导体4的材料优选为铜。优选地，导体4扭曲成螺旋形并扁平化。该螺旋形被扁平化或形成为二维形状。可选地，导体4可以通过弯曲或折叠形成为曲折或弯折延伸或蜿蜒的二维形状。

然后，形成的导体4的二维结构可以伸展并在伸展状态下施加至已伸展的基体3。可选地，二维结构可以在未伸展或压缩状态下施加至未伸展的基体3。

连接元件2上的一个或两个接触点可以作为连接点5存在，连接点5是基体3上的二维表面的形式，其两个维度均超过导体4的厚度。这有利于接触，特别是焊接。

传感器点1具有载体材料6，至少一个导体迹线7在该载体材料6上延伸。

在只有一个导体迹线7的情况下，导体迹线7本身是传感器点1的敏感元件，导体迹线的一端与远离传感器点1在第一方向上延伸的连接元件2接触，并且导体迹线的第二端与远离传感器点1在第二方向上延伸的连接元件2接触，第一方向和第二方向横向于彼此，特别地成90度角。

然而，优选地，至少两个不直接接触的导体迹线7、8沿着传感器点1延伸。敏感材料或敏感元件存在于导体迹线7、8之间，这使得根据外部作用的输入变量，电流能够从第一导体迹线7流向第二导体迹线8或者能够实现导体迹线7和8之间的电容耦合。

第一导体迹线7与沿第一方向延伸的一个连接元件2接触。或者，第一导体迹线7与沿第一方向延伸的两个连接元件2接触。第二导体迹线8与沿第二方向延伸的连接元件2接触。或者，第二导体迹线8与沿第二方向延伸的两个连接元件2接触。第一方向和第二方向横向于彼此，特别地成90度角。

优选地，传感器点1针对两个方向中的每一个方向具有至少一个连接点9，该连接点9以二维表面的形式存在于载体材料6上，连接点9的两个维度均超过导体迹线7的宽度。在一个实施例中，对于两个方向中的每一个方向均存在两个连接点9。

优选地，每个连接点9在载体材料6的相应侧边上居中地定位。

连接点9可以位于载体材料6上，或者可以作为邻近载体材料6的附加元件存在，如图所示。

在图1的实施例中，传感器点1的敏感元件是载体材料6本身，该载体材料存在于导体迹线7和8之间。交错的导体迹线7、8的梳状结构提高了灵敏度。水平地处在一条线上的连接点5和9通过导体迹线8和连接元件2的导体4直接连接，使得在这些连接点处存在相同的电势。垂直地处在一条线上的连接点5和9通过导体迹线7和连接元件2的导体4直接连接，使得在这些连接点处存在相同的电势。

当电压被施加到两个导体迹线7、8中的一个导体迹线时，产生通过载体材料6流向另一个导体迹线7、8的电流，使得这两个导体迹线7、8中的第二个导体迹线处的电压是作用在载体材料6上的量(例如水分)的量度。

图2示出了可以如何布置若干传感器点1和连接元件2以形成网络以及可以如何实现该网络的测量电路。

传感器点1形成网络的节点，这些节点通过连接元件2(网络的边)以直线路径连接。四个连接元件2形成网眼，并且网络在网眼内部的空间中是开放的。

该网络具有在横向于彼此的两个方向上延伸的网格线。

存在于网格线上的所有传感器点1通过连接元件2沿着网格线连接。网格线经由收集元件10、11连接至电子评估单元12，由此每条网格线有一个收集导体在收集元件10、11中的一个收集元件上从相应的网格线延伸到电子评估单元12(在无源矩阵的情况下)。

优选地，收集元件10、11的收集导体根据连接元件2的导体4设计。优选地，收集元件10、11的基体根据连接元件2的基体3设计。

在测量过程期间，电能或电压或信号总是在第一收集元件10的收集导体中的一个收集导体之后被施加到另一个收集导体，以便总是仅将网络的第一方向的一条网格线切换为有源。相同方向的另外的网格线优选地接地(GND)。第二收集元件11的收集导体传输(位于第二收集元件11的网格线和第一方向的有源网格线的交叉点处的)传感器点1的测量信号。

图3示出了传感器网络与实体13的附接。传感器点1在实体13上的位置是预先确定的，并且优选地被标记在实体13上。

通过使连接元件2伸展，网络可以适应平行网格线(尤其是行和列)之间的不同距离。

此外，在测量期间，实体本身可以伸展和变形，而不会因导体4的长度改变而影响测量结果，也不会因导体4的断裂而破坏网络。

图3的实体13例如是由塑料和/或织物制成的服装或支撑元件，其可附接到人或动物的身体部位。

图4示出了传感器点1，该传感器点1包括例如呈由于被测变量而可变的欧姆电阻的形式的敏感元件14并且包括与敏感元件14串联的二极管15。电流可以在向前的方向上经由敏感元件14和二极管15从导体迹线8流向导体迹线7。另一方面，从导体迹线7流向导体迹线8的电流被二极管15阻断。在一个实施例中，网络的每个传感器点1均包括二极管15，该二极管15防止电流从第一方向的网格线流向第二方向的网格线。

图5示出了传感器点1，该传感器点1包括例如呈由于被测变量而可变的欧姆电阻的形式敏感元件14和与敏感元件14串联的晶体管16。例如，当使用npn晶体管时，如果在其基极或开关输入端处存在电压，则电流可以经由晶体管16从导体迹线8流向导体迹线7。一般来说，在该实施例中，被附接到传感器点1的是任何类型的晶体管16，以便使横向连接元件2之间的电流路径在传感器点处可切换。当图5的传感器点1被布置以形成网络时，每个晶体管16均可以设置有其自己的控制线，以使得每个单独的传感器点可单独地被切换。

在图6的实施例中，控制线的连接点在传感器点1处存在于传感器点1的两个相对的边上，以便能够沿着网格线连接传感器点的控制线。

在图7中，可寻址开关22连接至传感器点。在这种情况下，控制线是数字数据线。这允许每个单独的传感器点1被单独地切换，即使它们处在共同的控制线上。

如图5和图6中所示，用于控制线的导体4和用于导体迹线7、8中的一个的导体4可以存在于共同的连接元件2上。

如图7中所示，针对控制线而言，具有单个导体4的独立连接元件2可以连接至传感器点1。

图8示出了具有晶体管16的传感器点1的网络。传感器点的控制线沿着网络的第一方向的网格线相互连接。在该第一方向上连接的传感器点1的导体迹线7、8可以都处于共同的电势或共同的导体处，因为晶体管16在测量过程期间经由它们的共同的控制线对各个网格线的切换是通过在测量过程期间一个控制线接一个控制线地有源切换来执行的。

图9示出了具有可寻址开关22的传感器点1的网络。所有传感器点1的控制线相互连接，其中这可以通过沿着网络的第一方向的网格线的连接元件2来实现，其中这些连接元件2都可以连接到共同的收集导体。因此，传感器点呈现为具有总线拓扑的总线。

在网络的共同的方向上连接的传感器点的迹线可以全部处于共同的电势，或者处在共同的收集导体处，因为在测量过程期间各个传感器点的切换可以经由总线通过它们的地址来完成。

在图10中，示意性地示出了具有夹层结构的传感器点1。传感器点1具有对应于前述实施例的第一导体迹线7的第一电极17和对应于前述实施例的第二导体迹线8的第二电极18。电极17、18各自具有在网络的平面内延伸或平行于网络的平面延伸的二维平面结构。电极17、18可以在传感器点1的整个表面上延伸或者仅在部分表面上延伸。在电极17、18之间，存在敏感元件14或敏感材料，敏感元件14或敏感材料根据被测变量改变至少一种电特性。

网络中的相互连接是通过以下方式实现的：第一电极17各自通过连接元件2沿着第一方向的网格线连接并且第二电极18各自通过连接元件2沿着第二方向的网格线连接，这两个方向横向于彼此，特别地成直角。有利地，导体迹线7、8或电极17、18位于不同的平面中。否则，如果传感器的导体迹线7、8的交叉点在一个平面内，如在图1中在传感器点1的右侧拐角区域中，则在该点处在导体迹线7、8之间必须存在绝缘中间层。图10的传感器点1具有“三维”结构。

图11示出了图1中实施例的修改形式，其中避免了导体迹线7、8在“二维”传感器点1处的交叉。这是通过将一个导体迹线8从外部围绕另一个导体迹线7的连接点9布线来实现的。因此，导体迹线7具有内部连接点19。当连接元件2附接至内部连接点19时，连接元件2的导体4与导体迹线8交叉，其中连接元件2的电绝缘基体3存在于导体4和导体迹线8之间。

图12示出了一种用于传感器网络的套件系统，其包括传感器点1和连接元件2，传感器点1具有四个连接点9，连接元件2具有连接选项、特别是两端的连接点5。优选地，四个连接点9各自沿着传感器点1的四个侧边中的一个侧边居中布置。连接元件2的连接可能性或连接点5可以形成为使得连接元件2的导体4是暴露的，或者可选地，连接点5导电地连接至导体4(示出了两种变型)。通过将连接元件2的自由导体端部或连接点5附接至传感器点1的连接点9，任意数量的传感器点1和连接元件2可以沿着行和列(横向于彼此的网格线的第一方向和第二方向)布置以形成网络。

在图13中，示出了连接元件2的另一实施例，其呈连接线20的形式沿着网络的整个网格线延伸。在图13的示例中，在每个连接线20的基体3上布置多个导体4，其中导体4的纵向方向被布置在基体3的纵向方向上并且沿纵向方向在导体4之间存在空间。连接设施或连接点5被设置在每个导体4的两个端部部分处。如图所示，传感器点1可以被布置在第一方向的每条连接线20和横向于第一方向的第二方向的每条连接线20的交叉点、T点和拐角点处。因此，传感器点1后面的连接线20的相交点由基体3形成。在已经形成网络之后，可以可选地移除连接线20的存在于传感器点1的两个连接点9之间的基体3。

图14示出了连接元件2的另一实施例，其呈连接线20的形式沿着网络的整个网格线延伸。与图9不同，这些连接元件2具有连续导体4，使得电流沿着相应网格线流过导体4。沿着连接线20在彼此相距一定距离处提供连接可能性，在此处，导体4或导电连接到导体4的连接点5是暴露的以供接触。在这种情况下，传感器点1仅具有一个连接可能性或每个网格方向有一个连接点9就足够了。每条网格线的传感器点1的连接通过导体4实现，导体4在传感器点1的表面的后面或前面延伸并且通过基体3与传感器点1电绝缘。

呈连接线20形式的连接元件2也特别适用于三维传感器点或具有夹层结构的传感器点，例如如图10所示，其中两个网格方向的连接线20存在于不同的平面中，因此在传感器点1的相反表面上横穿传感器点1。

在图15a至图15d中，从正面且从上方的视图示出了用于将两个传感器点1彼此连接的连接元件2的可能实施例。如图所示，导体4可以存在于基体3的两个层之间，这两个层优选由相同的材料(特别是弹性体)构成。如图15a所示，第一层可以比第二层长，导体4在第一层上的第二层的两侧上是暴露的。

如图15b所示，第一层和第二层可以长度相等，导体4在层之间的两侧突出。

如图15c所示，在图15a的修改形式中，导电材料可以作为连接元件或连接点5存在于导体4的自由端部处。

如图15d所示，可以在基体3的两个层之间的所有侧包封导体4，在层中的至少一个层的平面区域中在连接元件2的每个端部区域处具有开口21。

图16示出了(图13的实施例的)连接线20的可能实施例，其中绝缘材料的板条被施加在每个单独导体4的部分区域上，每个单独导体4的两端在该板条的两侧是暴露的。板条优选地以与连接线20的连续基体3相同的方式呈弹性体膜的形式。

图17示出了(图14的实施例的)连接线20的可能实施例，其中绝缘材料的板条被附接至单个导体4的若干部分区域中的每一个，其中板条在基体3的纵向方向上彼此间隔开并且单个导体4在板条之间是暴露的。板条优选地以与连接线20的连续基体3相同的方式作为弹性体膜存在。

图18示出了(图14的实施例的)连接线20的可能实施例，其中单个导体4存在于基体3的两个层之间，或者存在于两个弹性体膜之间。层中的至少一个层被设置有在连接线20的纵向方向上彼此间隔开的多个开口21，单个导体4在开口21的区域中是暴露的。

连接元件或连接点5可以存在于图16至图18的导体4的自由端部或区段处或代替图16至图18的导体4的自由端部或区段。例如，开口21可以用导电材料封闭或浇铸。

对于连接件2的机器制造，基体3的连续幅材或展开的板条可以被运输通过机器，该机器将二维变形的导体4连续地或单独分段地定位在基体3上，并且其中基体的第二层连续地或成板条地被定位在导体4上。因此，导体4的二维变形可以在机器中执行，或者导体4可以在二维变形状态下被送入机器。

可选地，机器可以在连续幅材的连接区域中使连接点5附接。

基体材料的两个层可以通过胶合、焊接或压制来连结。

在机器的输出端获得连接线的环形(endlos)或长形的条带(特别是根据图16至图18之一)，由此可以切出所需长度的环形条带连接线20或根据图15a、图15c和图15d的各个连接元件2。

图15a和图15b的实施例也可以通过将“环形”导体4定位在基体3的两个“环形”层之间来实现，其中在切出各个连接元件2之后，在连接元件2的两个端部区域处移除基体3的层中的至少一个层(图15a)或两个层(图15b)。

基体3或基体3的带条或板条以比导体的二维形状所占据的区域的宽度更宽的宽度存在。

在另一个制造实施例中，二维变形的导体4可以通过将该导体4放置在基体3的较宽的板条或幅材的一个半部上，将该板条或幅材的另一个半部围绕导体4折叠，将两个半部的自由端部连结(特别是焊接或胶合)在一起而被封装在基体3中。

也可以将若干二维变形的导体4平行于彼此并且彼此相距一定距离地放置在宽膜幅材或宽膜板条上，并用第二宽膜幅材或第二宽膜板条覆盖它们，在导体4之间的区域中粘合或焊接膜幅材或膜板条。通过在纵向方向上切割膜幅材或膜板条，可以获得各个连接线20，并且通过在横向方向上切割它们，可以获得各个连接元件2。

当然，也可以以这种方式获得连接线20和连接元件2，它们包含两个或更多个平行且相互间隔开的导体4(例如，用于收集元件10、11或用于连接元件2或连接线20，其具有“测量导体”和“控制导体”或“总线导体”)。

Claims (22)

1.一种二维网络，包括形成所述网络的节点的传感器点(1)和形成所述网络的边的长形的连接元件(2)，所述连接元件包括基体(3)和导体(4)，所述网络在所述网络的两个维度中的每一个维度中都具有形成所述网络的网格线的至少两个边，具有传感器点(1)和连接元件(2)的所述网络在所述边之间的区域中是开放的，其中，在每个传感器点(1)处能够实现从第一网格线的导体(4)到第二网格线的导体(4)的电流流动或电容耦合，所述第一网格线和所述第二网格线横向于彼此，并且所述电流流动或所述电容耦合取决于所述传感器点(1)的被测变量，其特征在于，所述连接元件(2)各自具有可伸展基体(3)，所述基体(3)呈现为直线板条，至少一个导体(4)存在于所述基体(3)上，所述导体(4)从所述连接元件(2)的一个端部区域沿着所述连接元件的纵向方向延伸到所述连接元件(2)的第二端部区域，所述导体(4)由不可伸展材料构成，并且所述导体(4)在所述可伸展基体(3)上具有缠绕或弯曲的走向，使得所述导体(4)的各个区段相对于相应连接元件(2)的纵向方向横向地延伸。

2.根据权利要求1所述的网络，其中，所述基体(3)是弹性塑料膜。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的网络，其中，所述导体(4)由金属制成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的网络，其中，沿着所述网络的共同的网格线存在的所有导体(4)直接导电地连接，或者通过存在于所述传感器点(1)处的导体迹线(7、8)连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的网络，其中，至少在一些传感器点(1)处存在二极管(15)、晶体管(16)或可寻址开关(22)形式的部件，所述部件在第一网格线的所述导体(4)和第二网格线的所述导体(4)之间被布置在所述传感器点(1)的电流路径中，所述第一网格线和所述第二网格线横向于彼此。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的网络，其中，至少在一个传感器点(1)处存在两个导体迹线(7、8)，所述第一导体迹线(7)电连接到所述网络的第一网格线的所述导体(4)，所述第二导体迹线(8)以导电方式直接连接到所述网络的第二网格线的所述导体(4)，所述网格线在所述传感器点(1)的区域中彼此交叉，并且对所述被测变量敏感的材料或元件存在于所述第一导体迹线(7)和所述第二导体迹线(8)之间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的网络，其中，所述连接元件(2)能够伸展所述连接元件的未伸展长度的至少1.25倍、优选为1.5倍、特别是2倍。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的网络，其中，所述导体(4)的长度是所述基体(3)的直线长度的至少1.5倍、优选为2倍，所述导体沿着所述基体(3)以缠绕或曲折的走向延伸。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的网络，其中，所述网络的相应网格线中的每个网格线的所述导体(4)连接到共同的收集导体或收集线(10、11)的相应收集导体，所述收集线(10、11)通向电子评估单元(12)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的网络的用途，其中，所述网络被附接至实体(13)。

11.根据权利要求10所述的用途，其中，所述实体(13)在用于附接传感器点(1)的位置处具有标记，其中，所述传感器点(1)中的至少一些传感器点在将其连接元件(2)伸展的同时附接至所述标记。

12.根据权利要求11所述的用途，其中，相邻标记间隔开至少为未伸展的连接元件(2)彼此之间的距离，并且其中，至少一些相邻标记的彼此之间的距离大于所述未伸展的连接元件(2)的长度。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的用途，其中，所述网络附接至所述实体(13)的在两个维度上弯曲的表面。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的用途，其中，所述实体(13)是物体，所述物体或所述物体的至少一个表面或内层具有对应于所述网络的网眼的开口。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的用途，其中，所述实体(13)是用于生物的身体部位的支撑设备形式的物体或服装形式的物体。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的用途，其中，所述实体(13)在所述网络的区域中是可变形的或弹性的。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的用途，其中，创建所述实体(13)的数字模型，所述数字模型至少包括所述实体(13)的表面和传感器网络的所述传感器点(1)在所述实体(13)上的位置，并且其中，所述传感器网络的各个传感器点(1)的测量值通过软件链接到各个传感器点在所述数字模型中的位置。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的用途，其中，所述实体(13)是物体，其中，在第一步骤中，将所述物体创建为或设置为具有凹部，其中，在所述第一步骤后，在所述物体上存在呈各个传感器点(1)的尺寸的凹部并且所述凹部彼此间隔开，所述凹部限定所述传感器点(1)的位置，并且其中，随后在第二步骤中，将所述网络放置在所述实体(13)上，其中，所述网络的所述传感器点(1)由此被布置在所述实体(13)的凹部中。

19.根据权利要求18所述的用途，其中，在所述第一步骤中，将所述实体(13)创建为或设置为具有呈所述连接元件(2)的尺寸的附加凹部，用于连接元件(2)的所述附加凹部连接用于传感器点(1)的所述凹部，并且随后在所述第二步骤中，将所述网络放置在所述实体(13)上，所述网络的所述传感器点(1)被放置在用于传感器点(1)的所述凹部中，并且所述连接元件(2)被放置在用于连接元件(2)的所述附加凹部中。

20.根据权利要求18至19中任一项所述的用途，其中，存在于相应两个传感器点(1)之间并且由所述凹部预先确定的多个距离比在所述相应两个传感器点(1)之间延伸的相应连接元件(2)的未伸展长度长。

21.一种利用二维传感器网络对实体(13)执行测量的方法，所述二维传感器网络包括作为所述网络的节点的传感器点(1)和作为所述网络的边的在所述传感器点(1)之间的可伸展连接元件(2)，并且所述网络在所述网络的两个维度中的每一个维度上具有形成所述网络的网格线的至少两条边，其中，具有传感器点(1)和连接元件(2)的所述网络在所述边之间的区域中是开放的，并且其中，所述可伸展连接元件(2)包括可伸展基体(3)以及导体(4)，其中，

-在第一步骤中，创建所述实体(13)的数字模型，

-在第二步骤中，将测量点的位置设置在所述数字模型中，

-在第三步骤中，在单独伸展各个连接元件(2)的同时，将所述传感器网络附接至真实实体(13)，由此所述传感器点(1)在所述真实实体上被布置在所述数字模型中所述测量点的位置处，

-在第四步骤中，在所述传感器点(1)处进行对测量值的至少一次测量。

22.一种利用二维传感器网络对实体(13)执行测量的方法，所述二维传感器网络包括作为所述网络的节点的传感器点(1)和作为所述网络的边的在所述传感器点(1)之间的可伸展连接元件(2)，并且所述网络在所述网络的两个维度中的每一个维度上具有形成所述网络的网格线的至少两条边，其中，具有传感器点(1)和连接元件(2)的所述网络在所述边之间的区域中是开放的，并且其中，所述可伸展连接元件(2)包括可伸展基体(3)以及导体(4)，其中，

-在第一步骤中，将所述实体(13)制造为具有用于测量点的标记，或者将所述实体(13)设置为具有用于测量点的标记，

-在第二步骤中，通过伸展各个连接元件，将所述传感器网络附接至所述实体(13)，所述传感器点(1)在所述实体(13)上被布置在用于所述测量点的标记的位置处，

-在第三步骤中，在所述传感器点(1)处进行对测量值的至少一次测量。