CN1266535A - 力敏检测器和系统 - Google Patents

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Abstract

力敏传感器包括上和下覆盖层(10,12),上覆盖层是有弹性且易弯曲的,并且以透明的形式示出,以便易于说明。导电层(14)承载分离的各个电绝缘垫片(16),后者把导电层(14)和两个导电构件(18,20)分开。构件(18,20)中的每一个具有多个隔开的弹性指状部分(24,28),两个构件(18,20)的指状部分是叉指式的。该构件以薄膜的形式形成在层(10)上。在导电构件(18,20)不被垫片(16)支撑的地方,它们通常借助于上层(10)的弹性而保持离开导电层(14)的状态。响应施加的力(F),指状部分(24,28)中的一个或多个被压成与导电层(14)接触的状态,以便能够产生相应的电信号。垫片(16)的定位确保它们不增加传感器的总宽度。该传感器可以用于安全系统中,用来检测具有可电动滑动窗玻璃的窗口中的障碍物。

Description

力敏检测器和系统
本发明涉及力敏(force-responsive)传感器和系统。利用本发明并且下面将仅作为例子更详细地描述的传感器和系统用于机动车辆中，用来检测可以由自动窗玻璃封闭的窗口中存在障碍物。但是，这种传感器和系统可以用于许多其它应用场合。
根据本发明，提供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；至少部分地沿着第一装置延伸的第二导电装置；设置在第一装置和第二装置的纵向分布部分之间并且把它们隔开的电绝缘装置；第二装置在所述纵向分布部分的每个纵向侧的剩余部分，所述各纵向分布部分通常以弹性的方式保持与第一装置隔开，但是能够随所施加的力而弯曲、克服弹力而与第一装置接触。
下面将参考附图、仅仅作为例子描述用于机动车辆中的利用本发明的力敏传感器和系统以及利用本发明的窗户安全系统，附图中：
图1是传感器之一的透视图；
图2是图1的传感器的放大的端视图；
图3是用于图1和2的传感器中的导电构件的平面图；
图4是所述传感器中另一个的透视图；
图5是用于图4的传感器中的电绝缘垫片透视图；
图6是图4的传感器的放大的端视图；
图7是所述传感器中再一个的透视图；
图8是机动车辆的透视图；
图9是图8的IX线上的截面图；以及
图10是与图9对应的但示出修改的结构的视图。
图1、2和3显示所述传感器中的一个。它具有未定长度l和预定宽度w。随着施加在沿其表面的各个点上并且在垂直于、至少横交所述平面lw的力，它产生电可检测信号。
如图1和2中所示，该传感器具有矩形的覆盖层10，后者由柔性的弹性电绝缘材料制成并且延伸在该传感器的整个上表面上(如图1和2中所示)。图1中以透明的形式示出覆盖层10，以便展现该传感器的结构。但是，覆盖层10通常不是透明的。
沿着该传感器的下表面设置类似的覆盖层12(如图1和2中所示)；覆盖层12也是非导电的。矩形形状的导电层14安装在覆盖层12上面并且基本上覆盖其整个长度和宽度。层14为导电薄膜是有利的，它可以利用印刷电路技术形成在层12上。各个电绝缘垫片16沿着导电层14相隔地安装在该层上，所述电绝缘层16也可以利用印刷电路技术来形成。
在层10的下侧形成两个分开的叉指式导电构件18和20。它们是导电薄膜是有利的，并且可以利用印刷电路技术形成在层10上面。图3上更清楚地示出构件18的形状。如图中所示，它包括边缘部分22，从边缘部分22以整体的形式伸出各指状部分24。构件20具有类似的形状，它包括具有指状部分28的边缘部分26。如图1中所示，构件18和20是这样排列的，使得构件18的每一个指状部分24位于构件20的两个指状部分28之间。
垫片16与承载构件18和20的覆盖层10的弹性相结合，保证在构件18和20中的任一个与导电层14之间不存在静接点(normalcontact)。
工作时，沿箭头F的方向施加在传感器上的力将使覆盖层10弯曲，并且把指状部分24、28中的一个或多个压成与底导电层14接触。因此，电路被接通，可以用任何传统的方法来检测电路的接通。
显然，如果力F加在位于两个相邻的指状部分24、28之间的小于这两个指状部分之间的面积的小面积上，则有可能不产生电信号。因此，实际上把所述指状部分之间的间隔选择得足够小，以便产生所需要的检测灵敏度。
图1中以实线示出垫片16以便帮助理解所述附图。当然，实际上它们是看不见的。
图1中以薄圆盘状的形式示出垫片16。但是，它们可以具有任何合适的形状，并且可以按照满足以下要求的任何方式定位：确保在正常情况下构件18、20与导电层14分开，使得构件18、20仅仅随施加的力F而与层14接触。
根据图1、2和3可以指出，垫片16具有这样的形状并且是这样定位的，使得传感器的响应所施加的力而被检测的面积的宽度只略微小于该传感器的总的宽度w。当然，也有可能利用位于边缘部分22和层14之间以及位于边缘部分26和层14之间的电绝缘条来使构件18和20与导电层14绝缘。但是，利用这样的配置时，为了提供有效的隔离和绝缘，必须增加边缘22和26的宽度，因此增加了传感器的总宽度而不使对应于在其上施加的力F的表面积有任何增加。在图1、2和3中，通过定位于指状部分24、28的根部，垫片16在足以把构件18、20保持在离开层14的状态的总面积上提供支持而不显著影响指状部分24、28随着施加的力而弯曲成与层14接触的状态的能力。
在一种改型中，可以用具有任何其它合适的形状的导电构件或一些导电构件来代替导电构件18、20。例如，导电构件18、20可以由延伸在面积lw上的单一的连续导电层或薄膜代替，并且由类似于垫片16的一些分开的垫片、或者借助于其本身的弹性或者借助于覆盖层12的弹性(在该导电层形成于层12之上的情况下)而与层14分离。
给图4、5和6中与图1、2和3中的相似的元件加上相似的标号。
在图4、5和6的实施例中，用曲折形的连续的单一垫片32代替图1、2和3的实施例的各个垫片16，以便限定延伸在传感器的宽度上并且在与指状部分24和28重叠的位置上的间隙34。如前所述，在绝缘的覆盖层10的下表面上以薄膜的形式形成构件18、20的指状部分24、28和其余部分。垫片32的延伸在传感器的纵方向上的部分36定位在一方面导电层14和另一方面导电构件18和20的边缘部分22、26之间。垫片32的在横方向上延伸的部分38在指状部分24、28之间支撑覆盖层10并因此间接地支撑构件18、20，并且维持它们与导电层14的隔离。这样，导电构件18和20通过垫片32而与导电层14电绝缘。但是，如联系图1、2和3所说明的，覆盖层10随着施加的力F而弯曲，并且指状部分24、28中的一个或多个被压成与导电层14接触的状态，从而产生可检测的电信号。
因此，导电层32也把导电构件18和20与导电层14电绝缘而不增加传感器的总宽度。这是借助于由垫片32的部分38向覆盖层10提供附加的支撑而实现的。
垫片32可以具有用来在构件18、20和层14之间提供电绝缘隔离的任何合适的形状，它所提供的支撑至少部分地横跨传感器的宽度而延伸并且具有这样的形状，使得所述支撑是足够的而不增加传感器的总宽度并且不降低其对施加的力F的灵敏度。可以利用通常的印刷电路技术在导电层14上形成垫片32。但是，它也可以是一个单独的片。
如以上联系图1至3所说明的，可以用满足以下条件的任何合适形状的一个或多个导电构件来代替导电构件18、20：其导电部分延伸在垫片32中的所述间隙上方，并且，或者借助于它们固有的弹性或者在所述导电部分以薄膜的形式形成于层12上的情况下借助于覆盖层12的弹性而被支撑在所述间隙上方。
图7中与图1至6中的相似的元件被标以相似的标号。
在图7的实施例中，图1至3的各个垫片16和图4至6的垫片32被在传感器的宽度上延伸并且沿着该宽度方向相互隔开的一系列垫片39代替，每一个垫片与传感器的长度方向构成α角。在本实施例中，用基本上延伸在整个面积lw上的单一的连续柔性导电层或薄膜18A代替构件18、20。利用与上述的相同的方法，垫片39与覆盖层10的弹性相结合确保构件18A和导电层14之间不存在静接点。但是，如联系以前的实施例所说明的，覆盖层10随所施加的力F而弯曲，并且，垫片39的所述间隙中的一个或多个被压成与导电层14接触的状态，从而产生可检测的电信号。
垫片39可以具有用来在构件18A和导电层14之间提供电绝缘隔离的任何合适的横截面。可以利用通常的印刷电路技术在层14上形成垫片39。但是，它们也可以单独地形成。
可以改变角度α以便在不增加传感器的总宽度的情况下改变传感器的灵敏度是有利的。此外，可以改变垫片80的宽度而具有相同的结果。这样，增大角度α和/或增大垫片39的宽度将降低传感器对所施加的力F的灵敏度。
上述传感器不但可以设计成响应施加在各附图中所示的顶面上的力，而且可以设计成响应施加在底面上的力。这可以通过使层12和14弹性地弯曲来实现。
图1至7中所示的传感器可以用于要求随着所施加的力而产生电信号的许多应用场合。下面仅仅作为例子描述一种特定的应用，它涉及对机动车辆中可以由自动窗玻璃封闭的窗口中的障碍物的检测。在那种情况下，最好能够检测所述障碍物的存在(例如，人体的一部分)，以便使窗玻璃立即停止运动而避免随后的伤害。
如图8中所示，机动车辆的门40支撑窗框42，窗玻璃44可以在窗框42中向上和向下滑动。借助于可以在车辆乘客的控制下工作的电动机，使窗玻璃44上升和下降。
图9显示穿过窗框42的截面，它包括由内框和外框架构件48和49支撑的刚性安装通道46。安装通道46支撑窗密封和导引通道50。窗通道50可以由热压的或模制的柔性材料、诸如橡胶或塑料材料制成。该通道的侧壁的末端边缘具有向外的凸缘52和54，它们延伸在安装通道46的相应的边缘上。在通道50的底部附近，它还具有向外的凸缘56和58，它们与框架构件48和49的弯过来的边缘部分啮合而把通道50弹性地保持在安装通道46内。
通道50还具有横过通道口而延伸的凸缘60和62，以及在该通道底部附近的另一个内凸缘64。图9示出窗玻璃44，当它上升到闭合的位置时，它进入通道50，这时，凸缘60和62的外表面靠在其相反的两个面上，而凸缘64靠在该玻璃的边缘上。凸缘60、62、64的表面可以覆盖一层毛絮66或其它材料。
力敏传感器70嵌入在通道50的每一个侧壁的末端边缘内，以便沿着通道50的至少一部分的长度方向纵向地延伸；传感器沿着通道50的沿窗口顶部延伸的部分伸展并且使车辆的“A”柱子落在后视镜的区域是有利的。每一个传感器70都具有图1、2和3中，图4、5和6中或图7中所示的形式是有利的。
如果当窗玻璃44全部或者部分打开时有诸如人体的一部分的障碍物位于窗口中，则它将被正在关闭的窗玻璃向上推，并且将使力F(见图9)加到通道50的任一侧壁或者两个侧壁的末端边缘上，然后，这力由该通道的材料传输到相应的传感器。因此，如结合以上各附图所说明的，导电构件18、20(或在图7的实施例的情况下的导电层18A)的指状部分24和/或28中的一个或几个将被推入与导电层14电接触的状态，从而产生电可检测的控制信号。这种控制信号可以用来使正提升窗玻璃的电动机立即断开，随后使该电动机反转而将窗玻璃降低是有利的。每一个传感器70最好这样安装在通道50中，使得示于图1、2和3中、图4、5和6中或图7中的顶面在图9中朝下。但是，这不是必不可少的，因为可以把传感器安排成对施加在其主面中的任一个的力起反应。
如图9中所示，通道50的底部配备有两个纵向延伸的空腔72，以便增加该通道侧壁的弹性。附加的弹性确保在传感器70已经产生所述控制信号之后窗玻璃可能继续上升的非常短的时间间隔内该窗玻璃只把小的作用力加在障碍物上。显然，所述侧壁的弹性不得大到降低传感器的灵敏度的程度。图10示出一种改型，其中省去空腔72。

Claims (23)

1.一种纵向延伸的力敏传感器，其特征在于包括：
纵向延伸的第一导电装置(14)；
至少部分地沿着所述第一装置(14)延伸的第二导电装置(18，20；18A)；
设置在所述第一装置(14)和所述第二装置(18，20；18A)的纵向分布部分之间并且把它们隔开的电绝缘装置(16；32；39)；所述第二装置(18，20；18A)在所述纵向分布部分的每个纵向侧的剩余部分，所述各纵向分布部分通常以弹性的方式保持与所述第一装置(14)隔开，但是各自能够随所施加的力而弯曲、克服弹力而与所述第一装置(14)接触。
2.权利要求1的传感器，其特征在于：所述电绝缘装置包括纵向隔开的多个分立的绝缘装置(16；39)。
3.权利要求1或2的传感器，其特征在于：所述第二装置(18，20；18A)的所述剩余部分包括通常垂直于所述纵方向延伸并且延伸在所述第一装置(14)上方的指状部分(24，28)。
4.权利要求1的传感器，其特征在于：所述第二导电装置包括多个导电条(24或28)，它们彼此平行地延伸并且与它们之间的沿所述传感器纵方向的各间隔并排排列，所述导电条连接到所述传感器的纵向延伸的导体(22或26)上。
5.权利要求4的传感器，其特征在于：所述绝缘装置包括设置在仅仅所述条(24或28)中的至少某些条的相应部分和所述第一装置(14)之间多个分立的绝缘垫片(16)。
6.权利要求5的传感器，其特征在于：所述条(24或28)形成在柔性的弹性层(10)上。
7.权利要求4的传感器，其特征在于：所述条(24或28)形成在柔性的弹性层(10)上，并且所述绝缘装置(38)包括设置在所述导电条(24或28)之间的间隔上并且把所述柔性层(10)与所述第一装置(14)隔开的绝缘装置，所述导电条(24或28)借助于所述柔性层(10)的弹性而与所述第一装置(14)隔开，直至所述施加的力把所述层(10)弯向所述第一装置(14)。
8.权利要求4至7中的任一个的传感器，其特征在于：所述导电条(24或28)具有从所述导体(22或26)伸出的指状物的形式。
9.权利要求8的传感器，其特征在于：存在所述传感器的纵向延伸并且彼此平行和隔开的两个导体(22，26)，所述指状物中的一些指状物(24)从所述导体中的一个导体(22)伸出，而另一些指状物(28)从另一个导体(26)伸出，所述指状物(24，28)是叉指式的。
10.权利要求4的传感器，其特征在于：所述导电条具有从所述导体(22或26)伸出的指状物(24或28)的形式，并且，所述电绝缘装置(16)包括各自位于所述指状物(24或28)中相应的一个的根部附近的分立的绝缘装置。
11.权利要求7的传感器，其特征在于：所述电绝缘装置包括设置在所述第一导电装置(14)和所述柔性弹性层(10)之间的电绝缘层(32)，所述电绝缘层(32)备有与所述条(24，28)的位置对应的间隙(34)，以便使所述条(24，28)能够响应所述力而通过所述间隙弯曲成与所述第一导电装置(14)接触的状态。
12.以上权利要求中任何一个的传感器，其特征在于：所述第一导电装置包括通常矩形外形的导电层(14)，其上设置所述电绝缘装置(16；32；39)，再复于所述第二导电装置(18，20；18A)，所述电绝缘装置(16；32；39)和所述第二导电装置(18，20；18A)处在所述导电层(14)的宽度范围内。
13.权利要求2的传感器，其特征在于：所述第一导电装置包括通常矩形外形的导电层(14)，其上设置所述电绝缘装置(39)，再复于所述第二导电装置(18A)，所述电绝缘装置(39)和所述第二导电装置(18A)处在所述导电层的宽度范围内，所述第二导电装置(18A)包括基本上与上述导电层(14)共同延伸的层。
14.权利要求2的传感器，其特征在于：所述分立的绝缘装置(39)中的每一个横跨所述传感器的所述宽度而延伸。
15.权利要求14的传感器，其特征在于：所述分立的绝缘装置(39)中的每一个设置成与所述传感器的所述纵方向构成斜角。
16.以上权利要求中任何一个的传感器，其特征在于：利用印刷电路技术涂敷所述导电装置(14；18，20；18A)。
17.一种用来检测可以由电动机驱动的可滑动的封闭构件(44)封闭的装有框架的开口中的障碍物的安全系统，其特征在于包括：
根据上述权利要求中任何一个的传感器(70)，它安装在所述开口的框架(42)上或其附近，并且是这样定位的，使得当所述滑动的可封闭构件(44)把所述开口中的障碍物推向所述框架(42)时所述力加在所述传感器(70)上，以及
控制装置，它响应所述第二导电装置(18，20；18A)和所述第一导电装置(14)之间的接触而停止所述可封闭构件(14)的由电动机驱动的运动。
18.权利要求17的系统，其特征在于：
安装在所述框架(42)上的柔性导引和密封通道(50)，用来接纳进入所述通道(50)的口的封闭构件(44)的边缘，所述通道(50)的口形成在所述通道(50)的侧壁的平行的纵向延伸的末端边缘之间，所述传感器(70)安装在所述通道上、沿着或者极靠近所述末端边缘中的一个而纵向伸展。
19.权利要求18的系统，其特征在于还包括：相应地安装在所述另一个末端边缘中或者极靠近所述另一个末端边缘安装的另一个相似的传感器(70)。
20.权利要求18或19的系统，其特征在于：所述传感器(70)或者每一个所述传感器(70)被嵌入在所述通道的极靠近所述相应的末端边缘的材料中或者嵌入所述通道的所述相应的末端边缘的材料中。
21.权利要求18至20中任何一个的系统，其特征在于：
所述导引和密封通道(50)的底部的外侧安装在构成所述框架(42)的一部分的刚性安装构件(46)上，以及
形成所述导引和密封通道(50)的底部的材料形成空腔装置(72)，它们基本上位于所述底部和每一个通道侧壁的接合处。
22.权利要求17至21中任何一个的系统，其特征在于：所述装有框架的开口是窗口，而所述封闭构件(44)是窗玻璃板。
23.权利要求22中任何一个的系统，其特征在于：所述窗口是机动车中的窗口。
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