DE69009653T2

DE69009653T2 - Mechanisch-elektrischer Wandler zur Messung einer Verschiebung.

Info

Publication number: DE69009653T2
Application number: DE69009653T
Authority: DE
Inventors: Stephen C Jacobsen; Michael G Mladejovsky; John Everett Wood
Original assignee: Sarcos Group
Current assignee: Sarcos Group
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2010-10-05
Also published as: EP0588383A3; EP0588383A2; DE69031987D1; EP0421401A1; CA2026873A1; DE69009653D1; EP0421401B1; JPH03165215A; CA2026873C; EP0588383B1; ATE162619T1; US5302886A; ATE107019T1; JP3023158B2; DE69031987T2

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vorrichtung zum Messen einer Verschiebung oder der Position eines Gegenstands und insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung, die ein flexibles bewegliches Band zum Umwandeln eines physikalischen Maßes für eine Verschiebung und Position eines Gegenstands in ein elektrisches Signal verwendet, das ein solches Maß darstellt.
Beim Betrieb von verschiedenen mechanischen und elektromechanischen Systemen ist es notwendig, die Position und die Verschiebung entweder von irgendwelchen Elementen des Systems oder irgendeines Gegenstandes, der nicht Teil des Systems ist, zu überwachen. Beispielsweise bei Robotersystemen (eine Technologie, deren Verwendung in einer dramatischen Zunahme begriffen ist) ist es fast immer notwendig, die Bewegung und Position von verschiedenen Bauteilen des Systems, wie z.B. eines Arms, von Fingern oder von anderen Greifelementen, etc., zu überwachen und zu steuern. Eine solche Überwachung und Steuerung führt zu der Geschicklichkeit und Präzision, die für ein Robotersystem notwendig ist, um seine Funktionen auszuführen.
Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zum Messen einer Position und einer Verschiebung haben meistens eine direkte Verbindung zwischen dem Produkt oder Gegenstand, dessen Position oder Verschiebung zu überwachen war, und irgendeiner Art von Anzeiger, Nadel oder anderen optischen Anzeigevorrichtung verwendet. Die Bewegung des Produkts oder Gegenstands würde damit eine entsprechende Bewegung des Meßgerätes oder der Nadel hervorrufen. Wie erwartet waren derartige Vorrichtungen typischerweise sehr groß und umständlich und es mangelte ihnen an Genauigkeit beim Ausführen der Überwachungsfunktion. Da weiter irgendeine Art von Schleifvorgang eines Teils der Meßvorrichtung typischerweise auftrat, war eine Reibung vorhanden, die natürlich zu Abnutzung führte.
Eine weitere Vorrichtung nach dem Stand der Technik zum Messen der Position und der Verschiebung eines Gegenstands ist in der DE-B-1 524 724 offenbart, nach der Fotoemitter und Fotodetektoren zum Feststellen der Position eines Gegenstands verwendet werden, der mit einem Magnetband in Verbindung steht. Wenn sich das Magnetband entlang einer Substratoberfläche, unter der die Fotoemitter gelegen sind, bewegt, zeigt die unterbrochene Lichtmenge die Position des Magnetbandes an.
Obwohl derartige elektronische Vorrichtungen zum Messen der Positionen der Verschiebung in den letzten Jahren häufiger verwendet wurden und wenigstens teilweise die Probleme in bezug auf die Größe und die Ungenauigkeit von Vorrichtungen nach dem Stand der Technik gelöst wurden, wiesen solche Vorrichtungen einen komplizierten Aufbau auf, und als Folge eines solchen komplizierten Aufbaus mangelte es ihnen im allgemeinen an Zuverlässigkeit. Zudem gab es auch weiterhin im allgemeinen die Kontaktreibung und den begleitenden Verschleiß.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache, wirkungsvolle und zuverlässige Vorrichtung zum Messen der Position und Bewegung eines Bauteils oder eines Gegenstands zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die kompakt ist und wenige sich bewegende Teile enthält.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die die Notwendigkeit für gleitende, reibungserzeugende Bauteile vermeidet.
Es ist zudem eine Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die für die Verwendung mit Halbleitern und integrierten Schaltkreisen gut geeignet ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die unter Verwendung herkömmlicher Fabrikationstechnologie für wenigstens einen Teil der Vorrichtung hergestellt werden kann.
Die obigen und anderen Aufgaben der Erfindung werden erfindungsgemäß mit einem Verschiebungsmeßgerät gelöst, das zur Messung der Position und der Bewegung eines Gegenstands geeignet ausgebildet ist und das die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale umfaßt.
Erfindungsgemäß ist ein Ende eines länglichen flexiblen Bands an einem Ende eines Sensorsubstrats befestigt, und der andere Endbereich ist mit dem Gegenstand gekoppelt. Die Bewegung des Gegenstands zu dem Oberflächengebiet des Sensors hin oder von diesem weg oder im allgemeinen parallel dazu wird bewirken, daß das Band seine Lage relativ zu dem Oberflächengebiet ändert, und diese Änderung wird durch den Sensor festgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Spannung an das Band geliefert, um zu bewirken, daß ein elektrisches Feld erzeugt wird, und der Sensor umfaßt einen Feldeffekttransistors zum Feststellen der Stärke des elektrischen Felds, das durch das Band erzeugt wird, und somit der Nähe des Bands zu dem Feldeffekttransistor. Alternativ dazu kann das Band magnetisiert sein, und der Sensor kann einen magnetischen Feldeffekttransistor mit aufgespaltenem Drain zum Feststellen der Stärke des Magnetfeldes, das durch das Band erzeugt wird, und somit der Positiön des Bande relativ zu dem magnetischen Feldeffekttransistor umfassen. Andere Sensoranordnungen, beispielsweise unter Verwendung des Halleffekts, eines kapazitiven Messens, eines optischen Messens und einer Solarmessung, können ebenfalls verwendet werden, um die Bewegung und die Lage des Bands festzustellen und somit die Bewegung und Lage des Gegenstands festzustellen. Zusätzlich kann das Sensorgebiet mit einer Empfindlichkeit so gestaltet sein, daß die Erzeugung eines Signals ermöglicht wird, dessen Wert sich in einer vorbestimmten (linearen oder nichtlinearen) Weise mit der Bewegung des Bands ändert.
Die obigen und anderen Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden bei einer Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1A, 1B und 1C jeweils eine perspektivische Ansicht, eine Seitenansicht und eine perspektivische Bruchteilsendansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die einen Feldeffekttransistor erfindungsgemäß verwendet;
Fig. 2 eine perspektivische Bruchteilsendansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die eine kapazitive Kopplung erfindungsgemäß verwendet;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die einen magnetischen Feldeffekttransistor mit aufgespaltetem Drain erfindungsgemäß verwendet;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die ein Elektretblatt und einen Feldeffekttransistor erfindungsgemäß verwendet;
Fig.5 eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die den Halleffekt erfindungsgemäß verwendet;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die eine Kapazitätsveränderung zum Feststellen der Bewegung eines Gegenstands erfindungsgemäß verwendet;
Fig. 7 eine Seitenansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die ein durchgehendes Band zum Messen von zwei Bewegungsfreiheitsgraden eines Gegenstands erfindungsgemäß verwendet;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die zwei durchgehende Bänder zum Messen der Bewegung eines Steuerstifts erfindungsgemäß verwendet;
Fig. 9A und 9B jeweils eine isometrische Ansicht und eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Drehverschiebungsmeßvorrichtung;
Fig. 10A und 10B jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer kontinuierlichen Drehverschiebungsmeßvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;
Fig. 11 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen einer Drehverschiebung eines Zylinders;
Fig. 12 eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen einer Drehverschiebung eines Zylinders;
Fig. 13 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung zum Messen von zwei Freiheitsgraden einer Linearbewegung eines Gegenstands und eines weiteren Freiheitsgrads einer Drehbewegung des Gegenstands;
Fig. 14 eine Perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung zum Erzeugen einer digitalen Ausgabe, die die Position und Bewegung eines Gegenstands darstellt;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung zum Erzeugen von diskreten Ausgabeinkrementen in Abhängigkeit von der Bewegung eines Gegenstands;
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung zum Erzeugen einer nichtlinearen Ausgabe in Abhängigkeit von der Bewegung eines Gegenstands;
Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die ein linear bewegbares keilförmiges Element verwendet;
Fig. 18 eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Drehverschiebungsmeßvorrichtung;
Fig. 19 eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren erfindungsgemäßen Drehverschiebungsmeßvorrichtung;
Fig. 20 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die optische Sensoren verwendet;
Fig. 21 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die optische Sensoren verwendet;
Fig. 22 eine Seitenansicht nochmals einer weiteren Verschiebungsmeßvorrichtung, die optische Sensoren verwendet;
Fig. 23 eine Seitenansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die akustische Sensoren verwendet;
Fig. 24 eine graphische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die zum Wiegen verwendet wird;
Fig. 25 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die für Temperaturmessungen verwendet wird;
Fig. 26 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die zum Messen des Winkels zwischen zwei gelenkig miteinander an ihren Enden verbundenen Elementen verwendet wird;
Fig. 27 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die ebenfalls zum Wiegen verwendet wird;
Fig. 28 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die zum Messen von Beschleunigung verwendet wird;
Fig. 29 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die zum Messen von Geschwindigkeit verwendet wird;
Fig. 30 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die eine elektrische Widerstandsveränderung zum Feststellen der Bewegung eines Gegenstands verwendet;
Fig. 31 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Verschiebungsmeßvorrichtung, die die Veränderung eines elektrischen Widerstands zum Feststellen der Bewegung eines Gegenstands verwendet; und
Fig. 32 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die neben anderen Dingen zum Messen von Beschleunigung und anderen Kraft erzeugenden Phänomenen verwendet wird.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen:
Bezugnehmend auf die Fig. 1A, 1B und 1C wird eine beispielhafte Ausführungsform eines bandgesteuerten Wandlers oder Sensors zum Messen von zwei Bewegungsfreiheitsgraden eines Gegenstands 4 gezeigt. Der Gegenstand 4 (der einfach in der Form einer Platte in den Fig. 1A bis 1C dargestellt ist) kann jegliche Gestalt oder Form einnehmen und könnte ein Teil eines Robotersystems oder eines anderen mechanischem Aufbaus sein, für den die Position und Bewegung des Teils zu bestimmen ist. Der Gegenstand 4 ist mit einem Ende eines länglichen, flexiblen, elektrisch leitfähigen Bands 8 verbunden. Das andere Ende des Bands 8 ist über einen geeigneten Klebstoff, einen Stift oder ein anderes Befestigungsmittel an einem Ende eines Substrats 12 befestigt, das beispielsweise aus Silizium hergestellt ist und eine obere, im allgemeinen planare Oberfläche aufweist, auf der die Betriebsteile eines Sensors zum Messen der Position des Bands 8 angeordnet sind. Das Band 8 ist mit einer Spannungsquelle 16 gekoppelt, um zu ermöglichen, daß es ein elektrisches Feld erzeugt.
Auf der oberen Oberfläche des Substrats 12 ist ein Feldeffekttransistor (FET) 20 angeordnet, der beispielsweise durch herkömmliche Mikrofabrikationsverfahren hergestellt sein kann. Der FET 20 ist eine bekannte Halbleitervorrichtung und enthält einen leitfähigen Sourcebereich 24, der in dem Substrat 12 ausgebildet ist, einen leitfähigen Drainbereich 28, der zu dem Sourcebereich im Abstand und im allgemeinen parallel dazu ausgebildet ist, und einen leitfähigen Kanalbereich 32, der zwischen dem Sourcebereich und dem Drainbereich angeordnet ist. Eine Isolationsschicht 36 ist über der oberen Oberfläche des Substrats 12 und über den Source-, Drain- und Kanalbereichen 24, 28 und 32 angeordnet.
Der Sourcebereich 24 und der Drainbereich 28 werden unter unterschiedlichen elektrischen Potentialen mittels einer Spannungsquelle 34 gehalten, so daß ein elektrischer Stromfluß zwischen den Bereichen durch den Kanal 32 bewirkt wird. Die Leitfähigkeit des Kanals 32 wird durch elektrische Ladungen (oder ein elektrisches Feld) beeinflußt, die in enger Nähe zu dem Kanalbereich angeordnet sind. Somit wird ein Überrollen und Wegrollen des Bands 8 über der Isolationsschicht 36, um selektiv den FET 20 zu bedecken und abzudecken, die Stärke des elektrischen Stroms verändern, der durch den Kanalbereich 32 geleitet und durch ein Meßgerät (Ampermeter) 38 festgestellt wird. Das Band 8 wirkt effektiv als das Gate des FET 20, um den elektrischen Stromfluß zwischen dem Sourcebereich 24 und dem Drainbereich 28 zu steuern. Ein Messen dieses Stromflusses kann somit ein Maß für das Überrollen und Wegrollen des Bands 8 und somit ein Maß für die Position und Bewegung des Gegenstands 4 schaffen. Eine weitere Erörterung der Betriebsweise von FETs kann in dem U.S. Patent-Nr. 4,767,973, das am 20. August 1988 erteilt wurde, und das hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, gefunden werden.
Das Band 8 könnte aus jeglichem geeignetem flexiblem, elektrisch leitfähigem Material, wie z.B. einer Kupferfolie, einer Aluminiumfolie, einem metallisierten Polymerfilm, metallisiertem Quarz, metallisiertem dünnem Silizium, etc. aufgebaut sein. Vorteilhafterweise ist das Band 8 in der Art ausgebildet, daß seine seitlichen Kanten sich leicht nach unten gegen das Substrat 12 krümmen (wenn es über dem Substrat liegt), so daß das Band über die Isolationsschicht 12 überrollt und von dieser abrollt auf gleichmäßige, nicht gleitende Weise, um eine Berührung mit der Isolationsschicht aufrechtzuerhalten. Eine elektrostatische Anziehung kann ebenfalls verwendet werden, um das Band 8 eng an der Isolationsschicht 12 zu halten. Das Band 8 und das Substrat 12 mit den Bauelementteilen können unter Verwendung von Mikrofabrikationsverfahren hergestellt werden. Beispielsweise könnte das Band 8 durch Sputterablagerung über dem Substrat 12 gebildet werden und dann durch Fotolithographie geätzt werden, um die gewünschte Form und Größe zu bestimmen. Ein Ätzmittel könnte ebenfalls dazu verwendet werden, um einen Teilbereich des Bands von dem Substrat abzulösen und zu ermöglichen, daß es sich von dem Substrat wegkrümmt.
Eine Alternative zu der Verwendung eines leitfähigen Bands 8, das mit einer Spannungsquelle 16 verbunden ist, besteht darin, ein Band aus einem Material zu verwenden, das positive oder negative Ladungen enthält. Beispielsweise könnte das Band 8 zur Veranschaulichung aus flexiblem Polytetrafluorethylen mit darin implantierten Elektronen gebildet sein.
Eine weitere Alternative zu der Ausführungsform nach den Fig. 1A bis 1C bestünde darin, eine Schicht aus leitfähigem Material zwischen der Isolationsschicht 36 und dem Substrat 12 einzubauen, und dann den FET 20 entfernt von dem Kontaktbereich mit dem Band 8 anzuordnen. Diese leitfähige Schicht oder dieses Gate wären elektrisch mit dem Gate des entfernt gelegenen FET gekoppelt, so daß ein Rollen des Bands 8 über der Isolationsschicht 36 eine elektrische Ladung auf der Oberfläche der unter dem Isolationsstreifen 36 gelegenen leitfähigen Schicht induzieren würde, und diese elektrische Ladung würde sich in dem Gate des entfernt gelegenen FET widerspiegeln und die Leitfähigkeit des Kanalbereichs des FETs beeinflussen. Eine Messung für die Nähe des Bands 8 über der Isolationsschicht 36 könnte dann ausgeführt werden, und somit könnte die Position und Bewegung des Gegenstands 4 gemessen werden.
Die Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer bandgesteuerten Verschiebungsmeßvorrichtung, die eine kapazitive Kopplung in Verbindung mit einem FET verwendet. In dieser Ausführungsform trägt ein Substrat 40 die Source-, Kanal- und Drainbereiche eines FET 44 an der oberen Oberfläche und in der Nähe einer Seite des Substrats (ähnlich zu der Ausführungsform nach den Fig. 1A bis 1C) und einen leitfähigen Materialstreifen 48, der im allgemeinen parallel zu den Source-, Drain- und Kanalbereichen des FET 44 in der Nähe der anderen Seite des Substrats angeordnet ist. Mit dem leitfähigen Streifen 48 ist eine elektrische Wechselspannungsquelle 52 gekoppelt. Eine dielektrische Materialschicht 56 ist auf der oberen Oberfläche des Substrats 40 und über dem FET 44 und dem leitfähigen Streifen 48 angeordnet. Ein flexibles, elektrisch isoliertes, leitfähiges Band 60 ist dann so angeordnet, daß es über der dielektrischen Schicht 56 überrollt und von dieser abrollt, wenn ein Gegenstand oder Bauteil, das mit dem Band gekoppelt ist, in Bewegung versetzt wird.
Das durch die Spannungsquelle 52 an den leitfähigen Streifen 48 bereitgestellte Signal führt zu einer Kapazität zwischen dem leitfähigen Streifen und dem Band 60, und diese Kapazität führt natürlich zu der Ausbildung einer Ladung auf dem Band, wobei diese Ladung die Leitfähigkeit des Kanalbereichs des FET 44 beeinflußt. Wenn das Band 60 übergerollt und abgerollt wird von der dielektrischen Schicht 56, wird verursacht, daß sich die Kapazität ändert, wodurch der Einfluß auf den FET 44 und die Leitfähigkeit von dessen Kanalbereich verändert wird. Wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1A bis 1C kann die Änderung in der Leitfähigkeit des Kanalbereichs als eine Bestimmung für die Bewegung und Position des Bands 16 und somit eines mit dem Band gekoppelten Gegenstands oder Bauteils verwendet werden.
Die Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die einen magnetischen Feldeffekttransistor mit aufgespaltenem Drain (MAGFET) 64 verwendet. Der MAGFET 64 ist auf der oberen Oberfläche eines Substrats 68 ausgebildet und enthält einen Sourcebereich 72, der mit einer Gleichstromquelle 76 verbunden ist, zwei Drainbereiche 80 und 84 und einen leitfähigen Kanalbereich 88, der zwischen dem Sourcebereich und den beiden Drainbereichen angeordnet ist. Ein flexibles magnetisierbares Band 92 ist auf dem Substrat 68 so angeordnet, daß es selektiv den Kanalbereich 88 überdeckt und freilegt. Eine Isolationsschicht 96 könnte, muß jedoch nicht notwendigerweise, über dem MAGFET 64 und unter dem Band 92 angeordnet sein.
Bei Abwesenheit eines auf dem Kanalbereich 88 auftreffenden magnetischen Felds fließt ein Strom von dem Sourcebereich 72 durch den Kanalbereich 88 in gleichem Maße zu den beiden Drainbereichen 80 und 84. Wenn ein Magnetfeld vorhanden ist, wie es auftritt, wenn das magnetisierte Band 92 wenigstens teilweise über dem Kanalbereich 88 liegt, wird der Strom durch den Kanalbereich so abgelenkt, daß er mehr zu einem Drainbereich als zu dem anderen Drainbereich fließt, wobei die Stärke der Ablenkung und somit die Unausgewogenheit des zu den beiden Drainbereichen fließenden Stroms von der Intensität des Magnetfelds abhängt. Diese Intensität wird natürlich davon abhängen, welcher Abschnitt des Kanalbereichs 88 von dem Band 92 bedeckt ist, und somit kann durch Messung der Stromunausgewogenheit in den beiden Drainbereichen 80 und 84 eine Messung der Verschiebung des Bands und somit eines Gegenstands, mit dem das Band gekoppelt ist, ausgeführt werden. Das Band 92 könnte zur Veranschaulichung aus einem dünnen Film aus Alnikolegierung (Aluminium, Nickel, Kobalt und manchmal Kupfer), einer Legierung aus Nickel und Kobalt, Samariumkobalt, Eisenoxiden, Eisenchrom, Chromdioxid, etc., die geeignet magnetisiert sind, hergestellt sein.
Die Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die ein Blatt 100 aus einem Elektretmaterial verwendet, in dem Elektronen implantiert oder angeordnet sind. Das Elektretblatt 100 ist über dem Substrat 104 angeordnet und ist mit diesem verbunden, in dem ein FET 112 auf ähnliche Weise ausgebildet ist, wie es für die Fig. 1A bis 1C beschrieben wurde. Ein flexibles leitfähiges Band 108 ist so angeordnet, daß es sich über das Elektretblatt 100 bewegt und dieses überdeckt und sich von diesem wegbewegt und dieses freilegt. Das Band 108 ist an einem Ende an dem Elektretblatt 100 angebracht, und es ist mit einem Massepotential 116 gekoppelt. Das andere Ende des Bands 108 ist mit einem Gegenstand oder einem Element verbunden, dessen Position zu messen ist.
Die Vorrichtung nach der Fig. 4 arbeitet unter Verwendung eines "kapazitiven Aufteilungs-" Effekts, bei dem das von dem Elektretblatt 100 erzeugte elektrische Feld gleichmäßig nach aüßen von dem Blatt gerichtet ist, wenn das Band 108 sich nicht in enger Nähe befindet, und gegen das Band gerichtet ist, wenn das Band sich in enger Nähe befindet. Somit wird das elektrische Feld des Elektretblatts 100 gegen den FET 112 gerichtet, wodurch die Leitfähigkeit von dessen Kanalbereich beeinflußt wird, wenn das Band 108 von dem Blatt weggekrümmt ist, und es wird von dem FET 112 weg und gegen das Band 108 gerichtet, wenn das Band in einer Position über dem Blatt liegt. Somit ist die Leitfähigkeit des Kanalbereichs des FET 112 durch das Verhältnis bestimmt, unter dem das Elektretblatt 112 von dem Band 108 abgedeckt ist. In schon beschriebener Weise könnte somit die Vorrichtung nach der Fig. 4 verwendet werden, um die Bewegung und Position eines Gegenstands zu messen.
Das Elektretblatt 100 könnte zur Veranschaulichung aus mit Elektronen aufgeladenem Polytetrafluorethylen hergestellt sein.
Die Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Verschiebungsmeßvorrichtung, bei der der wohlbekannte Hall-Effekt verwendet wird. Die Vorrichtung enthält ein Substrat aus leitfähigem Material 120, wie z.B. Kupferlegierungen, Aluminiumkupferlegierungen etc. Eine Stromquelle 124 versorgt ein Ende des Substrats 120 mit Strom, der dadurch hindurch zu dem anderen Ende fließt. Eine Reihe von Elektrodenpaaren 128 ist auf gegenüberliegenden Seiten entlang der Länge des Substrats 120 angebracht und mit einem Detektor 132 gekoppelt. Ein magnetisiertes, flexibles Band 136 ist an seinem einen Ende an einem Ende des Substrats 120 angebracht, um selektiv über das Substrat überzurollen und von diesem abzurollen, wie vorher beschrieben wurde.
Gemäß dem Hall-Effekt wird in einem Leiter fließender Strom von einer Seite des Leiters gegen die andere Seite abgelenkt, wenn der Leiter einem Magnetfeld unterworfen ist. Wenn das magnetisierte Band 136 über einem Abschnitts des Substrats 120 liegt, wird somit in der Vorrichtung nach der Fig. 5 der von einem Ende des Substrats zu dem anderen Ende fließende Strom in diesem Abschnitt abgelenkt, jedoch wird er nicht in dem Abschnitt abgelenkt, in dem das Band nicht darüberliegt. Diese Stromablenkung in der Form eines Spannungsabfalls wird durch den Detektor 132 festgestellt, um ein Maß für jenen Abschnitts des Substrats 120 zu schaffen, der von dem Band 136 überdeckt wird, und um somit ein Maß für die Bewegung eines Gegentands oder eines Bauteils zu schaffen, mit dem das freie Ende des Bands 136 gekoppelt ist.
Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung. Die Vorrichtung enthält ein Paar von leitfähigen Platten 140 und 144, die in einer Entfernung D zueinander im Abstand sind und die mit einer Spannungsquelle und einem Detektor 148 gekoppelt sind. Zwei dielektrische Schichten 152 und 156 sind auf den einander zugewandten Oberflächen jeweils der Platte 140 und 144 wie dargestellt, angeordnet. Ein Paar von länglichen, flexiblen und leitfähigen Bändern 160 und 164 ist jeweils an einem Ende mit einer Seite einer jeweiligen dielektrischen Schicht 152 und 126 verbunden, und sie erstrecken nach vorne entlang einer jeweiligen Schicht und dann nach innen und wieder nach hinten, wo sodann die anderen Enden der Bänder miteinander verbunden sind, wie in der Fig. 6 gezeigt ist. Die anderen Enden der Bänder 160 und 164 sind mit einem Gegenstand 168 gekoppelt, dessen Position und Bewegung festzustellen ist. Wenn sich der Gegenstand zu einer Position zwischen den Platten 140 und 144 bewegt, muß sich ein größerer Anteil der Bänder 160 und 164 jeweils über die dielektrischen Schichten 152 und 156 darüberrollen und sich über diese legen. Wenn sich der Gegenstand 168 in einer Richtung von dem Zwischenraum der Platten 140 und 144 weg bewegt, werden natürlich die Bänder 160 und 164 aus der Abdeckung der jeweiligen dielektrischen Schichten abgerollt. Eine Bewegung des Gegenstands 168 und somit eine Bewegung der Bänder 160 und 164 bewirkt eine Veränderung in der Kapazität zwischen den Platten 140 und 144, wobei diese Veränderung durch die Wechselspannungsquelle und den Detektor 148 gemessen wird, der beispielsweise ein Ampermeter enthalten könnte. Die tatsächliche Anordnung der Kondensatorplatten ist graphisch bei 172 für den Fall dargestellt, wo die Bänder 160 und 164 von dem Bereich zwischen den Platten 140 und 144 abgerollt sind. Die tatsächliche Kondensatoranordnung für den Fall, wenn die Bänder 160 und 164 zwischen die Platten 140 und 144 eingerollt sind, ist bei 176 dargestellt. Die graphischen Darstellungen 172 und 176 zeigen den wirksamen Unterschied in der Kapazität für den Fall, daß die Bänder 160 und 164 zwischen den Platten 140 und 144 sind, gegenüber dem Fall, daß die Bänder sich nicht zwischen den Platten befinden. Somit schafft eine Veränderung in der Kapazität zwischen den Platten 140 und 144 eine gewünschte Messung der Bewegung und Position des Gegenstands 168.
Eine alternative kapazitive Meßvorrichtung nach der Fig. 6 beinhaltet die Verwendung nur eines einzigen Bandes, beispielsweise des Bands 160 und die Vorsehung von nur einer einzigen leitfähigen Platte, beispielsweise der Platte 144, wobei die andere Platte, beispielsweise die Platte 140, nicht leitfähig ist. Dann würden die Spannungsquelle und der Detektor 148 weiterhin mit der Platte 144 und zudem dem Band 160 verbunden sein, um eine Kapazität zwischen der Platte 144 und dem Band 160 zu entwickeln. Diese Kapazität würde sich verändern, wenn das Band 160 über die nicht leitfähige Platte 140 übergerollt oder von dieser abgerollt wird, was durch die Bewegung des Gegenstands 168 verursacht wird, um dadurch eine Messung der Position und Bewegung des Gegenstands zu schaffen.
Die Fig. 7 ist eine Seitenaufrißansicht einer Verschiebungsvorrichtung, die ein kontinuierliches Band zum Messen von zwei Bewegungsfreiheitsgraden eines Gegenstands 180 verwendet. Die Vorrichtung enthält ein Substrat 184 mit zwei FET-Sensoren 188 und 192, die linear auf der oberen Oberfläche des Substrats im Abstand angeordnet sind. Eine Isolationsschicht 196 ist auf dem Substrat 184 über den FET- Sensoren 188 und 192 angeordnet. Ein flexibles leitfähiges Band 200 ist in Form einer Schleife ausgebildet und auf der Isolationsschicht 196 angeordnet, um nach vorne und zurück über einer Lage zu rollen, an der die FET-Sensoren 188 und 192 angeordnet sind.
Wenn der Gegenstand 180 gemäß der Fig. 7 nach rechts bewegt wird, wird bewirkt, daß das Band 200 ebenfalls nach rechts rollt, um den FET-Sensor 192 zu überdecken und den FET- Sensor 188 freizulegen. Diese Bewegung ist natürlich durch die Sensoren feststellbar und schafft eine Anzeige sowohl der Richtung der Bewegung des Gegenstands 180 als auch der Größe der Bewegung. Wenn der Gegenstand nach oben bewegt wird, wird bewirkt, daß das Band 200 von beiden Sensoren 188 und 192 wegrollt, was ebenfalls feststellbar ist. Eine Bewegung des Gegenstands 180 nach links oder nach unten kann auf ähnliche Weise festgestellt werden, so daß eine Bewegung des Gegenstands 180 nach rechts oder nach links und nach oben oder nach unten einfach festgestellt werden kann. Das Band 200 würde natürlich eine geeignete Ladung entweder von einer Spannungsquelle oder von in dem Band eingebetteten Ladungen tragen, um ein elektrisches Feld zu erzeugen.
Obwohl die Vorrichtung nach der Fig. 7 unter Verwendung von FET-Sensoren beschrieben wurde, sei hier angemerkt, daß andere Arten von früher beschriebenen Sensoren ebenfalls verwendet werden könnten, wie z.B. MAGFETs, kapazitive Kopplung, Elektretblätter und ein Messen auf der Grundlage des Hall-Effekts.
Die Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung zum Messen der Position und Bewegung eines Steuerstifts 204. Die Vorrichtung enthält ein Substrat 108, auf dessen Oberfläche FET-Sensoren 212, 216, 220 und 224 angeordnet sind, die, wie gezeigt, entlang vier gedachter Schnittlinien angeordnet sind. Eine Isolationsschicht 228 ist auf dem Substrat 208 über den vier Sensoren vorgesehen. Auf dem Substrat 208 sind zwei flexible, elektrisch leitfähige Bänder 232 und 236, die beide in Form von Schleifen ausgebildet sind und einander überquerend angeordnet sind, vorgesehen. Der Steuerstift 204 ist gelenkig in dem Substrat 208 fixiert und erstreckt sich nach oben durch Öffnungen in den Bändern 232 und 236, die die in dem Band 236 ausgebildete Öffnung 240 und die in dem Band 232 ausgebildete Öffnung 244 beeinhalten. Um eine Bewegung des Steuerstifts ohne ein Verbiegen eines der Bänder 232 und 236 zur Seite zu ermöglichen, sind die Öffnungen 240 und 244 in den jeweiligen Bändern in Querrichtung verlaufend und zueinander quer verlaufend ausgebildet, wie in der Fig. 8 gezeigt ist. Somit kann der Steuerstift 204 gegen den Sensor 216 oder den Sensor 224 bewegt werden, um dadurch das Band 232 zu bewegen, ohne das Band 236 zur Seite zu verbiegen. Auf ähnliche Weise kann der Steuerstift gegen den Sensor 212 oder den Sensor 220 bewegt werden, um das Band 236 zu bewegen, ohne Verbiegen des Bandes 232 zur Seite. Eine solche Bewegung des Steuerstifts 204 und somit der Bänder 232 und 236 wird durch die einzelnen Sensoren festgestellt, die ansprechen, wenn die Sensoren überdeckt oder abgedeckt werden, wie bei den vorherigen Ausführungsformen beschrieben wurde.
Wieder würden die Bänder 232 und 236 aufgeladen sein, um wie bei den früheren Ausführungsformen beschrieben, elektrische Felder zu erzeugen. Zudem könnten die Bänder 232 und 236 auf vorteilhafte Weise an unteren Abschnitten mit dem Substrat fest verbunden werden. Schließlich könnten auch andere früher beschriebene Sensoranordnungen mit der Vorrichtung nach der Fig. 8 verwendet werden.
Die Fig. 9A und 9B zeigen jeweils eine isometrische Ansicht und eine Seitenaufrißansicht einer Vorrichtung zum Messen einer Drehverschiebung eines Schafts 250. Der Schaft 250 ist so angebracht, daß er sich in einem Substrat 255 dreht, in dem in einer ringförmigen Anordnung ein FET-Sensor 258 mit herkömmlichen Source-, Drain- und Kanalbereichen vorgesehen ist. Eine Isolationsschicht 262 ist auf dem Substrat 254 über den FET-Sensor 258 abgebracht. Eine Scheibe 266 ist an dem Schaft 250 über dem Substrat angebracht, die sich dreht, wenn der Schaft gedreht wird. Ein flexibles elektrisch leitfähiges Band 270 ist an einem Ende an der Isolationsschicht 262 und an dem anderen Ende an dem Boden der Scheibe 266 angebracht, so daß bei Drehung des Schafts 250 in einer Richtung (beispielsweise im Uhrzeigersinn von oben auf die Vorrichtung gesehen) das Band sich über den Sensor 258 legt, und bei Drehung in der entgegengesetzten Richtung das Band von dem Sensor weg nach oben gezogen wird. Eine Drehbewegung und Position des Schafts 250 kann somit durch den Sensor 258 festgestellt werden.
Die Verschiebungsmeßvorrichtung, die in den Fig. 10A und 10B gezeigt ist, verwendet ein durchgehend ausgebildetes Band 280, das über sich selbst zurückgeschlagen ist, um sowohl die obere Oberfläche einer Isolationsschicht 284, die über einem Substrat 288 angebracht ist, als auch die untere Oberfläche einer Scheibe 292 zu kontaktieren, die so angebracht ist, daß sie sich mit einem Schaft 296 dreht. Der Schaft 296 ist so angebracht, daß er sich in dem Substrat 288 drehen kann. Ein FET-Sensor 300 ist allgemein in einem Kreis ausgebildet, den man am besten in der Fig. 10A sehen kann, so daß bei Drehung des Schafts 296 und somit der Scheibe 292 jener Abschnitt des Bands 280, der in Kontakt mit der Scheibe 292 sich befindet, mit der Scheibe mitgenommen wird, so daß der untere Bereich des Bands fortschreitend unterschiedliche Abschnitte des Sensors 300 überdeckt bzw. freilegt. Das Band 280 könnte zur Veranschaulichung an der unteren Oberfläche der Scheibe 292 befestigt sein. Gleichwohl könnte mit geeignet hergestellten Bändern das Haltern des Bands 280 an der Oberfläche unterhalb der Scheibe durch elektrostatische Anziehung, durch eine Oberflächenspannung mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm, durch Magentisierung, etc. bewerkstelligt werden. Wenn das Band 280 weder an der Scheibe 292 noch an der Isolationsschicht 284 angebracht ist, ist es in der radialen Richtung selbstausrichtend, d.h., es wird sich automatisch mit gleichförmigen Abstand um den Schaft 296 anordnen. Die Vorrichtung nach den Fig. 10A und 10B schafft natürlich eine Messung der Winkelposition und Bewegung des Schafts 296, wenn verursacht wird, daß das Band 280 unterschiedliche Abschnitte des Sensors 300 überdeckt und freilegt. Andere Arten von Sensoren, wie sie oben erörtert wurden, könnten ebenfalls anstatt des FET-Sensors 300 und anstatt des FET-Sensors 258 in der Fig. 9A verwendet werden.
Die Fig. 11 und 12 zeigen Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Messen der Winkelbewegung und Verschiebung jeweils von Zylindern 304 und 324. Der Zylinder 304 in der Fig. 11 enthält leitfähige Platten 306 und 308, die an den Außenbereichen des Zylinders angebracht oder ausgebildet sind. Ein Hohlzylinder 310 ist um den Außenbereich des drehbaren Zylinders 304 angebracht, steht jedoch zu diesem im Abstand in einer festen Lage. Ein Paar von Platten 312 und 314 sind an der inneren Oberfläche des Hohlzylinders 310 und wie gezeigt zueinander im Abstand vorgesehen. Die Platten 306, 308, 312 und 314 enthalten alle eine dielektrische Materialschicht auf ihren exponierten zugewandeten Oberflächen. Zwei flexible elektrisch leitfähige Bänder 316 und 318, die in Form von Schleifen ausgebildet sind, sind zwischen dem Zylinder 304 und dem Zylinder 310 angeordnet, die über die innere Oberfläche des Zylinders 310 und die äußere Oberfläche des Zylinders 304 rollen, wenn der Zylinder 304 um eine feste Achse 320 gedreht wird. Auf ähnliche Weise wie für die Vorrichtung nach der Fig. 6 beschrieben wurde, verändert die sich zwischen den Platten 306 und 314, 308 und 312 entstandene Kapazität, wenn die Bänder 316 und 318 sich jeweils zwischen den jeweiligen Platten oder aus diesen heraus bewegen, so daß eine Messung der Kapazität ein Maß für die Drehverschiebung und Bewegung des Zylinders 304 schafft.
Weitere Sensoranordnungen könnten ebenfalls in dem Aufbau nach der Fig. 11 verwendet werden unter Einschluß von FET's, MAGFETs, Elektretblättern, etc.
Wenn in der Ausführungsform nach der Fig. 12 der Zylinder 324 um eine feste Achse 324 gedreht wird, wird bewirkt, daß ein Band 326, das in Form einer Schleife ausgebildet ist, vor und zurück auf der Oberfläche eines Substrats 328 rollt, in dem in linear beabstandeter Beziehung zwei FET-Sensoren 330 und 332 angeordnet sind. Die Position des Bands 326, die durch die Sensoren 330 und 332 festgestellt wird, schafft somit eine Anzeige der Drehposition des Zylinders 324.
Die Fig. 13 ist eine Seitenaufrißansicht einer Verschiebmeßvorrichtung zum Messen von zwei linearen Bewegungsfreiheitsgraden einer Platte 350 und einem Drehbewegungsfreiheitsgrad der Platte. Die Vorrichtung enthält ein Substrat 354, in dem auf seiner oberen Oberfläche zwei linear zueinander beabstandete Sensoren 356 und 358 ausgebildet sind. Die Platte 350 enthält in gleicher Weise an ihrer unteren Oberfläche zwei linear beabstandete Sensoren 360 und 362. Ein flexibles, elektrisch leitfähiges Band 364, das in Form einer Schleife ausgebildet ist, ist zwischen der Platte 350 und dem Substrat 354 angeordnet, das in Seitrichtung vor- und zurückrollt und auf selektive Weise die Sensoren 356, 358, 362 und 360 bedeckt und freilegt, die dementsprechend elektrische Ausgaben erzeugen, die den Betrag der Überdeckung durch das Band darstellen. Dies schafft natürlich ein Auslesen oder Messen der Lage und der Bewegung der Platte 350. Die Sensoren 356, 358, 360 und 362 könnten eine Vielzahl von Formen annehmen, wie weiter oben erörtert wurde
Die Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungsmeßvorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Ausgabesignals, das die Position eines flexiblen Bandes 370 und somit eines Gegenstands 374, an dem das Band angebracht ist, darstellt. Ein Substrat 378 enthält eine Vielzahl von Sensoren 382, die an ausgewählten Schnittpunkten eines gedachten Gitters auf der Oberfläche des Substrats angeordnet sind, so daß bei Abrollen des Bands 370 über dem Substrat unterschiedliche Sensorkombinationen betroffen werden, und diese Kombinationen erzeugen binär kodierte Ausgabesignale. Wenn beispielsweise nur der Sensor 382 von dem Band 370 überdeckt wäre, dann würde dieser Sensor ein Ausgabesignal erzeugen, das die Zahl 8 darstellen würde. Wenn das Band 370 so bewegt würde, daß es auch die Sensoren 382b überdecken würde, dann würden sie Ausgabesignale erzeugen, die die Zahl 7 darstellen, etc. Aus diese Weise werden digitale Ausgabesignale erzeugt, um unterschiedliche Positionen des Bandes 370 über dem Substrat 378 und somit unterschiedliche Positionen des Gegenstands 374 darzustellen.
Die Fig. 15 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die ebenfalls diskrete Ausgabeinkremente erzeugt, die die Bewegung oder Position eines flexiblen Bands 390 und somit eines Gegenstands 394 darstellen. Auf einem Substrat 398 ist eine Vielzahl von Drainbereichen 402 angeordnet, die mit einer Vielzahl von Sourcebereichen 408 ineinandergreifen. Die Drainbereiche 402 sind mit einem gemeinsamen Leiter 410 verbunden, und die Sourcebereiche 406 sind ebenfalls mit einem gemeinsamen Leiter 414 verbunden. Zwischen jedem nebeneinanderliegenden Drainbereich und Sourcebereich sind Kanalbereiche 418 angeordnet, die auf wirksame Weise eine Vielzahl von FETs bestimmen, die in einem linearen Feld auf dem Substrat 398 angeordnet sind. Wenn aufeinanderfolgende Kanalbereiche 418 durch das Band überdeckt oder freigelegt werden, ändert sich der Stromfluß in den Leitern 410 und 414, wodurch somit eine Anzeige der Position des Bands 390 und somit des Gegenstands 394 geschaffen wird.
In der Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen einer nicht linearen Ausgabe in Abhängigkeit von einer Bewegung eines Bands 420 dargestellt. Auf einem Substrat 424 ist ein Feldeffekttransistor mit einem Drainbereich 428, einem Sourcebereich 432 und einem dazwischen angeordneten Kanalbereich 436 vorgesehen. Der Kanalbereich 436 verändert sich in der Weite, wobei er an dem Ende des Substrats 224 am weitesten ist, das dem gegenüberliegt, an dem das Band 420 angebracht ist, und sich allmählich nach innen hin verjüngt in Richtung auf das Ende des Substrats, an dem das Band angebracht ist. Der Drainbereich 428 und der Sourcebereich 432 erstrecken sich im allgemeinen parallel zu den jeweiligen Seiten des Kanalbereichs 436, wie in der Fig. 16 gezeigt ist. Wenn das Band 420 so bewegt wird, daß es das Substrat 424 überdeckt, werden zunehmend breitere Abschnitte des Kanalbereichs 436 durch das Band überdeckt, so daß die Stromänderung mit der Bewegung des Bands nicht linear ist. Natürlich könnte der Kanalbereich 436 auch so ausgebildet sein, daß er sich in der entgegengesetzten Richtung verjüngt, um eine unterschiedliche, nicht lineare Ausgabe in Abhängigkeit von der Bewegung des Bands zu schaffen. Weitere andere Formen für den Kanalbereich könnten ebenfalls ausgewählt werden, um nicht lineare Ausgaben zu erzeugen.
Die Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die kein flexibles Band verwendet. Statt dessen wird eine keilförmige, mit elektrischer Energie versehene Platte 430 verwendet. Die Platte 430 ist oberhalb eines Substrats 434 aufgehängt (z.B. durch Anbringung an einen Gegenstand, dessen Position zu messen ist), um sich nach vorne oder zurück in einer Richtung quer zu dem Sübstrat zu bewegen, wenn der Gegenstand, an dem die Platte angebracht wäre, bewegt wird.
Die Platte 430 ist mit einer Spannungsquelle 438 gekoppelt, um dadurch in einen Zustand mit elektrischer Energie versetzt zu werden. Das Substrat 434 enthält einen FET mit einem Sourcebereich 442, einem Kanalbereich 446 und einem Drainbereich 450. So lange die Platte 430 kontaktfrei zu dem Substrat 434 gehalten wird, wäre keine Isolationsschicht notwendig, obwohl es als Vorsichtsmaßnahme wahrscheinlich ratsam wäre, diese als Überzug auf dem Substrat vorzusehen.
Wenn die Platte 430 in der Richtung der Spitze der Platte (nach vorne) bewegt wird, überdeckt ein größeres Gebiet der Platte den Kanalbereich 446 des FET, wie man aus der Fig. 17 sehen kann, und dies bewirkt natürlich eine Veränderung in der Leitfähigkeit zwischen dem Sourcebereich und dem Drainbereich. Wenn die Platte 430 in der entgegengesetzten Richtung (nach hinten) bewegt wird, bedeckt die Platte 430 den Kanalbereich 446 in geringerem Maße, so daß wieder eine Veränderung in der Leitfähigkeit zwischen dem Source- und dem Drainbereich auftritt. Diese Veränderung in der Leitfähigkeit ist feststellbar, wodurch die Position der Platte 430 und somit des Gegenstands, mit dem sie verbunden ist, bestimmbar ist.
Die Fig. 18 und 19 sind perspektivische Ansichten von weiteren Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Drehverschiebungsmeßvorrichtung, die jedoch keine flexiblen Bänder verwendet. Die Vorrichtung nach der Fig. 18 zeigt eine Achse oder Schaft 460, der an einem Gegenstand anzubringen wäre, dessen Winkelposition und Verschiebung zu messen ist. Der Schaft 460 ist so in einem Substrat 464 angebracht, daß er um seine Längsachse drehbar ist. Ein Arm 468 ist an dem Schaft 460 sich seitlich erstreckend und damit sich mitdrehend angebracht, der einen keilförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Spitze des Keils einen Strichladungseffekt erzeugt, der nach unten gegen das Substrat 464 gerichtet ist. Der Arm 468 ist mit einer Spannungsquelle 472 gekoppelt und erhält davon eine elektrische Ladung. Alternativ dazu könnte der Arm 468 eine elektrostatische Ladung beispielsweise als Folge von in dem Arm eingebetteten Elektronen tragen. Eine Vielzahl von FET- Sensoren ist im allgemeinen in Form eines Kreises unter dem Bewegungspfad des Arms 468 angeordnet.
Wenn der Schaft 460 gedreht wird (aufgrund einer Bewegung eines Gegenstands, mit dem er verbunden ist), wird bewirkt, daß der Arm 468 über unterschiedliche Sensoren 476 streicht, die das von dem Arm ausgehende elektrische Feld feststellen, wodurch ein die Position des Arms anzeigendes Signal erzeugt wird. Offensichtlich wäre derjenige Sensor 476, der das stärkste Signal erzeugt, der Sensor, über dem der Arm 468 positioniert ist.
Obwohl die Sensoren 476 so gezeigt sind, daß ein bestimmter Abstand zwischen ihnen auf dem Substrat 468 vorliegt, könnten die Sensoren eine Vielfalt von Größen und Abständen aufweisen, wobei mehr Sensoren eine größere Empfindlichkeit bei der Bestimmung der Drehlage des Schafts 460 schaffen würden.
Die Fig. 19 ist ebenfalls geeignet für die Messung einer Drehverschiebung eines Schafts 480, der in einem Substrat 484 so angebracht ist, daß er um seine Längsachse drehbar ist. Eine halbkreisförmige Platte 488 ist an dem Schaft 480 angebracht, so daß sie sich mit diesem mitdreht, an die eine elektrische Ladung durch eine Spannungsquelle 492 geliefert wird. Wie der Arm 468 dreht sich die Platte 488 über der oberen Oberfläche des Substrats 484. In der oberen Oberfläche des Substrats 484 sind vier FET-Sensoren 496, 500, 504 und 508 ausgebildet. Jeder der FET-Sensoren ist halbkreisförmig ausgebildet (mit sich parallel erstreckenden Source-, Drain- und Kanalbereichen), der zu wenigstens einem Abschnitt der beiden anderen Sensoren konzentrisch ist. Somit umschreibt der Sensor 496 einen Abschnitt des Sensors 500 und einen Abschnitt des Sensors 508, während der Sensor 504 die anderen Abschnitte der Sensoren 500 und 508 umschreibt. Wenn die Platte 488 gedreht wird, wird sie immer Abschnitte von wenigstens drei der FET-Sensoren überdecken, und in den meisten Positionen wird sie Abschnitte von sämtlichen vier Sensoren überdecken.
Beim Betrieb erzeugen die FET-Sensoren 496, 500, 504 und 508 Signale, die das Anteilsverhältnis, in welchem der Sensor durch das von der Platte 488 erzeugte elektrische Feld beeinflußt wird, und somit den Bereich des Sensors anzeigen, der von der Platte überdeckt wird. Die Signale wiederum bestimmen die Winkellage des Schafts 488 und somit die Winkellage des Gegenstands, mit dem der Schaft verbunden ist.
Die Fig. 20, 21 und 22 zeigen alle bandgesteuerte Wandler, die eine optische Abtastung verwenden. In der Fig. 20 richtet eine Lichtquelle 520 Licht nach unten gegen ein Substrat 524, über dessen oberer Oberfläche ein lichtundurchlässiges Band 528 so angeordnet ist, daß es überrollt und wegrollt, wenn ein Gegenstand, mit dem das Band verbunden ist, bewegt wird. In der oberen Oberfläche des Substrats 524 ist eine längliche Fotozelle 532 ausgebildet, die ein an einen Detektor 536 geliefertes Ausgabesignal erzeugt, dessen Stärke proportional zu der auf der Fotozelle auftreffenden Lichtmenge ist. Wenn das Band 528 überrollt, um die Fotozelle 528 abzudecken, und wegrollt, um sie freizulegen, verändert sich die Menge von durch das Band abgeblocktem Licht und somit die Menge von auf die Fotozelle 532 auftreffendem Licht, wodurch eine Veränderung in dem Ausgabesignal aus der Fotozelle hervorgerufen wird. Dieses Ausgabesignal schafft somit ein Maß für die Position des Bandes 528 über der Fotozelle und somit für die Position des Gegenstands, mit dem das Band verbunden ist.
Die Fig. 21 zeigt eine alternative Ausführungsform einer ersSchiebungsmeßvorrichtung, die eine optische Messung verwendet. Hier enthält ein Substrat 540 eine Vielzahl von lichtemittierenden Dioden 548, die in der oberen Oberfläche des Substrats ausgebildet sind, und die durch eine Stromquelle 548 energieversorgt werden. Ein flexibles lichtundurchlässiges Band 552 ist an einem Ende mit einem Ende des Substrats 540 an der oberen Oberfläche verbunden, um über die lichtemittierenden Dioden 544 überzurollen und von diesen wegzurollen, wenn ein Gegenstand, mit dem das Band gekoppelt ist, bewegt wird. Licht aus den lichtemittierenden Dioden 544 wird nach oben geworfen, wenn es nicht durch das Band 552 abgeblockt wird, wo es durch eine Fotozelle 556 nachgewiesen wird. Wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 20 erzeugt die Fotozelle 556 ein Ausgabesignal, dessen Stärke proportional zur darauf auftreffenden Lichtmenge ist, und dieses Ausgabesignal wird von einem Detektor 560 festgestellt. Wenn das Band 552 über das Substrat 540 und die lichtemittierenden Dioden 544 übergerollt wird und davon weggerollt wird, können somit veränderliche Lichtmengen die Fotozelle 556 erreichen, wodurch die Stärke des Ausgabesignals aus der Fotozelle verändert wird. Dieses Ausgabesignal schafft somit eine Anzeige für die Position des Bands 552 über dem Substrat 554 und somit eine Messung für die Position des Gegentands, mit dem das Band verbunden ist.
Die Fig. 22 zeigt eine Seitenaufrißansicht einer weiteren Ausführungsform einer Verschiebungsmeßvorrichtung, die eine optische Messung verwendet. Hier enthält ein Substrat 570 eine Vielzahl von Fotozellen 574, die auf dessen oberer Oberfläche angeordnet sind. Ein flexibles lichtreflektierendes Band 78 ist an einem Ende mit einem Ende der oberen Oberfläche des Substrats 570 verbunden, um über dessen obere Oberfläche zu rollen und von dieser wegzuröllen, wenn ein Gegenstand 582, an dem das Band angebracht ist, bewegt wird. Eine Lichtquelle 586, beispielsweise eine Laserlichtquelle lenkt einen Lichtstrahl 588 gegen das Band 578 an eine Stelle, die das Licht in einen nach unten gegen die obere Oberfläche des Substrats 570 gerichteten Strahl reflektieren wird. Es wird somit bewirkt, daß der Lichtstrahl auf eine der Fotozellen 574 auftreffen wird in Abhängigkeit von der Position des Bands 578 und somit in Abhängigkeit der Position des Gegenstands 582. Die Fotozelle, auf die der Lichtstrahl auftrifft, erzeugt natürlich ein Ausgabesignal, das den Empfang von Licht anzeigt, und somit ein Signal, das die Position des Bands 578 und des Gegenstands 582 anzeigt.
Es sei bemerkt, daß, wenn jeweils Fotozellen in den Ausführungsformen in den Fig. 20 und 21 als einzelne Fotozellen gezeigt werden, eine Reihe von einzelnen Fotozellen ebenfalls verwendet werden könnte. Zudem ist eine Reihe von lichtemittierenden Dioden 544 in der Fig. 21 gezeigt, wobei jedoch ein kontinuierlicher Lichtstreifen ebenfalls verwendet werden könnte.
Die Fig. 23 ist eine Seitenaufrißansicht eines bandgesteuerten Wandlers, der eine akustische Messung verwendet. Hier ist ein Band 590 an einem Ende mit einem Substrat 592 und an dem anderen Ende mit einem Gegenstand 594 verbunden, dessen Position und Bewegung zu messen ist. Im allgemeinen an einem Ende des Substrats 592 in der Richtung, in der das Band 590 über das Substrat abrollen würde, ist eine Sonarsignalquelle 596 zum Übertragen akustischer Signale gegen das Band und ein akustischer Detektor 598 zum Nachweisen von von dem Band zurückreflektierten Signalen vorgesehen. Der Detektor 598 stellt die Laufzeit der akustischen Signale fest, die natürlich von der Position des Bands 590 und somit der Position des Gegenstands 594 abhängt. Natürlich gibt es keine Notwendigkeit für jegliche auf dem Substrat vorgesehene Nachweiselemente, da der Nachweis der Position des Bands 590 durch die akustische Signalquelle 596 und den Detektor 598 erzielt wird.
Die Fig. 24, 25, 26, 27, 28 und 29 zeigen sämtlich besondere Anwendungsformen für die Verwendung der vorher beschriebenen bandgesteuerten Wandler. Die Fig. 24 ist eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Verschiebungsmeßvorrichtung, die zum Wiegen verwendet wird. Hier verbindet eine Feder 600 ein bewegbares Element 604 mit einer fixierten Halterung 608. Eine Halteplatte zum Halten des zu wiegenden Gegenstands 616 ist über Verbindungsdrähte 620 mit einem bewegbaren Element 604 gekoppelt. Ein Substrat 624 enthält einen in der Oberfläche 628 ausgebildeten Sensor, über dem ein flexibles Band 632 so angebracht ist, daß es darüber hinwegrollt und von diesem abrollt, wie bei den vorherigen Ausführungsformen erläutert wurde. Ein Ende des Bandes 632 ist an dem unteren Ende des Substrats 624 angebracht und das andere Ende des Bandes ist an dem beweglichen Element 604 angebracht, um das gewünschte Überrollen und Wegrollen des Bandes zu ermöglichen. Das Substrat 624 mit dem Sensor 628 ist mit einer Anzeigevorrichtung 636 gekoppelt, um eine die Stärke des Ausgabesignals aus dem Sensor darstellende Auslesung und somit eine Auslesung für das Gewicht des Gegenstands 616 zu schaffen.
Die Fig. 25 ist eine Seitenaufrißansicht einer Temperaturmeßvorrichtung Ein Substrat 650 enthält einen Sensor 654, der in dessen oberer Oberfläche ausgebildet ist. Ein flexibles Band 658 mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist an einem Ende mit einem Ende des Substrats 650 verbunden und liegt über einem Abschnitt des Substrats. Ein zweites Band 662 mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten liegt über dem zuerst erwähnten Band 658. Eine Spannungsquelle 666 ist an das Band 658 gekoppelt, um darauf eine Ladung bereitzustellen.
Wenn die Umgebungstemperatur, der die Vorrichtung nach der Fig. 25 unterworfen ist, sich ändert, wird bewirkt, daß sich die Bänder 658 und 662 in unterschiedlichem Maße ausdehnen, wodurch ein Einrollen oder Ausrollen der beiden Bänder auf der Oberfläche des Substrats 650 bewirkt wird. Wenn beispielsweise der thermische Ausdehnungskoeffizient des Bands 650 größer ist als der des Bands 662, dann werden bei einem Temperaturanstieg die beiden Bänder dazu neigen, sich von dem Substrat 650 wegzurollen. Wenn das Band 658 über den Sensor 654 überrollt, oder von diesem wegrollt, werden natürlich die Ausgabesignale von dem Sensor sich verändern, wodurch die Position des Bands 658 und somit die Umgebungstemperatur angezeigt wird.
Die Fig. 26 zeigt eine Vorrichtung zum Messen einer Winkellage zwischen zwei länglichen Elementen 680 und 684. Die Elemente 680 und 684 sind an einem Ende in einem Gelenk um einen Anlenkpunkt 688 verbunden. Lineare Sensoren 690 und 694 sind jeweils an den Elementen 680 und 684 angebracht und ein flexibles in einen elektrisch oder magnetisch energiereichen Zustand versetztes Band 698 ist an seinen beiden Enden mit den Elementen 680 und 684 derart verbunden, daß sich das Band nach innen erstreckt und über einem Abschnitt der Sensoren 690 und 694 in einer Bogenform liegt. Wenn die Elemente 680 und 684 näher zusammengeschwenkt werden, liegt das Band 698 vermehrt über den Sensoren 690 und 694, und wenn die Elemente voneinander weggeschwenkt werden, liegt das Band zu einem geringeren Maß über den Sensoren. Die Sensoren 690 und 694 stellen die Nähe des Bands 698 fest und erzeugen die relative Lage der Elemente 680 und 684 anzeigende Signale, wie für die vorherigen Ausführungsformen erläutert wurde.
Die Fig. 27 zeigt eine alternative Wiegevorrichtung, die ein Substrat 704 enthält mit einem auf dessen oberer Oberfläche ausgebildeten Sensors 708. Eine Plattform 712 ist auf Federn 716 und 720 so angebracht, daß sie eine Position im allgemeinen parallel zu und oberhalb des Substrats 704 aufrechterhält. Ein flexibles Band 724 ist an einem Ende mit einem Ende des Substrats 704 und an dem anderen Ende mit einem Ende der Plattform 712 verbunden. Wenn ein Gegenstand 728 auf die Plattform 712 gelegt wird, um gewogen zu werden, wird die Plattform dazu gezwungen, daß sie sich nach unten näher zu dem Substrat 704 bewegt, wodurch bewirkt wird, daß das Band 724 über den Sensor 708 überrollt und diesen vermehrt abdeckt. Das Gewicht des Gegenstands 728 bestimmt das Ausmaß, in dem das Band 724 den Sensor 708 abdeckt, was durch den Sensor festgestellt wird, der eine Auslesung in einer Auslesevorrichtung 732 für das Gewicht des Gegenstands schafft.
Die Fig. 28 ist eine Seitenaufrißansicht eines Beschleunigungsmeßgerätes, das ein Substrat 750 enthält mit einem in dessen oberer Oberfläche ausgebildeten Sensor 754. Ein Band 758 ist, wie vorher beschrieben, an dem Substrat 750 angebracht und ist an dem freien Ende an einer Masse 762 angebracht. Die Masse ist seinerseits über eine Feder 766 mit einem starren Halterungsteil 770 gekoppelt, das an dem Substrat 750 angebracht ist. Wenn die Vorrichtung nach der Fig. 28 nach links oder nach rechts beschleunigt wird, wird bewirkt, daß sich die Masse entsprechend nach links oder nach rechts bewegt, in Abhängigkeit von der Stärke der Beschleunigung (und der Steifheit der Feder 766), und diese Bewegung bewirkt wiederum, daß das Band 758 über den Sensor 754 überrollt oder von diesem wegrollt, welcher die Bewegung feststellt. Auf diese Weise kann eine Beschleunigung der Vorrichtung aus der Fig. 28 gemessen werden. Die Feder 766 bringt die Masse 762 wieder in eine Ruheposition, wenn keine Beschleunigung auftritt.
Zuletzt zeigt die Fig. 29 eine Seitenaufrißansicht einer Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit eines Gegenstandes 780. Wenn der Gegenstand 780 nach links oder rechts unter einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt wird, wird bewirkt, daß ein Band, das an dem Gegenstand angebracht ist, mit der Hälfte der Geschwindigkeit der Bewegung des Gegenstands über ein Substrat 786 überrollt oder von diesem wegrollt. Das Band ist aus einem leitfähigem Material hergestellt und über einen Widerstand 788 und ein Ampermeter 790 mit einer Gleichstromquelle 792 gekoppelt. Die andere Seite der Stromquelle 792 ist mit einer leitfähigen Platte 794 gekoppelt, die auf dem Substrat 786 angeordnet ist. Eine dielektrische Schicht 796 liegt über der leitfähigen Platte 794 und ist unter dem Band 784 angeordnet. Die Stromquelle 792 erzeugt eine Kapazität zwischen der Platte 794 und dem Teil des Bands 784, der über der dielektrischen Schicht 796 liegt. Wenn der Gegenstand 780 unter einer bestimmten Geschwindigkeit nach links oder rechts in der Fig. 29 in Bewegung versetzt wird, überdeckt oder legt das Band 784 die dielektrische Schicht 796 frei mit der Hälfte dieser Geschwindigkeit, wodurch eine Veränderung in der Kapazität zwischen dem Band und der Platte 794 hervorgerufen wird. Diese Änderung, die proportional zu der Geschwindigkeit des Gegenstands 780 ist, bewirkt, daß ein Strom durch den Widerstand 788 fließt, und dieser Strom wird durch das Ampermeter 790 festgestellt, wodurch ein Maß für die Geschwindigkeit des Gegenstands 780 geschaffen wird. Andere Anordnungen zum Messen von als Folge einer Änderung in der Kapazität erzeugtem Strom könnten ebenfalls verwendet werden, wie früher erläutert wurde.
Die Fig. 30 und 31 zeigen perspektivische Ansichten von Verschiebungsmeßvorrichtungen, die eine elektrische Widerstandsveränderung verwenden, um die Positionsverschiebung eines Gegenstands festzustellen, der mit einem Ende eines flexiblen Bands verbunden ist. In der Fig. 30 ist das Band 800 an einem Ende über einem Substrat 804 angebracht, um darüber überzurollen und wegzurollen. Das freie Ende des Bands würde an dem Gegenstand (nicht gezeigt) angebrächt werden, dessen Bewegung festzustellen ist. In der oberen Oberfläche des Substrats 804 sind zwei Streifen 808 und 812 aus Widerstandsmaterial ausgebildet, die sich im allgemeinen parallel zueinander in beabstandeter Beziehung in Längsrichtung auf dem Substrat erstrecken. Der Widerstandsstreifen 808 ist mit einer Stromquelle 816 gekoppelt, und der Widerstandsstreifen 812 ist mit einem Ampermeter 820 und dann mit der Stromquelle 816 gekoppelt. Das Band 800 ist aus einem leitfähigem Material hergestellt, so daß Strom von der Stromquelle 816 durch den Abschnitt des Widerstandsstreifens 808, der nicht in Kontakt mit dem Band ist, durch das Band zu dem Widerstandsstreifen 812 und dann durch das Ampermeter zurück zu der Stromquelle fließt. Je größer die Länge der Widerstandsstreifen 808 und 820 ist, durch die der Strom fließen muß, um so niedriger ist der Strom, weil der Widerstand in dem Flußpfad größer ist, und umgekehrt. Wenn das Band 800 somit zum Überrollen und Wegrollen über die Widerstandsstreifen 808 und 812 veranlaßt wird, wird bewirkt, daß der Widerstand in dem Flußpfad sich ändert, was zu einer Veränderung in dem durch das Ampermeter 820 fließenden Strom führt, wobei diese Veränderung gemessen wird, um dadurch ein Maß für die Position des freien Endes des Bands 800 zu schaffen. Die Widerstandsstreifen könnten zur Veranschaulichung aus auf Polymerstreifen (z.B. Mylar) abgelagertem Chrom-Nickel hergestellt sein, die auf der oberen Oberfläche des Substrats 804 angebracht sind.
Nach der Fig. 31 ist ebenfalls eine Messung der Position des freien Endes des Bands 830 unter Verwendung einer elektrischen Widerstandsveränderung möglich. Hier ist das Band 830 an einem Ende an einem Substrat 834 angebracht, an dessen oberer Oberfläche zwei leitfähige Streifen 838 und 842 (z.B. aus Metall) wie gezeigt im allgemeinen in zueinander paralleler Anordnung vorgesehen sind. Der leitfähige Streifen 838 ist mit einer Stromquelle 846 gekoppelt, und der leitfähige Streifen 842 ist über ein Ampermeter 850 mit der anderen Seite der Stromquelle gekoppelt. Das Band 830 ist aus einem flexiblen Widerstandsmaterial hergestellt, um Strom zwischen den leitfähigen Streifen 838 und 842 zu leiten, wobei jedoch ein vorbestimmter Widerstand vorhanden ist. Ein Strompfad ergibt sich gemäß der Vorrichtung nach der Fig. 31 von der Stromquelle 846 durch den leitfähigen Streifen 838 und über jenen Abschnitt des Bands 830, der in Kontakt mit den beiden leitfähigen Streifen ist, zu dem leitfähigen Streifen 842 und dann durch das Ampermeter 850 zurück zu der Stromquelle. Wenn das freie Ende des Bands 830 zur Bewegung veranlaßt wird, rollt das Band über die leitfähigen Streifen 838 und 842 oder rollt von diesen weg, wobei der Gesamtwiderstand des Stromflußpfads zwischen den beiden Streifen verändert wird, und bei dieser Widerstandsveränderung der Strom durch das Amperemeter 850 sich ebenfalls verändern muß, wodurch ein Maß für die Position des freien Endes des Bands 830 geschaffen wird. Das Widerstandsband 830 könnte zur Veranschaulichung aus auf einer dünnen Folie aus Polymermaterial abgeschiedenem Nickel-Chrom, aus mit Graphit gefülltem Gummi etc. hergestellt sein.
Wie beschrieben, messen beide in den Fig. 30 und 31 gezeigten Vorrichtungen die Position und Verschiebung eines Gegenstands, der mit einem flexiblen Band verbunden ist, unter Verwendung einer elektrischen Widerstandsveränderung in einem Stromflußpfad.
Die Fig. 32 zeigt eine Seitenaufrißansicht einer Art einer Nullbandsensorvorrichtung, bei der eine längliche Masse oder ein Streifen 860 zwischen zwei Schleifen 864 und 868 aus leitfähigen Bändern brückenförmig aufgelegt und mit diesen verbunden ist. Die Bandschleife 864 ist so angeordnet, daß sie eine Überbrückung zwischen zwei leitfähigen Platten 872 und 876 darstellt, die auf einem Substrat 874 angebracht sind. Die Platten 872 und 876 sind jeweils mit Spannungsquellen 878 und 880 verbunden. Die Stärke des durch die Spannungsquellen 878 und 880 an die jeweiligen Platten 872 und 876 gelieferten Spannungssignals wird durch eine Servologikschaltung 884 gesteuert, die Eingaben von den Sensoren 886 und 888 erhält, die in einer linear im Abstand stehenden Position auf der oberen Oberfläche des Substrats 890 ausgebildet sind. Die Sensoren 886 und 888 könnten in den vorher beschriebenen Arten ausgeführt sein.
Wenn beim Betrieb die Masse 860 zu einer Bewegung nach links oder nach rechts in der Fig. 32 beispielsweise durch eine darauf angewendete Kraft durch Beschleunigung der Vorrichtung nach der Fig. 32, etc. veranlaßt wird, wird bewirkt, daß die Bänder 864 und 868 über die jeweiligen Substrate, auf denen sie angebracht sind, rollen, und die Bewegung des Bands 868 wird durch die Sensoren 886 und 888 gemessen, die entsprechend ein Signal an die Servologikschaltung 884 bereitstellen. Die Servologikschaltung 884 stellt in Erwiderung auf die Signale von den Sensoren Signale an die Spannungsquellen 878 und 880 bereit, um eine elektrostatische Anziehung in einer entsprechenden Platte 872 und 876 zu erzeugen, um die leitfähige Bandschleife 864 anzuziehen und zu bewirken, daß sie zurückrollt zu einer Ruhe- oder Nullposition. Wenn sich somit die Masse 860 nach links bewegt hat, würde die Platte 876 angesteuert, um das Band 864 anzuziehen, um zu bewirken, daß es zurück zu der Nullposition in der Mitte zwischen den Platten 872 und 876 rollt, und umgekehrt. Auf die beschriebene Weise wird ein Nullpositionsbeschleunigungs- (oder anderer Kraft-)Sensor geschaffen.
Es sei bemerkt, daß die oben beschriebenen Anordnungen nur zur Veranschaulichung der Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen. Zahlreiche Abwandlungen und alternative Anordnungen können durch den Fachmann geschaffen werden. Die beiliegenden Ansprüche sollen solche Abwandlungen und Anordnungen abdecken.

Claims

1. Verschiebungsmeßvorrichtung zum Messen der Verschiebung eines Elements (4) mit:

einer Sensorvorrichtung mit einem Substrat mit einem ersten Oberflächengebiet, die geeignet ausgebildet ist zum Erzeugen eines Ausgabesiqnals, dessen Wert sich bei einer Veränderung in der Lagenähe eines abdeckenden Teils zu dem Oberflächengebiet verändert; und

einem länglichen flexiblen Band, das in der Nähe des ersten Oberflächengebiets derart angeordnet ist, daß bewirkt wird, daß wenigstens ein Teil des Bands sich nicht gleitend relativ zu dem ersten Oberflächengebiet bewegt, wenn das Element bewegt wird, um dadurch den Wert des Ausgangssignals zu verändern,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Ende des Bandes in bezug auf die Sensorvorrichtung fixiert ist und das andere Ende des Bandes mit dem Element gekoppelt ist, um sich zu bewegen, wenn das Element bewegt wird, um dadurch zu bewirken, daß das Band selektiv wenigstens einen Teil des ersten Oberflächengebiets überdeckt und abdeckt; und

daß die Sensorvorrichtung eine Nachweisvorrichtung umfaßt, von der wenigstens ein Teil auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, zum Nachweisen des über dem ersten Oberflächengebiet liegenden Teils des Bandes, um damit die Verschiebung des Elements zu bestimmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band (8) leitfähig ist und die Sensorvorrichtung weiter eine Vorrichtung (16) zum Bereitstellen einer Spannung an das Band umfaßt, um ein von dem Band ausgehendes elektrisches Feld zu erzeugen, und wobei die Nachweisvorrichtung einen ersten Feldeffekttransistor (20) umfaßt mit einem Sourcebereich (24), einem Drainbereich (28), einem zwischen dem Source- und Drainbereich angeordneten und sich im allgemeinen parallel dazu auf der ersten Oberfläche unter dem Band erstreckenden Kanalbereich (32), und mit einer Isolationsschicht (36), die über dem Sourcebereich, dem Drainbereich und dem Kanalbereich liegt, wodurch der Feldeffekttransistor ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Wert proportional zu dem von dem Band ausgehenden elektrischen Feld und somit zu dem Gebiet des Kanalbereichs ist, das direkt von dem Band überdeckt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Substrat aus Silizium aufgebaut ist, wobei die Isolationsschicht aus einem aus der aus Siliziumnitrit und Siliziumdioxid bestehenden Gruppe ausgewähltem Material aufgebaut ist, und wobei das Band aus einem aus der aus Berylliumkupfer, Chrom, Wolfram, metallisiertem Polymer, metallisiertem Quarz, metallisiertem Silizium und Titan bestehenden Gruppe ausgewähltem Material aufgebaut ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band leitfähig ist und die Sensorvorrichtung weiter eine Vorrichtung (16) zum Bereitstellen einer Spannung an das Band umfaßt, um ein von dem Band ausgehendes elektrisches Feld zu erzeugen, und wobei die Nachweisvorrichtung umfaßt:

einen Feldeffekttransistor (20) mit einem Sourcebereich, einem Drainbereich, einem zwischen dem Sourcebereich angeordneten Kanalbereich, und einem an den Kanalbereich angrenzenden Gatebereich,

eine leitfähige Platte, die auf der ersten Oberfläche unter dem Band angeordnet ist und elektrisch mit dem Gatebereich gekoppelt ist, und

eine Isolationsschicht (36), die über der leitfähigen Schicht liegt,

wodurch der Feldeffekttransistor ein Ausgabesignal erzeugt, dessen Wert proportional zu dem von dem Band ausgehenden elektrischen Feld und somit zu dem Gebiet auf der leitfähigen Platte ist, das direkt von dem Band überdeckt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band (92) magnetisiert ist, und wobei die Nachweisvorrichtung weiter einen magnetischen Feldeffekttransistor (64) mit aufgespaltetem Drain umfaßt mit einem Sourcebereich (72) in der Nähe eines Endes des Substrats, zwei Drainbereichen (80, 84) in der Nähe des gegenüberliegenden Endes des Substrats und einem Kanalbereich (88), der zwischen dem Sourcebereich und zwei Drainbereichen auf der ersten Oberfläche unter dem Band angeordnet ist, wodurch der magnetische Feldeffekttransistor mit aufgespaltetem Drain ein Ausgabesignal erzeugt, dessen Wert proportional zu dem von dem Band ausgehenden magnetischen Feld und somit zu dem Gebiet des Kanalbereichs ist, das direkt von dem Band überdeckt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Substrat aus Silizium aufgebaut ist, und wobei das Band aus einem flexiblen, mit einem dünnen Film eines magnetisierten Materials überzogenen Material aufgebaut ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band (60) leitfähig ist und die Sensorvorrichtung weiter einen leitfähigen Streifen (48) aus auf der ersten Oberfläche aufgebrachtem und sich unter das Band erstreckendem Material und eine Vorrichtung (52) zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung an den leitfähigen Streifen umfaßt, und wobei die Nachweisvorrichtung einen Feldeffekttransistor (44) umfaßt mit einem Sourcebereiche, einem Drainbereich, einem zwischen dem Sourcebereich und dem Drainbereich und unter dem Band angeordneten Kanalbereich, der sich im allgemeinen parallel zu dem Sourcebereich und dem Drainbereich und dem leitfähigen Streifen erstreckt, und mit einer dielektrischen Schicht (56), die über dem Sourcebereich, dem Drainbereich, dem Kanalbereich und dem leitfähigen Streifen liegt, wodurch der Feldeffekttransistor ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Stärke proportional zu dem elektrischen Feld ist, das auf einen Teil des Kanalbereichs trifft, und das somit proportional zu der zwischen dem Streifen und dem Band entwickelten Kapazität ist, wobei eine solche Kapazität proportional zu dem Teil des Bandes ist, das über dem leitfähigen Streifen liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band leitfähig ist und die Sensorvorrichtung weiter einen leitfähigen Streifen aus auf der ersten Oberfläche angeordnetem und sich unter dem Band erstreckenden Material, eine über dem leitfähigen Streifen liegende dielektrische Schicht und eine Vorrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung an das Band umfaßt, und wobei die Nachweisvorrichtung einen Feldeffekttransistor umfaßt mit einem an den leitfähigen Streifen gekoppelten Gate, so daß der Feldeffekttransistor ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Stärke proportional zu dem von dem Band entwickelten und auf den leitfähigen Streifen auftreffenden elektrischen Feld ist, und das somit proportional zu der zwischen dem Band und dem leitfähigen Streifen entwickelten Kapazität ist, und wobei eine solche Kapazität proportional zu dem Teil des Bandes ist, das über dem Streifen liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (120) aus einem leitfähigen Material aufgebaut ist, wobei das Band (136) magnetisiert ist, wobei der Sensor eine Vorrichtung (124) zum Bereitstellen eines elektrischen Stroms an das Substrat umfaßt, der von einem Ende zum anderen Ende fließt, und wobei die Nachweisvorrichtung eine Vorrichtung (132) zum Nachweisen des Spannungsabfalls von der einen Seite zu der anderen Seite des Substrats an verschiedenen Stellen entlang des Substrats unter dem Band umfaßt, wobei der Spannungsabfall entlang dem Substrat in Abhängigkeit von dem Teil des Bandes sich verändert, das über dem Substrat liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band (108) leitfähig ist und die Sensorvorrichtung weiter eine Elektretvorrichtung (100) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes umfaßt, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist und sich unter das Band erstreckt, wobei das Band (108) an Masse liegt, und wobei die Nachweisvorrichtung einen Feldeffekttransistor (112) umfaßt mit einem Sourcebereich, einem Drainbereich und einem zwischen dem Sourcebereich und dem Drainbereich unter der Elektretvorrichtung angeordneten Kanalbereich, wodurch der Feldeffektwandler ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Wert proportional zu dem auf den Kanalbereich von der Elektretvorrichtung auftreffenden elektrischen Feld ist, das wiederum proportional zu dem Gebiet der Elektretvorrichtung ist, über dem nicht das Band liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Elektretvorrichtung einen Streifen aus Polytetrafluoroäthylen umfaßt, der Elektronen enthält und über wenigstens den Kanalbereich des Feldeffekttransistors und unter dem Band angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band (160) leitfähig ist und die Sensorvorrichtung eine Vorrichtung (140, 144) umfaßt, die zwei gegenüberliegende, im allgemeinen parallele leitfähige Oberflächengebiete bestimmt, um dazwischen eine Kapazität zu entwickeln, sowie zwei dielektrische Schichten (152, 156), die jeweils auf einem entsprechenden Oberflächengebiet angeordnet sind, und eine Vorrichtung (148) zum Erzeugen eines die Kapazität anzeigenden Ausgangssignals, wobei die Vorrichtung weiter ein zweites längliches, flexibles, elektrisch leitfähiges Band (164) umfaßt, das an einem Ende mit einer Seite einer der dielektrischen Schichten (156) verbunden ist, um teilweise über der Schicht zu liegen, wobei das zuerst erwähnte Band (160) an einem Ende mit einer Seite der anderen dielektrischen Schicht (152) angrenzend an die eine Seite der einen dielektrischen Schicht verbunden ist, um teilweise über der anderen Schicht zu liegen, wobei die Bänder (160, 164) sich jeweils von einer jeweiligen einen Seite nach vorne zu der gegenüberliegenden Seite einer jeweiligen Schicht erstrecken und dann sich von der jeweiligen Schicht nach außen und nach hinten biegen, um auf das andere Band zu treffen und sich entlang diesem zu erstrecken, wobei bewirkt wird, daß die anderen Enden der Bänder sich zu dem Bereich zwischen den dielektrischen Schichten hin und von diesem weg bewegen, wenn das Element bewegt wird, um dadurch zu bewirken, daß die Bänder jeweils entsprechende Teile der dielektrischen Schichten überdecken und abdecken, um dadurch die Kapazität zwischen den Oberflächengebieten zu verändern.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band leitfähig ist und die Sensorvorrichtung umfaßt:

eine Vorrichtung (140), die ein nichtleitfähiges, in einer gegenüberliegenden Beziehung zu dem einen Oberflächengebiet (144) angeordnetes Oberflächengebiet bestimmt, wobei das Band (160) mit einem Ende an einer Seite des nichtleitfähigen Oberflächengebiets verbunden ist, um sich nach vorne über einen Teil des nichtleitfähigen Oberflächengebiets zu erstrecken und sich dann davon nach außen und nach hinten zu biegen, so daß, wenn das Element bewegt wird, bewirkt wird, daß das andere Ende des Bandes sich zu dem Bereich zwischen dem nichtleitenden Oberflächengebiet und dem einen Oberflächengebiet hin bewegt oder von diesem weg bewegt,

Vorrichtungen (140, 144, 148, 160) zum Entwickeln einer Kapazität zwischen dem einen Oberflächengebiet und dem Teil des Bandes, das nach hinten sich erstreckend gebogen ist, wobei die Kapazität sich ändert, wenn das Gebiet des nach hinten sich erstreckenden Teils des Bandes sich verändert, und somit wenn eine Bewegung des anderen Endes des Bandes zu dem Bereich zwischen dem nichtleitenden Oberflächengebiet und dem einen Oberflächengebiet hin oder von diesem weg bewirkt wird, und

eine Vorrichtung (148) zum Messen der zwischen dem Band und dem einen Oberflächengebiet entwickelten Kapazität.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band (200) leitfähig ist und die Sensorvorrichtung ein Substrat (184) mit einem Oberflächengebiet auf der Oberseite und in linearem Abstand angeordnete erste und zweite Vorrichtungen (188, 192) umfaßt, die auf der Oberseitenoberfläche angeordnet sind, jeweils zum Erzeugen von ersten und zweiten Ausgabesignalen, die die Teile der von dem Band überdeckten ersten und zweiten Vorrichtung darstellen, wobei das Band (200) in einer Schleife ausgebildet ist, dessen unterer Teil an dem Substrat zwischen der ersten und zweiten Vorrichtung angebracht ist, um eine selektive Biegung des Bands zu ermöglichen, um wenigstens Teile der ersten und zweiten Vorrichtung zu überdecken und abzudecken, und wobei das Element (180) in Berührung mit dem oberen Teil der Schleife angeordnet ist, und zum Bewirken einer vermehrten Überdeckung der ersten und zweiten Vorrichtung durch das Band zu dem Substrat, zum Bewirken einer vermehrten Abdeckung der ersten und zweiten Vorrichtung durch das Band von dem Substrat weg, zum Bewirken einer vermehrten Überdeckung der ersten Vorrichtung und einer vermehrten Abdeckung der zweiten Vorrichtung durch das Band in einer ersten Richtung seitwärts und zum Bewirken einer vermehrten Abdeckung der zweiten Vorrichtung und einer vermehrten Abdeckung der ersten Vorrichtung durch das Band in einer zweiten entgegengesetzten Richtung seitwärts bewegbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Sensorvorrichtung weiter eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Spannung an das Band umfaßt, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das von dem Band ausgeht, und wobei die erste und zweite Vorrichtung Feldeffekttransistoren zum Nachweisen der Stärke des auf die Transistoren auftreffenden elektrischen Feldes umfassen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Band magnetisiert ist, und wobei die erste und zweite Vorrichtung magnetische Feldeffekttransistoren mit aufgespaltetem Drain zum Nachweisen der Stärke des auf die Transistoren auftreffenden magnetischen Felds umfassen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Sensorvorrichtung weiter eine Vorrichtung zum Entwickeln einer Kapazität zwischen der oberen Oberfläche des Substrats und jenen Teilen des Bands, die über der ersten und zweiten Vorrichtung liegen, umfaßt, und wobei die erste und zweite Vorrichtung Feldeffekttransistoren umfassen, jeweils zum Nachweisen der Stärke der Kapazität zwischen der oberen Oberfläche und dem Teil des Bands, das über jedem der Feldeffekttransistoren liegt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Sensorvorrichtung weiter eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Stroms an das Substrat umfaßt, der von einem Ende zum anderen Ende fließt, wobei das Band magnetisiert ist, und wobei die erste und zweite Vorrichtung eine Vorrichtung zum Nachweisen einer Seitwärtsablenkung des Stroms entlang jenen Gebieten des Substrats umfaßt, die durch das Band überdeckt sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Sensorvorrichtung weiter eine Streifenelektretvorrichtung zum Entwickeln eines elektrischen Feldes umfaßt, die zwischen dem Band und der ersten und zweiten Vorrichtung angeordnet ist, wobei das Band an Masse liegt und wobei die erste und zweite Vorrichtung Feldeffekttransistoren umfassen zum Nachweisen der Stärke des auf die Transistoren auftreffenden elektrischen Felds.

20. Vorrichtung nach Anspruch 14, die weiter ein zweites längliches, flexibles, elektrisch leitfähiges Band umfaßt, das in einer Schleife ausgebildet ist und überkreuzend zu dem zuerst erwähnten Band angeordnet ist, wobei ein unterer Teil des zweiten Bands an dem unteren Teil des zuerst erwähnten Bands angebracht ist, um zu ermöglichen, daß das zweite Band selektiv seitlich zu dem zuerst erwähnten Band gebogen wird, wobei die Sensorvorrichtung weiter in einem linearen Abstand angeordnete dritte und vierte Vorrichtungen umfaßt, die in der oberen Oberfläche zu beiden Seiten des zuerst erwähnten Bandes und in einer Linie mit dem zweiten Band angeordnet sind, um jeweils dritte und vierte Ausgangssignale zu erzeugen, die die Teile der von dem zweiten Band überdeckten dritten und vierten Vorrichtung darzustellen, wenn dieses gebogen wird, um die Teile der dritten und vierten Vorrichtung zu überdecken, und wobei das Element in Berührung mit dem oberen Teil des zweiten Bands angeordnet ist, um zu bewirken, daß das zweite Band sich bewegt, wenn das Element bewegt wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die oberen Teile der Bänder mit länglichen Öffnungen (240, 244) ausgebildet sind, die sich jeweils quer zu dem jeweiligen Band, in dem sie ausgebildet sind, erstrecken, wobei die Öffnungen übereinandergelegen sind, und wobei das Element einen Steuerhebel (204) umfaßt, dessen unteres Ende gelenkig an den unteren Teilen der Bänder angebracht ist, und dessen oberes Ende sich durch die Öffnungen erstreckt, um die Bänder zu berühren und sie zu bewegen, wenn das obere Ende des Stifts bewegt wird.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 5, 7, 8 oder 10, wobei die Nachweisvorrichtung im allgemeinen in einem Teilkreis (258) auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei das Element so angeordnet ist, daß es über dem Substrat sich dreht, und wobei das Band (270) so geformt ist, daß es sich alternativ bewegt und allmählich die Nachweisvorrichtung überdeckt, wenn das Element in einer Richtung gedreht wird und sich bewegt und allmählich die Nachweisvorrichtung abdeckt, wenn das Element in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band in einer durchgehenden ringförmigen Schleife (280) geformt ist, die so gefaltet ist, daß eine Hälfte der Schleife über der anderen Hälfte gelegen ist, wobei die Sensorvorrichtung ein Substrat mit einem ersten Oberflächengebiet, auf dem das Band angeordnet ist, und eine Vorrichtung (300) umfaßt, die auf dem ersten Oberflächengebiet in einem Teilkreis zum Nachweisen des über der Nachweisvorrichtung liegenden Teils des Bands angeordnet ist, und wobei die eine Hälfte des Bandes mit dem Element fest verbunden ist und das Element so angeordnet ist, daß es über dem Substrat drehbar ist, um die eine Hälfte des Bandes zu bewegen und dadurch zu bewirken, daß die andere Hälfte des Bandes sich bewegt und fortschreitend einen Teil der Nachweisvorrichtung überdeckt und einen anderen Teil abdeckt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Sensorvorrichtung weiter eine Vorrichtung dafür umfaßt, daß das Band ein elektrisches oder magnetisches Feld erzeugt, das von dem Band ausgeht, und wobei die Nachweisvorrichtung eine Halbleitervorrichtung zum Nachweisen der Stärke des elektrischen oder magnetischen Feldes, das auf die Halbleitervorrichtung auftrifft, umfaßt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Element einen Zylinder (324) umfaßt, wobei das Band (326) in einer Schleife ausgebildet ist, deren außenliegende Oberfläche in Berührung mit dem Zylinder angeordnet ist,

und wobei das erste Oberflächengebiet des Substrats (328) der Sensorvorrichtung in Berührung mit einem gegenüberliegenden, außenseitigen Oberflächengebiet des Bands angeordnet ist, so daß, wenn der Zylinder gedreht wird, verursacht wird, daß das Band über das erste Oberflächengebiet rollt,

und wobei das Element weiter eine an dem ersten Oberflächengebiet angebrachte Vorrichtung zum Nachweisen der Lage des Bandes auf dem ersten Oberflächengebiet und somit des Grads der Drehung des Zylinders umfaßt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Nachweisvorrichtung eine erste und zweite Vorrichtung (332, 330) umfaßt, die in linearem Abstand auf dem ersten Oberflächengebiet entlang der Rollrichtung des Bandes angeordnet sind, jeweils zum Erzeugen von ersten und zweiten Ausgabesignalen, die die von dem Band überdeckten Teile der ersten und zweiten Vorrichtung darstellen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das erste Oberflächengebiet so geformt ist, daß es den Zylinder umgibt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei das erste Oberflächengebiet im allgemeinen in der Form eines hohlen Zylinders (310) ausgebildet ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das erste Oberflächengebiet im allgemeinen planar ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das Band leitfähig ist und die Nachweisvorrichtung umfaßt:

eine Vorrichtung, die zwei einander gegenüberliegende leitfähige Oberflächengebiete bestimmt, von denen eines auf dem ersten Oberflächengebiet des Substrats und das andere auf der Oberfläche des Zylinders gelegen ist, um dazwischen eine Kapazität auszubilden,

zwei dielektrische Schichten, die jeweils auf einem leitfähigen Oberflächengebiet angeordnet sind, wobei das Band im allgemeinen dazwischen angeordnet ist, und

eine Vorrichtung zum Erzeugen eines die Kapazität anzeigenden Ausgangssignals, das in Abhängigkeit von dem zwischen den beiden leitfähigen Oberflächengebieten angeordneten Teil des Bandes und der Größe der Gebiete der einander gegenüberliegend angeordneten Oberflächengebiete sich verändert.

31. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Sensorvorrichtung weiter eine Vorrichtung dafür umfaßt, daß das Band ein elektrisches oder magnetisches Feld erzeugt, das von dem Band ausgeht, und wobei die Nachweisvorrichtung eine Halbleitervorrichtung zum Nachweisen der Stärke des auf die Halbleitervorrichtung auftreffenden elektrischen oder magnetischen Feldes umfaßt.

32. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensorvorrichtung erste und zweite einander gegenüberliegende Substrate (350, 354) umfaßt, die jeweils ein im allgemeinen planares Oberflächengebiet aufweisen, das dem Oberflächengebiet des anderen Substrats gegenüberliegt, wobei das erste Substrat in linearem Abstand zueinanderstehende erste und zweite Vorrichtungen (356, 358) enthält, die auf dem Oberflächengebiet des ersten Substrats zum Erzeugen jeweils von ersten und zweiten Ausgangssignalen angeordnet sind, welche die von dem Band überdeckten Teilbereiche der ersten und zweiten Vorrichtung darstellen, wobei das zweite Substrat mit dem Element gekoppelt ist und in linearem Abstand stehende dritte und vierte Vorrichtungen (360, 362) enthält, die auf dem Oberflächengebiet des zweiten Substrats zum Erzeugen von jeweils dritten und vierten Signalen angeordnet sind, welche die von dem Band überdeckten Teilbereiche der dritten und vierten Vorrichtung darstellen, wobei das Band (364) in einer Schleife ausgebildet ist, deren unterer Teil an dem Oberflächengebiet des ersten Substrats zwischen der ersten und zweiten Vorrichtung und in Kontakt mit dem Oberflächengebiet des zweiten Substrats angebracht ist, um zu ermöglichen, daß das Band selektiv gebogen wird, um wenigstens Teilbereiche der ersten und zweiten Vorrichtung und der dritten und vierten Vorrichtung zu überdecken und abzudecken, wenn das Element und somit das zweite Substrat relativ zu dem ersten Substrat in einer durch die erste, zweite, dritte und vierte Vorrichtung bestimmten Ebene bewegt wird.

33. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nachweisende Vorrichtung eine Vielzahl von nachweisenden Elementen (382) umfaßt, die im allgemeinen in einer Linie auf der ersten Oberfläche in der Richtung der Bewegung des Bands (370) angeordnet sind, wobei jedes der nachweisenden Elemente eine Vorrichtung zum Erzeugen eines die Nähe des Bandes in bezug auf jenes nachweisende Element anzeigenden Signals enthält.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die nachweisende Vorrichtung weiter zusätzliche nachweisende Elemente (382a, 382b) umfaßt, die auf der ersten Oberfläche zusammen mit der Vielzahl von nachweisenden Elementen an ausgewählten Kreuzungspunkten eines imaginären Gitters angeordnet sind, um Signale zu erzeugen, die die Nähe des Bandes zu den nachweisenden Elementen anzeigende digitale Werte darstellen.

35. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nachweisende Vorrichtung (428, 432, 436) eine längliche Form aufweist und auf dem ersten Oberflächengebiet angeordnet ist und in einer nichtlinearen Ortskurve ausgelegt ist, um eine Ausgabesignal zu erzeugen, dessen Stärke nichtlinear mit der Bewegung des Elements sich verändert.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Sensorvorrichtung weiter eine Vorrichtung dafür umfaßt, daß das Band ein elektrisches oder magnetisches Feld erzeugt, das von dem Band ausgeht, und wobei die Nachweisvorrichtung eine Halbleitervorrichtung umfaßt, deren Breitendimension sich in der Längsrichtung der Halbleitervorrichtung verändert, wobei die Stärke des von der Halbleitervorrichtung erzeugten Ausgabesignals proportional zu dem Gebiet auf der Halbleitervorrichtung ist, das von dem Band überdeckt wird.

37. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Nachweisvorrichtung eine Vielzahl von einzelnen nachweisenden Elementen umfaßt, die auf dem Oberflächengebiet im allgemeinen entlang einer Ortskurve in der Richtung der Bewegung des Bands (390) angeordnet sind, wobei jedes der nachweisenden Elemente eine Vorrichtung zum Erzeugen eines die Nähe des Bands in bezug auf jenes nachweisende Element anzeigenden Signals enthält.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei das Band leitfähig ist und die nachweisenden Elemente Feldeffekttransistoren umfassen, die jeweils einen Sourcebereich (406) und einen Drainbereich (402), die Seite an Seite in der Richtung der Bewegung des Bands angeordnet sind, und einen dazwischengelegenen Kanalbereich (418) aufweisen, wobei jeder Sourcebereich eines Transistors an einen Drainbereich eines angrenzenden Transistors angrenzt, und wobei die Sensorvorrichtung weiter einen ersten Leiter (414) umfaßt, der mit jedem der Sourcebereiche verbunden ist, sowie einen zweiten Leiter (410), der mit jedem der Drainbereiche verbunden ist, und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Strom an einen der beiden Leiter und zum Nachweisen von in dem anderen Leiter auftretendem Strom.

39. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nachweisende Vorrichtung umfaßt:

ein Paar von länglichen, im allgemeinen parallelen, im Abstand befindlichen, elektrischen Widerstand aufweisenden Elementen (808, 812), die an der ersten Oberfläche des Substrats (804) ausgebildet sind, wobei das Band leitfähig ist und dazu veranlaßt wird, selektiv über die elektrischen Widerstand aufweisenden Elemente zu rollen und von diesen wegzurollen, wenn das Element bewegt wird, und

eine Vorrichtung (816, 820), die an ein Ende eines jeden der elektrischen Widerstand aufweisenden Elemente gekoppelt ist zum Bestimmen der Veränderung im Widerstand entlang eines Weges, der von dem einen Ende eines der Widerstand aufweisenden Elemente über das eine Element zu dem Berührpunkt des Elements mit dem Band, über das Band zu dem Berührpunkt des Bands mit dem anderen Widerstandselement und von diesem Berührpunkt zu dem einen Ende des anderen, einen Widerstand aufweisenden Elements gebildet wird, um dadurch eine Veränderung in der Lage des Bandes und somit eine Veränderung in der Position des Elements zu messen.

40. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nachweisende Vorrichtung ein Paar von länglichen, im allgemeinen parallelen, im Abstand stehenden elektrisch leitfähigen Elementen (838, 842) umfaßt, die auf der ersten Oberfläche des Substrats (834) ausgebildet sind, wobei das Band elektrischen Widerstand aufweist und verursacht wird, selektiv über die leitfähigen Elemente zu rollen und von diesen wegzurollen, wenn das Element bewegt wird, und

wobei die nachweisende Vorrichtung eine Vorrichtung (846, 850) umfaßt, die mit einem Ende eines jeden der elektrisch leitfähigen Elemente gekoppelt ist, zum Bestimmen der Veränderung im Widerstand entlang eines Wegs, der durch das eine Ende eines der leitfähigen Elemente über das eine Element zu dem Berührungsgebiet des Elements mit dem Band, über das Band zu dem Berührungsgebiet des Bands mit dem anderen leitfähigen Element und von diesem Gebiet zu dem einen Ende des anderen leitfähigen Elements gebildet wird, um dadurch eine Veränderung in der Position des Bands und somit eine Veränderung in der Position des Elements zu messen.

41. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nachweisende Vorrichtung eine Licht nachweisende Vorrichtung (532) und eine Licht erzeugende Vorrichtung (520) umfaßt, wobei die Licht nachweisende Vorrichtung (532) so ausgebildet ist, daß sie sich entlang einer Ortskurve von Punkten an der ersten Oberfläche des Substrats erstreckt und ein Signal erzeugt, dessen Wert abhängig von der Menge von auf die Licht nachweisende Vorrichtung auftreffendem Licht ist,

wobei das Band (528) abschattend ist und verursacht wird, selektiv über die Ortskurve von Punkten zu rollen und von diesen wegzurollen und somit selektiv wenigstens Teilbereiche der Licht nachweisenden Vorrichtung zu überdecken und abzudecken, wenn das Element bewegt wird, und

wobei die Licht erzeugende Vorrichtung (520) über dem Substrat angeordnet ist, um Licht auf die eine Oberfläche des Substrats zu richten, wobei die Menge des die Licht nachweisende Vorrichtung erreichenden Lichts somit von dem Grad abhängt, in dem das Band die Licht nachweisende Vorrichtung überdeckt.

42. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nachweisende Vorrichtung eine Licht emittierende Vorrichtung (544) und eine Licht nachweisende Vorrichtung (556) umfaßt, wobei die Licht emittierende Vorrichtung (554) entlang einer Ortskurve von Punkten auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, um Licht nach oben von der Oberfläche zu richten,

wobei das Band (552) abschattend ist und verursacht wird, selektiv über die Ortskurve von Punkten zu rollen und von dieser wegzurollen und somit selektiv wenigstens Teilbereiche der Licht emittierenden Vorrichtung zu überdecken und abzudecken, wenn das Element bewegt wird, und

wobei die Licht nachweisende Vorrichtung (556) über dem Substrat angeordnet ist, so daß das von der Licht emittierenden Vorrichtung emittierte Licht, das nicht durch das Band abgeblockt ist, darauf trifft, wenn das Band selektiv die Licht emittierende Vorrichtung überdeckt und freilegt, um ein Ausgabesignal zu erzeugen, dessen Wert von der Menge des auf die Licht nachweisende Vorrichtung auftreffenden Lichts abhängig ist, wobei die Menge des die Licht nachweisende Vorrichtung erreichenden Lichts somit von der Position des Bandes und somit der Position des Elements abhängt.

43. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nachweisende Vorrichtung ein Feld von Licht nachweisenden Elementen (574) und Licht erzeugenden Elementen (586) umfaßt,

wobei das Feld von Licht nachweisenden Elementen (574) entlang einer Ortskurve von Punkten an der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei die Lichtelemente jeweils ein Signal erzeugen, dessen Wert abhängig von der Menge des auf jedes der Licht nachweisenden Elemente auftreffenden Lichts ist,

wobei das Band ein Licht reflektierendes Band (578) ist und das Band verursacht wird, selektiv über die Ortskurve von Punkten zu rollen und von dieser wegzurollen und somit selektiv wenigstens einige der Licht nachweisenden Elemente zu überdecken und freizulegen, wenn das Element bewegt wird, und

wobei die Licht erzeugende Vorrichtung (586) einen Lichtstrahl zu dem Band in die Nähe einer Stelle richtet, die nahe zu der Berührstelle des Bandes mit dem Substrat ist, so daß der Lichtstrahl nach unten zu der ersten Oberfläche des Substrats und zu den Licht nachweisenden Elementen (574) reflektiert wird, wobei das jeweilige Licht nachweisende Element, auf das der Lichtstrahl reflektiert wird, somit von der Lage des Bands und somit der Position des Elements abhängt.

44. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Band ein ein Akustiksignal reflektierendes Band (590) ist und die nachweisende Vorrichtung (598) nicht auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, sondern getrennt ist, und eine Vorrichtung (596) zum Zuführen von akustischen Signalen zu dem Band an einer Stelle einschließt, wo das Band sich nach oben von dem Substrat krümmt, so daß die akustischen Signale von dem Band zurück zu der die akustischen Signale zuführenden Vorrichtung reflektiert werden, und

wobei die nachweisende Vorrichtung (598) die reflektierten akustischen Signale nachweist und die Laufzeit der Signale bestimmt, um dadurch die Distanz des Bandes von der die akustischen Signale nachweisenden Vorrichtung und somit die Position des Elements zu bestimmen.

45. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Wiegen von Gegenständen, die weiter umfaßt:

eine Fläche (612), auf der zu wiegende Gegenstände plaziert werden können, wobei die Fläche an dem Element (604) angebracht ist, um zu bewirken, daß sich das Element von einer Ruhelage relativ zu der Sensorvorrichtung bewegt, wenn Gegenstände auf der Fläche plaziert werden,

eine federnde Vorrichtung (600), die an der Fläche angebracht ist, um zu bewirken, daß die Fläche zu der Ruheposition zurückkehrt, wenn ein Gegenstand von der Fläche entfernt wird, und

eine Anzeigevorrichtung (636), die mit der Sensorvorrichtung gekoppelt ist zum Erzeugen einer Anzeige, die den Wert des Ausgabesignals der Sensorvorrichtung anzeigt.

46. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Messen einer Temperatur, wobei ein Ende des Bands relativ zu der Sensorvorrichtung fest angebracht ist, um über einem Oberflächengebiet zu liegen, wobei das Band (658) aus einem Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufgebaut ist, wobei die Vorrichtung weiter ein zweites, über dem zuerst erwähnten Band liegendes und mit diesem verbundenes Band (662) enthält, das aus einem Material mit einem zweiten thermischen Ausbildungskoeffizienten, der von dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten sich unterscheidet, aufgebaut ist, so daß, wenn die Temperatur der beiden Bänder sich in einer Richtung ändert, ein Band sich in seiner Länge stärker ändert als das andere, um zu bewirken, daß das andere Ende des ersten Bands sich von dem Oberflächengebiet wegkrümmt und einen Teilbereich auf dem Gebiet freilegt, der in seiner Größe proportional zu der Änderung in der Temperatur ist, und daß, wenn die Temperatur der beiden Bänder sich in der anderen Richtung ändert, das andere Ende des ersten Bandes verursacht wird, sich zu dem ersten Oberflächengebiet hin zu krümmen.

47. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Messen des Winkels zwischen dem zuerst erwähnten Element (684) und einem zweiten Element (680), das gelenkig an einem Ende mit einem Ende des ersten Elements verbunden ist, wobei die Sensorvorrichtung (694) an dem ersten Element angebracht ist, wobei die Vorrichtung weiter eine zweite Sensorvorrichtung (690) enthält, die mit einem Oberflächengebiet ausgebildet ist und zum Erzeugen eines elektrischen Ausgabesignals geeignet ist, dessen Wert mit der Veränderung einer Lagenähe des Bandes zu dem Oberflächengebiet der zweiten Sensorvorrichtung sich verändert, wobei die zweite Sensorvorrichtung an dem zweiten Element angebracht ist, und wobei das Band an einem Ende an der zuerst erwähnten Sensorvorrichtung und an dem anderen Ende an der zweiten Sensorvorrichtung fest angebracht ist, so daß das Band über wenigstens einen Teilbereich der Oberflächengebiete der ersten und zweiten Sensorvorrichtung liegt und sich nach innen gegen die gelenkige Verbindung der ersten und zweiten Elemente wölbt, wobei die Oberflächengebiete der ersten und zweiten Sensorvorrichtung freigelegt und überdeckt werden, wenn das erste und zweite Element jeweils voneinander weg und zueinander hin geschwenkt werden.

48. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Messen einer Beschleunigung, wobei das Element eine vorbestimmte Masse eines Materials (762) umfaßt, und wobei ein Ende des Bands relativ zu der Sensorvorrichtung fest angebracht ist und das andere Ende mit dem Massematerial gekoppelt ist, so daß das Band verursacht wird, selektiv wenigstens einen Teilbereich des Oberflächengebietes zu überdecken und freizulegen, wenn das Massematerial bewegt wird, wobei die Vorrichtung weiter eine Vorspannungsvorrichtung (766) enthält, die zwischen dem Massematerial und der Sensorvorrichtung angekoppelt ist, um das Massematerial in eine Ruhelage zu bringen, wenn die Vorrichtung nicht beschleunigt wird, und um eine Bewegung des Massematerials und somit eine Bewegung des Bands im Verhältnis zu der Stärke der Beschleunigung zu ermöglichen, wenn die Vorrichtung beschleunigt wird.

49. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Messen einer Geschwindigkeit des Elements, wobei ein Ende des Bands relativ zu der Sensorvorrichtung fest angebracht ist und das andere Ende mit dem Element gekoppelt ist, so daß das Band verursacht wird, selektiv wenigstens einen Teilbereich des Oberflächengebiets zu überdecken und freizulegen, wenn das Element bewegt wird, und wobei die Sensorvorrichtung eine leitfähige Platte (794) umfaßt, die an dem ersten Oberflächengebiet unter dem Band gelegen ist, sowie eine über der leitfähigen Platte liegende dielektrische Materialschicht (796) und eine Stromquelle (792), eine Strommeßvorrichtung (790) und einen Widerstand (788), die in Reihe zwischen dem Band und der leitfähigen Platte verbunden sind, um eine Kapazität zwischen der Platte und dem Band zu bilden, deren Größe proportional zu dem von dem Band überdeckten Teilbereich der Platte ist, wobei die Größe im Verhältnis zur Geschwindigkeit des Überdeckens oder Abdeckens der leitfähigen Platte durch das Band und somit im Verhältnis zu der Geschwindigkeit des Elements sich verändert, wobei die Veränderung in der Kapazität bewirkt, daß Strom bei einer zu der Veränderung in der Kapazität proportionalen Stärke fließt, um somit ein Maß für die Geschwindigkeit des Elements zu schaffen.

50. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Messen einer Kraft, der ein länglicher Gegenstand (860) unterworfen ist, die weiter ein zweites längliches flexibles Band umfaßt, wobei das Paar von flexiblen Bändern aus elektrisch leitfähigen Bändern (864, 868) ist, die in Schleifen ausgebildet sind und an dem Gegenstand an im Abstand befindlichen Stellen so angebracht sind, daß sie zueinander in abrollender Ausrichtung stehen,

wobei das erste Substrat (874) ein Paar von in linearem Abstand stehende leitfähige Platten (872, 876) aufweist, die an einer Oberfläche des Substrats angeordnet sind, an der eines der Bänder positioniert ist, um die Platten zu berühren und abzurollen und mehr der einen Platte als der anderen zu überdecken, wenn der Gegenstand in einer ersten Richtung bewegt wird, und um abzurollen und mehr der anderen Platte als der einen Platte zu überdecken, wenn der Gegenstand in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung bewegt wird, und wobei weiter vorgesehen ist:

ein zweites Substrat (890) mit einem Paar von in linearem Abstand stehenden Sensoren (886, 888), die an einer Oberfläche des Substrats angeordnet sind, auf der das andere der Bänder positioniert ist, um abzurollen und mehr des einen Sensors als des anderen zu überdecken, wenn der Gegenstand in der ersten Richtung bewegt wird, und um abzurollen und mehr des anderen Sensors als des einen Sensors zu überdecken, wenn der Gegenstand in der zweiten Richtung bewegt wird, wobei die Sensoren Signale erzeugen, die die durch das andere Band überdeckten Gebiete der Sensoren anzeigen,

erste und zweite Vorrichtungen (878, 880) zum Bereitstellen erster und zweiter Spannungssignale jeweils an die eine und die andere leitfähige Platte, wo die Stärke des ersten und zweiten Signals jeweils ersten und zweiten Signalen entspricht, die durch die erste und zweite Vorrichtung empfangen wurden, und

eine Servologikvorrichtung (884) zum Empfangen von Signalen von den Sensoren, die die Bewegungsrichtung des anderen Bands und somit des Gegenstands anzeigen, und zum Bereitstellen von ersten und zweiten Steuersignalen jeweils an die erste und zweite Vorrichtung, um zu bewirken, daß die erste und zweite Vorrichtung Spannungssignale an die Platten bereitstellt, um größere elektrostatische Anziehungskräfte auf der Platte zu erzeugen, von der das eine Band wegrollt, wenn der Gegenstand bewegt wird, um dadurch das eine Band zurück zu seiner Position auf dem ersten Substrat vor jeglicher Bewegung des Gegenstands zurückzuziehen.