TWI285227B - Pressure sensible textile and pressure sensible device thereof - Google Patents

Description

1285227 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種導電織物及其感測裝置，且特別 是有關於一種感壓織物及其感壓裝置。 【先前技術】 隨著時代與科技的日新月異，現今已開發出包含導電 紗與一般紡織纖維的導電織物。將此導電織物與電子傳遞 感測器以及開關結合在一起，可以形成電子感測元件，並 廣泛地應用於感測裝置上，例如應用來偵測壓力。 一般習知應用來感測壓力的導電織物，其結構通常需 要至少兩層交錯的導電紗，才能完成壓力感測的功用，例 如第2003/01119391號美國公開專利所揭露之「導電感壓織 物」。在沒有外加壓力時，上下兩層的導電紗之間由於有絕 緣纖維作為支撐結構，因此不會互相接觸，使得電流不會 在上下兩層導電紗之間導通。當有壓力施加於導電織物上 時，上下兩層的導電紗會因受力而接觸在一起，因而讓電 流導通而感測到壓力。然而，由於受限於本身的電路設計， 亦即需要至少雙層的導電紗結構才能感測壓力，使此"種 電織物的厚度較大，影響到其產品的應用性，進而偏 其實際效益。 【發明内容】 種輕薄之感壓織物與 因此本發明的目的就是在提供一 1285227 其感麼裝置，以批 擴大其可應用性以及便利性。 根據本發明之上述與其他 此感壓織物且右s^種饮壓織物。 、至^一咼電阻導電區及互相交又但不直接 接觸之兩組低電P且道 古雷冑電紗。上述之兩組低電阻導電紗皆與 同電Ρ導電區直接接觸。 依照本發明—較佳實施例，其中一組低 佈於高電阻導雷卩+ 刀 電&之一面上，另一組低電阻導電紗則在高 電阻之上下兩面穿插。此外，還可以再加上接地之一組低 電阻導電_ ’將高電阻導電區分成數個感壓區，增加感測 壓力大小位置之靈敏度。 〜 …、本毛明另一較佳實施例，上述之感壓織物亦可由 夕個:電阻導電區所組成。讓_組低電阻導電紗與高電阻 導電區 刀別直接接觸，另一組低電阻導電紗則在高電 =導電區之上下兩面穿插而過。此外，還可使用絕緣區將 南電阻導電區完全隔離，以增加感測壓力大小位置之靈敏 度。 上述之高電阻導電區是由高電阻導電紗所構成，高電 阻導電紗之比電阻為1〇2 — 1〇6 Q/cm，例如可為碳黑纖維、 不鏽鋼紗、銅離子纖維或其他鍍膜導電纖維。為了讓感壓 織物具有彈性，高電阻導電紗之斷裂伸度較佳為大於 30%。上述之低電阻導電紗之比電阻小於5〇n/cm，例如可 為金屬導線或表面有金屬鍍層的紡織纖維。 由上述本發明較佳實施例可知，本發明之感壓織物只 需要在單層尚電阻導電織物之橫向與縱向上穿插低電阻導 1285227 電紗，再搭配上兩組掃描電路，就可以判斷出壓力源的位 置與大小。如此，可使感壓織物之厚度與重量能大幅減少， 在應用上能更為便利更為廣泛。例如商行大門之感壓地 毯、互動感知布偶、兒童遊戲跳方格地毯、方位速度偵測 行走地毯以及其他種種應用。 【實施方式】 Φ 根據上述，本發明提供一種輕薄之感壓織物與其感壓 裝置’以擴大其可應用性以及便利性。 實施例一 请參照第1圖，其係繪示依照本發明一較佳實施例的 一種感壓織物及其感壓裝置之示意圖。 在第1圖中，感壓織物的主體織物1〇〇是由高電阻導 電紗所紡織而成，在主體織物1〇〇之縱向與橫向上分別安 Φ 排縱向之低電阻導電紗110以及橫向之低電阻導電紗120a 與120b。其中縱向低電阻導電紗11〇係在主體織物ι〇〇之 上、下表面中穿插，而橫向低電阻導電紗12〇&、i2〇b係固 定於主體織物100之-側表面上(例如皆位在上表面上)，且 縱向低電阻導電紗U0與橫向低電阻導電紗120a、120b之 彼此'又有直接接觸，以免造成短路。主體織物100的織 仏方，可使用 >[壬何可用的習知方法來進行。主體織物100 例如可為以梭織法（weaving)所織造之多層組織或以針織法 (kmttmg)所織造之夾經多層組織（warp_inserted multilayer 1285227 structure) 〇 上述之縱向低電阻導電紗110與橫向低電阻 1广隱之比電阻較佳為小於5〇ω“，以利電流的傳 遞。縱向低電阻導電紗11G與橫向低電阻導電紗⑽、隱 之材質例如可為-般金料線，較佳為錄度較佳之表面 有金屬鍵層的紡織纖維，例如表面鐘銀㈣銀纖維（silver fiber) 〇 、上述構成主體織物100之高電阻導電紗的比電阻較佳 為1 〇2: 1 〇6 Ω/cm;且需具有彈性，例如其斷裂伸度㈣也叩 elongation)較佳為大於3〇%。如此使高電阻導電紗不僅可以 維持導電能力，又能隨著纖維的形變而具有較靈敏的電阻 變化率，以提高壓力感測的靈敏度。當高電阻導電紗受到 外力產生形變時，其比電阻會隨著形變量的大小而改變其 比電阻之大小。在第2圖中，以拉伸形變為例，當拉伸形 變量越大時，導電紗之比電阻越大。 符合上述條件之高電阻導電紗的材質例如可為表面具 有導電鑛層之導電紗’如板黑纖維（carbon fiber)或銅離子纖 維（copper ion fiber)、不鏽鋼混紡紗或鍍銀纖維。此外，還 可以將上述之導電紗與一般紡織纖維進行複合紡紗，讓上 述之導電紗位於一般紡織纖維之外側即可。例如，包繞在 一般紡織纖維之表面上，形成包繞紗（wrapped yarn)結構的 複合纖維，於織造過程中施予併經（beaming)。 在第1圖中，縱向低電阻導電紗110與橫向低電阻導 電紗120a分別透過開關150、160與縱向掃描電路13〇與 1285227 橫向掃描電路140相接，而縱向掃描電路130與橫向掃描 電路140再分別與控制器17〇相接。在感測壓力期間，控 制器170會同時輸出對縱向掃描電路13〇與橫向掃描電路 140之控制訊號，以反覆快速地輪流控制縱向掃描電路ι3〇 之開關150與橫向掃描電路丨4〇之開關160的狀態，使同 一時間只有一個開關150與一個開關160為處於「開」的 狀態，以利偵測壓力源的位置。 因此’根據上述本發明較佳實施例所提供之感壓織 物，當只有縱向低電阻導電紗110與橫向低電阻導電紗12〇a 以及與上述二者相接之縱向掃描電路13〇與橫向掃描電路 140時，簡述其感測壓力的原理如下。 當有壓力源施加外力於此感壓織物上時，會引起主體 織物100的形變。由於其主體織物1〇〇是由具有彈性的高 電阻導電紗所織造而成，由其形變所造成的比電阻變化之 電氣訊號將可透過互相接觸的高電阻導電紗，而傳遞給距 離最近之縱向低電阻導電紗11〇與橫向低電阻導電紗 120a。又控制器170會快速輪流打開與上述二者相接之縱 向掃描電路130與橫向掃描電路14〇，所以只有被接通之縱 向掃描電路13G與橫向掃描電路14()才能將代表主體織物 100的比電阻變化之電氣訊號傳遞給控制器17〇。 -般來說，距離壓力源位置越近之縱向低電阻導電吵 110與橫向低電阻導電紗，或壓力越大之壓力源，其 所傳遞之主體織物1()〇的比電阻變化之電氣訊號會越大’。、 所以’控制器170在接收到不同縱向低電阻導電紗11〇與 1285227 橫向低電阻導電紗120a所依序傳遞過來之大小不同之比電 阻變化的電氣訊號之I，透過位在控㈣17〇《内或之外 •的資料處理中心之運算，即可判讀出壓力源的位置與大小。 . 然而，當主體織物100的面積太大時，感測到之壓力 訊號可能會因為需要傳遞的距離較長，使得代表壓力的電 氣訊號傳遞路徑之電阻值較大，而造成電氣訊號太弱的問 題。因此，在此可利用與地線180相接之橫向低電阻導電 • 紗120b將主體織物ι〇0區分成數個區域，讓位在相鄰兩條 橫向低電阻導電紗120b之間的壓力源所傳遞出之電氣訊 號，只會透過在此相鄰兩條橫向低電阻導電紗12〇b之間的 橫向低電阻導電紗12Ga傳遞出去。因為任何電氣訊號在遇 到與地線180相接之橫向低電阻導電紗12〇b時，就會流向 地線180而消失了。因此，不管位在主體織物1〇〇上何處 的壓力源，其所造成的電氣訊號傳遞範圍不會大於相鄰二 橫向低電阻導電紗12〇b所圍住的區域。 實施例二 晴參照第3圖，其係繪示依照本發明另一較佳實施例 的一種感壓織物及其感壓裝置之示意圖。 第3圖之感壓織物的結構設計與第丨圖之感壓織物的 結構設計不同。在第3圖中，感壓織物之主體織物3〇〇是 由高電阻導電紗所形成之感壓區31〇與一般紗線所形成之 絕緣區320所組成，上述之感壓區31〇是被絕緣區32〇所 包圍。縱向低電阻導電紗33〇主要是位於主體織物3〇〇之 1285227 下方’遇到感壓區310時則穿越感壓區310,讓一小段之縱 向低電阻導電紗330位在感壓區310之上，以與感壓區31〇 之局電阻導電紗直接接觸。橫向低電阻導電紗34〇則位於 主體織物300之上，並與感壓區310之一側邊直接接觸。 上述之構成感壓區310的高電阻導電紗的材質，以及縱向 低電阻導電紗330與橫向低電阻導電紗340的材質，皆與 實施例一的類似，在此不再贅述。 上述之主體織物300較佳為梭織法之多層組織或針織 法之夾經多層組織。請參考第4圖，其係繪示第3圖之其 中一個感壓區310及其周邊絕緣區32〇之細部結構俯視 圖，主體織物300係使用針織的方式所形成。如第4圖所 示，若主體織物300是使用針織的方式所形成，縱向低電 阻導電紗330與橫向低電阻導電紗34〇甚至可整合至主體 織物300之中，成為主體織物300的一部份。 請再參考在第3圖，縱向低電阻導電紗33〇與橫向低 電阻導電紗340分別透過開關370、38〇與縱向掃描電路35〇 與k向掃描電路360相接，而縱向掃描電路3 5〇與橫向掃 描電路360再分別與控制器390相接。上述之縱向掃描電 路350與橫向掃描電路360之控制方式與第i圖之感壓織 物的縱向掃描電路130與橫向掃描電路14〇相同，亦即控 制器390會快速輪流依序控制開關37〇、38〇的開啟狀態， 讓同一時間内只有一條縱向掃描電路35〇與一條橫向掃描 電路360為屬於電氣導通的狀態。上述之橫向掃描電路36〇 另外還與地線400相接，提供快速掃描電路之低電位參考 11 1285227 電壓。 與上述第1圖之感壓織物的感壓原理類似，當有壓力 -源施加外力於此感壓織物上時，會引起主體織物300的形 • 變’而導致感壓區310之形變。然而，第3圖之感壓織物 的感壓區310是由絕緣區32〇所隔開，因此由感壓區3ι〇 之形變所造成的比電阻變化之電氣訊號只能傳遞給與承受 壓力之感壓區310相接之縱向低電阻導電紗33〇與橫向低 • 電阻導電紗340。而縱向低電阻導電紗330與橫向低電阻導 電紗340又分別與縱向掃描電路35〇與橫向掃描電路36〇 相接，所以只有當與上述之縱向低電阻導電紗33〇與橫向 低電阻導電紗340相接之縱向掃描電路35〇與橫向掃描電 路360為電氣導通時，才能將比電阻變化之電氣訊號傳給 控制器390。 如此，控制器390在接收到與承受壓力之感壓區31〇 相接之縱向低電阻導電紗330與橫向低電阻導電紗34〇所 _ 傳遞過來之大小不同之比電阻變化的電氣訊號之後，透過 位在控制器390之内或之外的資料處理中心之運算，即可 更精確地判讀出壓力源的位置與大小。 由上述本發明較佳實施例可知，本發明之感壓織物只 需要經由單次織造手段於高電阻導電織物之橫向與縱向上 穿插低電阻導電紗，再搭配上兩組掃描電路，就可以判斷 出壓力源的位置與大小。如此’可使感壓織物之厚度與重 量能大幅減少，在應用上能更為便利更為廣泛。例如商行 大門之感壓地毯、互動感知布偶、兒童遊戲跳方格地毯、 12 1285227 掛毯隱藏開關、方位與速度偵測行走地毯以及其他種種應 用。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下·· 第1圖是係繪示依照本發明一較佳實施例的一種感壓 織物及其感壓裝置之示意圖。 第2圖係繪示高電阻導電紗之拉身形變與比電阻變化 之關係圖。 第3圖係繪示依照本發明另一較佳實施例的一種感壓 織物及其感壓裝置之示意圖。 第4圖係繪示第3圖之其中一個感壓區31〇及其周邊 絕緣區320之細部結構俯視圖。 【主要元件符號說明】 1〇〇 ··主體織物 120a :橫向低電阻導電紗 U0 :縱向掃描電路 :開關 110 :縱向低電阻導電紗 120b :橫向低電阻導電紗 140 ··橫向掃描電路 160 :開關 13 1285227 170 ： 300 : 320 ： 340 ： 360 380 400 控制器 主體織物 絕緣區 橫向低電阻導電紗 橫向掃描電路 開關 地線 180 ·•地線 310 :感壓區 330 :縱向低電阻導電紗 3 5 0 ·縱向掃描電路 370 :開關 390 :控制器

Claims (1)

1285227 十、申請專利範園： 1· 禋墩縻裝置，包括·· 主體織物，具有至少-高電阻導電區，該高電阻導 電區由複數條高電阻導電紗所構成，該些高電阻導 比電阻為 101 2 - 1〇6 Ω/cm ; ^ 複數條第-橫向低電阻導電紗，分佈於該高電阻 區之第-面上，該些第一橫向低電阻導電紗之比 50 Ω/cm ； 、 複數條縱向低電阻導電紗，分佈且穿插於該高電 電區之第-面與第二面上’且不與該些第一橫向低電阻導 電紗直接接觸，該些縱向低電阻導電紗之比電阻小於 Ω/cm ； ' -橫向掃描電路，具有複數個第一開關分別與該些第 一橫向掃描電路電性連接； 一縱向掃描電路，具有複數個第二開關分別與該些縱 向知描電路電性連接；以及 一控制器，與該橫向掃描電路以及該縱向掃描電路相 接，以反覆輪流使該些第一開關與該些第二開關為「開」 的狀態。 15 1 ·如申請專利範圍第1項所述之感壓裝置，其中該些 2 高電阻導電紗之斷裂伸度大於30%。 1285227 高電3阻Γ請專利範圍第1項所述之感厘裝置，其中該些 纖維。t紗為碳黑纖維、不鏽鋼紗、銅離子纖維或鑛銀 一 _ π專利la圍第1項所述之感麼裝置，其中該些 向低電阻導電紗與該些縱向低電阻導電紗為金屬導 、、果或表面有金屬鍍層的纖維。 5二_請專利範㈣4項所述之感㈣置，其中該表 面有金屬鍍層的纖維包括鍍銀纖維。 6.如申請專利範圍第1項所述之感麼裝置，更包括接 狀複數條第二橫向低電阻導電紗分佈於該主體織物之第 -面上，以將該主體織物分成數個感麼區域，該些第二橫 =阻導電紗不與該些縱向低電阻導電紗直接接觸，且 其比電阻小於50 Ω/cm。 一^如申請專利範圍第6項所述之感壓裝置，其中該些 =向低電阻導電料金屬導線或表面有金屬鍵層的纖 維0 8 ·如申請專利範圍第7瑁所 * /項所奴錢裝置，其中該表 面有金屬鑛層的紡織纖維。 1285227 9.如申請專利範圍第8項所述之錢裝置，其中該表 面有金屬鍍層的纖維包括鍍銀纖維。 - 10. 一種感壓裝置，包括： 一主體織物，具有複數個高電阻導電區，該些高電阻 導電區由比電阻為1〇2- l〇6Q/cm之複數條高電阻導電 所構成； ’ • 複數條橫向低電阻導電紗，與該些高電阻導電區直接 接觸，該些橫向低電阻導電紗之比電阻小於5〇n/em; 複數條縱向低電阻導電紗，穿插於該些高電阻導電區 之上下兩面，且不與該些橫向低電阻導電紗直接接觸，該 些縱向低電阻導電紗之比電阻小於50 Q/cm ; 一橫向掃描電路，具有複數個第一開關分別與該些橫 向掃描電路電性連接； 一縱向掃描電路，具有複數個第二開關分別與該些縱 鲁向掃描電路電性連接；以及 一控制器，與該橫向掃描電路以及該縱向掃描電路相 接，以反覆輪流使該些第一開關與該些第二開關為「開」 的狀態。 11·如申請專利範圍第10項所述之感壓裝置，其中該 些南電阻導電紗之斷裂伸度大於30%。 12.如申凊專利範圍第1〇項所述之感壓裝置，其中該 17 1285227 一门 導電、v為碳黑纖維不鏽鋼紗、鋼離子纖維或鍍銀 _ 13·如申請專利範圍第1〇項所述之感壓裝置，其中談 些橫向低電阻導電紗與該些縱向低電阻導電紗為金屬導^ 或表面有金屬鍍層的纖維。 • 14<如申請專利範圍第13項所述之感壓裝置，其中該 表面有金屬链層的纖維包括锻銀纖維。 15, 如申請專利範圍第10項所述之感壓裝置，其中該 織物更包括一絕緣區以隔離該些高電阻導電區。 16, 如申請專利範圍第15項所述之感壓裝置，其中該 絕緣區由一般紗線所構成。 17· 一種感壓織物，包括： 至少一高電阻導電區，由比電阻為102—106Ω/(:Ιη之高 電阻導電紗所構成； 複數條第一低電阻導電紗，分佈且直接接觸該高電阻 導電區’該些第一低電阻導電紗之比電阻小於50 Ω/cm ;以 及 複數條第二低電阻導電紗，分佈且直接接觸該高電阻 導電區’該些第二低電阻導電紗之比電阻小於5〇 Q/ctn，該 18 1285227 些第一低電阻導電紗與該些第二低電阻導電紗不互相平行 且不互相直接接觸。 ^18·如申請專利範圍第17項所述之感壓織物，其中該 些南電阻導電紗之斷裂伸度大於30%。 19.如申請專利範圍第17項所述之感壓織物，其中該 些馬電阻導電紗為碳黑纖維、不鏽鋼紗、銅離子纖維或鍍 銀纖維。 又 2〇·如申請專利範圍第17項所述之感壓織物，其中該 些第一低電阻導電紗與該些第二低電阻導電紗為金屬導線 或表面有金屬鍍層的纖維。 21 ·如申請專利範圍第20項所述之感壓織物，其中該 表面有金屬鍍層的纖維包括鍍銀纖維。 19