TWI646566B - 壓力感應裝置 - Google Patents

Abstract

一種壓力感應裝置，用以感應一外界壓力值，包含一壓力感應單元。該壓力感應單元包括一第一導電層、一第二導電層，及複數導電顆粒，該複數導電顆粒緻密且均勻地設置於該第一導電層與該第二導電層之間，該第一導電層與該第二導電層間隔一壓力距離，外界之壓力會改變該複數導電顆粒與該第一導電層及該第二導電層的接觸面積，用以取得該外界壓力值。

Description

壓力感應裝置

本發明是有關於一種壓力感應裝置，尤其是一種衣物用之壓力感應裝置。

早期潛水人員欲取得潛水深度，會配戴淺水手錶，但是可感應潛水深度的手錶通常價格不斐，一般人難以購買。

參閱圖1。為台灣專利第I377589號，一種具有分離感應區的布料10，包含一第一層12、一感應區13、一不感應區14、一參考區15、一延伸區16、一配件17、一連接線18、一參考區155、一控制電路192，及一輸出器194。

每一連接線18分別與一感應區13，以取得感應不同區域的壓力，可做為開關元件，或是壓力感測器，但是實際使用時，仍具有下列缺點：

一、容易損壞：

習知之配件17為球形或半球形，該連接線18必須由該配件17拉出，當作為布料10時，就容易造成損壞。

二、成本較高：

習知之每一配件17必須拉出一連接線18，因此會有許多連接線18連接到控制器，且控制器更必須 為每一連接線18進行分析，大大地增加建置成本。

三、感應度不夠準確：

習知之每一配件17設有三段壓力感測電極，只能粗略地感測壓力，並無法準確地感應壓力。

因此，如何減少可感應壓力之布料的成本，並更準確地感應壓力值，是相關技術人員亟需努力的目標。

有鑑於此，本發明之一目的是在提供一種壓力感應裝置，用以感應一外界壓力值，並包含一壓力感應單元。

該壓力感應單元，包括一第一導電層、一第二導電層，及複數導電顆粒，該複數導電顆粒緻密且均勻地設置於該第一導電層與該第二導電層之間，該第一導電層與該第二導電層間隔一壓力距離，外界之壓力會改變該複數導電顆粒與該第一導電層及該第二導電層的接觸面積，用以取得該外界壓力值。

本發明的又一技術手段，是在於上述之壓力感應裝置，更包含一介質單元，包括一具有一第一表面之第一介質，及一具有一第二表面之第二介質，該第一導電層塗覆於該第一表面上，該第二導電層塗覆於該第二表面上。

本發明的另一技術手段，是在於上述之第一介質與第二介質為防水材質。

本發明的再一技術手段，是在於上述之第一 介質與第二介質為彈性材質。

本發明的又一技術手段，是在於上述之壓力感應單元更包括一與該第一導電層電連接之第一導電網，及一與該第二導電層電連接之第二導電網。

本發明的另一技術手段，是在於上述之壓力感應裝置更包括一電路單元，包括一用以感應該第一導電層與該第二導電層之阻抗的壓力感應電路。

本發明的再一技術手段，是在於上述之第一導電層與第二導電層為導電塗料。

本發明的又一技術手段，是在於上述之壓力感應電路是以分壓的方式來感應該外界壓力值。

本發明的另一技術手段，是在於上述之壓力感應電路是以電橋的方式來感應該外界壓力值。

本發明之有益功效在於該第一導電層與該第二導電層之材料為導電塗料，可以輕易地塗覆在該第一介質之第一表面及該第二介質之第二表面上，不僅製程簡單，更有效地節省設置成本。該複數導電顆粒緻密且均勻地設置於該第一介質與該第二介質間，有效地將該第一導電層與該第二導電層隔離不接觸，且外界壓力會改變該複數導電顆粒與該第一導電層與該第二導電層的接觸面積，進一步取得外界壓力值。

3‧‧‧壓力感應裝置

30‧‧‧外界之壓力

31‧‧‧壓力感應單元

311‧‧‧第一導電層

312‧‧‧第二導電層

313‧‧‧導電顆粒

314‧‧‧壓力距離

315‧‧‧第一導電網

316‧‧‧第二導電網

32‧‧‧介質單元

321‧‧‧第一介質

322‧‧‧第一表面

323‧‧‧第二介質

324‧‧‧第二表面

33‧‧‧電路單元

331‧‧‧壓力感應電路

Vin‧‧‧電源電壓

Vout‧‧‧量測電壓

Z1‧‧‧固定電阻

Z2‧‧‧感應電阻

R1‧‧‧固定電阻

R2‧‧‧可變電阻

R3‧‧‧固定電阻

Rx‧‧‧感應電阻

圖1是一裝置示意圖，說明台灣專利第I377589號， 一種具有分離感應區的布料；圖2是一裝置示意圖，說明本發明壓力感應裝置之一第一較佳實施例；圖3是一裝置示意圖，說明該第一較佳實施例受一外界壓力之擠壓態樣；圖4是一電路示意圖，說明該第一較佳實施例之一電路單元；圖5是一電路示意圖，說明本發明壓力感應裝置之一第二較佳實施例；及圖6是一裝置示意圖，說明本發明壓力感應裝置之一第三較佳實施例。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號來做表示。

參閱圖2、3、4，為本發明一種壓力感應裝置3之一第一較佳實施例，該第一較佳實施例包含一壓力感應單元31、一介質單元32，及一電路單元33，用以取得一外界壓力值(圖中未標示)。

該壓力感應單元31包括一第一導電層311、一第二導電層312，及複數導電顆粒313。該複數導電顆粒313為細沙態樣，並緻密且均勻地設置於該第一導電層311與該第二導電層312之間。該複數導電顆粒313將該第一 導電層311與該第二導電層312間隔一壓力距離314。

該第一導電層311與該第二導電層312為導電塗料所形成的薄膜。該複數導電顆粒313也為導電材質。其中，該導電塗料可以緊緊附著於物體之表面，具有複數微小的導電粉末，並由膠結材料或塗料將複數導電粉末膠結在一起。較佳地，上述之膠結材料或塗料具有彈性，可被外力壓縮，並於壓力釋放以彈力恢復形狀。由於該導電塗料或薄膜之技術手段已為業界所知悉，並廣泛運用於市售產品中，在此不再詳加贅述。

較佳地，該導電塗料可以調整膠體與導體之比例，以調配出所需要的阻值。該複數導電顆粒313與該第一導電層311及該第二導電層312接觸。

當該複數導電顆粒313與該第一導電層311及該第二導電層312之接觸面積越大，該第一導電層311及該第二導電層312的阻抗值越低。當該複數導電顆粒313與該第一導電層311及該第二導電層312之接觸面積越小，該第一導電層311及該第二導電層312的阻抗值越高。

該介質單元32包括一具有一第一表面322之第一介質321，及一具有一第二表面324之第二介質323。該第一介質321之第一表面322與該第二介質323之第二表面324兩兩相對。該第一導電層311塗覆於該第一介質321之第一表面322上，該第二導電層312塗覆於該該第二介質323之第二表面324上。

該第一介質321與該第二介質323為彈性材 質，較佳地，可以使用具有彈性的塑膠布料，可被壓力壓縮，並於壓力釋放後回復形狀。實際實施時，也可以將導電材料，混和於該第一介質321與該第二介質323之中，以使該第一導電層311為該第一介質321，該第二導電層312為該第二介質323。

其中，外界之壓力30會擠壓該第一介質321與該第二介質323，改變該壓力距離314，導致該複數導電顆粒313與該第一導電層311及該第二導電層312的接觸面積改變，令該第一導電層311及該第二導電層312之阻抗改變，取得該第一導電層311及該第二導電層312之阻抗即可取得該外界壓力值。

該電路單元33包括一用以感應該第一導電層311與該第二導電層312之阻抗的壓力感應電路331。於該第一較佳實施例，該壓力感應電路331是以分壓的方式來感應該外界壓力值。其中，以分壓的方式所形成之壓力感應電路331具有一電源電壓Vin、一與該電源電壓Vin連接之固定電阻Z1、一與該固定電阻連接之感應電阻Z2，及一量測該感應電阻Z2之量測電壓Vout，該感應電阻Z2之另一端接地。

配合參閱公式(1)，該感應電阻Z2為該第一導電層311與該第二導電層312之間的電阻，其阻抗值會隨著外界之壓力30改變，該電源電壓Vin的電壓會被該固定電阻Z1及該感應電阻Z2所分壓，該量測電壓Vout即可取得該第一導電層311與該第二導電層312的阻抗 值，並進一步計算出該外界壓力值。

較佳地，該第一介質321與該第二介質323為防水材質，並具有一定的防寒效果，以作為潛水衣之介質。實際實施時，該壓力感應裝置3也可以做為其他包覆之布料，或是一般布料、塑膠片、紙張、或服飾，不應以此為限。

當該壓力感應裝置3製作成防水衣時，水壓會對該介質單元32之一側產生壓力，而位於防水衣中的人體會反抗水壓，令該壓力感應裝置3之第一導電層311與第二導電層312之表面，壓入該複數導電顆粒313之表面，造成該第一導電層311及該第二導電層312與該複數導電顆粒313的接觸面積增加，進一步造成該第一導電層311與該第二導電層312的阻抗降低。

當潛水員浮出水面後水壓消失，人體也不會產生反抗的壓力，該壓力感應裝置3之第一導電層311與第二導電層312之表面將恢復成平面態樣，進一步造成該第一導電層311及該第二導電層312與該複數導電顆粒313的接觸面積減少，導致該第一導電層311與該第二導電層312的阻抗增加。

發明人要強調的是，該複數導電顆粒313與該第一導電層311及該第二導電層312之表面的接觸面積，可以精確地表示該外界壓力值。因此發明人多次試驗調配出可以緊緊依附於布料表面，並具有彈性之導電塗料， 搭配該複數砂礫態樣之導電顆粒313，將該第一導電層311及該第二導電層312間隔出該壓力距離314，有效地感應精確的外界壓力值。

參閱圖5，為本發明壓力感應裝置3之一第二較佳實施例，該第二較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再敘述，不同之處在於該壓力感應電路331是以電橋的方式來感應該外界壓力值。

以電橋的方式所形成之壓力感應電路331具有一電源電壓Vin、二個一端與該電源電壓Vin連接之固定電阻R1、R3、一連接該固定電阻R1之另一端的可變電阻R2、一連接該固定電阻R2之另一端的感應電阻Rx，及一量測該可變電阻R2與該感應電阻Rx之電壓差的量測電壓Vout，該可變電阻R2與該感應電阻Rx之另一端接地。

配合參閱公式(2)，該感應電阻Rx為該第一導電層311與該第二導電層312之間的電阻，其阻抗值會隨著外界之壓力30而改變。較佳地，該可變電阻R2可調電阻值來感應該感應電阻Rx的電壓變化，如此可以得到比較精確之量測電壓Vout的變化。

當該感應電阻Rx隨著該屆壓力改變後，該量測電壓Vout即可感應並計算出該外界壓力值，由於以電橋的方式所取得電壓的變化幅度較大，可以更準確地換算出該外界壓力值。

參閱圖6，為本發明壓力感應裝置3之一第 三較佳實施例，該第三較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再敘述，不同之處在於該壓力感應單元31更包括一與該第一導電層311電連接之第一導電網315，及一與該第二導電層312電連接之第二導電網316。

該第一導電網315與該第二導電網316為導電率較佳的網狀導線，由於該第一導電層311與該第二導電層312屬於薄薄一層之塗層或鍍膜，本身會存在有一些電阻，當該第一導電層311與該第二導電層312的設置面積較大時，該第一導電層311與該第二導電層312整體的阻抗值將會提高。

因此該第一導電網315與該第二導電網316可以提升電流的傳導，以避免第一導電網315與該第二導電網316本身的阻抗值影響壓力的感應。

較佳地，該第一導電網315設置於該第一介質321與該第一導電層311之間，該第二導電網316設置於該第二介質323與該第二導電層312之間。以分別將該第一導電層311與該第二導電層312中流動的電流快速地導入該電路單元33中。

實際實施時，該第一導電網315可以埋設於該第一導電層311中，該第二導電網316可以埋設於該第二導電層312中，不應以此為限。

由上述說明可知，本發明壓力感應裝置3確實具有下列功效：

一、設置成本較低：

本發明於布料之表面以導電塗料形成該第一導電層311與該第二導電層312，再以該複數導電顆粒313將該第一導電層311與該第二導電層312間隔出該壓力距離314，不需要很高的成本即可形成該壓力感應裝置3。

二、不易損壞：

該第一導電層311與該第二導電層312緊緊依附於該第一表面322及該第二表面324之表面不易脫落，該第一導電網315與該第二導電網316具有較大的線徑不易斷裂，使該壓力感應裝置3具有較佳的耐用度不易損壞。

三、準確感應壓力：

該複數導電顆粒313為細沙態樣的導電金屬，緻密且均勻地分散設置於該第一導電層311與該第二導電層312之間，可以支撐該第一導電層311與該第二導電層312間隔該壓力距離314，因此該第一導電層311與該第二導電層312彼此不觸碰，且該壓力距離314會隨著外界之壓力30改變，造成該複數導電顆粒313與該第一導電層311及該第二導電層312的接觸面積改變，進一步感應該第一導電層311及該第二導電層312之間的阻抗，即可計算出該外界壓力值。

綜上所述，本發明使用具有彈性之導電塗料，分別塗覆與該第一介質321之第一表面322，及該第 二介質323之第二表面324，以形成該第一導電層311與該第二導電層312，再使用該複數導電顆粒313將該第一導電層311與該第二導電層312間隔出該壓力距離314，該壓力距離314會隨著外界之壓力30改變，導致該複數導電顆粒313與該第一導電層311及該第二導電層312的接觸面積改變，進一步感應該第一導電層311及該第二導電層312之間的阻抗值，即可計算出該外界壓力值，故確實可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (5)

1. 一種壓力感應裝置，用以感應一外界壓力值，並包含：一壓力感應單元，包括一第一導電層、一第二導電層、複數導電顆粒、一與該第一導電層電連接之第一導電網，及一與該第二導電層電連接之第二導電網，該複數導電顆粒緻密且均勻地設置於該第一導電層與該第二導電層之間，該第一導電層與該第二導電層間隔一壓力距離，該第一導電層與該第二導電層具有彈性，外界之壓力會改變該複數導電顆粒與該第一導電層及該第二導電層的接觸面積，該複數導電顆粒受外界之壓力時，相對於該第一導電層及該第二導電層不會因此而形變，用以取得該外界壓力值；及一介質單元，包括一具有一第一表面之第一介質，及一具有一第二表面之第二介質，該第一介質與該第二介質為防水材質及彈性材質，該第一導電層塗覆於該第一表面上，該第二導電層塗覆於該第二表面上。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之壓力感應裝置，更包括一電路單元，包括一用以感應該第一導電層與該第二導電層之阻抗的壓力感應電路。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之壓力感應裝置，其中，該第一導電層與該第二導電層為導電塗料。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之壓力感應裝置，其中，該壓力感應電路是以分壓的方式來感應該外界壓力值。
5. 依據申請專利範圍第3項所述之壓力感應裝置，其中，該壓力感應電路是以電橋的方式來感應該外界壓力值。