TWM563544U - 柔性壓力感測系統 - Google Patents

Abstract

本創作提出一種柔性壓力感測系統，用於感測一待測物之壓力，其包含一柔性壓力感測裝置以及一電子裝置。柔性壓力感測裝置用於容置待測物，並且藉由QTCs壓力感測單元量獲得測物之壓力值。電子裝置自柔性壓力感測裝置接收壓力值，並且將壓力值顯示於電子裝置。相較於習知技術，本創作之柔性壓力感測裝置不具有固定的形體，可以用於包覆待測物或將待測物平放於柔性壓力感測裝置上，比傳統壓力感測器更方便量測待測物之壓力值。同時，本創作之電子裝置可以接收多個柔性壓力感測裝置所傳送之壓力值，具有集中管理的功效。

Description

柔性壓力感測系統

本創作係關於一壓力感測裝置，並且特別地，關於一種具有可撓性的壓力感測裝置。

一般來說，測量重量的方式大致可分為機械式量測以及電子式量測，機械式量測方式如傳統指針式的體重計，運用彈簧受到重力產生變形的原理換算成重量數值，電子式量測方式主要是利用荷重元件(load cell)受到重力發生形變，從而使阻抗發生變化，同時激勵電壓發生變化，輸出一個變化的類比信號，將此類比訊號經過轉換而得到重量數值。然而，不論是機械式或是電子式重量量測儀器，通常具有固定的形體而不具有可撓性，因此使用上受到限制。

近年來軟性薄片式壓力感測器廣泛的被應用於各個領域中，軟性薄片式壓力感測器目前大致可分為電容式(Capacitive)、電阻式(Resistive)及壓電式(Piezoelectric)三種，因感測機制的不同，輸出分別為電容值、電阻值和電壓值。

兩平行板電極即可構成一個電容，電容的大小會和兩電極的面積大小成正比，也會和兩電極間的距離成反比。薄型的電容式壓力感測器(Capacitive Pressure Sensor)主要結構為上 下兩個平行板電極，中間介質可以為空氣或其他軟性的填充物質，一旦感測器受到壓力，兩電極間的距離會改變，因為存在兩電極間的介電容值也會改變，因此只要能夠量測其電容值的變化，就可以得知壓力的變化。

薄型的電阻式壓力感測器(Resistive Pressure Sensor)，其感測機制主要來自於複合式壓阻材料(Piezo Resistive Material)，壓阻材料的組成主要為聚合物塑料(Silicon或PET等)內混合可導電的物質(如碳黑)所構成，內部導電物質因為壓力壓合後產生形變而聚集，在上下電極間產生了導電路徑(Conducting Path)，因此內部的阻值降低。壓力不斷地增加，導電路徑也隨之增加，所以壓力越大，電阻越小。

可變形觸敏量子隧道材料(Quantum Tunneling Composites,QTCs)屬於電阻式壓力感測器的一種，此類材料由彈性體包覆金屬粒子而構成，當未受壓力作用時，因金屬粒子間距大而導致高電阻值，當材料受到壓力時，金屬粒子間距縮小而使電阻值變小(電阻值呈指數變化)而導通電荷。可變形觸敏量子隧道材料的優點在於可以使用感應油墨將可變形觸敏量子隧道材料印刷在各種類型的材料上，這也意味著可變形觸敏量子隧道材料不受到固定形體的限制。

有鑑於此，本創作提供一種柔性壓力感測系統，用於感測一待測物之壓力，其包含一柔性壓力感測裝置。柔性壓力 感測裝置包含一柔性容器、一壓力感測單元以及一處理器。柔性容器具有一容置空間，容置空間用於容置待測物。壓力感測單元設置於柔性容器，用於量測待測物之壓力並且發送一壓力訊號。處理器連接於壓力感測單元，自壓力感測單元接收壓力訊號，並且依據壓力訊號產生並發送一壓力值。

於實際應用上，壓力感測單元由一可變形觸敏量子隧道材料(Quantum Tunneling Composites,QTCs)所構成。

於實際應用上，柔性容器可以捲曲包覆待測物或將待測物放置柔性容器上。

於一具體實施例中，本創作之柔性壓力感測系統另包含一電子裝置，連接於柔性壓力感測裝置並且用於接收壓力值。其中，電子裝置得同時連線多個柔性壓力感測裝置，並且接收各個柔性壓力感測裝置所傳送之壓力值，並且藉由一應用程式排序以及管理所接收之壓力值。

於一具體實施例中，柔性壓力感測裝置進一步包含一警示單元，連接於處理器。警示單元可以透過與一電子裝置遠端連線，設定一警示閥值，其中，當該壓力值超過警示閥值時，警示單元發出一警示訊息，警示訊息為警示音、警示振動或是警示燈光。

相較於習知技術，本創作之柔性壓力感測系統利用可變形觸敏量子隧道材料(QTCs)的特性，創作不具有固定的形體的柔性壓力感測裝置。柔性壓力感測裝置可以包覆待測物或直接 將待測物放置於其之上來測量壓力值，比起傳統壓力感測器更為方便。同時，本創作之電子裝置可以同時接收多個柔性壓力感測裝置所傳送之壓力值，並且可依據每個柔性壓力感測裝置之壓力值大小自動進行排序，便於使用者統一管理多個柔性壓力感測裝置。

1‧‧‧柔性壓力感測系統

110‧‧‧柔性容器

120‧‧‧處理器

140‧‧‧通訊協定單元

200‧‧‧電子裝置

S1‧‧‧壓力值

S3‧‧‧控制訊號

100、100’‧‧‧柔性壓力感測裝置

112‧‧‧壓力感測單元

130‧‧‧顯示單元

150‧‧‧警示單元

300‧‧‧待測物

S2‧‧‧重量值

圖1係繪示本創作之柔性壓力感測系統之一具體實施例之功能方塊圖。

圖2係繪示本創作之柔性壓力感測裝置之一具體實施例之示意圖。

圖3係繪示本創作之柔性壓力感測系統之一具體實施例之功能方塊圖。

圖4係繪示本創作之柔性壓力感測裝置之一具體實施例之示意圖。

圖5係繪示本創作之柔性壓力感測裝置之一具體實施例之示意圖。

圖6係繪示本創作之柔性壓力感測裝置之一具體實施例之示意圖。

圖7係繪示本創作之柔性壓力感測系統之另一具體實施例之示意圖。

請參閱圖1，圖1係繪示本創作之柔性壓力感測系統1 之一具體實施例之功能方塊圖。如圖1所示，本創作提供一種柔性壓力感測系統1，用於感測一待測物之壓力，其包含一柔性壓力感測裝置100以及一電子裝置200。柔性壓力感測裝置100包含一柔性容器110、一壓力感測單元112以及一處理器120。柔性容器110具有一容置空間，容置空間用於容置待測物。壓力感測單元112設置於柔性容器110，用於量測待測物之壓力並且發送一壓力訊號。處理器120連接於壓力感測單元112，自壓力感測單元112接收壓力訊號，並且依據壓力訊號產生並發送一壓力值S1。電子裝置200無線連接於柔性壓力感測裝置100，並且自處理器120接收壓力值S1。

請參閱圖2，圖2係繪示本創作之柔性壓力感測裝置100之一具體實施例之示意圖。於一具體實施例中，本創作之柔性容器110可以由布、皮革、尼龍、任意軟性材質或直接由壓力感測單元112所構成，而壓力感測單元112由一可變形觸敏量子隧道材料(Quantum Tunneling Composites,QTCs)所構成，並且設置於柔性容器110。利用可變形觸敏量子隧道材料可撓的特性，可以直接將壓力感測單元112列印於柔性容器110之容置空間上，或將壓力感測單元112放置於柔性容器110之材料夾層(例如放置於雙層布料之間)。當待測物直接或間接地接觸到壓力感測單元112時，壓力感測單元112量測待測物之壓力並且發送壓力訊號。於本具體實施例中，使用之壓力感測單元112為可變形觸敏量子隧道材料，但實際應用上並不限於此，壓力感測單元112亦可為壓電式壓力感測器、電容式壓力感測器、或其他電阻式壓力感測器。

請參考圖2以及圖3，圖3係繪示本創作之柔性壓力感測系統1之一具體實施例之功能方塊圖。於一具體實施例中，柔性壓力感測裝置100另包含一顯示單元130、一通訊協定單元140以及一警示單元150。顯示單元130連接於處理器120，用於顯示處理器120所產生之壓力值S1，其中，顯示單元130可以為可撓式顯示器或固定式顯示面板。通訊協定單元140連接於處理器120以及無線連線於電子裝置200，作為處理器120與電子裝置200的溝通橋梁，通訊協定單元140可以自處理器120接收壓力值S1，並且將壓力值S1傳送至連線之電子裝置200，其中，通訊協定單元140可以透過藍牙、WiFi、Zigbee、RFID或是Internet等各種通訊協定與電子裝置200進行溝通。電子裝置200可以為智慧型手機、智慧型手環、個人電腦、數位行動助理等任意具有通訊功能之電子裝置。

警示單元150連線於處理器120，用於監測壓力值S1是否超過一警示閥值，實際應用上警示單元150可以為一過壓判斷迴路，當壓力值S1超過警示閥值時，警示單元150發出一警示訊息提醒使用者所監控的壓力值過大。其中，警示單元150可以透過通訊協定單元140與電子裝置200連線，並且由電子裝置200之一應用程式發送控制訊息S3設定警示訊息以及警示閥值。使用者可以依據待測物的材質以及重要性自行設定警示閥值，例如，若待測物為玻璃製品，則使用者可能設定較低的警示閥值。進一步地，警示訊息提醒方式可以為警示音、警示振動或是警示燈光，同時亦可以設定將警示訊息顯示於顯示單元130。

於另一具體實施例中，當待測物接觸到壓力感測單元112時，壓力感測單元112亦可以感測待測物與壓力感測單元112的接觸面積，並且將接觸面積以及壓力訊號傳送至處理器120，處理器120依據接觸面積以及壓力訊號產生待測物之重量值S2。其中，處理器120可以將壓力值S1、重量值S2或其組合傳送至電子裝置200。使用者也可以透過電子裝置200之應用程式發送控制訊號S3設定顯示單元130顯示壓力值S1或是重量值S2，或是設定警示單元150監測待測物之重量值S2。

請參考圖4、圖5以及圖6，圖4、圖5以及圖6分別繪示本創作之柔性壓力感測裝置100之一具體實施例之示意圖。其中，圖4、圖5及圖6中的壓力感測單元設置於柔性容器110之上或其內部，為圖示簡潔而未繪示於圖中。於圖4中，待測物300為一馬克杯，柔性容器110為一布質平面，將馬克杯放置於柔性容器110上，並且由顯示單元130顯示馬克杯之壓力值或重量值。於圖5中，柔性容器110為皮質平面，將柔性容器110捲曲包覆待測物後加以固定，並且由顯示單元130顯示待測物之壓力值或重量值。於圖6中，待測物300為一馬克杯，柔性容器110為一尼龍材質束口袋，將馬克杯放入柔性容器110中，並且由顯示單元130顯示馬克杯之壓力值或重量值。

請參考圖7，圖7係繪示本創作之柔性壓力感測系統1之另一具體實施例之示意圖。於另一具體實施例中，本創作之柔性壓力感測裝系統1得包含複數個柔性壓力感測裝置100。如圖7所 示，複數個柔性壓力感測裝置100被放置於一個較大型的柔性壓力感測裝置100’，其中，柔性壓力感測裝置100’得於顯示單元130顯示內部物品總合之壓力值或重量值。電子裝置200同時接收多個柔性壓力感測裝置100、100’之壓力值、重量值或其組合，並且於應用程式上排序及管理所接收之壓力值或重量值。於實際應用上，使用者可以透過電子裝置200之應用程式發送控制訊號S3給群組中壓力值最高的柔性壓力感測裝置，使該柔性壓力感測裝置發出警示音。於實際應用上，電子裝置200之應用程式得篩選出超過警示閥值之柔性壓力感測裝置，並且讓超過警示閥值之柔性壓力感測裝置一併發出警示燈光。

上述實施例之柔性壓力感測裝置100得包含一電力單元，用於提供柔性壓力感測裝置100運作時所需之能源，其中，電力單元可以為碳鋅電池、鹼性電池、水銀電池或是充電電池中其中一者。

相較於習知技術，本創作之柔性壓力感測系統利用可變形觸敏量子隧道材料(QTCs)的特性，創作不具有固定的形體的柔性壓力感測裝置。柔性壓力感測裝置可以包覆待測物或直接將待測物放置於其之上來測量壓力值，比起傳統壓力感測器更為方便。同時，本創作之電子裝置可以同時接收多個柔性壓力感測裝置所傳送之壓力值，並且依據每個柔性壓力感測裝置之壓力值大小自動進行排序，便於使用者統一管理多個柔性壓力感測裝置。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清 楚描述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創作之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的範疇內。

Claims (10)

1. 一種柔性壓力感測系統，用於感測一待測物之壓力，其包含一柔性壓力感測裝置，該柔性壓力感測裝置又包含：一柔性容器，具有一容置空間，該容置空間用於放置該待測物；一壓力感測單元，設置於該柔性容器，用於量測該待測物之壓力並且發送一壓力訊號；以及一處理器，連接於該壓力感測單元，自該壓力感測單元接收該壓力訊號，並且依據該壓力訊號產生並發送一壓力值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的柔性壓力感測系統，其中該壓力感測單元由一可變形觸敏量子隧道材料(Quantum Tunneling Composites,QTCs)所構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述的柔性壓力感測系統，其中該柔性容器捲曲包覆該待測物。
4. 如申請專利範圍第1項所述的柔性壓力感測系統，另包含一電子裝置，連接於該柔性壓力感測裝置並且用於接收該壓力值，其中該電子裝置得同時連線複數個柔性壓力感測裝置，並且接收該等柔性壓力感測裝置所傳送之該等壓力值。
5. 如申請專利範圍第4項所述的柔性壓力感測系統，其中該電子裝置進一步包含有一應用程式，用於排序以及管理所接收之該等壓力值。
6. 如申請專利範圍第1項所述的柔性壓力感測系統，其中該柔性壓力感測裝置進一步包含一顯示單元，連接於該處理器，該顯示單元用於接收並顯示該壓力值。
7. 如申請專利範圍第1項所述的柔性壓力感測系統，該柔性壓 力感測裝置進一步包含一警示單元，連接於該處理器，該警示單元預存一警示閥值，其中，當該壓力值超過該警示閥值時，該警示單元發出一警示訊息。
8. 如申請專利範圍第7項所述的柔性壓力感測系統，其中該警示訊息為警示音、警示振動以及警示燈光之一者或其組合。
9. 如申請專利範圍第7項所述的柔性壓力感測系統，其中該警示閥值可以由與該警示單元連線之一電子裝置進行設定。
10. 如申請專利範圍第1項所述的柔性壓力感測系統，其中該壓力感測單元得感測該待測物與該壓力感測單元之接觸面積，並且將該接觸面積傳送置該處理器，該處理器依該壓力訊號以及該接觸面積產生該待測物之重量值。