壓電傳感裝置和方法與流程
2023-07-16 01:07:12
相關文件
本專利文件根據35U.S.C.§119要求序列號為61/381,664、標題為「Flexible Pressure Sensing Apparatuses and Related Methods」並於2010年9月10日遞交的U.S臨時專利申請的優先權；本專利文件和下面的臨時申請中遞交的附件，包括其中引用的參考文獻，通過參考結合於此。
技術領域
本公開涉及包括傳感壓力的方式的裝置和方法。
背景技術：
為了大規模應用，對傳感各種形式的壓力的方法進行了重點研究。這些研究受到增長的壓力響應電子設備市場的大力推動。
存在多種不同的壓力傳感技術。相對於位置、剛性和適用性，這些設備很多在應用中是受限的。例如，很多壓力傳感器不是柔性的而不能實施在彎曲表面上。此外，很多傳感器不能實施在特定的環境中，例如易受溼度影響的環境。而且，很多傳感器難以製造和/或製造成本高昂，且不易實施在緊湊型裝置中。
這些和其它特性對大規模應用的傳感器的實施提出了挑戰，並表現出受限的靈敏度。
技術實現要素：
本公開的各個方面主要涉及與上述應用相關的傳感器設備和方法。
根據一個實施例示例實施例，一種裝置，包括介電結構和傳感電路，傳感電路包括至少一個基於阻抗的傳感器。介電結構包括表現出介電常數的彈性材料，彈性材料響應於壓力而壓縮並由此表現出對應於其壓縮狀態的變化的介電常數。每一個基於阻抗的傳感器包括一部分介電結構並通過提供施加至毗鄰至少一個基於阻抗的傳感器的介電結構的壓力的指示而對介電常數的變化進行響應。例如，這一指示可包括對應於通過介電結構施加並由於變化的介電常數(例如，在壓縮下相對於彈性材料的結構的變化)而改變的電容或基於電流的輸出。
根據另一個實施例示例實施例，一種傳感器設備，包括傳感器，該傳感器具有帶有柔性介電材料的基於阻抗的設備，而且該傳感器基於施加至介電材料的壓力生成輸出。對應於施加的壓力，該輸出對應於介電材料的介電特性的變化。在一些實施方式中，多個這樣的傳感器一起被包括在一個傳感器設備中，且互連電路分別耦合傳感器以便為每一個傳感器同時提供施加至介電材料的壓力和施加的壓力的位置(例如，相對於傳感器的位置)的輸出指示。介電性質的變化可例如被傳感成施加的電容場的變化，或穿過施加該場的溝道的電流的變化。
另一個示例實施例涉及一種電路，包括有機半導體襯底、襯底上不同位置的多個壓力傳感器、和從每一個傳感器耦合檢測傳感器對施加至其的電響應的信號的互連導體。每一個傳感器包括由位於襯底中的溝道區域耦合併毗鄰柵介電的的源和漏電極和毗鄰柵介電的柵極。該介電響應於壓力彈性地形變並表現出響應於彈性形變而變化的介電特性。
另一個示例實施例涉及一種製造傳感設備的方法。形成多個傳感器，每一個傳感器分別包括具有柔性介電材料和電極的基於阻抗的設備。形成每一個傳感器以基於施加至介電材料的壓力在電極處生成輸出，柔性介電材料具有多個由間隔隔開的介電材料區域。傳感器和互連電路相耦合以便為每一個傳感器同時提供施加至介電材料的壓力和施加的壓力的位置的輸出指示。
上述內容並不旨在描述本公開的每一個實施方式或每一種方案。隨後的附圖、詳細說明和權利要求更具體地說明各個實施方式。
附圖說明
結合附圖，考慮到隨後的本公開的各個實施方式的詳細描述，可完全理解本公開的各個方面，其中：
圖1示出了根據本公開的一個示例實施例的一種薄膜傳感器；
圖2示出了根據本公開的各個示例實施例的示例傳感器的截面圖和各自的彈性體形狀；
圖3示出了根據本發明的各個示例實施例的傳感器在製造的各個階段的情況，該傳感器具有微結構化的聚二甲基矽氧烷(PDMS)；
圖4示出了根據本公開的另一個示例實施例的一種壓敏OFET設備；
圖5示出了根據本公開的另一個示例實施例的一種基於壓力的傳感器的陣列；
圖6示出了根據本公開的另一個示例實施例的一種電容設備；以及
圖7示出了根據另一個示例實施例的一種動脈內/靜脈內壓力傳感設備。
雖然本公開可修改成各種變形和替換形式，其具體細節通過附圖中的實例被示出並將被詳細描述。然而，應理解，並不旨在將本公開限制至所描述的特定實施例。相反，旨在覆蓋落入包括權利要求中限定的方面的本公開的範圍內的所有變形、等價形式和替換形式。
具體實施方式
本公開涉及壓力傳感器、壓力傳感設備和裝置、製造壓力傳感器的方法以及使用壓力傳感器的方法。然而本公開並非必須限制至這樣的設備和應用，通過使用這些和其它上下文的實例的討論，將理解本公開的各個方面。
根據一個實施例，本公開的一個方面涉及一種傳感設備，包括多個傳感器，每一個傳感器包括具有可壓縮的彈性介電材料和由介電材料隔開的電路節點的基於阻抗的設備。每一個傳感器配置成生成響應於由於施加至該介電材料的壓力的量而引起的阻抗變化的輸出。互連電路分別配置成耦合傳感器並在各個傳感器處提供施加至彈性材料的壓力的輸出指示。例如，使用這一介電材料可製造有機場效應電晶體，電晶體的導電性(例如，在其ON狀態中)與壓力相關。因此，由壓力的增大和減小中的一個或二者引起的壓力的變化可容易地被傳感。
介電材料可實施或調整成適於不同應用。在一些實施例中，間隔或凹陷形成在介電材料中和/或形成在介電材料的獨立的圖案化區域之間。間隔/凹陷可使用流體、氣體或表現出不同於介電材料的壓縮特性並有利於響應於施加的壓力的介電材料的彈性形變和恢復的其它材料進行填充。例如，間隔和/或氣陷可製成增強介電材料在形變後恢復到原始形狀的能力。在特定實施方式中，介電的截面形狀可設置成有利於對形變進行響應/恢復，並設置形狀對於所施加的壓力的靈敏度。例如，修改介電材料的截面形狀可允許更大的每單位力壓縮距離，從而增加介電材料對壓力的靈敏度。
調整介電材料特性的另一種方法包括在傳感器的不同部分中採用不同的材料和/或對單個傳感器採用材料的組合。例如，如此處討論的，聚二甲基矽氧烷(PDMS)、壓電彈性材料、熱電彈性聚合物和鐵電彈性聚合物可單獨或相互組合地圖案化並使用。
此外，針對間隔或氣陷的材料、形狀和/或形成，傳感設備的各個部分可進行不同的調整。這些方法可用於形成具有不同傳感能力的範圍的傳感器。這些傳感能力可例如調整用於特定的應用或特定的用戶。例如，通過使用間隔/間隙中的空氣，替換量與彈性體/電介質(例如，～3.0的PDMS)相比具有較低的介電常數(＝1.0)。因此，構造的膜中電容的增加隨著兩個電極板之間距離的減小而出現，並進一步由介電常數的增加而得到增強。
本公開的其它方面涉及一種類型的壓力傳感裝置，包括具有有機半導體襯底和/或例如也為柔性的無機納米線的其它半導體材料的電路。具有這一可變形材料的電路在一個或更多方向(例如在拉伸和/或彎曲方向上)上提供足夠的材料位移用於壓力的指示。該電路可包括配置成響應施加至其的壓力的襯底上的彈性柵電介質，和襯底上不同位置的多個壓力傳感器。每一個這樣的傳感器包括具有源和漏電極以及柵極的類似FET的裝置。例如，源和漏電極可由位於襯底中並毗鄰柵電介質的溝道耦合，且柵極位於柵電介質上並配置成對溝道區域施加偏置。偏置的量響應於溝道區域中彈性柵電介質的形變。該電路進一步配置有互連導體，該互連導體被配置並排列成耦合來自每一個傳感器的信號，該信號為通過施加的偏壓引起的彈性柵極電介質的形變的指示。
又一其它方面涉及一種具有三維靈敏度的裝置或設備。該設備包括具有多個傳感器的透明襯底，每一個傳感器包括由可壓縮的彈性介電材料電耦合的電極。可壓縮的彈性介電材料響應於施加至其的壓力而壓縮，每一個傳感器配置成表現出在響應於可壓縮的彈性介電的壓縮的電極之間的增加的電容。該設備可包括可壓縮的彈性介電材料上的透明導電屏蔽材料、配置成透過對應於用於透過襯底和屏蔽材料可視化的圖像的光的光源、和分別耦合傳感器並提供壓力指示輸出的互連電路。
在一些實施例中，介電彈性體的一個或多個材料和形狀設置成有利於開或關壓力上的響應時間在10ms或更少的量級上，允許足夠的壓力序列容易被檢測。例如，人的手指的活動通常被生理上受限至每一個活動300ms，從而比300ms快的響應時間有利於壓力的重複應用(例如拍擊)。
在各個實施例中，此處討論的彈性體/介電膜被微圖案化以減輕粘彈性蠕變並增加壓縮後的弛豫時間，例如可能與聚合物鏈的不可逆攪纏和可變形表面的缺乏相關。結合一個或更多這樣的實施例，已發現該膜的微結構化部分之間的間隔(例如，空洞或間隙)有利於根據外部壓力的施加的彈性形變，如果缺少間隔，外部壓力可導致在厚度上膜中的粘彈性蠕變(例如，取決於時間的應力增加)。這有利於膜可逆地存儲和釋放能量的能力。因此，各個實施例涉及一種傳感器，具有彈性體/介電膜，該彈性體/介電膜具有相互隔開的圖案化區域和其間的間隔，以有利於取決於施加的壓力的可逆彈性形變。這一間隔和圖案(例如，和膜的形狀)可設置成相對於使用的材料和其機械性質而言適於特定的應用和期望的施加的壓力。
在特定的實施例中，此處討論的用於傳感器的彈性介電材料具有連接傳感器的電路節點的微結構，且其寬度尺寸為對於特定的實施方式小於約50微米、對於其它實施方式小於約30微米且對於其它特定實施方式小於約5微米。介電層可為用於傳感施加的壓力的固體彈性介電層，或可包括多個具有其間的間隙(例如，使用此處討論的非固體材料填充)的微結構。
本公開的其它方面涉及裝置和方法，包括與一個或多個上述傳感器種類相一致地實施的至少一個傳感器，其中該裝置包括以下的至少一項：假肢設備，其中傳感器提供操作假肢設備的輸出；機器人設備，其中傳感器提供有利於機器人自動運動的輸出；以及插入受治療者的醫療設備，其中傳感器提供檢測對應於施加至其中一個傳感器的壓力的受治療者中的壓力的輸出。
其它實施例涉及電子皮膚，其可用於與人直接接觸的人工智慧設備中，或可用於諸如假肢皮膚的生物醫學應用。為了模擬天然皮膚的觸覺傳感特性，例如通過使用生物相容的彈性PDMS，此處討論的大陣列傳感器形成在柔性和拉伸襯底上。
根據其它方面，除顯示器之外，與本公開一致的特定實施例在輸入設備表面上採用三維接觸傳感器或採用三維接觸傳感器作為輸入設備表面的部分，輸入設備表面可包括彎曲表面。這些設備包括，例如計算機滑鼠、可捲曲鍵盤或遊戲接口設備。在一些實施方式中，傳感器操作成取代例如按鍵的機械運動部件，並可配置成提供對應於這些部件的輸出。
另一個示例實施例涉及，例如在醫療或外科設備或攝像機的插入過程中，採用柔性生物中性壓力傳感器(例如，臨近例如攝像頭的設備的末端)進行人體組織上過度壓力的檢查和防護。這一壓力靈敏度以一方式有效地將反饋傳給操作者，例如，該方式類似於傳感某人自己皮膚上的壓力。
在另一個實施例中，使用採用了此處討論的壓力傳感設備的柔性生物兼容的壓力傳感器片對手術後或外傷後的器官或組織腫脹進行檢測和監視。該傳感片可例如進一步耦合至小型的生物兼容的射頻識別(RFID)設備，該射頻識別(RFID)設備使用無線通信傳輸壓力特性。
此處討論的傳感器的電源可通過多種方式獲得。在一些實施方式中，使用外部電源或電池。在其它實施方式中，同傳感器一同實現從無線信號汲取能量的無線功率設備(諸如射頻設備)，該無線功率設備用於為傳感器供電。在又一些實施方式中，結構化被應用至壓電膜，而設備上施加壓力產生的壓電電壓對設備供電。
此處討論的傳感器可實施在各種應用中。例如，一種這樣的應用包括例如手持設備、電視機和電腦設備的觸控螢幕設備，其中傳感器透過光(例如使用例如PDMS的透明彈性體材料)。其它應用涉及力的傳感方法，例如採用彈性體中的導電填充粒子或量子溝道組合物的電阻式壓力傳感器。特定應用涉及傳感壓力的變化，例如當壓力容器的洩露發展時，壓力的變化可在壓力容器中表現出來(例如，壓力的損失可作為由電介質的變化引起的導電性的變化而被檢測)。本公開特定的實施例涉及傳感設備，其中至少一個傳感器包括配置成表現出由於彈性電容(例如，作為離散元件或電容電路一部分的彈性電容)引起的阻抗變化的彈性電介質。其它應用涉及醫療應用，例如用於傳感體內壓力，或用於假肢設備。又一個應用涉及檢測例如由汽車或飛機機身上的風施加在表面上的壓力，和其中相關的形變(例如，用於材料應力的監控)，並可用於了解由流體(例如，採用此處討論的多傳感器的方法)施加的摩擦力。其它應用包括傳感高度彎曲的表面中的壓力，例如試管中或壓力容器中流動的氣體和/或液體。其它應用涉及可攜式高靈敏度磅秤、低流體流動率傳感器、水下觸摸傳感器、用於通過在汽車運動期間檢測方向盤的彎曲表面上的低壓(或無壓)接觸力的低周期而檢測疲勞駕駛的壓力傳感系統和應力測量儀器(例如，可移動的連接點之間)。
結合一個或多個示例實施例，討論的傳感器可採用多種方法製造，並可實施在多種應用中。在一個實施例中，在允許高產出並由此有利於降低商業成本的卷到卷工藝中，傳感器製造在塑料襯底上。因此，彈性類型的卷可使用壓力傳感電極高速地進行製造，有利於設備的快速製造。製造在柔性襯底上的這些傳感器可實施在多種應用中，例如曲線表面應用。
現在轉至附圖，圖1示出了根據本公開的一個示例實施例的一種壓力薄膜傳感器設備100。設備100包括配置並排列成在壓力下表現出不同電特性的介電層110。上電極120和下電極130被介電層120相互隔開。
介電層110包括幾個彈性介電材料區域，作為示例，其具有區域112、114和116。彈性區域被由彈性區域112、114和116的側壁橫向限定的間隙區域113和115相互隔開，並可包括例如空氣、其它氣體或其它可壓縮材料的材料。通過選擇間隙區域中的材料類型(或例如，材料的缺少)，可獲得彈性區域的彈性壓縮，有利於壓力靈敏度和快速恢復至壓縮。介電層110基於例如通過由雙端箭頭示出的各個電極120和130的相互運動而施加至其的壓力的量表現出不同的介電特性。電極之間的電容可用作介電層110的壓縮狀態的指示，且由此作為壓力的指示。
因此，隨著彈性區域112、114和116由於施加的壓力(增大或減小壓力)而被壓縮(或擴張)，通過彈性區域的介電特性的相關變化和/或整個介電層110的有效介電常數，在電極120和130的一個處的電特性可用作這一壓力的指示。
在各個實施例中，傳感器設備110使用這些設備的陣列來實施，用於傳感壓力和位置。例如，通過排列多個這些傳感器作為壓敏設備的一部分，用於每一個傳感器的各個傳感電極的輸出可用於檢測傳感器處的壓力。而且，通過檢測每一個傳感器的傳感電極處的輸出，可確定各個傳感器處的相對壓力。
在特定的實施例中，設備100包括處理器140，其處理下電極130處的輸出以提供施加至介電層110(例如，壓力施加至上電極120，下電極130保持固定)的壓力的指示。在一些實施方式中，處理器140採用壓力的指示執行處理任務，例如用於確定壓力特性和/或生成例如基於檢測的壓力的控制信號的輸出。
圖2示出了根據本公開的各個實施例的示例傳感器的截面圖和各種彈性體形狀。各個傳感器被示出為具有公共的上和下區域(例如，兩個電極，如圖1所示，並沿所示的的箭頭運動)，具有不同形狀的彈性體材料以不同方式響應於公共壓力的施加。參照圖2A，上和下部分210和212由彈性體材料隔開，該彈性體材料如214所示壓縮，且如216所示在未壓縮形狀時有基本垂直的側壁。與圖2B-2D中的上部分對應，上部分210同時在未壓縮和壓縮位置被示出。參照圖2B，上和下部分220和222被彈性體材料隔開，該彈性體材料如224所示壓縮，且如226所示在未壓縮形狀時有傾斜側壁。相對於圖2A中被壓縮的彈性體材料214，被壓縮的彈性體材料224根據不同形狀表現出較大的垂直壓縮。
圖2C和2D示出的傳感器具有彈性材料，該彈性材料具有增加的傾斜度，且並表現出響應於公共壓力越來越大的偏轉。因此，圖2C示出了由彈性體材料隔開的上和下部分230和232，該彈性體材料如234所示壓縮，且如236所示呈現未壓縮的形狀。類似地，圖2D示出了由彈性體材料隔開的上和下部分240和242，該彈性體材料如244所示壓縮，並如246所示呈現未壓縮的形狀。
如圖2所示，修改彈性體截面的形狀可由此允許更大的每單位力上的壓縮距離，從而增加彈性體層對壓力的靈敏度。在上下文中，各個實施例涉及彈性體的多個實施方式，該彈性體具有調節或設置其中使用彈性體的傳感器的特性的截面。而且，具有不同截面的彈性體可用於同一設備中以便為設備的不同部分設置不同的壓力傳感特性。在各個實施方式中，彈性體的截面被改變以設置對於壓力的靈敏度，並可被設置成傳感低於1kPa的壓力。
在一些實施例中，如圖2所示的彈性層通過能將電場線保持在彈性層中的導電層來將外界環境屏蔽。壓縮彈性體層增加了電極(例如，參照圖2A，上和下電極部分210和212可實施為電極)之間的材料的有效介電常數。這增加了電極之間的電容並由此，壓力可通過電容的增加來測試。
圖3示出了根據本公開的各個示例實施例的傳感器設備在不同製造階段的情況，該傳感器設備具有微結構化的聚二甲基矽氧烷(PDMS)膜。圖3A-3D示出了具有多個反型特徵312的模子310(例如矽)。參照圖3B，PDMS膜320形成在模子310上。在圖3C，層壓的膜330，例如氧化銦錫(ITO)塗覆的對苯二甲酸乙二醇酯(PET)襯底，形成在PDMS膜320上，隨後PDMS膜在均勻壓力(例如，在約70℃的溫度下持續約3小時)下被固化(例如交聯)。在圖3D，層壓的膜330被去除，PDMS膜320的獨立部分，包括例如被標記的部分322，被示出為形成在該膜上。部分322的形狀通過反型特徵(312)的形狀而被設置，並被設置成就壓縮性方面而言適合於特定應用。
PDMS膜320中的微結構可以基本均勻(2-3％的間距精度)的排列在模子310上來製造。這些特徵可高質量地複製在非常薄(例如，<100μm)和高柔性的塑料片上。對於確定接觸面的最高的三個PDMS特徵(322)，這一方法可用於確保壓力傳感器的大面積兼容。此外，PDMS特徵(322)可設置成非常小的尺寸(例如3-6μm或更小的寬度，和小於10μm的高度)。在一些實施例中，小的玻璃板用於施加均勻的壓力並改進疊層效果。最終的膜靈敏度可達到約0.55kPa-1，幾乎沒有滯後，並可檢測小於20mg的重量和/或約3Pa的壓力。最終的膜弛豫時間可達到毫秒範圍。
圖4示出了根據本公開的另一個實施例的壓敏有機場效應電晶體(OFET)設備400。設備400包括ITO塗覆的PET柵電極410，帶有形成介電材料形成的PMDS柱420陣列。在二氧化矽/矽襯底430(例如，採取絕緣體上矽的配置結構，在氧化物上有薄層的矽)上，源和漏區域432和434被形成並通過紅熒烯晶體溝道區域436耦合。作為示例，設備400被示出為柵電極同下設區域隔開，上部柵電極410與襯底430接近以使PDMS柱420接觸下設的源和漏電極432和434。例如通過柵410或下設的襯底430，介電材料(PDMS柱420)表現出對應於施加至其的(壓縮的)壓力的介電特性，而在源432和漏434之間傳導的所產生電流指示介電特性和其中施加至PDMS柱420的壓力。
在一些實施例中，傳感電路440被耦合在源和漏電極432和434上，用於檢測其間的電流，並因此檢測PDMS柱420的壓縮程度。傳感電路440可與設備400一起集成，或作為單獨的設備與設備400相耦合。而且，在使用多個傳感器(例如，以矩陣的形式)時，例如通過實施傳感器400的陣列，傳感電路440可被耦合至這些傳感器的兩個或更多以檢測和/或處理其輸出。在一些實施例中，電路440提供相對簡單的輸出，例如可對應於在VSD檢測到的實際測量值或響應，或可包括提供表徵施加的壓力的更複雜的輸出的處理電路，該輸出也可指示壓力的量和施加的壓力的位置的其中一個或二者。
設備400可用多種方式製造，例如上面討論的方式，也可排列成適於特定的應用。例如，可用不同的形狀形成PDMS柱420，例如通過如圖2A-2D的一個或更多所示使柱的一個末端銷尖，以設置設備400的靈敏度，。在一些實施方式中，源和漏電極432和434為底接觸金電極並形成在高度n摻雜的氧化矽晶片上。紅熒烯單晶可例如採用物理氣相輸運生長並層疊在底接觸金電極的頂部。這一晶體，可例如被形成為表現出1cm2/Vs量級的場效應空穴遷移率。具有類似特性的其它薄膜有機半導體也可類似地實施。
根據此處討論的實施例，多個不同種類的材料可用於製造傳感器。在特定的示例實施例中，除導電或金屬型電極之外，通過在例如具有導體(例如，真空沉積的充當地址和數據線的鋁金屬線(150μm寬))的PET襯底的片(例如，25μm厚)的兩個電極之間夾入例如PDMS的微結構化的介電膜，使用所有的塑料組件形成電容矩陣型壓力傳感器。該結構可分成微結構化的PDMS膜的數個部分(例如，四個)。
在一些實施例中，可高度拉伸的材料用作襯底以支撐圖案化的電介質柱，從而減少來自臨近傳感器的信號溢出(例如，從而使得一部分材料/傳感器上的壓力至臨近部分/傳感器的壓力的轉移被減少或消除)。例如，在實施上述各個實施例時，這一材料可取代PET和/或與PET一起使用。
在其它實施例中，對於在不同的傳感器處傳感到的壓力，控制電路用於基於在矩陣中不同傳感器處傳感到的壓力來確定溢出信號，該控制電路採用算法型輸入來確定施加的壓力相對於矩陣中不同傳感器傳感到的壓力的實際位置。參照圖4，在連接至多個傳感器時，這一方法可使用傳感電路440實施。而且，這一方法可用於用內插算法得到施加在傳感器上或施加在傳感器之間的壓力的位置。
其它實施例涉及在多個點收集壓力信息的設備中的矩陣型壓力傳感器的實施。這些方法可用於為多個設備收集不同類型的輸入。
現在參照圖5，根據本公開的另一個示例實施例，傳感設備500包括襯底505上基於壓力的傳感器的陣列。作為示例，該陣列被示出為具有16個傳感器，其中例如有被標記的傳感器510。傳感器上為電介質區域的陣列，包括作為示例的區域512，這些電介質區域被連接至柔性襯底508。為了進行說明，襯底508和相關電介質區域以剖視圖示出並同下設傳感器分隔開，為了操作，電介質區域(512)與傳感器接觸。
這些傳感器的每一個可使用例如圖4所示的傳感器來實施。傳感器的輸出被耦合至處理電路520，其處理該輸出以提供壓力和位置信息。例如，傳感器(包括傳感器510)的每一個可直接耦合至處理電路520，或襯底505中的互連電路的陣列可被制為提供對應於各個傳感器(例如，以行和列的形式)的位置的可尋址的輸出，而用單根引線連接至處理電路。
在壓力施加至柔性襯底508時，電介質區域(512)在所施加壓力附近的區域壓縮，而下設的傳感器(510)通過傳感器附近的電介質區域的介電特性傳感施加的壓力。通過在處理電路520處理傳感器的輸出，可同時提供施加至柔性襯底508的壓力的位置和量的指示。傳感器(510)基於形變及其引起的介電特性的變化表現出電的變化，從而提供壓力的指示。在上下文中，提供三維壓力傳感設備，同時傳感位置(例如，在傳感器所處其中的平面的x-y方向上)和壓力(例如，在完全/大致垂直於前述平面的z方向上)。
現在參照圖6，根據另一個示例實施例示出了電容設備600。設備600可例如根據圖1所示的方法或根據電極的其它配置來實施。該設備包括層602上的封裝襯底601，層602可實施為電容板和/或用於屏蔽電介質層603。如示出的，層602在下設的傳感區域的位置處被圖案化，但對於特定的應用(例如，對於傳感器的陣列，為了讀出壓力和位置並降低傳感器之間的串擾)，可實施為連續的層。此外，導電屏蔽可保持為浮動或設置在地電位。
電介質層603具有彈性介電材料的交替區域和包括例如空氣的可壓縮物質的間隙區域。電介質層603形成在包括安裝在襯底605上的電極604和606的各個電極上，其可與層602形成電容器。
另一個示例實施例涉及一種傳感垂直負載和剪切力二者的壓力傳感器，其可採用例如圖1、4和6所示的方法實施。剪切力信息通過定向的壓力傳感器區域的組合來檢測，該壓力傳感器區域的組合具有成組的非對稱微結構或非對稱布置的對稱微結構(例如，通過將壓力傳感器區域以2x2超像素的組定向在北、西、南和東方向上)。對這樣的超像素的4個子單元中的垂直負載的響應將是相同的，從而任何信號差異均來自施加在傳感器表面上的平面內(剪切)應力。來自分組的傳感器的信號被校準並用於確定剪切力矢量和幅度。採用這一方法，壓力和剪切力可被檢測，並用於例如檢測滑動。
圖7示出了根據另一個示例實施例的動脈內/靜脈內壓力傳感設備700。設備700可用於例如檢測多個不同組織內的壓力，例如用以生成細胞硬度的表面圖。該設備被配置成放置在動脈或靜脈血管壁701中，並包括結構化的介電材料702、沿著結構化的介電材料702分布的傳感電極703和對面電極704、以及傳感器襯底705。該設備可採用例如導管導絲706和充氣囊進行放置，並可用於檢測沿著壁的例如可能由於以707表示的脂肪沉積或病變組織而出現的壓力差，或可測量整個細胞硬度。該傳感器可電耦合至引導線706或與其一起的引線，用於提供傳感器輸出。
此處討論的實施例和具體應用可結合上述方面、實施例和實施方式的一個或更多個來實施，同樣，也可結合以上參考的臨時專利文件、形成該文件一部分的附件，和其中引用的參考文獻中示出的內容相結合來實施。下面的臨時專利文件，包括該附件，和其中引用的參考文獻一樣，通過引用全部結合於此。
儘管本公開可修改成各種變形和替換形式，本公開的具體內容已在附圖中通過實例示出並將進一步描述。應理解並不旨在將本公開限制至描述的特定實施例和/或應用。例如，可用不同的形狀使用各種不同類型的彈性體或介電材料。不同的傳感方法可與示出的那些方法互換，例如通過檢測電容的變化或溝道區域導電性的變化。此外，對於壓力傳感或取決於壓力的應用的多種不同類型，可實施此處描述的傳感器。其目的是覆蓋落入本公開的精神和範圍內的所有變形、等價形式和替換形式。