用於紡織品表面的大面積可伸展壓力傳感器的製造方法
2023-04-24 19:14:21 1
用於紡織品表面的大面積可伸展壓力傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於紡織品表面的大面積可伸展壓力傳感器，其包括在其上印刷導電墨的支撐件，其可以發送通過任何已知印刷技術印刷的印刷電信號。更特別地，壓力傳感器的特徵在於，所述支撐件是柔軟的、可伸展的和有彈性的，並且在所述支撐件上印刷可伸展和有彈性的導電墨或膏的多條主跡線；在所述多條主跡線上，印刷用作壓力感應點的多個壓阻膏或墨沉積物，並且將這些沉積物中的每個都連接到也被印刷在所述支撐件上的可伸展和有彈性導電墨或膏的副跡線，所有跡線，主或副跡線，均連接至控制系統，而不相互交叉。
【專利說明】用於紡織品表面的大面積可伸展壓力傳感器
【技術領域】
[0001]本專利申請的目的在於一種記錄用於紡織品表面的大面積可伸展壓力傳感器，其中，大面積將被理解為具有比Irnm2更大的面積的任何表面。顯著地，由於所有材料和紡織品支撐件的機械特性，由於其導電墨和可伸展壓阻(壓敏電阻)以及沉積(deposition)系統的使用，本發明的壓力傳感器對象包括諸如揉性的多個機械特性，包括所述傳感器表面的總褶皺、可伸展性和彈性。甚至在揉性和可伸展性的狀態下，該壓力傳感器仍保持其功能，一旦所接收的外部變形結束，由於支撐件的彈性特性，使得壓力傳感器能夠恢復其形狀。
[0002]更具體地，該大面積壓力傳感器具有為導電墨或膏的多條跡線，在其上印刷壓阻墨或膏的多個探測點，使得這些探測點量度施加到它們上的壓力或法向力，並且通過上述跡線將其發送到控制系統。從而，控制系統可以將所探測的壓力發送到圖形呈現裝置，其能夠執行對沿著該壓力傳感器的表面產生的壓力的直觀呈現，該圖形呈現稱為壓力圖。
【背景技術】
[0003]當前，已知紡織品支撐件上的壓力傳感器，由集成到導電層中的底基織物層構成，其通常由絲線、塑料薄膜或施加的其他導電材料(諸如，膏或墨)構成，但是在任何情況下它們都不可伸展。另外，為了這些導電材料的正常運行，它們必須由具有絕緣特性的封裝層覆蓋，該封裝層依次由上覆織物層覆蓋。
[0004]一方面，特別是現在，通過在具有導電特性的聚合物樹脂中散布導電粒子獲得導電墨，這已是公知的。另外，該結構提供具有膏狀質地的墨，即，用作假塑性流體，以通過任何已知印刷方法印刷。
[0005]另一方面，由已經過外部壓力的可變電阻材料構成的壓阻材料也已是公知的，但是 申請人:未發現有以感應點的形式印刷在導電墨上的這些壓阻材料在墨或膏中的使用，其形成柔軟的、有彈性的和可伸展的壓力傳感器的一部分。
[0006]當前，這些傳感器中的很多都是電容類型的，並且從而具有用於探測壓力的電容元件。該類型的技術解決方案具有消耗大量電的缺陷並且具有低空間解析度，即，元件的尺寸比電阻型傳感器大很多。由於該結構，很多傳感器都要求信號轉換器，以獲得可以由控制系統處理的電測量。
[0007]從而，獲得不能指示所接收的壓力的幅度的壓力傳感器，S卩，它們僅探測在特定點中的一個點處是否存在壓力。另外，由於其多層結構，導致這些傳感器非常厚、不柔軟，並且在任何情況下它們都不可伸展。
[0008]最後， 申請人:不知道存在在紡織品上應用的柔軟和可伸展的大面積壓力傳感器，其甚至在其揉性和可伸展性的狀態下運行。
【發明內容】
[0009]本發明的用於紡織品表面對象的大面積可伸展壓力傳感器解決了上述缺點，還提供其他附加優點，其從以下說明將變得明顯。[0010]用於紡織品表面的該大面積可伸展壓力傳感器包括:支撐件或襯底，通過任何已知印刷技術在其上印刷了可以發送印刷電信號的導電墨或膏的。更特別地，壓力傳感器的特徵在於，所述支撐件是柔軟的、可伸展的和有彈性的，並且在所述支撐件上印刷可伸展和有彈性的導電墨或膏的多條主跡線；在所述多條主跡線上，印刷用作壓力感應點的多個壓阻膏或墨沉積物，並且這些沉積物中的每個都連接至也被印刷在所述支撐件上的可伸展和有彈性的導電墨或膏的副跡線，使所有跡線，主或副跡線，均連接到控制系統，而不相互交叉。
[0011]上述壓阻墨當表面經受壓力時，能夠改變其電阻，並且歸功於跡線，主和副跡線，由於襯底和兩種墨的機械特徵，使得甚至當整個壓力傳感器都在經受彎曲或伸展時，也可以由分析所接收的數據的控制系統探測到壓阻墨的該電阻改變。更特別地，這主要由於支撐件的機械特徵以及通過導電粒子在本質導電樹脂聚合物中的散布形成導電墨的事實，使得當跡線印刷時，導電粒子散布到所述聚合材料上，產生可以發送電的電觸點的網絡，這是因為甚至當材料經受伸展時，它們也具有允許電流在導電粒子的散布之間流動的足夠導電性。
[0012]另外，因為壓力傳感器支撐件由柔軟的、可伸展的和有彈性的紡織品類型材料製成，並且因為跡線(主或副)也由可伸展和有彈性的導電墨製成，在經受可能由伸展或摺疊該支撐件的人執行的任何外部機械力之後，在不被破壞的情況下其可以恢復其原始尺寸和形狀。
[0013]可選地，每個壓阻墨沉積物都可以通過與壓阻墨沉積物相同形式的導電墨沉積物覆蓋，其與副跡線接觸，並且其可以是通過任何已知傳統印刷技術沉積的導電墨。
[0014]通常，在紡織品類型支撐件上，通過絲網印刷或通過噴墨執行印刷任何墨。特別是，由導電墨製成的跡線通過交錯的向內和向外角描繪可伸展形式。另外，上述導電墨包括散布在導電聚合物的石墨烯纖維的粒子，並且壓阻墨包括導電或石墨烯材料在具有圓形或多邊形結構的聚合物基體上的散布。歸因於跡線的該結構，比當使用直線結構的印刷跡線時，實現更好的可伸展性，用於具有相同特徵的支撐件或襯底。
[0015]值得注意的是，有利地，要求實現在所述支撐件或襯底上的壓力傳感器的所有墨或膏都被集成到單個印刷處理中，其通常使用已知的在柔軟介質上生產電子器件時使用的「卷對卷(roll to roll)」的技術，生成壓力傳感器的非常容易和快速的製造處理，其中，製造處理通常涉及在相同支撐件上在線作出的多個處理或壓印。
[0016]另外，為了獲得壓力圖，壓力傳感器的主和副跡線連接到所述控制系統。該控制系統通過主跡線將電信號發送到壓阻墨沉積物，其中，這些允許電流逐漸地與壓力直接成比例地通過，傳感器的每個元件都從外部接收壓力。顯著地，當壓阻墨沉積物允許這樣時，單獨通過副跡線執行電信號的返回。從而，控制系統比較傳感器輸入與輸出電壓，即，由控制系統注入到壓力傳感器的電壓與從壓力傳感器接收的電壓。
[0017]歸功於襯底和墨的機械特性、以及這些墨的印刷結構，壓力傳感器可以經受高達20%的伸展，而不受上述壓力圖影響。這是因為，當與所述伸展之前的值相比時，壓力傳感器的所有或部分表面都可以伸展多達20%，而導電墨跡線的電阻值基本不被修改。當與沿著所述跡線的整個電路的壓阻墨沉積物的一般電阻相比時，導電墨跡線的該電阻改變可以忽略。從而，雖然壓阻墨使能最大功率傳輸，即，處於其低電阻狀態，但是甚至當壓力傳感器處於其最大伸展狀態時，該電阻具有高於導電墨跡線的電阻的幅度等級。從而，由於其表面的高達20%的伸展，壓力傳感器可以接收並且將電信號發送到控制系統，而不影響相對的電氣值。在該壓力傳感器中使用該導電墨的另一個優點在於，形成所述墨的聚合材料可以防止散布在其中的導電纖維不受環境影響，諸如，潮溼，導電墨跡線的保護封裝。
[0018]從而，由於襯底的類型和所使用的墨的類型以及這些在襯底上的布置，獲得可以適用於任何類型表面的柔軟的、可擴展和有彈性的壓力傳感器，使施加到這些表面上的壓力能夠被探測到。
[0019]為了完成以下給出的說明，並且為了幫助更好地理解其特徵，在此描述性記錄的是一組附圖，附圖以示意性和非限制的方式表現本發明的最重要詳情。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是示出根據在此的本發明的優選實施例的傳感器的結構的示意圖，以及
[0021]圖2是在圖1中指示的細節「A」的分解示意圖。
【具體實施方式】
[0022]考慮所注釋的附圖並且根據所採用的編號方式，可以在此評述本發明的優選但是非限制性實施例，其由用於紡織品表面的大面積可伸展壓力傳感器(此後稱為I)構成，並且通常通過已知的用於在多種可捲曲的、柔軟的襯底(諸如，紡織品)中產生電子器件的處理中的「卷對卷」的處理來執行。
[0023]在本發明的優選實施例中，可以從圖1看出，該傳感器I由織物類型的柔軟的、可伸展的和有彈性的襯底2構成，以主跡線3a的形式在其上印刷導電墨或膏，使得在所述主跡線2上印刷為圓形形狀並且由壓阻墨或膏製成的多個壓力感應點4，在其上部分地印刷由導電墨或膏製成的副跡線3b，避免在上述跡線3a，3b之間的直接接觸。在遵循以下解釋順序的「卷到卷」處理期間，所有這些印刷都可以通過絲網印刷執行。特別地，該織物2可以具有任何期望形狀和尺寸，壓力感應點4的數量以及它們的位置根據將被提供的對壓力傳感器I的敏感度、或者其應用的特定要求而改變。
[0024]更特別地，壓力傳感器I的結構在圖1的細節「A」中反映，其在圖2中更清楚地示出，其中，可以看到主跡線2的布置，其由諸如石墨烯纖維等的導電材料在多酚類型聚合物樹脂等中的散布構成。該壓力探測點4在該主跡線3a上，其由導電或石墨烯材料等在諸如矽樹脂的彈性可變形材料的聚合物基體上的散布構成。最後，在該壓力傳感器4上，存在副跡線3b，其也由石墨烯纖維類型導電材料等在多酚類型聚合物樹脂中的散布構成。另外，所有跡線(3a，3b)都通過布線連接到控制系統5，使得所述控制系統5以電壓的形式將電信號發送到每條主跡線2。從而，當任何壓力傳感器4變形時，其將基於所接收的外部壓力的電壓形式的電量發送到副跡線3b，接下來，該副跡線3b將其返回到控制系統5，控制系統將根據其內部集成的算法執行計算，以獲知由每個壓力點4接收的外部壓力的量，從而從在織物2上接收的外部壓力來產生壓力圖。通常，控制系統5包括具有微處理器數據存儲系統的中央處理單元和至少一個該微處理器處理結果的圖形顯示裝置。
[0025]在可選實施例中，未示出，主和副跡線印刷為之字形或類似形狀。
[0026]在另一個可選實施例中，未示出，主和副跡線可以印刷為之字形或類似形狀。[0027]在另一個可選實施例中，未示出，用被單形式的壓力傳感器覆蓋病床，並且存在移動問題的病人倚靠在該病床上。從而，歸功於壓力傳感器的新結構和控制系統，壓力傳感器探測出病人可能正在經受由於長時間呆在相同位置的結果的一些問題，諸如，褥瘡，並且通過在醫院使用的任何方法通知醫護人員，需要改變病人的位置。
[0028]在本發明的可變形、有彈性和柔軟的壓力傳感器的製造時使用的詳情、形狀和尺寸、以及其他伴隨元件以及材料可以由在技術上等效的其他元件方便地代替，並且不脫離本發明的本質或者不脫離本申請提供的權利要求限定的範圍。
【權利要求】
1.一種用於紡織品表面的大面積可伸展壓力傳感器，其包括在其上印刷導電膏或墨的支撐件或襯底，所述支撐件或襯底能夠發送由任何已知印刷技術印刷的印刷電信號，其特徵在於，所述支撐件是柔軟的、可伸展的和有彈性的，並且在所述支撐件上印刷可伸展和有彈性的導電墨或膏的多條主跡線；在所述多條主跡線上，印刷用作壓力感應點的多個壓阻膏或墨的沉積物，並且這些沉積物中的每個都連接至也被印刷在所述支撐件上的可伸展和有彈性的導電墨或膏的副跡線，使所有跡線，主或副跡線，均連接到控制系統，而不相互交叉。
2.根據權利要求1所述 的壓力傳感器，其特徵在於，每個壓阻墨沉積物都用與所述壓阻墨沉積物相同形式的導電墨沉積物覆蓋，並且與所述副跡線接觸，其中，這可以是通過任何已知傳統印刷技術沉積的導電墨。
3.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述多個壓阻墨沉積物具有多邊形結構。
4.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述多個壓阻墨沉積物具有圓形結構。
5.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其特徵在於，通過絲網印刷執行印刷任何所述m
O
6.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其特徵在於，通過噴墨執行印刷任何所述墨。
7.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述支撐件是所述紡織品類型的。
8.根據權利要求1所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述導電墨膏描繪具有交錯的向內和向外角的可伸展圖樣。
9.根據權利要求1或2所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述導電墨或膏包括分散在導電聚合物上的石墨烯纖維的粒子。
10.根據權利要求1或2所述的壓力傳感器，其特徵在於，所述壓阻墨或膏包括導電或石墨烯材料在聚合物基體上的散布。
【文檔編號】G01L1/18GK103528722SQ201310278098
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月4日 優先權日:2012年7月4日
【發明者】米蓋爾·裡道·格拉納多, 路易斯·米格爾·戈麥斯·安塔 申請人:特克斯傳感有限公司