专利名称：压敏传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种类似电缆的压敏传感器，具体而言，涉及一种用于检测断路的构造。
背景技术：
参照图9描述传统的压敏传感器。图9是压敏传感器1的示意图。如图9所示，压敏传感器1是压电传感器，在该传感器中，中心电极2、用作压敏层的压电材料层3、外电极4以及覆层5形成为同轴电缆的形状。
一般地，在改进这种模制成同轴电缆形式的压敏传感器的可靠性和生产率中，在考虑到检查压敏传感器的断路、短路等的容易性以及检查并确认当利用类似电缆的压敏传感器进行二次加工时断路、短路等的情况下，电缆两端的检查操作需要很多时间并带来很多麻烦。
因此，存在一种方法，在该方法中，用测试器等测量中心电极2或外电极4两端之间的连续性，以检测压敏传感器1的断路或短路。然而，由于在每一场合都使用测试器测量连续性是不实际的，故提供一种构造，如图9所示，该构造中，用于检测断路和短路的传感器侧电阻6在末端部S处连接在中心电极2和外电极4之间，并且偏压从连接到压敏传感器1的外部电路7侧施加(这将在以后描述)，从而检测断路或短路。
这里，附图标记8表示用于检测断路和短路的电路侧电阻，附图标记9表示用于从压敏传感器1引出信号的信号引出电阻。假设电路侧电阻8、信号引出电阻9和传感器侧电阻6的阻值分别是R1、R2和R3，并且P点处的电压是Vp，供电电压是Vs。R1、R2和R3的阻值一般为几兆欧至几十兆欧。
根据该构造，在压敏传感器1的电极正常时，Vp就是R1与并联的电阻R2和R3对Vs的分压值。这里，由于压电材料层3的阻值一般是几百兆欧或更大，因此实际上压电材料层3的阻值对R2和R3的并联阻值是没有贡献的，这样在计算上述分压值时该阻值可以忽略。接下来，如果压敏传感器1的中心电极2和外电极4中至少一个变为断开的，则Pa点或Pb点相当于断开，这样Vp就是R1和R2的分压值。如果中心电极2和外电极4短路，则Pa点和Pb点相当于短路，这样Vp变为等于电路接地电压。从而就根据Vp的值检测到诸如压敏传感器1的电极的断路或短路的异常(参照专利文献1)。
JP-A-2003-106048(第4到5页，图5)然而，对于上述的传统传感器，由于传感器侧电阻6连接到末端部S，因此存在的问题是构造复杂，并且在传感器侧电阻6的尺寸部分存在非敏感区域。
此外，在使用压敏传感器1的情况下，如果在由橡胶元件等构成的弹性材料中设置插入孔，从而通过将压敏传感器1插入到插入孔中来使用该压敏传感器1，弹性材料弹性变形，从而压敏传感器1发生变形，这样压敏传感器1的敏感度提高。然而，存在这样的问题，即，由于上述传统的压敏传感器1具有传感器侧电阻6，因此末端部S的外径变得比压敏传感器1的外径大，这样就较难将压敏传感器1插入到插入孔中。
发明内容
本发明克服了这些传统的问题，本发明的目的是提供一种压敏传感器，该压敏传感器能够减小非敏感区域，能使末端部的外径较小，并能检测断路和短路。
为了克服上述问题，本发明中，中心电极、压敏层、外电极以及具有绝缘涂层的多条引出线层叠并形成为电缆形状，其中，在末端部处，至少一条引出线连接到中心电极，并且剩下的引出线连接到外电极。
从而，如果例如压敏传感器连接到外部电路，电阻在外部电路中连接在与中心电极导通的引出线和与外电极导通的引出线之间，而不是以传统方式将电阻设置在压敏传感器的末端部，则所形成的电路等同于传统压敏传感器中用于检测断路和短路的电路，可以检测每个电极的断路和短路。此外，由于电阻没有以传统方式设置在末端部，因此前端部的构造变得简单，并还可以减小非敏感区域，可以使末端部的外径较小。
为了克服上述问题，在根据权利要求1的本发明中，中心电极、压敏层、外电极以及多条具有绝缘涂层的引出线层叠并形成为电缆形状，其中，在末端部处，至少一条引出线连接到中心电极，并且剩下的引出线连接到外电极。从而，如果例如压敏传感器连接到外部电路，电阻在外部电路中连接在与中心电极导通的引出线和与外电极导通的引出线之间，而不是以传统方式将电阻设置在压敏传感器的末端部，则所形成的电路等同于传统压敏传感器中用于检测断路和短路的电路，可以检测每个电极的断路和短路。此外，由于电阻没有以传统方式设置在末端部，因此前端部的构造变得简单，并还可以减小非敏感区域，从而提高检测性能。另外，由于可以使末端部的外径较小，因此当压敏传感器插入到弹性材料中时，压敏传感器的插入变得容易，从而可以获得插入操作的效率。
在根据权利要求2的本发明中，压敏层、外电极以及至少一条具有绝缘涂层的引出线层叠并形成为电缆形状，其中，在末端部处，中心电极和外电极中任一个连接到引出线。因此，在例如中心电极的机械强度大于外电极的机械强度的情况下，仅外电极在末端部处连接到引出线，并且在外部电路中电阻连接在中心电极和与外电极电导通的引出线之间。这样，可以检测外电极的断路以及外电极和中心电极之间的短路，从而可以使引出线在压敏传感器中的设置合理。
在根据权利要求3的本发明中，特别地，根据权利要求1或2的引出线设置成与中心电极紧密接触。因此，如果在末端部去除引出线的绝缘涂层，则可以容易地建立与中心电极的导通，从而可以获得操作效率。此外，例如，当在制造压敏传感器的过程中压敏层通过挤压而模制成围绕中心电极时，可以通过将引出线和中心电极捆绑起来而完成挤压，这样无需单独设置引出线的时间和麻烦，从而可以获得模制时的效率。
在根据权利要求4的本发明中，特别地，根据权利要求1或2的引出线设置成与外电极紧密接触。因此，如果在末端部去除引出线的绝缘涂层，则可以容易地建立与外电极的导通，从而可以获得操作效率。
在根据权利要求5的本发明中，特别地，根据权利要求1到4中任一项的引出线具有的特征是，引出线的机械强度大于中心电极和外电极中至少一个电极的机械强度。因此，引出线在中心电极和外电极断开之前不会断开，从而断开的错误检测是零，检测可靠性提高。
在根据权利要求6的本发明中，特别地，根据权利要求1到5中任一项的压敏传感器还包括为末端部提供绝缘保护的保护部分。因此，末端部具有绝缘保护，从而可靠性提高。
在根据权利要求7的本发明中，特别地，根据权利要求1到6中任一项的压敏传感器由压电材料形成。因此，输出电压对应于因例如与物体接触而产生的压敏传感器变形的加速度，从而可以以比普通电极接触型的压敏传感器更高的敏感度检测与物体的接触。
图1是根据第一实施例的压敏传感器的示意图；图2是沿图1的线A-A剖开的横截面图；图3(a)是压敏传感器的横截面图，在该压敏传感器的布置中，中心电极由多个金属单导体形成，这些金属单导体与引出线一起捆成螺旋形；图3(b)是压敏传感器的横截面图，在该压敏传感器的布置中，引出线设置在压电材料层的外围；图3(c)是压敏传感器的横截面图，在该压敏传感器的布置中，引出线设置在外电极的外围；图4是外部电路的另一示例的示意图；图5是根据第二实施例(仅外电极在末端部处连接到引出线的情况)的压敏传感器的示意图；图6是根据第二实施例(仅内电极在末端部处连接到引出线的情况)的压敏传感器的示意图；图7是外部电路的又一示例的示意图；图8是示出根据第三实施例的在压敏传感器中使用导电橡皮帽的终端处理布置的示意图；和图9是传统的压敏传感器的示意图。
附图中，标记1表示压敏传感器；2表示中心电极；3表示压电材料层(压敏层)；4表示外电极；以及10、11和18表示引出线。
具体实施例方式
现参照图1-7，描述本发明的实施例。
(第一实施例)
参照图1和2，描述本发明的第一实施例。
图1是根据第一实施例的压敏传感器的示意图。图2是在图1中的线A-A处的横截面图。在图1中，压敏传感器1是压电传感器，在该压电传感器中，中心电极2、用作压敏层的压电材料层3、外电极4、覆层5以及具有绝缘涂层的引出线10和11层叠并形成同轴电缆的形状。如图2所示，引出线10和11设置成与中心电极2紧密接触。
对于中心电极2，可以采用普通的金属单导体，但这里采用金属线圈围绕在绝缘高聚物纤维周围的电极。压电材料层3由复合压电材料构成，在复合压电材料中，橡胶弹性材料与压电陶瓷的烧结粉末混合。对于橡胶弹性材料，例如使用聚氯乙烯。应当指出，作为压电材料层3的另一构造，可以采用使用诸如聚偏二氟乙烯的高聚物压电材料的构造。对于外电极4，可以使用网状包丝电极(braided electrode)，但这里使用金属薄膜粘附到高聚物层的条状电极。在使用条状电极的情况下，采用条状电极绕在压电材料层3周围的构造，并且为了屏蔽压敏传感器1，使其不受外部环境电噪声的干扰，该条状电极应当优选地以部分相互交叠的方式绕在压电材料层3周围。
对于引出线10和11，使用具有绝缘涂层的电线，例如漆包线。在该情况下，期望的是选择涂层的厚度和涂层材料，以消除引出线之间以及引出线和内电极之间的接触和摩擦，并消除因弯曲而引起的涂层磨损。此外，对于引出线10和11，它们选择成具有这样的特性，即它们的机械强度大于中心电极2和外电极4中至少一个电极的机械强度。
对于覆层5，使用氯乙烯或聚乙烯就足够了，但是也可以使用诸如橡胶的弹性材料，该弹性材料的柔韧性和可塑性比压电材料层3的要好，例如三元乙丙橡胶(EPEM)、氯丁二烯橡胶(CR)、丁基橡胶(IIR)、硅橡胶(Si)、热塑性弹性体等，这样当压敏传感器受压时可以容易地变形。
压敏传感器1由下述过程制造。首先，由滚压过程将聚氯乙烯片和压电陶瓷粉末(这里是锆钛酸铅)以体积百分比(40到70)均匀混合成片形式。在将该片精细地切成颗粒形式之后，将这些颗粒连同中心电极2以及引出线10和11一起连续挤压，以形成压电材料层3。随后，将虚设电极与压电材料层3的外侧接触，并将(5到10)kV/mm的直流电高压施加到中心电极2和虚设电极之间，以使压电材料层3极化。极化后，将外电极4绕在压电材料层3周围。最后，以此方式连续挤压覆层5，以围绕外电极4。由于聚氯乙烯用作压电材料层3，因此无需在制造一般的合成橡胶中所需的硫化过程。
接下来，如图1所示，在压敏传感器1的末端部S处将覆层5剥去预定长度，以露出外电极4、压电材料层3、引出线10和11以及中心电极2。而后，将引出线11连接到中心电极2，并将引出线10连接到外电极4。该连接通过钎焊、点焊、压接等实现。在此连接后，为了绝缘保护，用由可热缩的管子、树脂等构成的保护部分(未示出)密封末端部S。密封后，根据需要，再用导电元件覆盖末端部S，从而外电极4和该导电元件导通，以屏蔽末端部S。由上述过程制造压敏传感器1。
图1中，标记12表示连接到压敏传感器1的外部电路。标记13表示用于检测断路和短路的第一电阻；14表示用于从压敏传感器1引出信号的第二电阻；以及15表示第三电阻，各电阻具有与关于传统压敏传感器所说明的电路侧电阻8、信号引出电阻9以及传感器侧电阻6的阻值相同的阻值(分别为R1、R2和R3)。假定P点处的电压为Vp，供电电压为Vs。R1、R2和R3的阻值一般为几兆欧至几十兆欧。
关于上述构造的压敏传感器，给出其操作和动作的描述。在压敏传感器1的电极正常的情况下，Vp是R1与并联的电阻R2和R3对Vs的分压值。这里，由于压电材料层3的阻值一般是几百兆欧或更大，因此实际上压电材料层3的阻值对R2和R3的并联阻值是没有贡献的，这样在计算上述分压值时该阻值可以忽略。接下来，如果压敏传感器1的中心电极2和外电极4中至少一个变为断开的，则Pa点或Pb点相当于断开，这样Vp就是R1和R2的分压值。如果中心电极2和外电极4短路，则Pa点和Pb点相当于短路，这样Vp就变为等于电路接地电压。从而，根据Vp的值检测到诸如压敏传感器1的电极的断路或短路的异常。
此外，在压敏传感器1的原本使用中，如果通过例如与物体接触而使挤压压力施加到压敏传感器1，则压敏传感器1产生变形，从而在中心电极2和外电极4之间因压电效应而产生电势差，Vp变化。通过检测Vp的这种变化，就使得诸如判断与物体的接触的应用成为可行。
如上所述，在该实施例中，中心电极、压敏层、外电极以及具有绝缘涂层的多个引出线层叠并形成电缆的形状，在末端部至少一条引出线连接到中心电极，剩下的那条引出线连接到外电极。从而，如果例如压敏传感器连接到外部电路，电阻在外部电路中连接在与中心电极导通的引出线和与外电极导通的引出线之间，而不是以传统方式将电阻设置在压敏传感器的末端部，则所形成的电路等同于传统压敏传感器中用于检测断路和短路的电路，可以检测每个电极的断路和短路。此外，由于电阻没有以传统方式设置在末端部，因此前端部的构造变得简单，并还可以减小非敏感区域，从而提高检测性能。另外，由于可以使末端部的外径较小，因此当压敏传感器插入到弹性材料中时，压敏传感器的插入变得容易，从而可以获得插入操作的效率。
此外，通过将引出线设置成与中心电极紧密接触，使得如果在末端部去除引出线的绝缘涂层，则可以容易地建立与中心电极的导通，从而可以获得操作效率。此外，例如，当在制造压敏传感器的过程中压敏层通过挤压而模制成围绕中心电极时，可以通过将引出线和中心电极捆绑起来而完成挤压，这样无需单独设置引出线的时间和麻烦，从而可以获得模制时的效率。
此外，由于引出线具有其机械强度大于中心电极和外电极中任一个的机械强度的特性，因此在中心电极和外电极断开之前引出线不会断开，从而断开的错误检测是零，检测可靠性提高。
此外，由于设置了用于为末端部提供绝缘保护的保护部分，因此末端部具有绝缘保护，从而提高可靠性。
此外，由于压敏层由压电材料形成，因此输出电压对应于因例如与物体接触而产生的压敏传感器变形的加速度，从而可以以比普通电极接触型的压敏传感器更高的敏感度检测与物体的接触。
应当指出，虽然在该实施例中引出线设置成与中心电极紧密接触，但是引出线设置的布置不局限于此，而是可以采用另一种布置。引出线设置的另一种布置在图3(a)到3(c)中示出。图3(a)示出中心电极2由多个金属单导体形成的布置，这些金属单导体与引出线10和11一起捆成螺旋形。图3(b)示出引出线10和11设置在压电材料层3外围的布置。图3(c)示出引出线10和11设置在外电极4外围的布置。通过采用这些布置，获得了与第一实施例相似的优点。此外，在图3(b)和3(c)的布置中，特别地，提供的构造是使引出线设置成紧密接触外电极4，并且由于该构造，如果在末端部去除引出线10的绝缘涂层，则可以容易地建立与外电极4的导通，从而可以获得操作效率。
此外，作为外部电路12的另一示例，可以去掉图1中的第二电阻14，并可以设置成这样的构造，如图4所示，供电电压Vs被第四电阻16(阻值为R4)和第五电阻17(阻值为R5)分压，并从压敏传感器1引出信号。由于该构造，在压敏传感器1的电极正常的情况下，Vp是R4和R5对Vs的分压值。这里，由于压电材料层3的阻值一般是几百兆欧或更大，因此实际上压电材料层3的阻值对R5没有贡献，这样在计算上述分压值时该阻值可以忽略。接下来，如果压敏传感器1的中心电极2和外电极4中至少一个变为断开的，则Pa点或Pb点相当于断开，这样Vp就变为等于Vs。如果中心电极2和外电极4短路，则Pa点和Pb点相当于短路，这样Vp就变为等于电路接地电压。从而，根据Vp的值检测到诸如压敏传感器1的电极的断路或短路的异常。
(第二实施例)参照图5和6，描述本发明的第二实施例。图5和6是根据该实施例的压敏传感器1的示意图。该实施例不同于第一实施例，在该实施例中，引出线18在末端部S处连接到中心电极2和外电极4中任一个。这里，图5是引出线18在末端部处连接到外电极4的情况的示意图，图6是引出线18在末端部处连接到中心电极2的情况的示意图。
通过上述构造，由于在末端部S处中心电极2和外电极4中任一个连接到引出线18，因此在例如中心电极2的机械强度大于外电极4的机械强度的情况下，仅外电极4在末端部S处连接到引出线18，并且在外部电路中第五电阻17连接在引出线18和中心电极2之间，如图5所示。从而，如果压敏传感器1正常，则通过将由R4和R5对Vs分压而得到的电压值作为基准值，Vp因压敏传感器1的变形而发生改变。同时，如果外电极4断开，则Vp变为等于Vs，并且如果在外电极4和中心电极2之间存在短路，则Vp变为等于电路接地电压。这样，可以根据Vp的值来检测外电极4的断路以及外电极4和中心电极2之间的短路。
另一方面，在外电极4的机械强度大于中心电极2的机械强度的情况下，仅中心电极2在末端部S处连接到引出线18，并且在外部电路中第五电阻17连接在引出线18和外电极4之间，如图6所示。从而，如果压敏传感器1正常，则通过将由R4和R5对Vs分压而得到的电压值作为基准值，Vp因压敏传感器1的变形而发生改变。同时，如果中心电极2断开，Vp变为等于Vs，并且如果在中心电极2和外电极4之间存在短路，则Vp变为等于电路接地电压。
此外，在压敏传感器1的原本使用中，如果通过例如与物体接触而使挤压压力施加到压敏传感器1，则压敏传感器1变形，从而在中心电极2和外电极4之间因压电效应而产生电势差，Vp改变。通过检测Vp的这种变化，就使得诸如判断与物体的接触的应用成为可行。
由于如上所述在末端部处中心电极和外电极中任一个连接到引出线，因此在中心电极的机械强度大于外电极的机械强度的情况下，仅外电极在末端部处连接到引出线，并且在外部电路中电阻连接在中心电极和与外电极电导通的引出线之间。这样，可以检测外电极的断路以及外电极和中心电极之间的短路，从而可以通过减少引出线的数量而使该构造比第一实施例的构造更加合理。
应当指出，作为图5的构造中的外部电路12的另一示例，可以采用这样的构造，如图7所示，第六电阻19连接在引出线18和供电电压Vs之间，并且用于从压敏传感器1引出信号的第七电阻20设置在中心电极2和外电极4之间。通过上述构造，如果压敏传感器1正常，则Q点处的电压Vq变为等于电路接地电压，如果外电极4断开，则Vq变为等于Vs。此外，在上述的第一和第二实施例中，第一到第五电阻以及第七电阻的阻值一般为几兆欧到几十兆欧，第六电阻19的阻值可以是几千欧到几十千欧，这样不太可能接收到噪声的干扰。
(第三实施例)参照图8，描述根据本发明的有关终端处理的第三实施例。
在图1所示的第一实施例中，已经描述为了绝缘保护将末端部S用由可热缩的管子、树脂等构成的保护部分(未示出)密封起来，并随后根据需要用导电元件覆盖末端部S，使外电极4和该导电元件导通，以屏蔽末端部S。
特别地，该实施例的特征在于第一实施例的末端部S用导电橡胶帽21覆盖。例如使用可热缩的导电橡胶帽，并且该导电橡胶帽21的内径设定成略小于外电极4的外径。因此，收缩后，导电橡胶帽21不仅与外电极4机械接合，而且与外电极4电导通。通过简单的构造，可以获得终端的机械保护和电密封。
如果在传统的方式中，将用于检测断路的电阻接到末端部S之后，可热缩的导电橡胶帽装配到该末端部S，则导电橡胶帽必须因断路检测电阻本体部分和其两终端部而较大(较长)。因此，在插入或操作中末端部S可能会弯曲或断裂，这导致外电极和断路检测电阻的终端部相互接触，所以操作时必须要小心。然而，通过利用该构造，可以使电极(例如，中心电极)极短，从而便于末端部S的绝缘。
此外，虽然已经说明了在导电橡胶帽21中在各电极和导电橡胶之间设置间隙来保证绝缘距离的这种构造，但理所当然的是，绝缘材料注入到导电橡胶帽21中的腔中，以进一步提高绝缘性能。
此外，虽然在上述实施例中使用了带有绝缘涂层的引出线、电线(例如，漆包线)，但是引出线的构造不局限于此。例如，可以使用其它电线，例如具有绝缘涂层的普通电线，以及在其表面上具有绝缘涂层的条状电极。
工业实用性从上述实施例可以明显看出，根据本发明的压敏传感器，如果例如压敏传感器连接到外部电路，电阻在外部电路中连接在与中心电极导通的引出线和与外电极导通的引出线之间，而不是以传统方式将电阻设置在压敏传感器的末端部，则所形成的电路等同于传统压敏传感器中用于检测断路和短路的电路，可以检测每个电极的断路和短路。此外，由于电阻没有以传统方式设置在末端部，因此前端部的构造变得简单，并还可以减小非敏感区域，从而提高检测性能。另外，由于可以使末端部的外径较小，因此当压敏传感器插入到弹性材料中时，压敏传感器的插入变得容易，从而可以获得插入操作的效率。
权利要求
1.一种压敏传感器，包括中心电极；压敏层；外电极；和多条具有绝缘涂层的引出线，各部分层叠并形成为电缆形状，其中，在末端部处，至少一条所述引出线连接到所述中心电极，并且剩下的引出线连接到所述外电极。
2.一种压敏传感器，包括中心电极；压敏层；外电极；和至少一条具有绝缘涂层的引出线，各部分层叠并形成为电缆形状，其中，在末端部处，所述中心电极和所述外电极中任一个连接到所述引出线。
3.根据权利要求1的压敏传感器，其中所述引出线设置成与所述中心电极紧密接触。
4.根据权利要求1的压敏传感器，其中所述引出线设置成与所述外电极紧密接触。
5.根据权利要求1到4中任一项的压敏传感器，其中所述引出线具有的特征是，所述引出线的机械强度大于所述中心电极和所述外电极中至少一个电极的机械强度。
6.根据权利要求1到5中任一项的压敏传感器，还包括用于为所述末端部提供绝缘保护的保护部分。
7.根据权利要求1到6中任一项的压敏传感器，其中所述压敏层由压电材料形成。
全文摘要
在压敏传感器(1)中，涂有绝缘层的引出线(10、11)相互叠置以形成电缆形状的物体。在头部(S)中，引出线(11)连接到中心电极(2)，引出线(10)连接到外电极(4)。例如，当压敏传感器(1)连接到外部电路(12)、第三电阻本体(15)连接在引出线(10)和引出线(11)之间时，形成的电路等同于传统压敏传感器的检测电线断路/短路的电路。这使得可以检测各电极的电线断路和短路，头部的结构变得更简单，非敏感区域减小，并增强了检测能力。
文档编号G01R31/02GK1813176SQ200480018438
公开日2006年8月2日 申请日期2004年6月18日 优先权日2003年7月2日
发明者荻野弘之, 植田茂树, 笠井功, 伊藤修治, 杉森透 申请人:松下电器产业株式会社